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    硅材料成就了雅典“Freak”的“雙向擒縱機構”(上)

    2018-09-27    來源:曹維峰     編輯:chensq    閱讀:9643次

    隨著歐米茄將裝有“同軸擒縱機構”的手表不斷推陳出新--歐米茄富有傳奇色彩的“同軸擒縱機構”,并由此獲得成功之后,包括積家愛彼寶璣百達翡麗等知名品牌也都先后推出自己研制的新型擒縱機構。雖然他們設計的新型擒縱機構結構各異、力求新穎,但是這些設計都融合了杠桿式擒縱機構與制動式擒縱機構的設計思路,尤其受到了“同軸擒縱機構”設計理念的影響。所以,他們所設計的擒縱機構或多或少都存在在擺輪左右擺動時得到能量不一致的問題。而這一問題的出現更加激發了設計師們的設計熱情,在眾多解決方案中,當數雅典表的鐘表設計大師歐克林博士發明的“雙向擒縱機構”。

    “雙向擒縱機構”是通過在左右兩邊各設置一個形狀完全相同并且相互嚙合的擒縱輪,并且在兩個擒縱輪的中間偏上位置設置一個形狀對稱的雙齒異形輪來負責輸入給擺輪游絲系統能量。它相比于“同軸擒縱機構”以及其它新型擒縱機構所特有的優勢:

    首先,將此機構做到布局對稱,然后做到零件對稱,這樣就使得此“雙向擒縱機構”整體處于相對對稱狀態。以此來解決“同軸擒縱機構”中的擺輪左右擺動得到的能量不一致問題;

    其次,這個結構運用了齒輪傳動的設計思路,盡可能地減少由于擒縱機構內部零部件產生過多碰撞與摩擦,導致過多的能量損耗。

    說到這里,我們需要提及承載此擒縱機構被雅典命名為“Freak” 的卡羅素手表。“Freak”的意思是奇想,胡思亂想、荒誕反常,瘋瘋癲癲。此表自從2001年雅典推出“Freak”卡羅素手表,世界上首次采用了硅晶體為材質制作的“雙向擒縱機構”至今,“雙向擒縱機構”也隨之經歷了多次革新。

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    圖-雅典“Freak”卡羅素手表搭載“雙向擒縱機構”

    下面我們將通過講解雅典“雙向擒縱機構”的三項發明專利,來了解此項技術的整個發展歷程—原創版,改進版,成熟版。原創版“雙向擒縱機構”全周期的工作過程如下:

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    附圖-雅典原創版“雙向擒縱機構”(鉆石材料制作)

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    附圖-1a

    1.擺輪右振幅解鎖傳沖階段:

    如圖1a所示,在擺輪的帶動下,雙齒異形輪21及鎖塊2與單齒輪11與雙齒輪9都正好順時針轉動到左右對稱位置。第一擒縱輪6的長齒13a剛好可以擺脫鎖塊2的束縛,使得第一擒縱輪6在驅動輪8輸入的牽引力矩的作用下逆時針轉動。在轉動過程中,長齒13a與雙齒輪9的齒17嚙合,從而將輸入力矩直接傳遞給擺輪游絲系統繼續向右振幅位置運動。此外,由于第一擒縱輪6與第二擒縱輪7相互嚙合,還使得第二擒縱輪7開始以順時針方向轉動;

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    附圖-1b

    2.鎖定階段:

    如圖1b所示,此時第一擒縱輪6的長齒13a與雙齒輪9的齒17嚙合傳沖能量的過程已經結束,單齒輪11與雙齒輪9已經轉到接近水平位置,而雙齒異形輪21在單齒輪11外形的阻擋下已經無法轉動。同時第二擒縱輪7的長齒14a以順時針方向轉動遇到了鎖塊2的阻擋,在這雙重制約下雙向擒縱機構處于靜止狀態;

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    附圖-1c

    3.擺輪左振幅解鎖傳沖階段:

    如圖1c所示,在擺輪的帶動下,雙齒異形輪21及鎖塊2與單齒輪11與雙齒輪9都正好逆時針轉動到左右對稱位置,使得第二擒縱輪7的長齒14a已經擺脫了鎖塊2的束縛。由于在驅動輪8輸入的牽引力矩的作用下逆時針轉動的第一擒縱輪6與第二擒縱輪7相互嚙合,帶動第二擒縱輪7以順時針方向轉動。在轉動過程中長齒14a與雙齒輪9的齒18嚙合從而將輸入力矩直接傳遞給擺輪游絲系統繼續向左振幅位置運動。

    微信圖片_20180927093237.jpg

    附圖-1d

    4.鎖定階段:

    如圖1d所示,此時第一擒縱輪7的長齒14a與雙齒輪9的齒18嚙合傳沖能量的過程剛剛結束,而雙齒異形輪21開始受到單齒輪11外形的阻擋下,同時第一擒縱輪6的長齒13b以順時針方向轉動遇到了鎖塊2的阻擋,在這雙重制約下雙擒縱機構即將處于靜止狀態。

    大家可以看出它和“同軸擒縱機構”在兩次振動中獲得能量的輸入方式存在的最大差別:擺輪向左與向右兩次擺動時所需要的能量都是由第一與第二兩個擒縱輪直接輸入的,在能量輸入過程中幾乎沒有損失,這就從原理上詮釋了原創版“雙向擒縱機構”優于“同軸擒縱機構”。

    但是,前面所述的原創版“雙擒縱機構”并不是完美的,它只是在擒縱機構的設計理念方面更優于“同軸擒縱機構”,而它的結構設計還是個雛形,就好像剛出生的新生兒一樣!

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    原創版“雙擒縱機構”在結構試驗階段所遇到的最大問題是:整個擒縱系統不能保持長時間運轉,在較短時間內就會停止工作。究其原因,此結構的兩個擒縱輪在巨大的驅動力作用下相互嚙合高速轉動,不論采用哪種金屬材料都不可避免的存在高速轉動從而導致磨損,這個最棘手的問題。

    雅典為了根除影響“雙擒縱機構”不能正常運轉的問題尋找其他可行方案的時候,NeuchateI(納沙泰爾)大學所屬的微技術學院和其附屬的瑞士電子和微技術公司(CSEM)當時剛實驗成功一種采用半導體原料“硅”制造的微型鐘表零件,而且通過一種叫光感成型技術可以精確制造微小零件。


    雅典和CSEM正好一拍即合,共同改良了該技術并簽約生產硅擒縱輪。由于CSEM完全依賴Rolex、Patek PhilippeSwatch集團的支持,雅典必須簽定獨家合同并投資買斷所有成果和產品。雖然“硅”非常脆,甚至連鐘表技師的鑷子碰一下都有碎裂的可能,但是它的最大特性是耐磨,這也正是雅典所尋求的。因此硅作為理想材料制作的擒縱輪使得“雙向擒縱機構”成功運轉。通過高科技技術的迅猛發展使得即將面臨擱淺的“雙向擒縱機構”獲得了新生,從而進一步成就了“Freak” 原型款卡羅素手表于2001年的問世。

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