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百达翡丽为什么要修改齿轮形状

TIME:2018-06-22 11:44:27    来源    点击:

事不宜迟,直入正题。通常我们总会在这里与大家分享钟表界的重大革新和技术成果,而今天我们却一反常态把目光投向了手表中最不起眼的部分,齿轮。当各大表厂纷纷为了扬名立万而推出各种或是新奇或是复杂的手表新功能、新结构时,百达翡丽却总是不动声色的在对外手表资料里略微提到一句两句,在某某手表的机芯中优化了齿轮形状。齿轮如何改进,对于百达翡丽来说,为什么改进齿轮甚至要比推出一个复杂功能还要意义重大。

百达翡丽
 

为什么机械表永远走不准
 

正如各位所见,所有的机械表都是走不准的,每天都有误差。瑞士官方天文台精度认证的手表,每天走时误差也在+6/-4秒,就算是劳力士的超级天文台,作为钟表界标准最高的精度标准之一,每天误差也会有+2/-2秒,而这基本已经是机械表的极限了。


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各位资深的钟表爱好者都知道,手表的走时精度是由摆轮的频率决定的。然而每当手表摆轮的摆幅发生变化时(摆轮摆动的度数),摆轮的摆频也会随之变化,因此手表的精度就会受到影响。令人遗憾的是,摆轮恰恰不是一个理想的摆动装置。
 

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机械表本质上是一个四级变速装置,准确的说是一个四级加速装置。这听起来晦涩,其实非常简单。手表里的发条盒每天只转3到4圈,但它需要通过二轮、三轮、四轮(秒轮)、擒纵轮实现四级巨大增速,这几个齿轮一个比一个转的更快。这就意味着每一个齿轮都比上一个齿轮更小同时齿数更少(这样才能比前面的齿轮转的快)。更小的齿轮意味着更小的力臂,这虽然让齿轮转速大幅增加,而发条动力在传递的过程中,扭矩却一级一级大幅下降,传递到擒纵轮和摆轮上动力会有很大波动。所以手表摆轮的摆幅每时每刻都在变化(会有20度左右的变化),因此机械表不可能没有误差,只是误差大和小的问题。
 

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钟表界如何解决这一问题
 

实际上,早在17世纪,钟表界的先人们就发现了这个问题,并开始着手解决问题。由于技术条件和对机械传动的认识还比较有限,钟表界先人们首先把注意力投向了钟表的发条。根据胡可定律,一个绕紧的发条,发条的外侧比发条的内侧的扭矩更大,因此发条输出的动力是不均等的。
 

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因此钟表界的先人们首先给钟表里的发条盒加上了芝麻链,通过芝麻链上的宝塔轮不断改变链条的直径,发条能量强的时候,小直径减小扭矩;发条能量弱的时候,大直径增加扭矩。从而让发条输出的扭矩保持基本平稳。芝麻链也是手表恒力装置中的一种,很多机械钟上都有。
 

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后来出于两个原因,芝麻链就慢慢消失了。一是手表的尺寸很小芝麻链的宝塔轮太占用空间,只有朗格、宝玑、真力时个别表厂出于展示技术实力的目的还在推出;二是现代的手表都使用S形发条,发条展开之后是S形,这种形状解决了早年发条扭矩不均等的问题。
 

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机械表这个四级变速装置(四级加速)在齿轮传动的过程中让扭矩大幅下降。这也是在发条之后,从根本上影响手表走时精度的最大因素。钟表界的先人们同样在很早之前就发现了这一问题,但相比发条,齿轮传动的问题并不容易解决。
 

针对这一问题,钟表界的先人们开发出了恒定动力装置,并且直到今天依旧有一些表厂在研发并推出带有新型恒力装置的手表。恒力装置的原理并不复杂(但实现它的结构往往比较复杂),在手表齿轮传动链中增加一组恒力弹簧和齿轮,每当手表的动力传递到恒力弹簧时,恒力弹簧会积攒这部分能量并以规律的频率释放能力(比如一秒释放一次)。
 

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毫不讳言,恒力装置是一种行之有效的技术手段,恒力装置在更加接近摆轮的位置创造了一个更近的动力爆发点,减少了传递到摆轮的扭矩衰减。事实证明,恒力装置效果明显,使用恒力装置的手表,摆轮摆幅的波动被减小并控制在10度甚至5度左右。
 

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恒力装置切实有效的作用受到了很多表厂的重视。朗格31天动力手表由于动力存储长达1个月,恒力装置在这只手表中起到了至关重要的作用,保证手表在长达31天的运行过程中动力传输稳定,走时正常;朗格猫头鹰系列手表因为采用跳字显示,恒力装置确保足够并且稳定的扭矩驱动跳字装置;芝柏恒力擒纵手表在手表传动链的最末端,也就是擒纵装置的位置增加了一条积攒/释放能量的硅质恒力弹簧,在距离摆轮最近的位置创造了一个新的爆发力,对手表的摆、走时性能幅起到了绝佳的效果,手表摆幅可以稳定在惊人的5度上下。除此以外,包括FPJ、亚诺(Arnold&Son)、DeWitt等品牌都推出了带有恒力装置的手表。
 

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从性能和效果上看恒力装置的确完美无缺,但是在现实当中情况并非让所有人满意,因为带有恒力装置的手表价格高昂。芝柏恒力擒纵手表的价格达到人民币97万元左右,近百万的价格只有少数人可以负担。因为恒力装置技术含量高,产量小,不可能成规模量产。那么手表在传动上的扭矩衰减就得不到解决了吗?百达翡丽在这一问题上做出了关键性突破,并获得了绝佳的效果。百达翡丽修改了齿轮轮齿的形状。
 

百达翡丽
 
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百达翡丽修改齿轮形状的效果
 

机械表的基本结构非常简单,从发条盒的条盒轮、二轮、三轮、四轮(秒轮)、擒纵轮,一个5个齿轮。问题出现在这5个齿轮上,百达翡丽就从这5个齿轮上解决问题。5个齿轮一个一个加速,扭矩也随之一级一级下降,为了解决这个问题,业界进行了大量实验。
 

百达翡丽对传统机械表齿轮的齿形进行大量研究后发现,齿轮片和齿轮轴在啮合的过程中,接触点在接近齿轮片和齿轮轴中心连线时,传动效率最高;随着齿轮片和齿轮轴转动,接触点偏离中心线时传动效率急剧下降。这一过程中的变化就是影响摆轮摆幅不稳定,手表走时不准的原因所在。而经过5个齿轮的传动,扭矩不断下降,问题逐级放大。
 

百达翡丽
 

百达翡丽经研究对齿轮进行修改,通过削尖齿轮轮齿的齿形,能够使传递到摆轮的扭力变化减半。修改齿形后,百达翡丽已经能够将通常检测到的扭力变化减半。传统齿轮检测到的摆幅变换在22度到10度左右。经百达翡丽修改后的齿轮,摆幅变换在10度到5度左右。而且百达翡丽手表的平均摆幅比一般手表有5度左右的提高,由此可见百达翡丽手表从发条到摆轮,扭矩是要高于一般手表的,这就是修改齿轮齿形后传动效率提高的效果。
 

百达翡丽
 

瑞士官方天文台认证的标准是每天误差在+6/-4秒,劳力士的超级天文台是+2/-2秒,百达翡丽的印记的标准是0/-2秒。百达翡丽方面之所以将误差调校到-2秒(走慢2秒),是由于像百达翡丽5960这样的计时表,当启动计时功能后,由于手表还要分配一定的动力带动计时模块轮系,因此会导致手表摆幅的略微下降,因此启动计时功能后,摆幅下降手表有可能会略微走快。-2秒弥补了走快的误差,保证开启计时功能后,手表可以精确到0秒误差。这就是百达翡丽在低调背后的绝对实力。百达翡丽不是一般表厂可以比拟的。
 

百达翡丽
 

通过我们了解到一些技术数据,我们可以看到,百达翡丽修改齿形后达到的手表性能已经接近甚至达到了恒力装置手表的水平。百达翡丽入门手表的价格目前在人民币14万元左右(钢壳5167的价格),而带有恒力装置的手表价格几乎达到人民币100万元。
 

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这就是百达翡丽对钟表界、对钟表爱好者的巨大贡献,手表的性能提升了,但价格没有任何变化,甚至都不让人知道手表中的性能提升。曾经有人坚定不移的表示“一生只买百达翡丽”,很多年前我对这话理解的不深,后来我也慢慢发现,如果我有足够的能力的话,我也会一生只买百达翡丽。
 

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百达翡丽小百科
 

Patek Philippe(百达翡丽)成立于1839年。他们是瑞士仅存的真正的独立制表商之一,由头至尾都是自己生产,训练一名Patek Philippe制表师需10年时间。钟表爱好者贵族的标志是拥有一块百达翡丽表,高贵的艺术境界与昂贵的制作材料塑造了Patek Philippe经久不衰的品牌效应。Patek Philippe的创始人Antoine Norbert de Patek(安东尼·百达),自幼聪颖且颇具艺术天赋。由于当时波兰局势动荡,他参加了1831年波兰反抗俄国统治的革命中。波兰革命失败后他逃往法国,后在瑞士日内瓦定居,开始从事钟表业,后来,他敏锐地感觉到钟表业的广阔前景,便买来品质优良的钟表机芯自行组装出售,很快就在生意场上崭露头角。[百达翡丽百科详细]


     

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