擺輪游絲

擺輪游絲

游絲

【Balance-spring 游絲】（又稱擺輪游絲） 在手表結(jié)構(gòu)中屬調(diào)速系統(tǒng)，稱之謂手表的心臟。它們之間的有機配合，在表機中來回旋轉(zhuǎn)振蕩，保持一定速度，確保了手表準確計時。游絲特別敏感嬌嫩，是一種相當(dāng)細的螺旋形彈簧，大約比人發(fā)細3～4倍，總重量約2mg，卻可耐受600g的張力，韌性相當(dāng)強。由於涉及深奧的材料科學(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)動時固定在擺輪內(nèi)的游絲則會因為彈性而均勻地收縮及舒張，同時帶動擺輪來回擺動。如前所述，擺輪受到驅(qū)動力量使游絲受力壓縮、舒張，帶動擺輪順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，這樣的旋轉(zhuǎn)周期會直接影響到腕表走時的準確度。理論上，完成旋轉(zhuǎn)周期的時間愈短，也就是頻率越高，準確度就越高。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∶每小時的擺動次數(shù)，記為 次/小時（或vph）；每秒鐘擺輪游絲往返一個周期的頻率，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（2.5Hz，5振動）、19,800次/小時（2.75Hz，5.5振動）、21,600次/小時（3Hz，6振動）、28,800次/小時（4Hz，8振動）、36,000次/小時（5Hz，10振動），一般來說振頻越高，就表示這只腕表越精準。【Balance-wheel 擺輪】（又稱平衡擺輪） 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。

擺輪游絲的調(diào)節(jié)

擺輪的技術(shù)要求

1 擺輪必須平整，也就是擺輪輪緣四周要與擺軸垂直。

2 要圓，不得偏心，也就是不能成橢圓形。

3 要平衡，也就是擺輪四周重量要一致。

游絲的技術(shù)要求

游絲是以阿基米德螺旋線形狀，盤旋而出。內(nèi)端固定在內(nèi)樁上，外端固定在外樁上，其技術(shù)要求是：

1 游絲要“圓”，指的是符合均勻的阿基米德螺旋線和最外半圈的圓弧形。

2 “平”，包括游絲最內(nèi)圈的內(nèi)圓內(nèi)平和游絲外圈的外圓外平，也就是整盤游絲包括內(nèi)樁上平面?zhèn)让嬗^看應(yīng)在同一平面上。

3 框距一致，也就是每框之間的距離相等。

4 游絲安裝在擺輪上，整盤游絲的平面應(yīng)與擺輪平面平行，不得歪斜，游絲外樁與游絲平面垂直，與擺軸平行。

5 安裝在機芯中，游絲應(yīng)與擺夾板平行。如果游絲外端曲線不正確或外樁歪斜，會出現(xiàn)游絲傾斜，框距不一致等變形。還會出現(xiàn)整盤游絲成碗狀或傘狀。這可以調(diào)節(jié)外樁在外樁管內(nèi)的高低來糾整。

裝配

以上擺輪游絲的技術(shù)要求，除了擺輪的平衡外，在拆裝過程中用肉眼通過放大鏡都能觀察到。如果不符合上述要求必須進行修整或換配，否則表機就走不好，更談不上精度了。

除此之外，擺輪游絲的技術(shù)要求還有很多。如：擺輪的動平衡、游絲的卷進角、游絲在快慢針內(nèi)的蕩框、擺軸的軸向徑向間隙等技術(shù)要求，大家可以通過理論知識的學(xué)習(xí)作更深入的了解。

擺輪游絲系統(tǒng)（振動系統(tǒng)）——發(fā)展簡史

成熟的鐘表應(yīng)該從英國鐘表開始講起

自17世紀那場著名的“航海天文鐘”比賽起，英國鐘表曾經(jīng)是世界上最好的。早期的英國表的擺輪游絲系統(tǒng)是一個金屬的閉合光擺配合鐵基做成的平游絲（發(fā)藍），也就是荷蘭科學(xué)家惠更斯發(fā)明的擺輪游絲鐘的縮小版。通常，高級的英國表的擺輪是由貴金屬制造（k金）以增加擺輪的慣量，可以達到走時準確的目的。就以現(xiàn)在留存的這些珍貴鐘表看，每日的走時誤差大約會在5分鐘內(nèi)。

后期的英國表也用到了雙金屬截斷擺輪

雙金屬截斷擺輪

這種擺輪也是由英國人發(fā)明的（具體誰的忘了）。擺輪的外圈是黃銅，內(nèi)圈是鋼，這兩種金屬由螺絲緊密的結(jié)合在一起。這擺輪邊上多出的十幾個螺絲，不僅固定金屬用，而且還可以調(diào)整擺輪的位差。這樣的設(shè)計巧妙的補償了游絲由于溫度變化而引起剛性的改變，而剛性的改變會帶來不小的走時誤差。當(dāng)溫度升高時，游絲變長，而擺輪由于銅的膨脹系數(shù)大于鋼的，會往內(nèi)收縮。反之，溫度降低，游絲變短，擺輪會向外擴張。這種設(shè)計一直持續(xù)到因瓦合金的發(fā)明而結(jié)束。

這樣精密的設(shè)計通常還多見于“航海天文鐘”上，而天文鐘配合的卻是一種繞成圓柱狀游絲，俗稱“桶形游絲”。桶形游絲制作非常困難，但是這種游絲帶來的好處也是顯而易見的——可以大大減小由游絲舒張不同心所帶來的位差。但這種游絲通常卻不用于便攜式鐘表上，因為他的占用的體積太大，一位衣著得體的紳士，他放懷表的口袋卻鼓囊囊的一大塊，這實在是不優(yōu)雅的。

到了18世紀，英國人已經(jīng)不在鐘表上占有絕對優(yōu)勢，另外一個突起大軍——法國鐘表也占有了一席地位。其中一位大家耳熟能詳?shù)拇髱熂壢宋铮簩毉^先生。他解決了游絲不同心和桶型游絲體積過于龐大的問題：寶璣式上饒游絲。

（圖為傳統(tǒng)寶璣游絲的繞制圖）

這種游絲的好處在于他解決了兩個問題：游絲同心、體積又小。最原始的寶璣式游絲的上饒部分是有一條直線的（上圖）

后來有了不同的變種，即取消了這條直線，不過功能還是齊全的。

至于寶璣先生為了徹底解決位差這一現(xiàn)象的存在而發(fā)明陀飛輪的故事，這里就不闡述了。

但是這里值得一提的是，并不是只有寶璣先生解決了困擾大家多年的游絲同心問題。盧瑟爾（LOSSIER） 游絲同樣也有異曲同工之妙，雖然他的重點不在于解決同心問題，據(jù)現(xiàn)在僅有的資料討論，這樣的發(fā)明，主要解決的了寶璣游絲容易受震而掛樁的問題。

（在內(nèi)圈很明顯有一個和其他游絲內(nèi)頭附近不同的曲線）

1896年瑞士物理學(xué)家夏爾·愛德華·紀堯姆（C. E. Guillaume）發(fā)明了一種合金，這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹系數(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方結(jié)構(gòu)，其牌號為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這個卓越的合金對科學(xué)進步的貢獻如此之大，致使其發(fā)現(xiàn)者（瑞士物理學(xué)家紀堯姆）為此獲得1920年的諾貝爾物理學(xué)獎，在歷史上他是第一位也是唯一的科學(xué)家因一項冶金學(xué)成果而獲此殊榮。

這項發(fā)明很快便運用到鐘表里面，雙金屬截斷擺輪已經(jīng)成為歷史，因為由因瓦合金制造的游絲不需要擺輪來進行溫度變化補償了。

（這種擺輪還留有用于微調(diào)位差的螺絲但是擺輪本體已經(jīng)使用因瓦合金）

人們漸漸發(fā)現(xiàn)，甩掉了擺輪上沉重的螺絲后，頻率可以提高到前所未有的速度，光擺再次回到人們的眼前，而頻率記錄也在不斷的刷新，從原始的12秒，14秒，在短時間內(nèi)迅速提高到16,18,110甚至不可思議的1100秒！鐘表的準確度再一次被提高。

從古光擺到現(xiàn)代光擺，也是一個有趣的輪回。

但是現(xiàn)在帶補償?shù)臄[輪又悄悄的歸來，由百達翡麗發(fā)明的砝碼擺輪，一直被高級表所青睞。這種擺輪一般配合無卡度游絲使用，無卡度游絲的好處在于沒有傳統(tǒng)的游絲卡子，也就沒有了游絲和卡子之間的間隙運動導(dǎo)致的誤差，另外由意外碰撞導(dǎo)致卡子移位引起誤差的現(xiàn)象也徹底地消除。而砝碼擺通過砝碼內(nèi)外的不平衡來控制擺輪的慣量而達到調(diào)整節(jié)奏的目的。

ap的超高頻擺輪結(jié)構(gòu)，用到了砝碼擺，為了增強游絲的剛度和補償平游絲的位差，使用了名副其實的雙層游絲！

（朗格的砝碼擺輪。）