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​#见真章 #就以长短论英雄(上)

作者:杜毅内容来源:万表世界时间:2016-04-06 17:24:48

手表作为一种人造机械,想要其持续精确运转,就必须定期为机芯上弦补充动力。而如今越来越快的生活节奏,使现代人们再无法如旧时贵族那般闲适安逸,把每日为手表上弦全当欣赏把玩而乐在其中。

相反则会有许多人,由于厌烦了传统机械表每每都在周末闲置时耗光动力停走罢工,而在忙碌的周一早上还要为其重新上弦对时,转而去选择动力持久耐用无需特别关照的石英表或电子表,这显然是除走时精准度之外,机械表在石英风暴中遇到的另一大挑战。

为此,后石英风暴时代,各大厂商几乎不约而同的推进着长动力机芯的研发制造,时至今日,每周只为手表上一次弦的梦想已不再遥不可及,手表动力储备时间的长短也已成为各品牌竞相媲美,以及消费者选购取舍的重要参数和衡量标准。

01 长动力的兴起

手表运转的动力之源被称为发条,今天的表之所以能优雅的佩戴在手腕上,很大程度上要归功于发条的出现。正是由于发条取代了重力锤成为了钟表机芯的原动力,从而推动了由“钟”到“表”的演进过程。发条其实是一根盘卷起来的金属条,无论是手表还是怀表,其发条都装于机芯的发条盒中,发条盒呈圆筒形,由条盒筒、条盒盖、条盒轴和内置的发条组成。

发条被螺旋卷曲置于条盒筒中,发条中心与条盒轴连接,发条外端则与条盒筒内壁钩住固定。在自动上弦机芯中,发条外端则通过额外一段副发条与条盒筒内壁产生的摩擦力加以固定。这样一来,发条上满的力道一旦大于该摩擦力,发条外端就会打滑而防止过度上弦,从而起到满弦保护的作用。

条盒筒外壁同齿轮一样拥有轮齿(故也可称之为条盒轮),与机芯的传动系统啮合,条盒轴则由上弦系统带动旋转,将发条卷曲绕紧在条盒轴上。发条被卷紧后,金属的弹性作用使其相反于卷紧方向松开,由于条盒轴被止逆子固定而无法反向旋转,故发条需通过外端释放能量,从而带动与外端连接的条盒轮转动,并将动力传递给机芯的各处轮系。

手表的动力储备时间从根本上讲即是发条从完全上紧到释放至其弹力无法克服系统摩擦力而继续驱动轮系运转的整个过程持续的时间。早期的碳钢发条由于材质本身和制造工艺的局限性,其在发条盒中最多盘绕3至5圈,过多的圈数反而会使动力输出不足,令发条容易产生金属疲劳而断裂。这样的发条所储存的弹性势能就极为有限,只能支持机芯运转不到一天的时间,有的甚至半天功夫就要上一次弦。

随着冶金技术的不断进步,特别是瑞士物理学家、诺贝尔奖得主——查尔斯·爱德华·纪尧姆(Charles-Edouard Guillaume)在铁、镍、铬组分含量对合金性能影响方面的深入研究,使业内的焦点集中于各种弹性合金材质的研发与制造,由铁、镍、铬、钴、锰、钨、钼、铍等多种元素熔炼而成的合金,因其弹性稳定、不易疲劳、耐腐蚀、顺磁性等优越性能,逐步取代普通碳钢成为制作发条的原材料。

这其中最为著名的当属瑞士人莱因哈德·斯特劳曼(Reinhard Straumann)于1948年研制的Nivaflex合金,其命名源自英文“non-variable”和“flexibility”两个单词的结合,意为“恒定的弹性”,目前市面上90%以上的手表均在使用由Nivaflex合金制成的发条。

恒弹性合金的应用,使发条的物理性能大大提高,可在发条盒中盘绕更多的圈数,储存的弹性势能随之增长,手表的动力储备时间也因此普遍可以达到40小时左右。

不仅如此,合金发条的动力输出也更加稳定平顺,动力不再呈线性衰减,而是在中段输出呈现较长的平台期,只在首、末两端极短的区间内出现明显衰减,这使手表走时的精准度也得到了显著提高。

40小时的动力储备时间可以令手表安然度过一个昼夜而不会停摆,再配合同一时期兴起的自动上弦系统,使自动表在连续每日佩戴的情况下,几乎不必手动补弦,终于将人们从之前每日仪式般的上弦操作中解放了出来。

然而,随着上世纪五十年代,世界各国相继推行“双休日”的作息制度,这让手表在周末闲置的时间也随之增加为两天,仅有40小时的动力储备显然无以支撑,加之随后出现的以电池驱动的石英表带来的巨大冲击,拥有更长的动力成为市场的呼声。

02 传动比与长动力

    最早的长动力其实是通过减小齿轮的传动比来实现的。具体讲就是,在条盒轮与中心轮(二轮)之间增加一枚增速过轮,过轮的齿轴与条盒轮啮合,而同轴齿轮则与中心轮的齿轴啮合,如此形成一套增速轮系,目的是将条盒轮的转动放大,在中心轮转速不变的情况下,让条盒轮的转动更加缓慢,从而延长发条的释放时间,达到加长动力的效果。

这种方法最早应用于制造长动力机械钟,由于机械钟内部拥有足够的空间,通过巨大的增速轮系,可以使机械钟的动力储备轻松的超过一个月,甚至达到几百天。

 


浪琴(Longines)生产的8天动力怀表就是采用增速轮系的方法使动力储存时间大大延长,机芯夹板上由于添加增速过轮而安装的第五枚宝石轴承清晰可见。然而增速轮系应用于怀表或手表中时,却并不能达到如机械钟那般显著的效果,在于表壳内的空间极为有限,无法容纳更大的增速过轮;更重要的是当过轮的尺寸过大时,条盒轮的转速会因传动比的减小变得非常缓慢,发条长时间无法得到充分释放,久而久之就会因过度紧绷而造成疲劳变形,影响发条的使用寿命。而长动力机械钟通常采用重力锤提供动力,也就不存在金属疲劳的问题。不过这种加装过轮延长动力的做法,在如今的一些长动力手表的机芯中依然可以见到。

 


百达翡丽(PatekPhilippe)于2013年推出Gondolo 8日动力储备腕表(Ref.5200G),从背透表底可以观察到其机芯的条盒轮与中心轮之间就装有一枚过轮,只不过这枚过轮对于增加动力储备时间仅仅起到一定的辅助作用,而其能持续稳定的运转8天则应主要归功于机芯中额外增加的第二枚发条盒。过轮存在的意义在此时有些类似汽车发动机的涡轮增压——两升的四缸发动机,无论挂个多大的涡轮也无法与V8发动机媲美,而过度增压反而会损坏发动机。因此,加装过轮的做法仅仅可以在一定程度上提高发条输出的能效比,而无法使动力储备时间得到本质的增长。

03 加长的发条

    要使手表的动力储备时间得到本质的增长,最直接的方法便是增加发条的长度。然而就算是柔韧的恒弹性合金发条,也无法在发条盒中随意的加长,这是由于在有限的空间内加长发条势必要增加其盘绕圈数,而过多的盘绕圈数会导致发条盒中过于拥挤,盘绕的发条互相挤压摩擦形成内耗,反而会影响动力输出,发条盒中的润滑油甚至会将过长的发条粘连在一起,导致机芯停摆。故理论上,发条在发条盒中盘绕的体积不应大于发条盒内空间的60%,在这一前提下,想要加长发条唯有使用更大尺寸的发条盒。

 


当年一些8天动力怀表的大型发条盒甚至与机芯的直径相当,而只能叠置安装于机芯的正上方。其动力传输方式也有别于传统设计,上弦时,依靠表冠柄轴立轮带动整个条盒轮旋转,通过外端将内部超长的发条卷曲绕紧在中间的条盒轴上,而条盒轴则是与中心轮轴直接相连,发条的动力是通过条盒轴释放到走时轮系中的。

 


这种与机芯直径相当的超大发条盒设计在现代的长动力手表中也可以见到。雅典(UlysseNardin)于2013年推出的奇想Freak巡洋舰卡罗素陀飞轮腕表拥有7天长动力,其机芯结构可谓空前绝后,表盘中没有传统的指针,而是通过机芯中两组夹板的转动来指示分钟和小时。巨大的发条盒安装于机芯背面,充满整个表壳,透过镂空的表底可以窥见盘绕数圈的粗壮的超长发条。Freak并没有设计表冠,其上弦操作是通过旋转表底盖来实现的,底盖的旋转带动与其中心相连的条盒轴旋转,进而将发条卷紧,表底每旋转一周大约可以增加12小时的动力储备,比传统的表冠上弦要高效的多。

万国(IWC)于2015年推出葡萄牙系列诞生75周年纪念款——手动上链8日动力储备腕表,搭载万国自主机芯C.59215,其单一发条盒内超长的发条实际可为机芯提供长达9天的动力,为保证走时精准,其发条便使用了一套巧妙的机械截停装置,将发条的张紧限制在最稳定的中段来提供8天的动力储备。

在精准度控制方面,万国的出厂标准一向严苛,手表的走时日差均需控制在0到+7秒的区间内,且不允许手表出现走慢,高于瑞士官方天文台的认证标准,这款8日长动力自然也不例外,在实现长动力的同时,亦保证了极高的走时精度。相比上文提到的8天动力怀表那与机芯直径相当的超大发条盒,59215型机芯所使用的单一发条盒则相对小巧了许多,其直径并没有超过机芯的半径,保持了传统机芯布局的和谐美感,使表壳直径也仅为43mm。

这得益于万国对合金发条材质的不断改善,通过先进的制造工艺,使同等动力储备时长的发条可以做的更薄,并可置于直径更小的发条盒内。不过为保证发条能提供足够大的扭矩,就不得不略微增加发条的宽度,如此就使机芯厚度也要相应增加,令表壳厚度达到12mm,稍显厚重。而59215型机芯则是目前采用单一发条盒使摆频高达4Hz的动力储备时间最长的机芯,可见万国在控制单根长发条力矩输出方面的功力已经相当娴熟。

这种单发条盒延长动力的方法虽说结构简单,但对材料加工的要求实在太高,所以并非时下的主流长动力腕表所采用的方法。就连万国这个单发条盒长动力的佼佼者,都已不再那么坚持,其全新自动上链长动力机芯已由两个发条盒取代原来的单发条盒。多发条盒是时下长动力腕表最流行的机械结构,我们上篇有提到,多发条盒还分为串联式和并联式。那这两者之间有何区别?别着急,咱们下篇接着聊!

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杜毅

杜毅,北京人,自2007年,开始参与各类网络钟表论坛,利用业余时间担任版主工作,帮助表友解答购表、用表、赏表中遇到的难题与困惑。2013年起,开始为专业类网站和钟表杂志撰稿,擅

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