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宝玑游丝为什么误差小?

时间:2017-7-2 14:46 1 2245 | 复制链接 |来源地址:www.wanhu888.com 打印 | 上一主题| 下一主题
宝玑游丝为什么误差小?

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沙发
mikmbw5 发表于 2017-7-2 14:46:28 | 只看该作者 | 举报
由历史说开吧
      胡克建立了弹性体变形与力成正比的定律,就是著名的胡克定律。1660年他在实验中发现螺旋弹簧伸长量和所受拉伸力成正比。1676年在他的《关于太阳仪和其他仪器的描述》(A Description of Helioscopes and Other Instruments)一文中用字谜形式发表这一结果,谜面是ceiiinosssttuv。1678年在他的小册子《势能的恢复——论说明弹跳体能力的弹簧》(Lectures de Potentia Restituva, or of Spring Explaining the Power of Springing Bodies)一文中公布了谜底:ut tensio sic vis,这句拉丁文的意思是“伸长量和力成正比”。这是关于弹性体胡克定律的最早形式。 胡克对万有引力定律的发现起了重要作用,牛顿应用了他的观点,但牛顿却拒绝承认来自胡克。风向仪,水平仪等装置的发明权也常常归功于他。可能是胡克实在是太忙了,他发现了弹簧的特性并对此做了大量的研究,但是他却没有做出第一只实物。而是停留在书稿上面。直到他知道惠更斯在1675年1月30日向法国皇家学会展示了游丝摆轮实物,替代他成为了官方认可的钟表游丝摆轮的发明人。他暴跳如雷并开始了一段和惠更斯旷日持久的游丝发明权的争夺战。惠更斯和上次制作摆钟一样,并没有自己亲自动手,而是委托法国钟表匠IsaacThuret或 Jacques Thuret制造了世界上第一枚采用游丝的钟表。至此,钟表历史翻开了新的一夜,其后的300多年间,几乎所有的钟表都是采用具有等时性的游丝设计。惠更斯改变了钟表行业,开创了精确性的时代,被称为科学制表之父。
    游丝就是一圈金属丝,它按照阿基米德螺线制成,阿基米德螺线(阿基米德曲线) ,亦称“等速螺线”。当一点P沿动射线OP以等速率运动的同时,该射线又以等角速度绕点O旋转,点P的轨迹称为“阿基米德螺线”。

下图为没有添加内桩.外桩的游丝毛坯,它就是按照阿基米德螺旋线制成。整根游丝是在一根平面上,简称为平游丝。
下图为添加了内外桩的游丝成品,还是按照阿基米德螺旋线制成,只是在游丝的末端(红线所指的地方)将游丝间距扩大,这样有利于外桩的固定,和游丝长短的调节。注意,整根游丝还是在一根平面上,还是称为平游丝。下图为添加了内外桩的游丝成品,还是按照阿基米德螺旋线制成,只是在游丝的末端(红线所指的地方)将游丝间距扩大,这样有利于外桩的固定,和游丝长短的调节。注意,整根游丝还是在一根平面上,还是称为平游丝。



    游丝按照阿基米德螺旋线盘绕,并不是同心圆,所以整根游丝的重心并不是在最中间,而是有偏移的。


  当平游丝和摆轮结合在一起放在机芯上面开始正常工作的时候,摆轮来回摆动,游丝就开始进行扩大收缩的运动。此时,  当平游丝和摆轮结合在一起放在机芯上面开始正常工作的时候,摆轮来回摆动,游丝就开始进行扩大收缩的运动。此时,整根游丝的重心会随着游丝的变形运动而移动,红线所指方向有游丝间距会比另外一边的游丝间距更小。

游丝是整个机械手表最重要的部件,游丝重心的偏移会直接影响到整个手表走时的精准程度。

Abraham  Louis Breguet宝玑当时发现了这个问题,为了解决,他发明了陀飞轮,他的想法就是让整个游丝摆轮系统做360°的平面旋转运动,这样就可以不断抵消不同位置因为地心引力而导致的游丝重心位移。

1795年宝玑提出通过上绕游丝末端补偿游丝偏心,改善走时精度。这个就是常说的宝玑游丝。
下图为宝玑亲自制造的宝玑游丝原物,现藏于大英历史博物馆


宝玑将游丝的末端上饶,提到第二个平面,这样的设计相当于一个砝码,可以让游丝在运动过程中的重心偏移不再那么厉害,进而可以提高走时的精度。


下图为宝玑游丝和平游丝在运动过程中,重心偏移的实验结果数据图。
蓝色为平游丝,绿色为宝玑游丝。可以清楚看见,两者的差距非常明显。



  宝玑游丝现在是一个统称,是指进行了游丝末端上饶的游丝。Abraham  Louis Breguet宝玑当时提出了上饶游丝的想法,而后数学家Eduard Phillips用严谨的数学计算出了不同宽度的游丝末端最“完美”的设计。

宝玑游丝解决了游丝重心偏移的问题,但是它又随之带来了其他问题。因为上饶了游丝末端,所以宝玑游丝的厚度是大于普通平游丝的。所以超薄手表为了减少厚度,都是采用平游丝。

到了现代,有的品牌开始利用新技术,新材料来解决游丝重心偏移的问题。
最出名的一个就是新材料硅,因为硅的密度比钢小很多,所以用硅制成的游丝重心偏移不会过于厉害。
另外一种解决办法就是在平游丝的状态下,改变游丝末端的形状。代表就是DE BETHUN和Patek Philippe百达翡丽。DE BETHUN在游丝末端添加了一段不规则的夹子


百达翡丽则是通过计算机模拟出最佳的游丝末端外形,然后用硅材料直接投影游丝出来,在其游丝的末端,会比其他部分粗壮一些。



当然,解决游丝重心问题的办法并不止宝玑游丝,还有其他的方法,下次再写吧。
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