陀飞轮手表,陀飞轮是什么意思?

2013-08-16 16:10万表世界作者:万表世界

陀飞轮

来自拉德夏芳的手表技艺大师和教授Jean-Claude Nicolet,他是陀飞轮领域的专家,专门为Europa Star撰写了下面这篇文章。他对陀飞轮的研究发人深思,并且还可能在读者间引发一些争议。争论陀飞轮卓越且专业的品质,这绝非是Jean-Claude Nicolet的本意,因为它的手工制作确实要下功夫。Nicolet先生想要把精力集中在某些不太适当的特性上,而他们正好是陀飞轮制作难的原因所在。

陀飞轮手表

这就是说陀飞轮也存在好坏之分,注意到这一点是很重要的。换句话说,这个重要的手表制作技艺的质量可能会有所不同。手工制作的陀飞轮框架和某些工业制造的之间有许多不同。我们期待您对此的点评。

陀飞轮装在了一块直径为66毫米的计时器上。由Robert Gafner开始的这块良品的制作,而他的接班人Paul Vuilleumier则将之完成,他们两人都是拉夏德芳制表学校的老师。此表装配了一个由Rober Gafner所设计的精巧的独立秒针系统。

历史

过去几个世纪,在表匠们发明的所有极负盛名的机械装置中,陀飞轮却享有专属盛誉。这有两个根本原因:

1.毫无疑问,这个发明属于史上最著名的表匠——亚伯拉罕•路易•宝玑Abraham-Louis Breguet,他被公认为“国王们的表匠和表匠们的国王”;

2.陀飞轮是一种机械装置,即便是它最普通的版本,也是极难制造的。在那个所有工具都还有些原始的年代,陀飞轮的制造就是能力的证明,它比最顶尖钟表学校所颁发的学历都更具价值。

从宝玑Breguet开始,经过了一代又一代的表匠,但能制造此杰作的可能不超过250个。Richard Meis,在其可用作历史参考名叫《陀飞轮》的书中,引述了120个名字。拿破仑9年第十二个月(1800年12月23号),宝玑Breguet向法国内政部长申请专利来保护陀飞轮。但是这个发明实际上要更早些,宝玑Breguet的传记作者David Salomons先生指出,应该是在1795年。

从宝玑Breguet开始,有几个伟大的表匠,特别是那些全身心投入精确度研究的表匠,创造出了陀飞轮机芯。陀飞轮调速器以决定性的方式提高了手表精准度。下面我们会看到更多。

陀飞轮调速器的定义

你可以称它为陀飞轮调速器,或者简言之,陀飞轮。其为一个机械装置,基本上由一个旋转框架和擒纵机构所组成,旋转框架至少带一个摆轮。

陀飞轮框架通过齿轮系来驱动,它与主机板上的带齿的表冠共轴旋转。此表冠通过陀飞轮框架所携带的小齿轮来维持摆动器的摆动。在传统的陀飞轮里,这个小齿轮就是擒纵轮,但这并不是一定的。

在一个叫“转盘式陀飞轮”的变体中,框架是由介质齿轮所驱动的,第三齿轮会带动第二小齿轮,而第二小齿轮与转盘式陀飞轮框架共轴。在此体系中,没有固定的表冠,但第二齿轮的角速度会随着携带它的陀飞轮框架加速而加快,这是必须要计算在内的。转盘式陀飞轮是Bonniksen Dane(1859-1935)于1895年发明的。

表冠齿轮有没有装在主机板上,能区分陀飞轮是不是转盘式陀飞轮。[page]

陀飞轮的运用

在陀飞轮中,就像转盘式陀飞轮一样,每次脉冲到达摆轮,其框架和所含部件都会轻转一次。另一方面,当手表静止不动时,摆动器还是会不断变换其位置。特别是当手表处于垂直位置,部件平衡的残留缺陷会产生干扰,从而摆动器的不停旋转会继续搅动测评结果。每天连续观察不同的垂直方位,误差率不会显示出明显不同。因此,有人推断正如宝玑Breguet所期望的那样,陀飞轮抵消了重力的影响。

一个实用的例子

举一个实用的例子便可有助于解释这个现象。设想一下,从四个垂直方位,每隔24小时换一次方位,我们连续观察四次一块制作精良的怀表。

一块非陀飞轮手表,结果如下:

非陀飞轮手表

平均日差率和其中一个误差率的最大差为5(从0到+5或者从-5到0)。在同等条件下,装有同样摆动器的手表,带陀飞轮的,结果如下:

陀飞轮手表

像第一种情况一样,平均日差率相当于零,但是与位置变化相对应的差为零。很明显,这块手表看上去更好,但这是真实情况吗?[page]

宝玑Breguet是对的吗?

在宝玑所申请的专利中,这位大名鼎鼎的表匠提到了陀飞轮的几个优点,总结如下:

“通过这个发明,我成功抵消了因调速器运动重心位置的不同而引起的异常,并把摩擦力分散到调速器枢轴及枢轴所绕孔周围的所有零配件上,即便油会凝结,为摩擦面上油总能做到很匀净,最终避免了许多其它会影响机芯精准度的错误。然而,现在却只有通过不断地尝试和犯错,才能获得,而且还根本不能保证100%成功。”之后,Breguet只是提到了补偿由于位置改变而产生重力的影响。

幸得他小心,才没有说出在“悬垂”和“表盘向上”位置,陀飞轮是无法校正日变差的。这就是计时器如何定义由天文台所规定的两个水平位置和三个垂直位置间的日变差。

宝玑陀飞轮

找到正确的位置

因此,一块总在夜间平放着,而白天却总处于同一垂直方位的手表,即便是装上陀飞轮调速器,结果也好不到哪里去。情况却更像是相反的,因为在垂直方位,陀飞轮手表会有一个平均误差率,而非陀飞轮手表,根据其所占位置,只会对应一个测评结果。而让所选垂直位置之一得到和水平位置几乎一样的结果,这是很容易办到的。陀飞轮手表只有在白天偶尔改变其垂直方位,它那唯一可能的优势才能得到体现。而如果位置改变的频率很高,那么其“混合点”就会自己出现。

这样看来,有一点是可以肯定的,在佩戴时,一款陀飞轮腕表的精准度还不如传统手表。

为什么陀飞轮受到这么多青睐?

如果你刚刚所读是真实的,那么,在过去两百多年的时间里,表匠们对陀飞轮所表现出来的崇拜就很令人费解了。这里有几个原因。首先,毫无疑问地就是发明者宝玑Breguet的威望。

其次,所有送去天文台的陀飞轮手表,都是由表匠亲手制造或者来自颇有声望的公司。再次,只有拥有特殊技能的表匠才能完成陀飞轮的手工制造,且它的制作成功本身就是无可挑剔的精湛技艺的证明。

最后,陀飞轮的卓越性能只有通过天文台的观测控制才会变得很明显。而整个过程耗时25天,连续5个测试位置(两个水平和三个垂直),整个过程都要极为小心。两个报告之间的观察时间要刚好为24小时。为了展现位置变换所引起的变化,这是唯一的方法,但它却和实际生活中的情况大不相同,这种测试方式让陀飞轮手表的优势变得很明显。陀飞轮手表内那个“小淘气”——陀飞轮,它总在改变垂直方向,这使得测试者为了显示位置不同所做的全部努力都白费了。陀飞轮无法校正位置变化,这在通常测试条件下是测不出来的,但当它被置于振动计上时,其弱点就立马暴露无疑。

两种选择的比较

为了将两类手表做一个有效的比较,应把那些非陀飞轮手表垂直放在一个旋转框架之中,框架旋转速率大约为每分1转,否则你就干脆放弃垂直位置的观察。因为在这些条件之下,优势都毫无疑问地让陀飞轮手表占尽了。待会我们会解释为什么。

对陀飞轮的赞美和欣赏一个让大象消失的聪明魔术师的性质一样!我们所想所见仅仅只是一个错觉。

从怀疑到肯定

第一个与陀飞轮性能相关的疑问很早就被觉察了,但碍于发明者的光环而没有人说出来。如果陀飞轮的效果可与摆轮游丝相媲美,那么其设计难度并没有看起来的那么大。陀飞轮的制作量少,从另一个侧面暴露出了此系统功效不足。在《法国古董钟表爱好者协会》的杂志第22期中,登载了一份引人注目的研究报告,作者Messrs Droz和Florès做了这些巧妙的评论。而我们只是授权复述。

一个颇具争议的话题

Claudius Saunier,在《精密计时器》杂志做编辑60年(1855-1914),他几乎好像忽视了这个系统。非但鲜有文章专注此系统,反而页脚处的一段简洁的文字还差评到:“陀飞轮不好,宝玑都Breguet承认了这个事实…”,那是一个很极端的观点。在《精密计时器》杂志中,Benoît的文章《陀飞轮》所呈现的则是现代陀飞轮。而在一篇短小文章内,Maillard Salins,Leroy手表公司的店铺经理,也表达出了对陀飞轮和转盘式陀飞轮体系的功效的巨大怀疑。

《钟摆,游丝,音叉》1920年版,作者法国图卢兹科学院H.Bouasse教授,共11卷,此书提到了:“为了消除摆轮的偏心差,有人想出了一个巧妙的方法来让它转动,就这样诞生了陀飞轮擒纵机构,但是其高昂的价格和不确定的优势却让其降格为一个历史疑难….而经验最终也告诉我们,这个‘完美’系统的运用总与高成本相关。它确实很巧妙,但却太过复杂。”

另外一些作者,像《瑞士钟表》杂志1905年版第三期中的Marius Favre,分析了一些从天文台得到的结果,他更偏好固定擒纵机构。他的分析特别巧妙。[page]

定义标准

陀飞轮定义标准

下面的表格展示了706块天文台表的分别排名,其中有25%装有陀飞轮,也就是说174块。而其中,59%处于前列。首先,这些结果都是从有利于陀飞轮的位置分析得到的。然而,与方位有关的,这个最难满足的标准之一,却没有进入陀飞轮评估的考虑范围,这让结果很令人失望。而其它标准又会对他们不利,让陀飞轮无法被系统性地排到前列。按照标准,仔细检查,证实了这个假说。

为什么陀飞轮令人失望?

正如我们所见,陀飞轮没有起到任何校正作用。它只是阻止了自己的已有错误被测出。它甚至没能做到像钟内的反冲式擒纵机构那样,产生能部分抵消第一缺点的反式缺陷。反冲式擒纵机构就可局部校正一根钟摆的等时性误差。

陀飞轮实际上是一个附加的机械装置,非但要消耗能量,还只会引起误报,所以它就是一个“寄生机械装置”。陀飞轮所消耗的能量都是为调速器所保存的。结果,缺少能量的摆轮,当然其优势也会大打折扣。因此,以这两种方式走时的手表,不管有没有陀飞轮,摆轮较小的带陀飞轮版本,性能总是较差。

能量分配是在擒纵轮旋转期间实现的,也是在陀飞轮框架旋转的一瞬间。启动会消耗大量的能量,然而它几乎还没有发动,就突然停在了擒纵轮上,它的齿轮就刚好停在这里。虽然由框架所获得的所有能量都被震动所吸收,但却没有带来任何好处。轻巧的擒纵轮会将25%的能量返还给摆轮,但这除了动摇调速系统之外,其他什么都没有发生,这就是所谓的“宝玑Breguet的天才发明”。后者只是幸运地沾了别人头衔的光。

陀飞轮框架的精致让其制作过程变得异常困难。此陀飞轮框架是上世纪末三位最伟大框架工匠之一的作品。他们是来自勒洛克勒的Messrs Albert Pellaton和来自Ponts-de-Martel的Roulet及Grether。

定时和平衡

陀飞轮框架转得越快,其运转就越引人注目,而损失和消耗的能量就越多。如果它转得稍慢点,它的损害就会小得多,因为消耗的能量较少,且其窜改信息的影响就像它自己一样——毫无用处。计时器却总能感到陀飞轮的干扰影响。为什么他们总要把陀飞轮框架做得像蜘蛛网一样精细呢?那是为了最大限度地减小惯性矩,且不强加鉴赏家的钦佩。如果不是为了消除总在改变摆轮振幅的不平衡和等时性误差,他们为什么总想要平衡塞得满满的框架!

其它的不便:让所有垂直方位一体化,陀飞轮使得计时器在“平悬”(“垂坠”和“表面向上”)位置上运转更加困难。表款越小,这种感觉会越强烈。所有同样大小的陀飞轮腕表和传统腕表相比,陀飞轮走时不如传统腕表精准。事实上,所有的传统腕表都装有一个自由陀飞轮,它们的能量是源自佩戴者而不是发条。当你佩戴时,这些手表拥有位置变化的无限可能,且测评结果则是一个恒速运动的平均值。

重力抵消

重力是导致手表误差率变化的一个主要原因之一。创造了陀飞轮的宝玑Breguet以为自己消除了此影响,其实这是他犯的一个错误,他只是成功地掩盖了这个事实。如果他真是找到了消除重力的方法,他应该会制造出一个媲美摆轮游丝的改良机械。可惜,在地球上没有什么方法可以压制重力,除非把手表放在人造卫星内。而自从宇航员也戴上手表后,这点也已经做到了。然而,好像没有人想过要拿这些手表在地球上的误差率和失重环境下的相比较。因此,我们强烈建议钟表工业的人员应该做做这个有趣的实验。

根据定义的技术参数,在地球上观察之后,一些不同质量的手表可以委托给某些宇航员。同样的观察也会在失重环境下完成,将两个结果做比较之后,可以得到一个关于重力影响的有趣评估。

有一点可以非常肯定,那就是失重环境下,手表的表现更好。所有的平衡误差都会奇迹般地消失,就像摆轮游丝的松垂和运动物体的重量引起的摩擦一样。甚至还可以推断:1.就算在质量最次的手表里,日变差会更明显;2.在失重环境下,他们走时和精密计时器一样精准。

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