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机械手表机芯的结构原理—原动机构
来源:http://www.ccanzhi.com作者:机械手表机芯的结构原理

机械表至今已有300多年的历史了。现在的市场上,手表的品种繁多,但机械手表仍占有很大的份额,尤其是高档手表中,机械表所占的比例还相当大。认真学习,深入研究机械手表机心的结构原理,对于从事手表装配和手表维修的技术工人,是非常有必要的。而且,机械手表还是指针式石英电子表的基础,因为,指针式石英表的机械部分与机械表的结构和理论上有很多相通之处。

      世界各国生产的机械手表虽然多种多样,令人眼花缭乱,但是,机械手表的基本结构和工作原理是相同的。我们可以用方框图来表示它的组成部分和各部分之间的相互关系。即

    它们由原动系、传动系、擒纵调速系(擒纵机构和振动系统)指针系和上条拨针系组成。其它功能,都是基础机心的附加机构。

例如:

增加自动上条机构,以实现发条能量随时自动补充;

增加日历机构,以指示日期,星期,月份,月相等;

增加停秒装置,一可兼作测量时段的秒表用;二可准确对时,并精确到秒;

增加闹时机构,可以在预定时刻发出讯响;等等。

另外,机械表还有一些复杂机构,例如:陀飞轮、万年历、打璜机构、能量显示等等,但是这些复杂机构一般属于顶级手表的范畴,数量很少,价格很高,大多数人平时很难见到。

手表机心具有体积小,零件多而且机构精密的特点。一般基础机心就有130多个零件,要把这许多零件精密地组合成一个整体,必须靠夹板的支承来实现,并用螺钉固定。因此,夹板孔位的加工精度是手表机心精度的基础。认识并理解这一点是十分重要的。

它的工作原理是:

用手转动表把头,上紧发条,使原动系获得能量。能量发出后,传至轮系,通过擒纵机构,使条盒以及轮系的转动能量,变为擒纵叉的摆动能量;并将能量周期性地补给摆轮游丝系,以维持其往复摆动。摆轮游丝系形成稳定的振动周期,并将振动次数通过擒纵机构传至轮系,最后传至走针系。通过指针,在表盘上指示出时,分,秒。

                振动周期x 振动次数 = 时间

时间,就是以完全重复的过程的延续来测量的。因此,在钟表中必须有一个能够振动的物体,利用计量振动物体的振动次数,达到计量时间的目的。

原动系

第一节   概述:
原动系是区分钟表类别的主要依据之一。在钟表发展的历史当中,曾经有过用水做动力的钟,也有过用重锤做动力的钟,后来,发明了发条,出现了挂表,并逐步演变成了手表。随着现代科学技术的发展,出现了不用发条而用电作为原动力的电子钟表。而我们讨论的是用发条作为原动力的机械手表。

一 作用:
1, 储存能量;

2, 推动轮系转动;

3, 维持振动系不衰减地振动;
    4,  带动走针系,并通过走针系带动附加装置,如日历机构工作。

二 ,要求:
1,体积小,输出力矩足够大(如果力矩太大,使摆幅超过330度,元盘钉会撞在擒纵叉喇叭口外壁,称为撞摆。)

2,工作平稳,力矩落差小。(应小于满条力矩的20~30%)
3,具有一定的工作圈数,以保证足够的延续走时。走时延续的最低要求是36小时以上。(条盒轮/中心齿轴的传动比多选在6~8之间)

4,无锈防磁,高弹性,高疲劳强度。

(“卷紧--放松”达5500~10000次,相当于使用15~20年)

三,组成部分:

1,  条盒轮

2,  条盒盖

3,  条轴

4,  发条部件(发条,发条外钩)

注:手表中,单个的称为零件;凡是由2个零件以上构成,称为部件;

而由零件和部件,部件和部件构成的,称为组件。

四,工作原理:
手表的原动系属于“活动条盒式”结构,这种原动机可以使上条和走时同时工作。

即:上条时,条轴转动,带动发条内钩卷紧发条,产生能量。(发条变形能=发条恢复力矩),与此同时,发条外钩带动条盒轮转动(条轴不动),将能量传递给轮系。

满弦力矩与24小时力矩之差。

力矩落差造成摆幅落差,而摆幅落差影响等时差。力矩落差一般要求小于满弦力矩的20%。最理想的状态是没有力矩落差,而实际上是不可能的。是何原因,请看下面的说明。

三,             力矩的大小与哪些因素有关?
发条力矩的计算公式:M=EBhhhπn/6L

式中:M—发条力矩

                          E—发条材料的弹性模数 (与M成正比)

                          b—发条的宽度(mm)     (与M成正比) 

                          h—发条的厚度(mm )     (与M成正比,而且是3次方)

                          n—发条的变形圈数     (与M成正比)

                          L—发条的长度(mm)    (与M成反比)

π—圆周率,常数

四、             发条的效率:
 

1、用发条力矩仪实际测量后,在坐标上连线而成。

        ①上条时的力矩曲线

        ②放松时的力矩曲线(工作力矩)

2,  发条效率=工作力矩/上条力矩

从曲线图中可以看出:

* 圈数越多,力矩越大;

          * 上条初始阶段越陡直,越有利于机心摆轮游丝的自动起振;

* 上条结束时线段陡直,是大钢轮回退角造成的,其意义是使工作力矩平稳,提高走时精度创造有利条件。

* 放条阶段平缓,使工作力矩尽量平稳,使力矩落差小,提高机心的走时精度。

3,  发条效率的影响因素:

* 发条的材料(早期用碳素钢,现用不锈钢)

* 发条的形状(早期是螺旋形,现为“S”形)

* 摩擦的影响(发条圈间摩擦、发条与条盒上、下摩擦)

* 发条外钩与条盒内壁的固定方式

纵上所述,必须满足下列要求:

* 对材料要求:无磁耐蚀,高弹性,高疲劳强度。

* 提高发条和条盒内壁的光洁度。(现称表面粗糙度)

* 良好的润滑(用“莫比斯”8200或D5表油,如果频率在28800次/小时以上的应该采用用二硫化钼固体润滑剂)

* 外端采用“V”式固定。

4,  标准条盒轮组件:

条盒轮直径确定之后,必须使发条的长度与条盒轮直径空间的比例合理。即发条卷紧的外径=发条放松的内径时,所有的发条均参加工作,可获得最大转数。否则,发条太短、太长,都没有充分利用空间而使发条的工作转数减少。

5,  S形发条

S形发条的优点:

S形发条具有反圈,在不增加条盒轮体积的情况下,可以增加发条的变形圈数。已知发条的变形圈数与发条力矩成正比,因此,S形发条可以获得较大的工作力矩和较小的力矩落差。由此可见,S形发条对于提高手表的走时精度是十分有利的。

6, 走时延续时间的计算

走时延续时间 = 条盒轮齿数 / 中心轮轴齿数 * 发条变形圈数

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