|
曾经在国内一个知名的论坛作过一次简单的调研，题目是如果只有一块表是选择自动的还是手动的？68%的朋友选择了自动表，29%的朋友选择了手动表，而3%的朋友选择了石英表或者其他。从实用的角度来作比较，石英表尽管有很多优势，但是作为一个坚定的表迷却会义无返顾的选择机械表，最终的数字也表明在众多的表友中自动机械表所受欢迎的程度。这里我想简单的介绍一下自动手表相关的历史和结构，对于喜爱自动表的朋友来说也算是一种知识的共享。
从历史上来说，早在1770年自动表其实就初露端倪，瑞士人Abrahan-Louis Perrele制作出了一种自动挂表。这种自动结构一定要处于垂直位置，并需要人体运动时的上下振动才能产生作用，其结构和使用条件都存在很大的局限性，因此这样的结构并没有被量产就在钟表的长河中消逝了。
之后经历了漫长的一个多世纪，直到1922年，英国人John Harwood发明了第一块自动手表。这种手表的自动机构采用了一个以表机中心为摆动中心的重锤，重锤能往复摆动并通过摩擦片带动扇形盖片的棘爪，棘爪在弹簧的轻微压力下接触在齿轮面上。其实这是一种简单的单向上条结构，当重锤顺时针方向摆动时，棘爪的斜面接触在轮齿上，棘爪被抬起而在齿顶滑过。当重锤逆时针方向摆动时，棘爪前端的直面顶在齿侧面上推动齿轮旋转而实现上条的过程。重锤的两侧有两个缓冲钉，缓冲钉内弹簧能使重锤和定块碰撞时起缓冲和回弹的作用，这样的结构也就是最早期“撞陀”的雏形。尽管这种自动结构已经非常陈旧，但他却为自动手表结构设计和工作原理的发展奠定了基础。时至今日，虽然现代自动手表的品种、数量和质量都有了很大的进展和提高，但基本结构原理依然与早期的结构类似。
从结构上来说，自动表是在手动表的基础上增加了一部分机械装置，通过人手的动作达到自动上条并驱动整表的目的，这里我们把自动机械装置简称为自动机构。
在自动机构中有两个极其重要的组件---重锤和换向机构。
重锤之自动手表的类型
重锤是所有自动机构中必不可少的一个驱动件，我们有时称其为自动陀。由重锤驱动，通过自动上条系的传动系统来上发条，这是自动表结构组成部分最主要的特点之一。以自动手表重锤和自动上条系不同的工作状态，自动手表的结构分为以下四种类型：
l 摆动式单向上条
l 摆动式双向上条
l 旋转式单向上条
l 旋转式双向上条
在50年代前，曾经有大量的品牌采用了摆动式上条的自动结构，如Movado、OMEGA、JLC、MIDO等品牌也都有采用这种结构的。这种摆动式重锤结构也就是我们俗称的“撞陀表”，重锤只能在表机中作120º左右的摆动，其中既有单向上条的也有双向上条的。由于摆动式自动机构所能实现上条的工作范围有较大的局限性，上条效率也很差，因此在50年代后期撞陀结构的自动表销声匿迹。
而重锤能绕表机中心作360º的旋转的自动结构为现代自动表广为采用，同样，旋转式自动结构表也存在单向上条和双向上条，如现代记时机芯Valjoux CAL.7750， GIRARD PERREGAUX的CAL.3100、SEIKO的大多数自动机芯都是旋转式单向上条结构。
对于自动手表的单向和双向上条的性能曾经有过很多不同的看法，而单向上条自动手表的优越性直到70年代才被表业肯定。所以在自动手表的结构类型上，不能单纯的根据它的运动形式来简单的定义为半自动表或者全自动表，毕竟现代单向上条机芯的上条效率并不低于甚至高于一些双向上条的自动机芯。
在早期的自动手表中，也曾出现过重锤在导轨上作直线往复运动的自动机构，但因其上条效果差而被淘汰，不过由于其产量很少，因此在二手市场却有着一定的收藏价值。历史上PIERCE机芯厂曾经生产过这种比较特别的直线往复式自动机构。
这里也提一下历史上著名的轨道自动机芯LONGINES的CAL.353机芯，采用偏心式的轨道直线上条结构，这是为了提高重锤的自由度而设计的，因最后上条效率不高而很早就停产。利用同样原理的还有一种特殊结构，重锤不采用扇形而设计成环状，利用机芯外圆作为支承而传动的自动手表，如Citizen的CAL.1120-1125。由于这种结构的工艺和成本上都显得繁琐，很少被一些表厂所采用，因此这里不作详述。
在自动手表比较特殊的结构形式中偏心自动结构众所周知，比如PATEK PHILIPPE的CAL.240、Chopard的L.U.C.1.96、PIAGET的CAL.12P、Buren 的CAL.1322等都是著名的偏心自动重锤的结构，俗称“珍珠陀”，这种结构从设计上克服了早期版本上条效率的不足，机芯厂家在结构设计和工艺上考虑到机芯的可观赏性，对于重锤位置的偏心设计使得机芯结构的美感从视觉上一览无余，因此目前也被少数高档品牌所采用。
重锤之上条传动形式
重锤在摇摆或旋转运动中，以一定形式的传动结构来驱动自动上条系实现自动上条。这种传动结构对整个自动机构的工作性能起着关键的作用，它的传动方式种类很多，但基本上可以分四种传动形式，这里作一简单的介绍：
l 圆柱齿轮传动：重锤通过一个圆柱形的锤齿轮驱动自动上条系，这是自动手表中采用最多的一种传动形式，现代大多数自动手表都采用了这样的结构。
l 扇齿轮传动：具有一定的传动局限，只适用于摆动式单向或双向上条的自动手表，由于“撞陀”结构的淘汰，扇齿轮传动的方式也随之消失。
l 凸轮传动：重锤除了采用齿轮来驱动自动上条系外，通常还有运用凸轮作为传动件结构形式的，这是一种利用凸轮和棘爪棘轮之间的配合实现双向上条的一种传动方式。重锤在任意两个360º的旋转方向中都能推动带有滚子的摇板，当摇板在凸轮的推动下作往复运动时，摇板上长短两个棘爪即能交替钩动棘轮实现双向上条。这个结构被著名的品牌IWC运用在了CAL.854机芯上，称为“啄木鸟”结构。除了IWC的采用了该结构外LONGINES的CAL.19AS也是历史上知名的“啄木鸟”之一。
l 偏心轴传动：这种结构的传动形式和凸轮传动有一个共同的特点，即将重锤的旋转运动转变为自动上条构件的往复运动或摆动，再通过棘爪和棘轮机构来实现上条，可以说这也是一种另类的“啄木鸟”结构。
重锤之构造和支承
基于材料力学等考虑，重锤的构造要求锤面厚度薄而锤边有足够的重力体积。一般锤面的材料采用黄铜加工，锤面的厚度根据直径和重量的配比公式综合设计，力求在强度足够的条件下尽可能薄，一般约0.45mm左右。经常见到透底自动表重锤的锤面和锤边结合处有不同的工艺联接，通常锤面和锤边的联结方式有铆接、焊接、粘接和螺钉紧固等不同的方式。
为了使重锤的重心远离旋转中心而取得尽可能大的力臂，要求在设计中重锤的体积和质量绝大部份分布在锤边上，因而使重锤取得较大的旋转力矩。现代有很多高档品牌采用了贵金属来制作锤边，甚至于也有不少机芯的重锤完全采用了贵金属材料以确保重锤获得更高的旋转力矩。
现代的很多名表重锤锤面上采用了精美的镂空工艺，有些表友认为重锤上的镂空图形完全是为了美观，其实只答对了其一。其二，这些镂空的图形既使锤面保持有一定的弹性，又能减小锤面重量而使重心外移，保证了重锤能够得到较大的旋转力矩，同时也提高了重锤的抗震性能。很多时候我们会批评一些表自动陀的镂空，如GLASHUTTE ORIGINAL的CAL.39的重锤看起来还不如不作镂空，估计厂家也是考虑到了上条的效率和重锤的一些参数吧。
自动表的重锤最重要的动作就是转动，而重锤转动的灵活性对于整表上条有着举足轻重的作用。由于重锤在手表零件中不仅体积大而且很重，因此重锤的支承结构（包括轴和轴承）都必须有一定的强度，能够确保耐磨和抗冲击性能。这里再简单介绍重锤支承种类，也是平时经常所接触到的常用结构：
l 圆柱支承：这是自动手表中结构最简单的一种支承形式，圆柱形轴柱大都采用高硬度的钢材制造，下部固定在夹板的中心位置上。重锤的轴孔直接套在轴柱上，并采用了一个插片以防止它脱出。这类支承的摩擦和磨损量都比较大，优点是上条效率高，而缺点是长期运行后会出现因锤边磨损和圆柱轴的磨损。虽然很多机芯都大量采用了滚珠轴承，但是由于在设计上考虑到上条效率，ROLEX的3135、OMEGA的5系列等著名品牌依然采用了圆柱销钉作为基本的重锤支承。
l 表钻和合金支承：这类支承结构采用孔径较大的表钻或耐磨合金作为轴承，它可以镶嵌在夹板上。这类结构比圆柱支承优越，但由于重锤的重量大，支承的工作载荷重，特别是在运动和强烈冲击的情况下，有时会发生表钻破裂的情况。因此，在简化结构的新表设计中都倾向于采用耐磨合金来代替表钻作为重锤的轴承。如OMEGA早期的CAL.354采用了表钻支承，另外现代的ETA2892被很多厂家在滚珠轴承的基础上也增加了表钻以增加其耐用性。
l 微型滚珠支承：自动手表的重锤惯量大，支承结构在工作时不但载荷重而且有强大的偏心扭矩。采用圆柱支承和表钻支承的重锤在长期使用后，往往由于摩擦和磨损，导致支承间隙增大，而产生种种不利现象致使自动机构上条的效率显著降低，甚至完全失效。因此在许多具有旋转式重锤的自动表中，已采用微型滚珠轴承来改进支承机构的结构性能和使用寿命，这种支承结构不但可以减少摩擦和磨损，而且能使重锤的转动更加灵活，从而提高上条效率。现代很多自动表均采用了滚珠轴承，当时最早的雏形来自于Eterna ，至今这个品牌依然用当时独创的五星滚珠作为自己独特的LOGO来标示其对滚珠轴承开发所作的贡献。
从构造结构的角度分析，重锤的支承结构中，微型滚珠支承相较另外两种支承方式被运用得更广泛些，也说明了微型滚珠轴承在结构上的合理性，成本造价也相对低些。同时，由于另外两种支承方式由于自身的一些优势也为现代很多品牌所采用。
现代自动手表中，双向上条的结构是最为司空见惯的。其中，除了采用棘轮棘爪的结构形式以外，在应用齿轮传动的自动上条系中，上条时的传动方向是由换向机构来解决的。而换向机构又可分为摆动轮和换向轮两大类型。
换向机构之摆动轮
摆动轮是指一个或一对在平面布局中传动位置可以自动变换的齿轮，当重锤的旋转方向变换时，由于摆动轮位置的变化，使自动上条系中的传动副相应的改变，从而就能使齿轮的传动方向产生变化。摆动轮始终与传动轮组在一个平面上，并通过不同的形式与一组传动副配合是区别换向轮结构的主要特点。摆动轮的结构大致有以下四种形式：
l 导向式单摆动轮
l 导向式双摆动轮
l 摇板式单摆动轮
l 摇板式双摆动轮
它们是根据控制摆动轮摆动位置的条件以及摆动轮的数量来区分的。摆动轮的摆动位置可以采用夹板的导向槽或摇板结构来加以控制，采用导向槽的就称为导向式。在摆动轮换向结构的设计排列中有一个共同的特点，无论是单摆动轮或双摆动轮，在重锤的两个旋转方向中，具有动力传递作用的传动副，其数量从锤齿轮到大钢轮表现为：在一个方向为4副（五个齿轮），而在另一个方向为5副（六个齿轮）。
以上四种换向机构的传动过程其实完全相同，其区别仅仅在于采用了导向槽或摇板这两种不同的方式来控制摆动轮的工作位置而已。
换向机构之换向轮
可以说换向机构中的换向轮结构是非常精彩的，在自动结构发展的过程中，换向轮的结构形式变化非常多，主动轮可以是轮片或者部件，而从动轮也可以是轮片或者齿轴等等，换向轮结构一直是具有观赏性和探讨性的，这里作一简单介绍。
换向轮是一种由主动轮和从动轮在同一轴心位置上，采用上下重叠组合而产生换向作用的复合齿轮。它的结构原理是：在两个传动方向中，主动轮只在一个方向能带动从动轮按同一方向转动；而在另一个方向只允许主动轮单独转动，从动轮则必须停留在原来位置。各种换向轮习惯上都按照所采用的传动构件形式来命名。现主要介绍以下五种比较典型的换向轮结构。
l 行星式换向轮：这种换向轮的主动轮上铆有一个棘齿轮，套在从动轮的轴上，上面有一个套圈和轴紧配合，用来保证主动轮的轴向间隙并防止主动轮脱出。从动轮上有两个能转动的行星轮和棘齿轮相啮合。主动轮在两个旋转方向中，只有一个方向能使棘齿轮的齿背顶住行星轮而带动从动齿轮转动。
这种传动排列的特点是：
u 两个换向轮中的主动轮不相接触，但都和锤齿轮同时啮合。
u 两个换向的从动轮相互啮合。
无论锤齿轮按什么方向转动，通过两个异向传动的换向轮，按照特定的传动排列形式，都能达到双向上条的目的。这种结构被现代机芯的设计中广为采用。
l 棘爪式换向轮：采用棘爪作为传动构件的品种较多，它的从动齿轴在主动轮上面，传动件都在下面。它的特点是固定在主动轮内部的销钉能通过在棘爪的缺口中推动棘爪使它靠拢或离开棘轮，棘轮和从动齿轴紧配合，使棘轮和从动齿轴一起转动，从而实现上条。
l 叉爪式换向轮：一般是具有一对叉爪的换向轮，其主动轮直径比从动轮略小，和一个棘齿轮铆合。当主动轮转动时，棘轮轮齿能顶在叉爪的止推面上导致从动轮转动，这种叉爪能上下摆动，两端都能和棘轮的轮齿工作。
l 滚子式换向轮：滚子式换向轮是通过摩擦力来达到换向目的的，这是它与其他换向轮不同的显著特点之一。主动轮是一个齿环，多个滚子的位置在齿环壁的凹槽中。滚子式换向轮的换向作用决定于滚子与主动轮内壁以及内圈圆柱面的接触情况，当主动轮转动时，滚子通过与齿圈内壁斜面紧靠产生的摩擦力，使内圈和从动齿轴一起传动。GIRARD PERREGAUX大量的自动机芯换向轮均采用了该结构，由于滚子采用了平面托钻，所以石数通常为39Jewels。
l 锯齿式换向轮：这类换向轮在结构上比较简单，它的主动轮下面有一圈端面锯齿和从动齿轴的端面锯齿相啮合。这一从动齿轴也被称作离合齿轴，它套在主动轮轴上，靠一根托簧的弹性支撑和主动轮的端面锯齿保持接触。当主动轮转动时，其锯齿带者从动轮一起转动，如按另外一非锯齿啮合方向转动，则上下锯齿的斜面打滑，不作动作。这种结构由于啮合磨损比较大，因此在实际运用中很少见。
以上就是对于自动表的结构的一般剖析，篇幅有限，只希望通过这些文字对自动结构有个简单的归纳，以酬期待了解自动结构的表友。
云鱼于2005年6月30日完稿
| 
发表于 2007-9-4 11:54:00
楼主
发表于 2007-9-4 20:24:00
粤公网安备 44190002000260号
