《转载信息》浅析下双条盒和三条盒的机构原理

说过整理完发上来的，大师们的确太忙了，这个东西又很长，所以我代劳一下。呵呵，基本以后的问题得靠自己了.......一起勉励吧
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一直以来人们都在追求手表更持久的动力，像是一场醒不来的梦，一遍遍的寻找；而动力的来源，与发条紧密相连的上链，更是让无数人迷倒在机械的情结中，难以割舍。手动上链这种最基本的上链方式，在齿轮啮合的声音中，在发条盒一圈圈上满的过程里，无论是设计者还是享用者，在那一刻，心中的喜悦是共通的，这样的喜悦来自长动力手表的秘密。) G$ O+ d2 n9 Y) _
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发条盒的秘密
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    其实，机心保持运转，不断定时补充运行动力是必须的，而运行动力来源于条盒内发条弹簧存储的弹性势能。理论上说，发条盒越大，发条越长，动力储备的能量就会越多，使得手表走时就会越长。而实际上，在我们上满链之后，实际上的7圈发条中只有4圈用于驱动机心每天的运转，剩余的3圈用于储备动力。当某天忘记上发条时，它可以支持手表运转十多个小时，但是可能影响其运行的精确性。究其原因，机心装置的持续运行时间取决于可使用的发条弹簧储能圈数。   ! F, ~: ~0 b( x1 g3 Q
    实际上，一个标准尺寸的发条盒已经确定了发条的特性，并不允许随意增加发条长度，因为对动力输出而言，最有效的数值是发条占据发条盒55%到60%的空间，当其通过齿轮组传递动力时，运行动力会在长的传递路程中消耗。在发条盒旋转力矩低于一定的数值时，由于摩擦力作用，它会停止运转。这就要求发条弹簧具有很高的功效、很长的使用寿命，并且启动时旋转力矩变化能保持在最小范围，此外还能在最小的空间内存储最大的动能，所以长久以来钟表研发人员一直致力于延长手表持续运转的动力储备时间。
简单地说，长时间的能量储备就是通过加长发条的长度或是增加发条的强度来实现。可是，由于机心内空间有限，无法再增加发条的缠绕圈数，并且很快就达到物理极限，所以可以在机心内采用串联或是并联多个条盒的方式。
    产品的最终设计特征决定采用一个或多个发条盒是通过包括机心尺寸(直径、厚度)和需要的功能(动力储备、日历显示等)来确定的。采用单发条盒设计更加简单、合理，且不会损失动力，但动力储备时间不长。采用多个条盒如朗格(A.Lange & Sohne) 的LANGE31双发条盒或沛纳海(Panerai) 的Luminor1950 8Days三发条盒，可以带来附加动力储备，但过多的齿轮驱动会消耗动力。相比之下，各有利弊，但设计者总会研发出相应的结构来弥补不足。8 z; Q8 I8 |$ M3 b+ p( W
    如朗格的LANGE31机心中的两个发条盒上下排列并且串联到一起，从而达到动力叠加的效果，使得机心持续运行时间翻倍。另外，LANGE31两个发条盒中的发条极长，均约为1.85米，相应地发条盒也很大。虽然在机心里增加下层条盒需要更多的空间，而且意味着需要有更多的部件，使手表复杂性和敏感度大大提高，以至影响摆轮的摆幅。可是LANGE31的恒力擒纵机构则能在擒纵轮或邻近擒纵轮处将传动链隔开，并通过一个形似游丝的小弹簧将传动链重新连接上，从而使它能在满条的第1天到发条即将释放完全的第31天时间里，以接近恒定的输出力矩驱动擒纵调速机构工作。当然在奇思妙想的现在，双发条盒不再是罕见的特殊部件，如沛纳海的Luminor1950 8Days机心中的三个发条盒既上下又左右串联到一起也达到了动力叠加的效果，使得机心持续运行时间翻倍。
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朗格双发条盒的秘密

朗格于1990年推出的第一款手表LANGE1就采用了双条盒结构，其中两个条盒是相邻布置的，而2007年朗格推出了全新的可提供长达一个月动力储存的手动上链腕表LANGE31，该款表采用了将两个条盒叠层布置并且串联到一起的结构，这样既储存了空前庞大的动力，又留出一定空间给传动轮系和擒纵调速系统，而放弃了LANGE1的相邻串联双条盒结构。



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叠层串联双条盒结构工作原理
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如上图所示：
    首先，叠层串联双条盒结构储存能量的过程是通过上条轮系驱动，采用螺钉固定在上层条盒轮1a上的上条轮1d逆时针旋转，从而带动上层条盒轮1a逆时针旋转。由于固定在发条1c上的外钩已经钩住条盒轮1a内壁的内钩，并且条轴1b外钩又钩住发条1c，因此当条盒轮1a逆时针方向旋转时会带动发条1c外钩逆时针方向旋转，并且发条1c也会逆时针方向旋转并逐渐卷紧。在发条1c逆时针方向旋转并且逐渐卷紧的同时，发条1c会带动条轴1b逆时针方向旋转。由于条轴1b的方形凹槽与条轴2b的方形凸起紧密的配合在一起，使得条轴1b逆时针方向旋转的同时带动条轴2b逆时针方向旋转。条轴2b外钩带动发条2c逆时针方向旋转并逐渐卷紧，随着上层原动系统中条盒轮1a在上条轮系的带动下不断地逆时针方向旋转，上层原动系统的发条与下层原动系统的发条都将被卷紧直至上满发条。
    其次，叠层串联双条盒结构的释放能量的过程是：随着上层原动系统的发条1c与下层原动系统的发条2c被卷紧直至上满，它们的能量将逐渐被释放。但是，两个原动系统并不是同时释放能量，而主要是由下层原动系统负责释放所卷紧的发条能量 (包括了两个原动系统存储的能量) 即通过下层原动系统的被卷紧的发条2c的外钩带动条盒轮2a逆时针方向旋转并将能量输出给传动轮系，从而使得摆轮游丝系统获得能量开始运转。随着下层原动系统将自己的能量不断输出，其输出力矩将随之下降，而此时上层原动系统也会不断的将自身的能量补充给下层原动系统，直至下层原动系统自身的能量完全释放，而上层原动系统所剩能量的力矩小于轮系间的摩擦力矩不能将能量补充给下层原动系统为止，此时手表轮系已无能量可用，便停止运动。  D6 U  o) r+ Q: B7 |
然而，能提供如此庞大动力的机心，要是没有特别的技术性措施，是无法一直以稳定的速率运行的。根据虎克定律，如此大的弹性势能在恒定杠杆比的齿轮传动输出时，其扭矩从满条时的最大值到发条松弛状态时的最小值变化非常大，因此要它在上满条跟发条放松时传送出相等的动力是不可能的。尤其是对采用快慢针校时结构和杠杆式擒纵机构的机心，其擒纵调速系统的等时性并不理想，在输入扭矩过大或过小的情况下，对走时精度有非常大的影响。为了战胜这个定律，达文西在500年前发明了均力圆锥轮原理，利用杠杆作用来抵销发条的扭力下降。而朗格早已把以此原理运作的芝麻链传动系统，装置在朗格Tourbillon “Pour le Merite”及Tourbograph “Pour le Merite”两款陀飞轮计时腕表中。
    可是它的零件结构这么纤细，怎能应付31天的动力储存？朗格的制表工程师唯有另外寻求解决办法，结果研制出一种新型的“恒定动力擒纵系统” ，此系统被设置在叠层串联双条盒驱动的传动系与杠杆式擒纵调速系统之间，本质上是将逐渐减小的主传动链力矩储备到一个可以驱动擒纵机构工作10秒，称作“微型发条”的“恒力辅助弹簧”中，以此“微型发条”直接驱动擒纵机构工作。这样，在擒纵机构工作过程中，力矩的变化范围大大缩小，力矩呈现出周期为10秒的锯齿形波，但是其平均力矩是平稳的，可以确保在31天的能量储备期间擒纵机构所受的平均力矩恒定，从而解决了由于发条盒输出扭矩大幅变化所引起的走时误差。在满条时，可以避免“激摆”；在发条松弛状态时，仍保持摆轮摆幅恒定。2 ~0 F* ^; U' B0 B, I
    同时朗格在这款腕表上引用了古董怀表使用较多的钥匙上链系统，其原因是此机心具有如此强力的发条，要是用普通表冠上链系统，会相当费力。钥匙上链产生的杠杆，使其可获得最佳的传动比率，这是表冠上链不可比拟的。正方形的上链匙插在蓝宝石水晶表底的匙孔上链，便可将动力传送到发条盒。上链匙装有止逆棘轮，令操作有如一般表冠上链般顺畅，此外还装置了扭力限制器，以防不慎将发条卷得过紧的情况发生。
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沛纳海三发条盒的秘密# m, h1 T6 ^/ D+ ]/ i( M; N
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    沛纳海P.2002 / 1机心配置了具有代表性的三条盒结构。对于成立于1860年为意大利海军潜水员制造军表的沛纳海来说，P.2002 / 1是它的第一块自主机心，其中采用三个发条盒所产生长达8天运行动力的结构是这款表的特色之一。沛纳海串联的三条盒在结构上采用两个条盒上下排列，然后再和另一个条盒前后排列，这种布局是由设计的整体思路所决定的，其实工作起来就是三个被串联起来的发条盒。虽然三个发条盒在数量上比双发条盒多，但就结构与工作原理而言它们是差不多的。, x9 q  P; H, s& J0 G3 }. e
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上图是沛纳海 Luminor1950 8天动力储存腕表的机心P.2002/1，这款沛纳海100％自制机心诠释了沛纳海通过顶尖的制表工艺和完整的技术知识所表现的精密复杂功能。通过自动归零装置可以让秒针直接跳回到零点从而精准设定指针并与参考时间信号进行同步，这一精密装置还可以同时停止摆轮振动。此款机心为手动上链，共有245个组件，游丝不受调节器影响，因此没有传统的微调机构，从而可以通过直接调节摆轮上的螺丝实现精确校时。/ \6 G  p9 f; E

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这三个原动系统并不是同时释放能量，而主要是由第三原动系统释放发条能量，随着第三原动系统将本条盒储存的能量不断输出，其输出力矩将随之下降，而此时上下排列的第一原动系统与第二原动系统会不断的将自身的能量补充给第三原动系统，直至第三原动系统自身储存的能量完全释放……
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e7 o  O2 e# W7 I串联三条盒结构的工作原理% \5 W* {" x9 u; Q% {& n  w+ x

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下面就此串联三条盒结构对比叠层串联双条盒结构，分析一下串联三条盒结构的工作原理，如下页图所示：
首先，串联三条盒结构中上下排列的第一原动系统与第二原动系统储存能量的过程与叠层串联双条盒结构的储存能量的过程基本上是相同的，不同之处在于串联三条盒结构的第一条盒轮1a自身带有齿与上条轮系直接啮合，并通过上条轮系驱动逆时针旋转，而叠层串联双条盒结构的上层条盒轮1a自身没有齿，它是通过上条轮系驱动采用螺钉固定在上层条盒轮1a上的上条轮1d逆时针旋转，其余运动过程是一致的，直到条轴2b外钩带动发条2c逆时针方向旋转并逐渐卷紧，此时发条2c的外钩会带动条盒轮2a顺时针方向旋转。由于条盒轮2a与条盒轮3a作用在同一平面上相互啮合，所以条盒轮2a顺时针方向旋转会带动条盒轮3a逆时针方向旋转。由于发条3c的外钩已经钩住条盒轮3c内钩，并且条轴3b外钩又钩住发条，因此条盒轮3a逆时针方向旋转的同时会带动发条3c的外钩逆时针方向旋转，使得发条3c逆时针旋转并逐渐卷紧。随着第一原动系统中条盒轮1a在上条轮系的带动下不断地逆时针方向旋转，这三个原动系统的发条都将被卷紧直至上满发条。; N/ z" s0 U, u1 q+ I
    其次，串联三条盒结构的释放能量的过程与叠层串联双条盒结构相比，其相同的地方只是上下排列的第一原动系统与第二原动系统的释放能量的过程与叠层串联双条盒结构基本一致，而串联三条盒结构释放能量的输出方式与叠层串联双条盒结构相比就完全不同了。而不同的原因在于三个条盒被串联起来最终将能量输出的是第三原动系统的条轴3b，因此就需要一个输出轮与条轴3b固定成一个整体，只有这样三个条盒所储存的能量才能被输出给传动轮系，从而使得摆轮游丝系统获得能量开始运转，而两个条盒被叠层串联起来最终将能量输出的是下层原动系统的条盒轮2a，因此就不需要输出轮，直接通过条盒轮2a将所储存的能量输出给传动轮系，从而使得摆轮游丝系统获得能量开始运转。
    重点要介绍串联三条盒结构的释放能量的过程是：随着三个发条盒内的发条被卷紧直至上满，它们的能量将逐渐被释放。但是，这三个原动系统并不是同时释放能量，而主要是由第三原动系统的条轴3b带动的输出轮负责释放所卷紧的发条能量，随着第三原动系统将本条盒储存的能量不断输出，其输出力矩将随之下降，而此时上下排列的第一原动系统与第二原动系统会不断的将自身的能量补充给第三原动系统，直至第三原动系统自身储存的能量完全释放，同时第一原动系统与第二原动系统自身储存的能量也所剩无几，其输出力矩已经小于轮系间的摩擦力矩不能将能量补充给第三原动系统为止，此时手表轮系以及摆轮游丝系统已无能量可用便停止运动。



朗格  vs  沛纳海# Y: E: }9 M( X' g' B
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朗格的叠层串联双条盒结构& X3 s8 J, w  F5 ~
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优点：

1. 充分利用了机心的有限的空间，将机心完全为实现运行31天而设计。它通过叠层串联双条盒并尽量放大条盒尺寸，这样可以充分增加条盒内部容量，为1.85米长的发条放入提供了条件。
2. 考虑到巨大的力矩输出落差而设计了“恒定动力擒纵系统”将如此庞大的输出力矩平均化，解决了因力矩输出落差大而影响手表走时精度问题，此项设计说明了朗格设计师考虑之周全，也反映了其功底之深厚，原因在于“恒定动力擒纵系统”相比于普通机心内部的擒纵机构设计来说其难度相当大，需要大量的数据计算，必须做到每一个环节都要精准，不能有任何差错。
3. 最为人性化的设计是钥匙上链系统的采用，避免了佩戴者长时间以及很费力的上链。1 V7 Q0 M& X! T/ F' Q  l
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缺点：

朗格的叠层串联双条盒结构的缺点是：LANGE 31机心为了满足31天走时而将机心尺寸尽量放大，其直径达到46mm，最大厚度达到15.9mm，再将此机心制成手表成品后其直径与厚度决定了其重量相当大，有可能会给部分佩戴者带来负重的感觉。
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沛纳海的串联三条盒结构7 |. k& P- Q6 X7 @) l. k
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优点：
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1. 更高的运行稳定性。因为发条盒内发条的旋转次数互相叠加，发条盒速度更快，克服较小的旋转力矩就达到一定的动力水平。第1天和第8天的旋转扭矩之间的差值显著变小，这样使得摆幅偏差值降低，所以可以提高机心运行的精确性。1 k* S; h4 H8 [8 F
2. 更高的运行可靠性。因为只有很小的压力作用于轴颈，高旋转次数使8天动力储备机心中发条盒转速更快，旋转扭矩更小，这样轴颈压力较弱而且损耗非常低，保证了很高的运行可靠性。- ?) X# [# K/ n; i7 }
3. 机心一体化整合构造。三发条盒构造使得一体化整合安装动力储备指示装置成为可能，无需浪费机心内的容积。因为该装置可以安装在第三个发条盒的上方或下方。
4. 更重要的是相对于LANGE31厚重的尺寸，沛纳海的8天机心还是比较适合佩戴的。  F9 F. T/ j4 Z4 C, W( m2 x

缺点：
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沛纳海的串联三条盒结构相对于朗格的叠层串联双条盒结构的缺点就是它没有31天的走时长度，但是八天也可以基本满足消费者日常使用了。8 U( V, y  T$ K* R8 A1 Q

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    欣赏完以上两款具有代表性的机械手表机心后，想必大家和作者一样都融入到它们独特的设计思路中。而无论是双条盒结构还是三条盒结构，它们的工作原理基本都是相通的，只要知其原理，便可在手表限定尺寸内放置更多的条盒。对于机械表而言，条盒存储的动力是永恒的话题，长动力是发展的趋势，而由此基础上添加的设计都是在为佩戴者提供实际最需要的东西。设计复杂、功能简单实用是我们设计人员所竭力为大家考虑的，也是我们所追寻的，要求精准的我们会一直秉承这一宗旨，为大家设计出更多、更好的机械手表。& z0 |4 e7 o  O2 e# W7 I

好！！！

murphyhe 发表于 2012-10-19 14:22
好！！！

辛苦有人认同真好~~~

好文章要顶，新人版需要更多这样的好文章

学习了

好贴

scenthouse02 发表于 2012-10-19 15:14
好贴

谢谢~

好贴啊，顶起！

开心人 发表于 2012-10-21 19:23
好贴啊，顶起！

出门几天累死了，谢谢啊