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腕表搏動的心臟——擺輪游絲大解析
2024-01-12 16:23:43
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腕表搏動的心臟——擺輪游絲大解析從腕表機(jī)芯機(jī)械運(yùn)作的歷程來看，擺輪與游絲在這其中所扮演的角色——發(fā)條釋放能量的動力傳輸至擒縱系統(tǒng)驅(qū)動游絲擺輪進(jìn)行簡諧運(yùn)動，產(chǎn)生一反作用力達(dá)到減速的目的。在整個(gè)運(yùn)作的程序上擒縱系統(tǒng)擔(dān)任控制速度（煞車）使指針與輪系等時(shí)前進(jìn)的工作，其中擺輪與游絲的簡諧運(yùn)動頻率正式提供擒縱系統(tǒng)運(yùn)作的基準(zhǔn)，其重要性不言而喻，同時(shí)也由于構(gòu)造精密度極高，堪稱腕表機(jī)芯中最重要的機(jī)構(gòu)。
游絲是一種相當(dāng)細(xì)的螺旋形彈簧，大約比人發(fā)細(xì)3～4倍，總重量約2mg，卻可耐受600g的張力，韌性相當(dāng)強(qiáng)。由於涉及深?yuàn)W的材料科學(xué)、精密度極高，目前世界上較為知名、品質(zhì)較好的游絲供應(yīng)商只有瑞士的NIVAROX以及日本的精工。游絲的內(nèi)端固定在擺輪的軸心，外端則固定在擺輪夾板上，當(dāng)擺輪受到驅(qū)動時(shí)固定在擺輪內(nèi)的游絲則會因?yàn)閺椥远鶆虻厥湛s及舒張，同時(shí)帶動擺輪來回?cái)[動。
如前所述，擺輪受到驅(qū)動力量使游絲受力壓縮、舒張，帶動擺輪順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣的旋轉(zhuǎn)周期會直接影響到腕表走時(shí)的準(zhǔn)確度。理論上，完成旋轉(zhuǎn)周期的時(shí)間愈短，也就是頻率越高，準(zhǔn)確度就越高。而決定擺輪的慣性力矩以及擺輪的振幅周期的正是游絲的活動長度，拉長游絲會使擺輪慣性力矩變大，擺動的角度也越大，擺頻自然慢下來，反之縮短游絲則會使擺輪加速。
目前常用來表示擺動頻率的方式大約有∶每小時(shí)的擺動次數(shù)，記為 次/小時(shí)（或vph）；每秒鐘擺輪游絲往返一個(gè)周期的頻率，記為“Hz”；或是每秒鐘的擺動次數(shù)，也就是日本表常用的 “振動”。現(xiàn)代一般的腕表振頻有∶18,000次/小時(shí)（2.5Hz，5振動）、19,800次/小時(shí)（2.75Hz，5.5振動）、21,600次/小時(shí)（3Hz，6振動）、28,800次/小時(shí)（4Hz，8振動）、36,000次/小時(shí)（5Hz，10振動），一般來說振頻越高，就表示這只腕表越精準(zhǔn)。
擺輪受力驅(qū)動後，由內(nèi)部螺旋狀游絲控制作往返擺動，擺動的幅度大約在270°～320°之間。擺輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平均與否直接影響走時(shí)的準(zhǔn)確，而擺輪擺動是否平均則與擺輪質(zhì)地是否均勻以及擺輪的真圓度有關(guān)。
在銅鈹鎳合金材質(zhì)發(fā)明以前，許多古董表（1950年以前）使用“雙合金溫差自動補(bǔ)償擺輪”來調(diào)節(jié)因溫差所造成游絲有效長度改變而產(chǎn)生誤差的問題，這種擺輪通常外圈是黃銅材質(zhì)、內(nèi)圈為鋼材，當(dāng)溫度變化發(fā)生熱脹冷縮的情況時(shí)，利用外圈金屬膨脹系數(shù)大於內(nèi)圈的物理特性自動調(diào)節(jié)溫度對游絲所造成的誤差；此外，在擺輪外環(huán)鑲上螺絲來增減擺輪的重量，也可以用來調(diào)節(jié)擺輪的平衡，改善在不同方位時(shí)間走快或走慢的問題。
現(xiàn)代的腕表機(jī)芯一般都是采環(huán)形擺輪（也就是俗稱的“光擺”），此外較高級的擺輪上還設(shè)有可供微調(diào)擺動速度的補(bǔ)償砝碼（如百達(dá)翡麗）或補(bǔ)償螺絲（如勞力士）。以擺輪材質(zhì)來看，銅鈹鎳合金材質(zhì)制成的游絲比一般非合金制成的擺輪穩(wěn)定性較高、比重均勻，擺動則較為平均。天文臺等級的環(huán)形擺輪通常是采用穩(wěn)定性較高、比重較均勻的銅鈹鎳合金材質(zhì)，不僅因?yàn)闇夭疃斐傻淖冃瘟枯^小，質(zhì)地也比較均勻。
擺輪上的軸臂數(shù)也是影響溫差變形量的因素之一，常見的有2臂，還有3臂或4臂的，一般來說臂數(shù)愈高，所構(gòu)成的輪弧也就愈接近理論上的真圓，同時(shí)受溫差影響而變形的誤差也較小，擺動也較為平均。
影響腕表準(zhǔn)確性的因素非常多，在處理這一類的問題時(shí)，通常會將手表用測表機(jī)測試，然後根據(jù)測表機(jī)上所顯示的軌跡，來判斷問題的所在。
一般比較常遇到誤差在5分鐘以內(nèi)的走時(shí)過快或過慢問題，可以透過調(diào)整游絲的有效長度來達(dá)到調(diào)整的目的。理論上，若是走時(shí)過快，可以將游絲的有效長度放長以增加擺輪游絲回轉(zhuǎn)的時(shí)間來達(dá)到減速的目的；相反的，若是走時(shí)太慢，則是以縮短游絲有效長度的方式來縮短擺輪游絲的回轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到加速的目的。在校正的時(shí)候應(yīng)該取正、反、3、6、9、12等方位的綜合平均值，才能將表調(diào)校至最精準(zhǔn)的程度CQ9電子平臺。
整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)造，是由擺輪夾板上快慢針前端的游絲夾，或微調(diào)快慢的螺絲所組成。游絲頭被固定在擺輪夾板上，移動快慢針上的梢釘以控制游絲的有效長度。而調(diào)校的方式除了有常見的快慢針調(diào)節(jié)、偏心螺絲調(diào)整之外，還有較高級的“鵝頸式微調(diào)”。
相較于游絲擺輪部分的調(diào)校，調(diào)校擺輪的困難度就要高出許多，通常需要由極具經(jīng)驗(yàn)的鐘表師傅以手工仔細(xì)調(diào)整。如前述，擺輪質(zhì)地的均勻以及擺輪的真圓度影響擺輪擺動平均與走時(shí)準(zhǔn)確，因此擺輪調(diào)校的重點(diǎn)也在於此——使擺輪每一個(gè)部分的重量一致以避免方位差的產(chǎn)生。
一般來說腕表機(jī)芯在出廠時(shí)都已經(jīng)過嚴(yán)密的測試，像是擺輪這種會嚴(yán)重影響精確度的零件在出廠前都會經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)校以確保品質(zhì)，因此一般在正常情況之下是不需要靠調(diào)校擺輪來調(diào)整時(shí)間的。只有在人為因素導(dǎo)致擺輪精度嚴(yán)重受損，或是更換游絲時(shí)，才需要將擺輪重新調(diào)校。另外像百達(dá)翡麗、勞力士等沒有快慢針設(shè)計(jì)，只能靠調(diào)校擺輪上的砝碼或螺絲來調(diào)時(shí)。
除了環(huán)形擺輪（光擺）之外，其他可供調(diào)校的擺輪上一定都有呈對稱排列的螺絲或砝碼，這些螺絲或砝碼就是調(diào)整點(diǎn)。調(diào)校原理依照簡諧運(yùn)動的理論，力矩越大則擺動周期越大，而頻率就會降低。所以在調(diào)校砝碼擺輪時(shí)將砝碼的缺口調(diào)向擺輪圓心，或調(diào)整補(bǔ)償螺絲擺輪時(shí)將螺絲向圓心外調(diào)整都會使力矩加大、頻率降低，就能將走時(shí)調(diào)慢；相反的在調(diào)校砝碼擺輪時(shí)將砝碼的缺口調(diào)離擺輪圓心，或調(diào)整補(bǔ)償螺絲擺輪時(shí)將螺絲向圓心內(nèi)調(diào)整都會使力矩降低、提高頻率，使走時(shí)加快。
