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从“芯”开始 —— OMEGA Calibre 8500系列机芯漫谈

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   发表于 2015-2-16 16:14:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 chn6 于 2015-3-19 21:38 编辑 ( G% @7 [7 y& K- Y
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该文的绝大部分文字和图片曾发表于2014年《时尚时间》,作者chn6,未经允许请勿转载。本文内容仅代表个人观点,欢迎讨论。
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4 I; S6 o' u! w# m6 t1 _' M7 }* x0 r引言) u. t+ c9 R' G
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我的父亲曾经是一名战斗机飞行员,耳闻目染的我从小就梦想能坐在布满仪表的座舱里,驾驶飞机自由翱翔,也因此着迷于各种复杂的仪表,而这其中航空时钟是最特别的一个,因为别的仪表都只是显示采集的数据,只有航空时钟得依靠自己进行精确计时。所以我对钟表的喜爱亦如对飞行的向往,自始至终。
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! a$ U/ b5 e6 o" y% m# ~虽然飞行没能成为我的职业,但后来从事的航空仿真工作也算与飞行有关。第一次知道OMEGA的8500机芯,便是来自一篇有关物理仿真软件应用于钟表设计的技术文档,这引起了我浓厚的兴趣,之前确实没想到拥有数百年历史的制表业,竟然会接纳如此新潮的前沿科技,而我更好奇的是,通过仿真技术设计出来的机械机芯会有怎样的表现呢?1 W7 t( X" _% b

% ?5 M2 Z! K# t; K* |& ?随着阅读的资料文献越来越多,我才算真正迈入了钟表世界的大门。人类历史上,各个领域的进步,与那些杰出人物的伟大贡献息息相关,航空界如此,钟表界亦如此。从哈里森的精密航海钟,到宝玑的陀飞轮,梦想和创意被不断实现,让我们的世界与过去大为不同。时至今日,手机、石英表、电波表、甚至即将到来的智能表都可以更精确地计时,可我觉得手腕还是应该留给机械表,因为相比唾手可得的精准时间,我们更需要对人类不断挑战自我极限精神的纪‘念。
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3 [/ r& p1 m$ K  g& E. z追求更高的精度、稳定性、耐用性,应该是所有钟表最根本的目标。有一种观点认为当今的机械表应该更注重展现精巧的设计和卓越的制作工艺,这本没有错,但如果脱离了追求精度等性能,机械表就失去了其核心价值,试想谁能接受一天误差超过一分钟的腕表,哪怕它再名贵。所以并不能因为有了石英或电波表,就放弃对机械表性能提升的追求。这如同我们已经可以超越数倍音速,但依然会进行赛车竞速一样。
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也许正是基于相同的理念,瑞士斯沃琪集团才会下决心将数字科技最前沿的物理仿真技术应用于机芯设计,而其第一个作品便是:OMEGA Calibre 8500。( v0 u: m+ ~6 V, H2 {- B: k

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OMEGA Calibre 8500,全球第一种采用物理仿真技术设计的机械腕表机芯
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# J! j4 W5 F5 v7 D1 T  J物理仿真设计
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使用计算机进行工业设计的历史已经很久远,大约自有计算机开始,工程师们就开始考虑如何“偷懒”,摒弃传统的墨水和图纸,比如采用CAD进行结构设计,但这与手绘图纸并没有根本区别。物理仿真的根本目的,是实物被制造生产出来之前,可以在虚拟世界进行模拟运行测试并优化设计!
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7 s1 N3 T5 A7 J* C运用仿真技术最著名的一个例子是美国新一代的“福特”级航母。“福特”级航母的每一个结构、每一个部件都进行了模拟试验,从泵、管道到垫片、螺栓固定的舱壁,从舰桥上获得的飞行甲板视野,到机舱的损管控制。甚至还有食堂的模型,利用这个模型,可以知道舰员们吃上热饭到返回工作岗位需要多长时间。这就像模拟城市的游戏,但这个游戏有着很严肃的目的:“在支付建造费用并开始切割钢板之前,确认最终能够得到些什么。”
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1 I9 @8 X2 p3 g4 Q+ L 02-福特级航母.jpg
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, X  Y+ b3 n/ z9 N% p' N 03-设计中的福特级航母.jpg
* w& V% a. B/ p5 o/ ^物理仿真可以帮助工程师们在造出实物之前了解系统运行状况并优化设计- [% h4 ?' Z; [$ M
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因此当我看到8500机芯是基于仿真技术设计制造,确实有眼前一亮的感觉。实际上,使用计算机模拟各种牛顿物理的力学过程、磨损、温度导致的材料属性变化等等并不算太复杂,至少比起航空领域的数字风洞或建造航母来得简单一些。我们可以试想两种完全不同的设计过程:
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传统制表是经验加实际使用结果修改。先根据前人的设计,构思机芯框架、计算齿轮传动比、确定齿轮直径、采用成熟的齿型等等,上市也许数年后,发现哪个齿轮有问题,再进行修改。
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9 I0 ?5 O- S$ c$ e6 c物理仿真设计则先在虚拟世界“拼装”好机芯,然后测试运行,所有的部件被赋予相应的物理属性,因此可以实时获取各个部件的运行状态和磨损值。其中最有价值的恐怕就是“时间加速”功能,在虚拟世界这仅仅只是提高了计算速度而已,但对于钟表等需要长时间检验的系统来说具有重大意义:过去,评估一枚机芯至少需要8-10年的实际运行,而现在通过物理仿真也许真实世界一周的时间在虚拟世界已经度过了100年。工程人员可以一边测试一边改进优化设计,例如加粗某个轴的直径同时兼顾其摩擦力的增大,使其最优化;或者增加发条的厚度或长度,同时保持高效的上链效率,等等这些在过去只能通过经验丰富的工匠反复加工试验完成,而现在只需动动鼠标,并自动计算最佳结果。
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由于斯沃琪集团并没有公开其物理仿真软件平台的具体信息,现在还不能断言8500进行了那些仿真设计和测试,但我们可以通过上市后的表现,综合评估其设计水平:8500机芯自2007年推出,2008年批量上市至今已超过6年,无论国内外均无大规模保养维护的案例,也没有明确的设计缺陷报告,由此可见物理仿真设计应用于全新构造的8500机芯是成功的。5 ~* s3 ~0 m& |& B. d

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6 N- }/ e' `4 X+ ^5 kOMEGA Seamaster Aqua Terra 8500
/ d9 o0 ?! s1 H3 G注:本照片由爱表族论坛表友boxdb拍摄,原帖地址:http://www.iwatch365.com/thread-17393093-1-1.html6 M4 \: }( m) Y+ c

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乔治·丹尼尔斯与同轴擒纵
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- d* }  M  L+ y正当我兴致勃勃准备开始钟表世界的旅程,2011年10月的某一天,我看到了一则消息:当代最伟大的制表师,英国人,乔治·丹尼尔斯博士(George Daniels)与世长辞。当时还是一无所知的我开始在网上查阅有关这位传奇人物的资料。
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/ D) F7 q/ ^* \ 05-George Daniels 1.jpg . ~0 @! ?# V4 [4 \5 T  K5 z
乔治·丹尼尔斯 George Daniels
5 Q, j! O5 n: _5 s) a& l  iCBE, DSc, FBHI, FSA,1926.08.19–2011.10.21,英国钟表制造家
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# A' k# |/ ^2 J# H3 J其实在了解同轴擒纵之前,我甚至连传统杠杆擒纵的原理都不太清楚。事实上,即使在喜欢佩戴机械表的人群中,也没几个能真正明白机械表的运行原理。但乔治·丹尼尔斯的所有介绍文章中,反复出现的“同轴擒纵”一词,让我觉得有必要花点时间弄懂擒纵系统到底是什么,乔治·丹尼尔斯又创造了什么?, O: M; l0 d3 u
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许多复杂的东西,基础原理却非常简单,至少我认为涡轮喷气发动机的原理并不比机械机芯复杂多少,而真正重要的是将原理付诸实施,并使各个系统之间完美配合运行。机械表的原理其实很简单:让发条的能量按照我们需要的速度慢慢释放,释放出来的能量一部分驱动表的指针和日历或其他各种复杂功能,另一部分传递给摆轮,让摆轮可以克服各种阻力带来的能量损耗持续来回摆动,而这一切的核心便是擒纵系统。一方面它受摆轮的控制,决定能量的释放速度,反过来又要将能力传递给摆轮。如果机械手表是一架飞机,那么发条就是油箱,擒纵系统就是发动机。
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06-机械表原 1理.jpg - V, ^+ ]1 t! r5 a8 i. k# z: x

3 N$ r* e: N. m" ?) Z. k; w 07-机械表原理 2.jpg $ o' m  c: k3 I: |
发条盒->传动齿轮->擒纵轮->摆轮0 {# _# T2 x; f' Y) ~
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+ p- w- {6 g0 d. R7 o) {9 sThomas Mudge 1715–1794,英国制表大师
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自英国人托马斯·马奇(Thomas Mudge)于18世纪发明了“马氏擒纵(Lever Escapement)”并被瑞士制表师改进为“瑞士杠杆擒纵(The Swiss Lever Escapement)”,其工作原理简单可靠,容易加工和装配,至今仍是绝大部分机械机芯采用的擒纵机构。但这种擒纵方式有其固有缺点:擒纵轮施加推力的方向与擒纵叉运动方向不一致,通常这两个方向有近60度的夹角,因而只有50%的动力被传递给摆轮,能量浪费显著;此外擒纵轮齿与擒纵叉瓦之间作用过程滑动摩擦较大,必须依靠额外的润滑,否则阻力将显著增加。
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杠杆擒纵的动力传递与摩擦5 F* a0 C# R# d5 G6 i

0 \! Z; M! R3 u+ W; v  [250多年来,制表界的大师们一直在考虑有没有更好的擒纵方案,期间也出现过不少新颖的擒纵机构设计,例如法国制表大师,亚伯拉罕·路易·宝玑(Abraham Louis Breguet )的“自然擒纵(Echappement Naturel)”,美国制表大师,查尔斯·法苏(Charles Fasoldt)的“双轮杠杆擒纵(Fasoldt Patent Double-Wheel Echappement)”等等。所有创新均为提高擒纵的能量传递效率,以及减少磨损延长维护周期为主要目标。但这些擒纵设计不是经不起长期运转的考验,就是过于复杂而无法实现量产。$ n' Y+ y8 _" b. q/ _9 ?2 n2 P

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% K0 O- F" w1 p5 M8 T宝玑自然擒纵
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, r" ?1 `& @# s) [8 W7 X; i) }" O  H  S 11-法苏擒纵.jpg $ @- b* i# ?6 z7 {
法苏双轮杠杆擒纵
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4 C, r8 ~1 |# y3 B2 M在这250年中,人类科技飞速发展,瓦特发明了蒸汽机,特斯拉发明了交流电,本茨发明了汽车,莱特兄弟发明飞机……,直到人类踏入太空的1960年代,在钟表领域却没有一个发明可以替代“杠杆擒纵”,直到乔治·丹尼尔斯在某天夜里临睡前的灵感乍现,他所构想出的全新擒纵系统,之后被命名为“同轴擒纵(Co-Axial Escapement)”。
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; |; j! Z, o4 A同轴擒纵,一个今天已被许多人知晓的名词,其命运和涡轮喷气发动机一样坎坷,它们和发明人一起被无数次轻视和拒绝。英国人弗兰克·惠特尔为了喷气发动机几近破产,而乔治·丹尼尔斯则为了同轴擒纵整整奔波了30年,瑞士制表业对乔治·丹尼尔斯的新发明普遍态度冷淡。直到斯沃琪集团创始人,时任集团主席的尼古拉斯·G·海耶克慧眼识珠,为OMEGA品牌引入此项技术,同轴擒纵才得以绝处逢生。) Q$ P# U1 `. J8 b
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12-同轴擒纵的演变.jpg
4 s+ P8 J5 t* B0 D) {* o左:乔治·丹尼尔斯自制同轴擒纵          右:OMEGA第一代同轴擒纵/ p+ p- X. E6 `0 c: j
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今天,我们乘坐喷气式客气可以在一天内飞便全球各地,再也不用忍受活塞动力螺旋桨飞机的振动与低速,我们要感谢弗兰克·惠特尔。而我相信的是,同轴擒纵会有同样美好的未来。向所有为了梦想而坚持不渝的先驱们致敬。
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13-海耶克.jpg 5 }" G' R. q! n2 b% ]8 B: q7 W
瑞士制表业的拯救者、同轴擒纵的伯乐、斯沃琪集团已故前主席,尼古拉斯·G·海耶克
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- ~6 B& [+ H5 M* h同轴擒纵
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" Z+ N* @3 U. v几百年钟表的发展,变换创新最多的正是擒纵系统,可谓千奇百怪,其中不乏令人叫绝的奇思妙想。看懂历届大师们的作品原理是一件非常有趣的事情。而我逐渐发现他们其实有着大致相同的努力方向:
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    直推式:动力发条的扭力通过齿轮系最终传递给擒纵轮,擒纵轮推动摆轮的过程能量损失要尽量小,擒纵轮推力的矢量方向与摆轮最终获得推力的方向基本一致。
0 K1 s5 B' V+ U; s) ?& Y  h7 ?- L    减小摩擦:统杠杆擒纵中,擒纵轮齿与擒纵叉瓦之间是大面积滑动摩擦,因此必须依靠润滑油。一旦滑油失去效力,摩擦和磨损将显示提高,甚至导致机芯停摆。
+ Z* ^" q& a" O4 N5 A$ g    双向能量传递:摆轮往复的两次摆动过程中,最好都能获得能量补充,以确保各方位等时性。
$ C' O. K. O) |8 W' f# q& C    容差性:允许一定加工和装配误差,并拥有足够抵御外力冲击的能力。: y  T  W0 U: X/ |) f' Y
    量产化:易于加工制造和装配调试,适于大批量生产。
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只有同时具备上述要求的设计,方有替代经典杠杆擒纵的可能。纵观当今表坛,客观来说,除了同轴擒纵目前确实没有其他方案可堪当此任。
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初识同轴擒纵,大多数人都会认为其结构比传统杠杆擒纵复杂,然后基于“越简单就越可靠”的逻辑,认为同轴擒纵虽有众多优点,但肯定无法取代杠杆擒纵。事实上我一开始也是如此认为:一个擒纵轮变成上下两层,两条腿的擒纵叉变成四条腿,还在摆轮轴的圆盘上额外加了一颗冲击宝石,运行起来让人眼花缭乱……。
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14-同轴擒纵.jpg 2 C9 t: Q, N( L  k3 ]* t. B( l
双层擒纵轮驱动一副三叉戟般的擒纵叉是同轴擒纵系统的鲜明特色1 V% h8 r& S2 f5 K/ h/ p- ?) M7 K+ R
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判断事物确实不能仅凭直观印象,当我仔细阅读书籍,了解杠杆擒纵的工作原理后,我改变了看法。看似简单的杠杆擒纵其实并不是那么简单,从结构而言,杠杆擒纵的叉瓦宝石既要负责“擒”(卡住擒纵轮),又要负责“纵”(接受擒纵轮传递过来的推力,再传递给摆轮),其擒纵轮齿和擒纵叉瓦宝石均有着严格的几何外形要求,相互接触碰撞的部分被细分为:锁面、冲面、背面、前棱、后棱,各个工作面之间有着严格的角度和长度等精度要求。如果超出加工或装配精度,轻则无法保证运行稳定,重则随时卡停。
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9 \0 G! `2 d" `, P- l9 ?: c5 r 15-杠杆擒纵.jpg
4 _1 Z4 _% R+ G/ L8 l9 S1 j  i杠杆擒纵的擒纵轮齿和叉瓦宝石各面各楞有严格几何要求0 \3 Z  g: S7 z* L, d0 Q7 J8 ~' ~
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反观同轴擒纵,则将“擒”与“纵”交给独立的宝石负责,擒纵轮齿与接触的宝石之间没有复杂的几何要求。简而言之,擒纵轮齿只需齿间与宝石接触,而宝石只有一个面参与工作,实际加工和装配难度比杠杆擒纵更低。
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16-同轴擒纵.jpg
9 N" ~! d2 p8 V同轴擒纵的叉瓦宝石在加工装配时只需要控制好相对擒纵叉的伸出长度  ^* M. W* G* L2 ^' Y9 W% Z' r* Z

. T7 b% [9 D+ g8 u0 }8 ], j* U从力学角度而言,同轴擒纵的动力传递也比杠杆擒纵简单得多:首先它的擒纵轮齿输出推力的方向与被推动的宝石将要运动的方向几乎完全一致。夸张一点来说,即便擒纵轮齿或宝石有一点变形或磨损,也不会影响其工作效率。其次,由于擒纵轮齿与宝石的接触几乎是一条直线而不是一个面,摩擦面积和摩擦过程均大幅减少,对润滑油的依赖可以降到最低。根据OMEGA公司公布的数据,同轴擒纵的摩擦阻力仅相当于传统杠杆擒纵的1/16,加上接近2倍于杠杆擒纵的能量输出效率(别忘了杠杆擒纵推力的传递有近60度夹角,cos60o=0.5),仅此两项,同轴擒纵已显得光芒四射。  B* Q6 ]- `) _# X6 o1 O+ [! H# s

3 f$ T6 B1 \6 }7 H; n/ ^采用“直推式”能量传递的同时,还能进行“双向能量传递”,是同轴擒纵又一大亮点。在过往的设计中,例如宝玑大师的“自然擒纵”,需要对置两个完全一样的擒纵轮方能实现直推+双向。而乔治·丹尼尔斯巧妙的使用同轴心的双层擒纵轮和一次杠杆转向,便实现了往复两次能量直推传递,我想每个弄明白了同轴擒纵原理的人都会发出由衷的赞叹。
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! ^. d7 S0 F9 x8 }- J同轴擒纵的动力传递与摩擦
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http://www.omegawatches.cn/fileadmin/swf/Co_axial/co-axial_animation_cn.swfOMEGA 第二代三层式同轴擒纵动画演示5 D% h+ p9 T. z* N7 K9 W

* a6 L  u! m! J% _( r6 k" }: Zhttp://player.youku.com/player.php/sid/XNTQ0NjM3NjA0/v.swf/ p" s1 Z# O+ c
OMEGA 9300机芯同轴擒纵演示视频( n5 L3 I6 |5 I" r8 ^# V

9 }* s+ g. w6 B9 {但新生事物总会引起争论,有人认为同轴擒纵的一个“固有”缺点,正是其“双向能量传递”的力学过程并不一致:一次是大擒纵轮直接推动摆轮轴圆盘上的冲击宝石,另一次是小擒纵轮通过擒纵叉的转动来推动摆轮圆盘钉,所以推论其摆轮两次受力会有差异,会比杠杆擒纵拥有更显著的摆轮偏振现象。  u2 i, b0 I) u( C7 [* P
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让我们做一个简单的力学加减法,通过能量计算来比较两次被认为是不一致的传递过程,而无需去理会复杂的力矩,因为能量总是守恒的。9 X- C9 Q# z' Q4 S: `+ j! S6 d% y
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大擒纵轮直接推动宝石过程# q  q. |9 ^: `% }% n
擒纵轮输出能量 - 各种摩擦损耗能量 = 摆轮获得能量 + 擒纵叉被带动获得能量 4 k+ h& ?) c4 P- \

- t$ R' h! h% R小擒纵轮通过擒纵叉推动圆盘钉过程
% f8 o( p9 e4 D/ [擒纵轮输出能量 - 各种摩擦损耗能量 - 擒纵叉转动损耗能量 = 摆轮获得能量& c1 u6 Y, N, E

) ?1 i" K! D! Q$ v3 N$ C$ B3 ^; |显而易见,虽然同轴擒纵驱动摆轮的两次力传递过程不一样,但擒纵叉在两个过程中均被推动或带动发生旋转,消耗了完全相同的能量,因此往复两次摆轮最终获得的能量输入完全相同,同轴擒纵不会导致比杠杆擒纵更显著的摆轮偏振。通过搜集众多8500用户打印的误差单也证明了这一点,正常的8500机芯各方位均不会有超过0.5毫秒的摆轮偏振值,平均值保持0.0-0.3之内。
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相比传统杠杆擒纵50度左右的摆轮升角(擒纵叉口与摆轮圆盘钉接触过程,摆轮的旋转角度),同轴擒纵只有38度。升角值越小,意味着擒纵过程对摆轮摆动的干扰越小,摆轮各方位的等时性和频稳度会越好。同时,更小的升角值大幅降低了“击摆”(过高的摆轮摆幅导致摆轮圆盘钉从擒纵叉口的外侧碰撞擒纵叉,导致显著走快)的可能。杠杆擒纵机芯摆轮摆幅极限是330度,而同轴擒纵机芯摆轮的理论上限值可以超过335度。' `6 R. Q! U* `6 T- T4 L. E  s
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看起来复杂的同轴擒纵,力学上其实更加简单可靠。但将一个完美的理论变成实物,再从实物变成可批量化制造的产品,一晃就是30年。时至1999年当OMEGA推出第一代量产型同轴擒纵机芯,乔治·丹尼尔斯已经73岁。但故事并没有结束,一个巨大的挑战正在慢慢逼近。4 H8 t( l* y; B' N

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2 D! W& ^; H2 I! [2 v- D* A一切为了同轴擒纵
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5 E) {4 R. B  O' Y) T! K% j' A8 F当OMEGA欢欣鼓舞地宣布他们划时代的同轴机芯:2500的时候,也许没人能想到,他们未来将面临怎样的挑战。OMEGA Calibre 2500,基于ETA 2892A2机芯改造而来,其改造幅度之大和用料的提升方面,在同档次品牌中无人可及。这是第一种普通人能购买得起的非杠杆擒纵机械腕表。
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2500发布后数年间,从A版改进至B版,又从B升级为C,但有一个词如幽灵般的缠绕着2500挥之不去:偷停。在一些人口中,2500甚至成了偷停的代名词,而同轴擒纵则被视为华而不实的宣传与噱头。难道同轴擒纵在原理上真的有缺陷?或者同轴擒纵真的永远只能小批量生产?我不喜欢人云亦云,我想找到问题的真正答案。7 Q/ r% G- d7 ?

  j* Q) H( c  {$ k; e; I% I% _那时8500机芯已经发布,其擒纵部分与2500A/B/C版的最大区别,是在双层擒纵轮之上增加了一个小齿轮,传动系统不再直接与上层擒纵轮直接接触,而2500的传动系传的末端被设计为一个异型齿轮,直接驱动同轴擒纵的上层擒纵轮。+ L# f9 D- `6 r9 Y* j
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18-第一代同轴.jpg . ]7 S; h4 c5 u4 H9 |+ h
含有隐患的第一代同轴擒纵系统,红色箭头位置一旦缺油会产生严重摩擦
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说起来实在太简单不过,第一代同轴擒纵的问题就出在末端传动齿轮和上层擒纵轮之间。齿轮的齿数越少,其能量传递的损耗就越大,因为齿数少,单个齿与齿之间旋转接触时摩擦的面积更大、时间更长,浪费能量肯定更多。同轴擒纵本身减少滑动摩擦面、减小摩擦接触时间、直推式力传递的优点,几乎全被末端传动齿轮和上层擒纵轮之间的“硬摩擦”给抵消了。长期运行下来滑油损耗严重,当接触面发生磨损,偷停就会发生。所以2500A/B/C等第一代同轴擒纵机芯,其擒纵过程没有任何原理性问题,问题出在末端传动齿轮驱动擒纵轮的过程中。( L) z+ d( B# \; p; W

) \* L* v7 X. \4 k4 o: l" i所谓塞翁失马焉知非福,也许正是2500开发过程暴露出的问题,让斯沃琪集团下定决心采用物理仿真等全新技术设计新一代的同轴机芯。根据OMEGA的官方介绍,8500机芯的设计工作以同轴擒纵系统为核心展开,其他所有子系统均以最优化同轴擒纵运行为目标进行开发。8500等第二代同轴机芯,通过在双层擒纵轮之上,增加一个专门的同轴齿轮,将传动齿轮驱动擒纵轮的方式改为传统高效而可靠的齿轮式传递,同轴齿轮有14个齿,而且齿形短小,此处将不再有异常的阻力和磨损。仅仅是一小步改进,确是同轴擒纵的一大步,也是整个制表行业的一次技术飞越。: f. M1 R9 |$ E! ]1 W# q! x
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我个人感觉很明显的是,OMEGA的开发团队以当时最优秀的机械机芯为参照,广泛吸纳众家的优点和经验,将各种最好的工艺和技术倾注于设计和制造之中。注定要成为一代名芯的8500就此诞生。为了它的早日完成,乔治·丹尼尔斯以80岁的高龄依然坚持参加开发工作,所以每当我抬手看着腕上的8500,不由得想起老爷子的为同轴擒纵倾注40年人生的艰辛历程。
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% e* ]2 Y# t9 w8 W: W1 [DLC是英文DIAMOND-LIKE CARBON(类金刚石镀膜)一词的缩写。DLC是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似,同时又具有石墨原子组成结构的物质。类金刚石镀膜是一种非晶态薄膜,由于具有高硬度和高弹性模量,低摩擦因数,耐磨损以及良好的真空摩擦特性,非常适合于作为耐磨涂层。% Z- P% f! d& o+ G  F7 r

% h5 N6 A* {1 }, S3 l% }- F5 r: }类似的涂层技术一直被用于某著名机芯的自动上链系统中:为人们广泛称赞的“红轮”,其表面就是“特氟龙(Teflon)”涂层,也就是我们熟悉的不粘锅材料。因为特氟龙耐磨损并拥有自润滑的特性,为持久高效的自动上链提供了技术保障。8 h5 T, f! R5 }) z/ q% S" `0 A( ]8 D
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OMEGA的开发团队肯定明白新材料和新工艺的重要性。DLC是目前最好的选择,因此他们将DLC运用在机芯数个最关键的部位:摆轮、关键固定螺丝、发条盒壳体。至少到目前为止,OMEGA是唯一广泛采用DLC技术大批量生成制式机芯的厂商。( q  a6 ?5 D3 ~; P) j4 h' D6 t
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19-DLC摆轮.jpg : g1 y) z9 I7 v( A/ @5 q- F3 V
8500特色鲜明的黑色摆轮
  O  m" C# O. @5 z/ F  T& f1 z
! h# K% H8 M: D0 Z8 k3 R( v  b; C将摆轮进行DLC处理,也就是我们常说的“黑化”,其实是一项非常吃力不讨好的事情。因为摆轮对质量的分布异常敏感,“黑化”的过程势必需要更高的工艺,成本的增加不用说,而其好处可能需要许多年后才能体现。所以将摆轮黑化,可被视为OMEGA的诚意之举。比较意外的是,黑色的摆轮在今天成为识别机芯真伪最简单也最有效的一种方式:仿冒品目前还真造不出黑色的摆轮。; t: Y# @' \' o
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除了黑色的摆轮,两个黑色的发条盒也是8500机芯显著的特征之一。将高耐磨、自润滑的DLC应用于原动系统,既有利于自动上链效率的提升,也有利于动力的输出,实属一举两得。根据OMEGA 8500机芯的维护手册,因为是DLC发条盒,因此发条与发条盒接触的上下两面不再需要涂抹润滑油。+ A$ [& T% U7 y  f7 W) N

, U6 `: ?$ L8 s! |! b. G' @" o. n1 b$ v; h( A6 ?0 i
硅游丝
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' D  D1 B% {1 V4 K2 b6 T' O自2011年底,OMEGA开始将其专利的Si14硅游丝装配于所有8500及后续系列新机芯之中。Si14硅游丝对温度不敏感,完全无磁性,弹性系数更高,且没有金属疲劳特性。由于采用光刻法制成,相比传统合金游丝的拉丝加手工盘绕制作法,硅游丝的厚度、高度、曲线形状等在量产时更容易控制误差,精度可以达到纳米级,着实是游丝制造技术的一次重大提升。
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+ O/ _7 S9 i" e7 [1 a此外,硅游丝的质量只有同体积合金游丝的1/3,因此其收放时自身重心的变化对整个摆轮游丝系统的影响要比合金游丝小得多,所以硅游丝机芯即便没有宝玑式上绕末端,也能实现极小的位差。
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20-Si14硅游丝.jpg
! p" b8 \& W* o0 i1 tOMEGA是第一个全线普及硅游丝的制表品牌- H, t$ e9 B; G2 d. B7 i8 Z
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我对硅游丝8500的亲身感受是:气温对走时几乎无影响,从夏天的海南岛到冬季的哈尔滨;具有很不错的防磁能力,有很多次表面都贴上皮包的磁性吸扣了,但误差没变化;各方位误差一直保持在-1至+1左右;可以乘坐各种剧烈振动的过山车,或是驾驶小型运动飞机进行特技飞行。+ _0 M$ F3 T9 M% S1 K6 K, c: C% P4 |5 C

' t) t( W* {/ N2 w' Y6 O: a  ]; Y; q因为硅本身是脆性材料,这导致了部分人对Si4硅游丝是否容易断裂的担忧。为了得到答案我找遍了互联网,但最终一无所获,而我实在无法下决心拿自己的表进行实际测试。不过没多久之后,某位论坛的表友替我们所有人进行了一次颇有意义的测试:他的女友把所有的怒气发泄在他的硅游丝8500腕表之上,在历经数次与水泥墙面和地面的剧烈碰撞后,我们知道了如下结果:表面蓝宝玻璃很厚很结实,掉了但没碎;表盘和表针飞出,刻度丢了4个;背透的蓝宝玻璃稍薄,裂成几块;表壳各种坑凹;钢表带的轴断裂。最后最重要的,我亲自仔细询问游丝怎么样?答曰:晃晃摆轮还能来回摆动,游丝正常!感谢这位表友和他愤怒的女友。
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21-被暴力摧残的8500.jpg ! J1 B# y8 m+ Y% B9 Y& v3 N. }7 u  @
被暴力摧残的Si14硅游丝AT8500
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OMEGA是目前所有厂商中唯一全线普及硅游丝的品牌。装配了硅游丝的8500,如同喷气发动机换装了全新高温涡轮叶片,充分发挥了同轴擒纵应有的潜力。
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砝码摆轮快慢调节- h  l/ }) F; C, e$ m

6 R. p% }6 |! h9 G为了达到优秀的等时性和耐用性,8500采用无卡度游丝,无快慢夹,通过摆轮内圈安装的4颗18K白金螺丝砝码,通过微调摆轮惯量调整摆轮频率。白金螺丝砝码的使用不仅进一步增大了摆轮惯量,而且由于其化学属性稳定,可以确保持久精度。目前在同级机芯中只有8500及后续系列新机芯采用白金砝码,确实物超所值。& h' [( s; g4 ^
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22-白金砝码.jpg
( y7 `4 O" s$ [4 U* {* \. g4 A18K白金摆轮快慢调节砝码
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$ P8 x$ U0 x2 W机械表的喷气发动机
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当航空工程师们发现,无论他们如何增大活塞发动机的功率,飞机的速度也无法超越音速时,他们唯一能做的就是换装喷气式发动机。在机械表领域,类似的故事正在重演。
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+ Y7 @0 ~+ g9 R机械表机芯的设计要协调许多互相矛盾的目标,比如:精准与耐用、动力储备与自动上链效率、所有的一切与机芯的体积。更大的摆轮、更高的频率,会有更好的运行精度和稳定性,但必然降低耐用性。如果需要更强劲的发条,要么增大机芯体积,要么缩短动储时间。而过于强劲的发条也有自身的弱点:容易发生断裂。自动机芯需要重陀为机芯上链,可如果发条的扭矩很大,上链效率就会降低,虽然可以通过减小自动陀轴承直径或加大自动陀质量来提高,但日积月累的振动会磨损轴承,导致自动陀刮擦机芯夹板。
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机械表发展至今,各个子系统的潜力几乎挖掘殆尽:动力发条的物理性能已到达极限、优化齿形的传动系统能量损耗已微乎其微,只有传统的瑞士杠杆擒纵,还在以50%不到的效率推动着摆轮,其他系统好不容易节约出来的能量,却被浪费在擒纵轮齿与擒纵叉瓦碰撞的瞬间。
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同轴擒纵正如机械表的涡轮喷气发动机,是解决当前机芯设计各种矛盾的关键,它高效的能量传递,使驱动相同惯量摆轮需要的能量输入大幅减少,发条可以做得更薄更短,同时提供更持久的动力储备。- Y: r' d" L* `& o) {5 v
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& K$ `9 t; Q! n: P  J# T; j8500一个将梦想变成现实的故事" q) {2 r6 X0 q1 A( z% M; N" z8 W
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OMEGA的开发团队只为8500装备了两个薄薄的小发条盒,相比某著名机芯,在体积减小5%、摆轮旋转功率超出4%的前提下,动储备时间却延长了31%,达到62小时!另一方面,较低的发条扭矩让自动陀转动更轻松,在实现自动上弦效率比对手提高15个百分点的同时,8500的自动陀主轴可以做得更粗壮,并拥有足够的直径安装减振弹簧片,当自动陀受到纵向加速度时,不会对轴杆产生额外的磨损,从而避免了因轴杆变形导致的自动陀刮蹭机芯夹板现象。大量实际使用的反馈证明,8500的自动上弦效率确实非常优秀,哪怕你每天都在电脑前埋头苦干,最多在房间里来回走走,只要白天表不离手,就能确保足够的动力。而自动陀刮蹭夹板的情况更是闻所未闻,因为8500表款均为背透设计,如果发生我们早会知晓。所有这些看似不可思议的性能提升,正是来源于同轴擒纵这部“喷气发动机”的贡献。7 |. N  c* n0 B) D# r2 k
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24-带减震的自动陀.jpg 7 W$ n) _5 J7 t0 I6 _) z, u, ?
带减震的轴承避免了主轴磨损导致重陀刮蹭机芯夹板的可能) W, e* k; _3 a9 ]
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/ @! `8 y9 h5 G1 y, L为持久精准而生6 Y) n+ B: @6 l9 I! p
. D, f& x8 C6 _, F( u
作为传统偏重实用的钟表业品牌,OMEGA的名称就来源一款100多年前的著名量产机芯。由此我们可以更好的理解100多年后的今天,8500肩负着怎样的使命:双向自动上链双发条盒横跨式桥板四白金砝码平衡黑化摆轮无卡度硅游丝三层式同轴擒纵镀铑机芯,8500几乎囊括所有可以想象的先锋技术,只是为了实现更加持久的精准。- m/ l& c- i/ ]8 b
8 S" ^4 J/ `2 K3 e- z! D4 _
8500的整体设计思想,是取得精确与耐用的平衡。同轴擒纵系统因其显而易见的性能优势被作为设计的核心。但为了更加可靠和方便工业化生产,乔治·丹尼尔斯和OMEGA的开发团队一起,对同轴擒纵系统进行了大量修改工作,其中最关键的改动,是将12齿的同轴擒纵轮变为8齿,也许是为了提高系统的容差性,并有利于加工。但这也意味着,在相同摆轮频率下,同轴擒纵轮要使用更高的转速。
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25-8501.jpg 2 J( K* M. U5 I: P* g2 ?  K/ p& i; [6 @

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7 `7 D+ ^. A' I" S3 U8 m 27-PO8500.jpg   Z! e- W" O" t8 k4 N5 O
在所有因素之间选择最优化平衡是8500机芯成功的关键$ h4 q2 C( Y9 G# @& w# a
2 [8 l2 g. Q. g. i; G
以传统杠杆擒纵的ETA 2892A2机芯为例,其擒纵轮有20个齿,摆轮频率为4Hz,即每秒钟摆轮往复摆动8次,每摆动一次擒纵轮转动一个齿,则可以计算出2892的擒纵轮转速为0.4转/秒。8500机芯的擒纵轮只有8个齿,频率为3.5Hz,其擒纵轮转速为0.875转/秒,如果采用4Hz频率,其擒纵轮的转速将高达1转/秒。过高的转速日积月累下来必将带来更加严重的磨损。两害相权取其轻,两利相权取其重,相比同轴擒纵其他方面的巨大优势,擒纵轮转速较高的代价是可以接受的。不过在保障精度的前提下,摆轮频率应尽量降低。
2 p, v! N4 j( }& {9 y8 g5 ?' u2 P5 e  K1 k
8500机芯最终选择3.5Hz的摆轮频率,即每小时25200次摆动,肯定是经过综合考量的结果。因为OMEGA既希望充分发挥同轴擒纵的原理性优势,又决心在最终走时精度上超越对手,所以8500被配置了一个相对巨大的摆轮,以弥补频率稍低的损失。同轴擒纵“直推式”的高效能量输出,确保了旋转惯量高达21毫克*平方厘米的摆轮可以获得接近300度的稳定摆幅,以3.5Hz的频率摆动。相比而言ETA 2892A2机芯的频率虽为4赫兹,但摆轮惯量只有7.2。- C) G- N/ L3 r" T! L
6 f) H. X4 M4 J$ p- s
根据OMEGA官方资料,8500机芯摆轮旋转功率拥有310微瓦的傲人成绩,这是8500实际运行精度高、抗干扰能力强、各方位位差小的根本原因所在。
9 f. s3 S  _/ k( l
, k3 l6 H' U- H+ \: m通过在某论坛的记名投票统计,在所有566名8500系列机芯的用户中,实测日误差:
! x7 b( k3 o) v) G4 a0至快1秒/天,有86人,占比15.2%
- B0 b$ n5 n6 k. }2 J快1至2秒/天,有121人,占比21.4%
$ t4 E6 v. D' \4 V  k5 w* K  g快2至4秒/天,有122人,占比21.6%% k; A# Q$ a8 y' V
快4至6秒/天,有61人,占比10.8% $ ^" [& k4 m5 S; P; z( y% z) ^
0至慢1秒/天,有40人,占比7.1%
3 A. U+ o3 e# ?0 ~9 q( b) A慢1至2秒/天,有33人,占比5.8%
5 C" B/ ^5 o5 r3 v8 V! |- X3 \慢2至3秒/天,有32人,占比5.7%
6 g: z9 q6 W1 A慢3至4秒/天,有39人,占比6.9%- I& `  x! O& L1 g' ~" j
误差超过以上范围,有32人,占比5.7%
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根据以上数据,日误差达到瑞士天文台-4至+6标准的用户,占比94.3%,达到-1至+1精度的用户,占比22.3%,达到-1至+2精度的用户,占比43.7%,达到-1至+4精度的用户,占比65.3%。这份调查统计虽然采样数量有限,但至少可以从一个侧面客观反映8500系列机芯的真实精度状况。就实际性能表现而言,目前确无其他机械机芯可与之匹敌。
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28-8500.JPG
5 k( |# Y' R* k绝大部分8500都是背透款,除了欣赏机械之美也可观察机芯运行状态" }" x- {8 S% D4 D# a& c

# m, x( W; u8 W( e8 P, g* |- x至于精度的长期保持方面,我自己实际测试了两年半的时间,目前的结果是:日差没有任何变化,摆幅与新表无异。此外还有已经使用5年以上8500表友的证明:没有需要维护保养的迹象,走时依然如初。显然OMEGA吸取了之前经验,没有大张旗鼓的宣称8500可以10年免维护,现在时间已经过去6年,我们并没有看到用户们开始排队保养,那就让我们再等上4年吧,同轴擒纵是否能够彻底取代杠杆擒纵,更长的维护周期应该是其中关键因素之一。
' v" _; [1 q- g& W
  ]1 s$ M; F, c. ]- m6 _5 w/ s
4 L; C" X  x* f6 G0 _现在和未来+ E6 d+ f' K! R2 \  K% F

5 U* N! f' |' @& C6 o/ UOMEGA自2007年推出8500机芯之后,于2008年推出8520专用女表机芯,这是第一次专为女式表款设计同轴机芯。在如此狭小的结构中实现第二代同轴擒纵的装配,实属不易。从实际表现来看,8520确实撑起了“半边天”,将女表机芯性能提升至一个全新层次:不输给8500的精度和稳定性,同时拥有极高的自动上弦效率,特别适合坐办公室的白领淑女,她们再不用为可能的停表而发愁。
4 B8 Z, B3 H/ d7 ]
$ [" A7 Y  m9 W' @ 29-8520.jpg
' Q- A) |/ r0 Y$ D, m, w直径20毫米,厚度5.3毫米,3.5Hz摆频,单发条盒,50小时动储备8 M! h1 G. w" {. G! q

7 P: R9 c- u5 ^0 l( ]3 G之后的2011年,再次基于全新设计,带有专业计时功能的9300同轴机芯问世,这一次OMEGA又对同轴擒纵系统进行了升级,将之前的4臂支撑式同轴擒纵轮,改进为“八爪鱼”式结构,并首次采用LIGA镍磷合金制造。根据OMEGA的官方说明,全新的“八爪鱼”式结构拥有更优秀的机械特性,可以提高同轴擒纵过程的抗振性能,并更适于镍磷合金进行加工。因此,“八爪鱼”式的同轴擒纵系统应该算是第三代同轴。
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30-9300.jpg
! Q- X$ h; g  u% N1 g“八爪鱼”式的擒纵轮看起来很科幻
  d) r. K5 j, T; W; L
" O# Z' C( n& {1 n2013年,OMEGA在没有任何预兆的情况下,突然发布了一个震撼人心的产品:可以抵御大于15000高斯磁场的8508防磁机芯,所有的人都瞪大了眼睛,看着演示人员拿着强力稀土磁铁,直接贴附到手表的正反面,而手表完全运行正常,连误差都不带变化。在此之前的记录是1000高斯,OMEGA一下就提升了15倍!15000高斯是地球上最强大的粒子对撞机可以达到的磁感强度,所以>15000的含义象征着征服科学的巅峰。与过去依靠软铁外壳实现防磁完全不同,8508机芯本身可以无视磁场,因此它可以有背透、还可以带日历窗,这一切太具有颠覆性,以至于所有之前的防磁表都突然显得黯然失色。
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* b! V, Z+ |' ?9 P+ Y5 T# Z 31-8508-2.jpg ' I* }) _% o6 m- g7 N( x

$ G8 b1 ]9 L$ \ 31-8508-1.jpg 5 Y; l8 i9 i' l$ x4 D6 S: o
8508注定将永载钟表史册
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2014年,仅仅时隔一年后,OMEGA宣布8508的防磁技术将被迅速普及,所有新出品的8500系列机芯都将陆续升级至防磁15000高斯的水平。15000防磁将成为第四代同轴机芯的标准配置,而OMEGA为他们的杰作取了一个很不错的名字:Master Co-Axial 至臻同轴。在公开的技术资料中,我们可以看到超级防磁的关键部件:由防磁材料制成的擒纵轮、擒纵叉、摆轮避震器两端的弹性压簧,当然还有Si14硅游丝。OMEGA肯定还有未公开的独门秘诀,因为其他公司虽然也掌握着防磁材料镍磷合金的制造工艺,但看起来抵御15000高斯并不是一个可以轻松达到的目标。4 }/ [) |! H5 _7 Q5 [! g) `
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32-至臻同轴.jpg 2 I2 o" S4 Z! z
Master Co-Axial 至臻同轴技术将陆续普及至所有OMEGA新款同轴机芯
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3 T* t9 |* I/ l' b8 U$ {# S% I' @展望未来,以同轴擒纵为核心进行附加技术延生,将更多曾经的梦想实现,肯定是OMEGA的主旋律。几百年间,古老的机械钟表业从未有过这样的发展速度,从“芯”开始的OMEGA正回归100多年前自己的本色,在同行们惊愕的目光中,继续着自己坚定的步伐。作为用户,也许不太希望自己刚刚购买的名表很快就过时,但作为爱表之人,真心希望今生能见识更多伟大的创举与奇迹。
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* @7 Z) w: b% `! C* ]- z 33-OMEGA.jpg 4 B  I. H7 ]8 X! p$ T) C
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chn6@20140528( P$ }7 b% w1 X2 u  w, C3 v
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评分

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chlogan + 3 不愧是六管炮
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67条回复

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发表于 2015-2-16 16:27:02 | 显示全部楼层
一来就看到这么好的文章!
发表于 2015-2-16 16:53:05 | 显示全部楼层
好文采!
发表于 2015-2-16 16:55:55 | 显示全部楼层
好文章,点个赞!
发表于 2015-2-16 17:35:58 | 显示全部楼层
学习了。好文章。4 a% l9 g. ^% M
发表于 2015-2-16 17:47:20 | 显示全部楼层
支持,写的很好。9300下个目标
发表于 2015-2-16 17:59:43 | 显示全部楼层
写的非常好,很给力
发表于 2015-2-16 18:57:58 | 显示全部楼层
写得真好,欧该请LZ去做文案
发表于 2015-2-16 19:19:56 | 显示全部楼层
写的真好,受教了。, x$ N# n; `0 \9 P* M* L
时尚时间我平日也看,楼主是撰稿人吗
发表于 2015-2-16 20:58:40 | 显示全部楼层
感觉这机芯比卡西欧还强,防震防磁又精准,会不会有点太无聊
发表于 2015-2-16 21:10:05 | 显示全部楼层
兄又出8500的论文,太厉害!
发表于 2015-2-16 21:12:36 | 显示全部楼层
兄又出8500的论文,太厉害!
发表于 2015-2-16 21:13:51 | 显示全部楼层
好文,赞!* n& C' K' N8 F

. b; S& ~3 ^5 P0 \6 o# g- j% x8 X7 |$ P

! u' i- ]! f$ s) lPs,我是纯粹伪表迷,买表基本上只看样子。。
发表于 2015-2-16 22:01:39 | 显示全部楼层
好文
 楼主| 发表于 2015-2-16 22:14:45 | 显示全部楼层
感谢大家,新春即临,祝大家幸福美满,心想事成。
发表于 2015-2-16 22:44:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 周朝先 于 2015-2-16 23:02 编辑
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lxhprc 发表于 2015-2-16 18:573 |; ]* `/ G: k- P1 ~1 ]$ i; S
写得真好,欧该请LZ去做文案
, D" z; L; i$ K8 V( p$ H+ B4 r+ h
伟哉!8500!& Q/ F; x) W; Z- c  N2 F$ D
这是我再一次读过这文字的感受, d* u3 T0 t* T& k' v8 l+ z! g1 M
' y9 Z) \, C3 g: O
其实我真不知道该说些什么
7 B* n; r) O4 w# J  o: T' R, b; [( v( ?/ {( f0 w" @
技术层面我不懂,介绍,赞美8500的文章最多最严谨最用心且最有说服力的,非楼主莫属' e/ ^1 ^  G5 h* c! L/ y
在下孤陋寡闻,我只是想说,我是没见过这么孜孜不倦,饱含深情歌颂3135,4130,7040的表友。孜孜不倦饱含深情是关键词啊!提醒一下rolex,二十一世纪什么最贵,人才!
, x# {* N3 [8 [' F8 A; q; D; c
5 X/ G2 k5 c: v, O6 ~9 d' h职场中什么最重要,敬业!8 J& X+ j; Q" M6 B7 C

0 y5 e) ?: p% o5 _. Z感谢楼主再一次,请原谅,一定要有“再”这个字,以绝对令人信服的技术分析再一次向我们完美诠释了8500的好" q8 S1 v* Y% h2 A9 n
真是不知道说些什么,也请勿对号入座
! d& V" M: z# y; }, f% s0 R2 p$ z4 B# t0 E

0 O; n4 C2 K% o  s* D
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发表于 2015-2-16 22:48:11 | 显示全部楼层
周朝先 发表于 2015-2-16 22:446 x1 X; A# m! J. R+ Y/ ?) T! a
伟哉!8500!
2 F! I% l# @2 s- z4 H5 m) x1 j9 e这是我再一次读过这文字的感受

" K5 Q6 J' [' G0 F5 [9 f. s
8 \' d. e, J  x, @" F因为,起码,他们都不同" S0 c6 ^) c2 ~' K5 ?* ]
发表于 2015-2-16 23:11:34 | 显示全部楼层
好文!
发表于 2015-2-16 23:11:38 | 显示全部楼层
好文!
发表于 2015-2-16 23:11:49 | 显示全部楼层
学习
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