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52Tourbillon
2014-04-04 22:58

陀飞轮的基础知识

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作为一名手表机芯的设计师，我非常钦佩宝玑制表大师，他为后人留下了很多宝贵的财富。这些财富有物质上的，比如陀飞轮，上绕游丝和宝玑指针。还有精神上的，那种对手表技术无尽的追求和遐想。特别是对于手表的爱是所有制表师必须拥有的，只有这样才有可能成为一名真正的制表大师。就陀飞轮而言，它的设计初衷就是为了让表走得更精准，这是每个制表师都追求的目标。虽然手表受到固有自然规律的影响，不可能做到绝对的零误差，但是把影响计时精度的误差减少到最少是制表师必须要考虑的。宝玑大师则打破了传统的计时原则，将原先固定不动的调速机构放置于可以旋转的框架内。这样在当时以怀表为常用计时工具的年代是个非常伟大的发明：由于怀表长时间被竖向放置，其内部的计时核心——调速机构会受到地球引力的影响，导致手表位置误差，直接影响表的走时精度。宝玑先生利用他多年的制表经验，一针见血地把调速机构转动起来，这样不同方位的位置误差自相抵消，使得带有陀飞轮装置的表走得更精准。而陀飞轮翻译自法语Tourbillon，为急速旋转之意，这个名字从另一面体现了宝玑大师发明它的真谛。

基本概念

陀飞轮（Tourbillon）是指手表中的旋转调速机构，具体地说是擒纵机构和摆轮游丝系统被放置于可以转动的框架内，在框架的带动下擒纵机构做行星运动，同时驱动摆轮游丝系统运转。“Tourbillon”这个词汇有“漩涡”之意，源自法国数学家笛卡儿用来形容行星绕太阳公转的名词，而知名哲学家、百科全书编纂者d'Alembert则更进一步把它解释为重物围着单一轴心运转之意，而译文“陀飞轮”是音译与意译相结合的产物。陀飞轮的发明者宝玑写到：“我的这项发明可以抵消摆轮处于不同位置的地球引力产生的误差……”，这应该是陀飞轮的主要优点。通俗地讲：陀飞轮能有效补偿摆轮的重力作用、游丝的偏心运动、游丝的方位角等产生的位置误差。这种装置的特点是摆轮游丝系统和擒纵机构在自身运行的同时还能够一起作360度旋转，最大限度地减少了由于地球引力所导致的手表位置误差，提高了计时精度。

理论基础

陀飞轮这项技术虽然诞生于几百年前，但是它的技术理念确实是很先进的。我通过对陀飞轮技术的研究，逐步摸索到了它的理论基础。实际上，陀飞轮的结构本身就是《机械原理》中所提到的周转轮系中的行星轮系。行星轮系的特点正是陀飞轮所表现出来的自转与公转的运动方式。我们参考宝玑大师发明的陀飞轮构架图可以看到，摆轮游丝系统处于陀飞轮框架的中心位置，在它的正下方有个被固定在基板上的秒轮片作为行星轮系的“太阳轮”，擒纵机构在框架的带动下围绕框架的轴心线公转，特别是作为行星轮的擒纵轮齿轴与作为“太阳轮”的秒轮片连接，既自转又公转。

技术特征

第一特征：K型擒纵叉（俗称K马）、擒纵轮与摆轮游丝组成的转角式调速系统；

第二特征：三层叠加式夹板框架结构--上层夹板设置了防震器作为摆轮轴的上支承，游丝的最外端通过外桩被固定在此夹板上。中层夹板镶嵌了擒纵叉和擒纵轮的上支承宝石，摆轮游丝位于中层夹板与上层夹板之间的空间里。下层夹板一般分为3部分，分别镶嵌了擒纵叉、擒纵轮的下支承宝石，防震器作为摆轮轴的下支承；

第三特征：调节走时精准度的快慢针与陀飞轮框架的上支承被设置在上层夹板上，陀飞轮框架的下支承及用于给陀飞轮输送动力的秒齿轴被固定在下层夹板上。

工作原理

结合前文谈到陀飞轮的三个特征，我为大家介绍一下陀飞轮是如何动起来的，我总结了陀飞轮“三部曲”以便大家可以准确地了解每一步的动作？

第一步，机芯中的原动系通过传动系，与陀飞轮下支承中的秒齿轴连接输入动力；第二步，陀飞轮获得动力后转动，带动擒纵轮的齿轴自转的同时，围绕固定于基板上的秒轮片公转；第三步，擒纵轮的轮片与擒纵叉配合，擒纵系统被启动，摆轮游丝系统获得能量开始运转。调速机构以本陀飞轮被设计好的额定频率工作，使得陀飞轮通常以每1分钟一周的速度旋转。