硅材料成就了雅典“Freak”的“双向擒纵机构”(上)

2018-09-27    来源:曹维峰     编辑:chensq    阅读:6351次

随着欧米茄将装有“同轴擒纵机构”的手表不断推陈出新--欧米茄富有传奇色彩的“同轴擒纵机构”,并由此获得成功之后,包括积家爱彼宝玑百达翡丽等知名品牌也都先后推出自己研制的新型擒纵机构。虽然他们设计的新型擒纵机构结构各异、力求新颖,但是这些设计都融合了杠杆式擒纵机构与制动式擒纵机构的设计思路,尤其受到了“同轴擒纵机构”设计理念的影响。所以,他们所设计的擒纵机构或多或少都存在在摆轮左右摆动时得到能量不一致的问题。而这一问题的出现更加激发了设计师们的设计热情,在众多解决方案中,当数雅典表的钟表设计大师欧克林博士发明的“双向擒纵机构”。

“双向擒纵机构”是通过在左右两边各设置一个形状完全相同并且相互啮合的擒纵轮,并且在两个擒纵轮的中间偏上位置设置一个形状对称的双齿异形轮来负责输入给摆轮游丝系统能量。它相比于“同轴擒纵机构”以及其它新型擒纵机构所特有的优势:

首先,将此机构做到布局对称,然后做到零件对称,这样就使得此“双向擒纵机构”整体处于相对对称状态。以此来解决“同轴擒纵机构”中的摆轮左右摆动得到的能量不一致问题;

其次,这个结构运用了齿轮传动的设计思路,尽可能地减少由于擒纵机构内部零部件产生过多碰撞与摩擦,导致过多的能量损耗。

说到这里,我们需要提及承载此擒纵机构被雅典命名为“Freak” 的卡罗素手表。“Freak”的意思是奇想,胡思乱想、荒诞反常,疯疯癫癫。此表自从2001年雅典推出“Freak”卡罗素手表,世界上首次采用了硅晶体为材质制作的“双向擒纵机构”至今,“双向擒纵机构”也随之经历了多次革新。

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图-雅典“Freak”卡罗素手表搭载“双向擒纵机构”

下面我们将通过讲解雅典“双向擒纵机构”的三项发明专利,来了解此项技术的整个发展历程—原创版,改进版,成熟版。原创版“双向擒纵机构”全周期的工作过程如下:

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附图-雅典原创版“双向擒纵机构”(钻石材料制作)

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附图-1a

1.摆轮右振幅解锁传冲阶段:

如图1a所示,在摆轮的带动下,双齿异形轮21及锁块2与单齿轮11与双齿轮9都正好顺时针转动到左右对称位置。第一擒纵轮6的长齿13a刚好可以摆脱锁块2的束缚,使得第一擒纵轮6在驱动轮8输入的牵引力矩的作用下逆时针转动。在转动过程中,长齿13a与双齿轮9的齿17啮合,从而将输入力矩直接传递给摆轮游丝系统继续向右振幅位置运动。此外,由于第一擒纵轮6与第二擒纵轮7相互啮合,还使得第二擒纵轮7开始以顺时针方向转动;

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附图-1b

2.锁定阶段:

如图1b所示,此时第一擒纵轮6的长齿13a与双齿轮9的齿17啮合传冲能量的过程已经结束,单齿轮11与双齿轮9已经转到接近水平位置,而双齿异形轮21在单齿轮11外形的阻挡下已经无法转动。同时第二擒纵轮7的长齿14a以顺时针方向转动遇到了锁块2的阻挡,在这双重制约下双向擒纵机构处于静止状态;

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附图-1c

3.摆轮左振幅解锁传冲阶段:

如图1c所示,在摆轮的带动下,双齿异形轮21及锁块2与单齿轮11与双齿轮9都正好逆时针转动到左右对称位置,使得第二擒纵轮7的长齿14a已经摆脱了锁块2的束缚。由于在驱动轮8输入的牵引力矩的作用下逆时针转动的第一擒纵轮6与第二擒纵轮7相互啮合,带动第二擒纵轮7以顺时针方向转动。在转动过程中长齿14a与双齿轮9的齿18啮合从而将输入力矩直接传递给摆轮游丝系统继续向左振幅位置运动。

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附图-1d

4.锁定阶段:

如图1d所示,此时第一擒纵轮7的长齿14a与双齿轮9的齿18啮合传冲能量的过程刚刚结束,而双齿异形轮21开始受到单齿轮11外形的阻挡下,同时第一擒纵轮6的长齿13b以顺时针方向转动遇到了锁块2的阻挡,在这双重制约下双擒纵机构即将处于静止状态。

大家可以看出它和“同轴擒纵机构”在两次振动中获得能量的输入方式存在的最大差别:摆轮向左与向右两次摆动时所需要的能量都是由第一与第二两个擒纵轮直接输入的,在能量输入过程中几乎没有损失,这就从原理上诠释了原创版“双向擒纵机构”优于“同轴擒纵机构”。

但是,前面所述的原创版“双擒纵机构”并不是完美的,它只是在擒纵机构的设计理念方面更优于“同轴擒纵机构”,而它的结构设计还是个雏形,就好像刚出生的新生儿一样!

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原创版“双擒纵机构”在结构试验阶段所遇到的最大问题是:整个擒纵系统不能保持长时间运转,在较短时间内就会停止工作。究其原因,此结构的两个擒纵轮在巨大的驱动力作用下相互啮合高速转动,不论采用哪种金属材料都不可避免的存在高速转动从而导致磨损,这个最棘手的问题。

雅典为了根除影响“双擒纵机构”不能正常运转的问题寻找其他可行方案的时候,NeuchateI(纳沙泰尔)大学所属的微技术学院和其附属的瑞士电子和微技术公司(CSEM)当时刚实验成功一种采用半导体原料“硅”制造的微型钟表零件,而且通过一种叫光感成型技术可以精确制造微小零件。


雅典和CSEM正好一拍即合,共同改良了该技术并签约生产硅擒纵轮。由于CSEM完全依赖Rolex、Patek PhilippeSwatch集团的支持,雅典必须签定独家合同并投资买断所有成果和产品。虽然“硅”非常脆,甚至连钟表技师的镊子碰一下都有碎裂的可能,但是它的最大特性是耐磨,这也正是雅典所寻求的。因此硅作为理想材料制作的擒纵轮使得“双向擒纵机构”成功运转。通过高科技技术的迅猛发展使得即将面临搁浅的“双向擒纵机构”获得了新生,从而进一步成就了“Freak” 原型款卡罗素手表于2001年的问世。

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