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陀飛輪
來源:互聯網

陀飛輪(法文:Tourbillon又稱特比龍),有"漩渦"之意,是法國鐘表大師阿伯拉罕·路易·寶璣 (Abraham Louis Breguet) 在1795年發明的一種鐘表調速裝置,可以校正地心引力對鐘表機件造成的誤差。“Tourbillon”一詞源自法國數學家笛卡爾用來形容行星繞太陽公轉的名詞。陀飛輪主要由擺輪游絲系統、擒縱機構等組成,按照不同的組合方式,陀飛輪可以分為同軸式和偏心式兩類。

1801年,路易·寶璣為陀飛輪申請了專利,為期10年。1993年,中國香港的矯大羽發明了更出色的第三代“矯氏神奇陀飛輪”。

陀飛輪是目前唯一可以不受地心引力等、發條松緊度、金屬疲勞齒輪長時間嚙合工作等因素影響,年誤差低于1秒,也是唯一可以達到天文臺級的機械表結構。陀飛輪發明對高級制表業的意義很大。

發展歷史

第一代

第一代陀飛輪結構,是在1795年由阿伯拉罕·路易·寶璣 (Abraham Louis Breguet) 發明并制成的。其飛輪結構必須由“飛輪旋轉框架”(Tourbillon’s Carriage)和“飛輪固定支架”(Tourbillon’s Bridge)不可或缺的兩部分基本構件組成。在此組合中“擺輪夾板”(Balance'sBridge)必須隨飛輪一起旋轉。偏心式(亦稱非同軸式,即擺輪的中心和飛輪的中心不在同一軸心上)。此外,由于陀飛輪正處于啟蒙階段,能夠制作此結構的制表師很有限,所以當時的陀飛輪產品相當罕見,能夠流傳到當代的更屬鳳毛麟角。在1850年以后,瑞士出現了繼Breguet大師之后,最有名的兩位陀飛輪表制表師--Jean-Francois Bautte和Constant Girard。“陀飛輪”,這一單詞經常被人們曲解,而其所蘊含的天文意義也早被世人遺忘。根據19世紀的主要辭典,如勒內·笛卡爾詞典(Desca rtes)、百科全書等,“Tourbillon”一詞或指行星系統圍繞單軸運行,或指行星圍繞太陽公轉所需的能量。顯然,這一釋義“與劇烈旋轉”或“無法控制的風暴”等現代含義相去甚遠。寶璣先生深受啟蒙思潮影響,因此他選擇了這一習慣先觀察后模仿的人會選擇的名字。在這方面,寶璣先生與18世紀的利奧六世持有類似觀點,他們認為制表是一個奇妙的微觀世界。事實上,很難不去想象這一機構如同容納了一個微小而有序的星座,它將調速機構(擺輪游絲)和能量轉換機構(擒縱輪和擒縱桿)置于同一活動框架內,如同行星般不停旋轉。

第二代

第二代陀飛輪結構是在1930年左右,德國制表大師Alferd Helwig制造成功沒有“飛輪固定支架”的陀飛輪懷表,提高了此種表運轉時的神秘感和動態藝術美。在此組合中,“擺輪夾板”仍須隨飛輪一起旋轉,此第二代飛輪表同樣有同軸式和偏心式兩種類別。

第三代

第三代陀飛輪結構則由東方的鐘表大師一中國人矯大羽(KuTai Yu)在1993年于香港特別行政區的“天儀軒”首創發明并且親手制造成功。它不但和第二代飛行陀飛輪表一樣都取消了“飛輪固定支架”,而且奇跡般地把“飛輪旋轉框架”也一同取消了(在第一代和第二代飛輪表中,此構件都是必不可少的)。另外,在這個全新的結構中還把第一代和第二代飛輪表中必須隨飛輪一起旋轉的“擺輪夾板”改變為不隨飛輪一起轉動,首次大大減輕了飛輪重量達一半以上,并且可以加大擺輪的直徑,以增強計時的穩定性,同時又提高了動感藝術表現的水平。在飛輪表制造歷史中。矯大羽首次選用藍寶石玻璃替代了原本用金屬制造的“擺輪夾板”,之前此部件是附屬于“飛輪旋轉框架”中的。由于此表運轉時顯得更加神秘莫測,故在國際上也被稱為“矯氏神奇陀飛輪”和“中國陀飛輪”。

三金橋陀飛輪

1860年,Constant Girard-Perregaux親自創制了一枚陀飛輪懷表(即三金橋陀飛輪),機芯由三條平衡箭頭形夾板固定,首次將機芯技術結構提升至時計設計的一部份,寫下制表史重要一章,其代表作“La Esmeralda”懷表為典型。1884年Constant Girard-Perregaux為此設計向美國專利及商標局申請技術專利;1889年,GP芝柏巴黎世界博覽會展出昵稱為“La Esmeralda”(埃斯米拉達)的雙蓋式玫瑰金三金橋陀飛輪懷表,并贏得了金獎,GP芝柏表憑此晉身頂級制表廠行列之余,三金橋陀飛輪亦開啟了高級時計工藝的新紀元。GP芝柏表推出這限量50枚的玫瑰金三金橋陀飛輪腕表,向源自十九世紀中葉誕生的時計工藝傳奇致敬。

中國陀飛輪發展

1991年,香港特別行政區制表大師矯大羽先生成功試制中國人的第一塊陀飛輪表。

受此影響,北京手表廠高級工程師許耀南在1996年成功制造出3支樣表,稱為中國第一代陀飛輪手表。其中的Tourbillon CHINA NO.1是中國大陸的第一只陀飛輪手表。

2001年,瑞土巴塞爾國際鐘表博覺會上,香港國際著名手表藝術大師嬌大羽先生再次將其親手創制的最新作品"雙龍神奇天儀飛輪”金表展現在世人面前,該表以其獨有的藝術創意再度引起國際鐘表界的普遍關注。

2006年4月舉辦的瑞士巴塞爾國際鐘表珠寶展上推出“游龍戲鳳”鉑金全微雕絕版陀飛輪腕表,在世界制表領域創下7項世界第一。

基本原理

當手表在垂直位置時會受到地心引力的作用,當一只鐘表處于垂直位置時,由于來自地心引力的作用,它的調節控制器,即導致擺輪不平衡以及游絲工作時的偏心,因此擺輪、游絲和擒縱器,會在每一下擺動時發生難以覺察的快慢變化。

位差導致擺輪的不平衡以及游絲工作時的偏心,由于這兩個因素分別在其方位相差180度,對走時快慢的影響正好相反。于是,把擒縱機構和擺輪游絲系統一同配置在一個旋轉的支架上,擺輪和游絲的重心方位每經歷30秒即發生180度轉換,60秒為360度轉換,這個支架就裝在秒軸上,以每分鐘一圈的速度轉動。這樣,二者由于偏心引起的走時快慢正好得以相互補償。

簡單地說,陀飛輪的創意在于,將擒縱機構放在一個框架(Carriage)之內使框架圍繞軸心也就是擺輪的軸心做360度不停地旋轉。這樣。原本的擒縱機構是固定的,因而當表放置位置變化的時候如果擒縱機構不變,造成了擒縱零件受力不同而產生了誤差。當擒縱機構360度不停地旋轉起來的時候,會將零件的方位誤差綜合起來,互相抵消,從而消滅誤差。經技術及實際證明,目前大多數陀飛輪以1分鐘轉360度,是業內公認的最理想旋轉速度。

主要構造

擺輪游絲系統

陀飛輪的擺輪游絲系統結構通常由擺輪部件、游絲部件、擺夾板組件組成。擺輪部件由擺輪和擺軸通過鉚接連接在一起,如下圖所示,擺輪根據輪緣結構不同,又有1光擺、2帶螺釘擺、3開口擺之分。帶螺釘擺輪可通過螺釘來調節快慢,開口擺可進行溫度補償。光擺擺輪制造工藝簡單,運轉時空氣阻力較小,相對于其他擺輪具有較大的輪緣直徑,相應的增加了轉動慣量,而且光擺擺輪的材料一般采用膨脹系數極小的白銅材料,因而明顯地優于前述兩種擺輪。

擒縱調速機構

擒縱調速機構是機械計時儀器的組成部分,由振動系統和擒縱機構組成,擒縱調速器的結構簡單,而且不受電磁環境的影響,對環境溫度也不敏感,有較強的抗干擾能力。根據擒縱調速器振動系統中有無彈性元件,可分將擒縱調速器分為兩大類:有返回力矩式擒縱調速器和無返回力矩式擒縱調速器。

擒縱機構的種類較多,機械手表中最為常用的擒縱機構為叉瓦式擒縱機構。叉瓦式擒縱機構的結構如下圖所示,其中的主要零部件為1擒縱輪和2擒縱叉,7和8是安裝在擒縱叉上的進瓦和出瓦,9叉頭釘安裝在擒縱叉的叉頭部分,3、4 和5是套裝在擺輪軸上的,3沖擊盤和4保險盤做成一體,被稱為雙圓盤,5圓盤釘安裝在雙圓盤上。6為限位釘,一左一右安裝在擒縱叉的兩旁。

分類

第一代和第二代陀飛輪都同樣有同軸式和偏心式兩種類別,不同于第一代陀飛輪,第二代陀飛輪取消了輪固定支架,而第三代陀飛輪不但和第二代飛行陀飛輪表一樣都取消了“飛輪固定支架”,而且奇跡般地把“飛輪旋轉框架”也一同取消了(在第一代和第二代飛輪表中,此構件都是必不可少的)。另外,在這個全新的結構中還把第一代和第二代飛輪表中必須隨飛輪一起旋轉的“擺輪夾板”改變為不隨飛輪一起轉動,首次大大減輕了飛輪重量達一半以上,并且可以加大擺輪的直徑,以增強計時的穩定性。

第一代和第二代

同軸式陀飛輪

同軸式飛行陀飛輪就是將擺輪的回轉中心與“飛輪旋轉框架”的旋轉中心置于同一軸心線上,擺輪繞著自己的回轉中心同時還是“飛輪旋轉框架”的旋轉中心為軸擺動。

秒輪片3與支撐旋轉框架的寶石軸承固定為一體,支撐旋轉框架,擒縱輪4a與擒縱齒軸4b鉚合為一體組成擒縱輪部件4。叉頭釘5c被固定在擒縱叉體5a的叉頭上,進瓦5d與出瓦5e一左一右固定在叉瓦體5b的叉身上,擒縱叉體5a、叉瓦體5b和叉軸5f通過位釘定向壓合為一體組成擒縱叉組件5。

偏心式陀飛輪

偏心式即非同軸式,就是將擺輪的旋轉中心與“飛輪旋轉框架”的旋轉中心不置于同一軸心線上,擺輪既繞著自己的回轉中心擺動還以“飛輪旋轉框架的旋轉中心為軸做公轉。這個陀飛輪結構有自身的特別之處,那就是它是第二代飛行式同軸陀飛輪的簡化版,其含義是它采用了傳統擒縱機構,使得整體結構相對于同軸式陀飛輪的特殊擒縱機構要簡單很多,所以設計與制造難度就相對簡單了。下圖是此擒縱機構的亞面結構示意圖。

第三代陀飛輪

第三代陀飛輪結構則由東方的鐘表大師一中國人矯大羽(KuTai Yu)在1993年于香港特別行政區的“天儀軒”首創發明并且親手制造成功。全新的陀飛輪結構中,矯大羽把第一代和第二代飛輪表中必須隨飛輪一起旋轉的“擺輪夾板”改變為不隨飛輪一起轉動,首次大大減輕了飛輪重量達一半以上,并且可以加大擺輪的直徑,以增強計時的穩定性,同時又提高了動感藝術表現的水平。

按照裝配直徑分類

陀飛輪手表按機心裝配直徑分Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三類。

Ⅰ型

手表機心裝配直徑大于33mm(或面積大于855mm)

Ⅱ型

手表機心裝配直徑為23mm~33mm (或面積為415mm~855mm)

Ⅲ型

手表機心裝配直徑小于23mm(或面積小于415mm)。

應用領域

雖然如今的手表要面臨更多的位置變化,陀飛輪調校精準性的能力有所減弱,不過,陀飛輪仍然作為頂級制表工藝,被大多數喜愛機械制表的表迷所追捧。陀飛輪通過擒縱裝置的不斷旋轉來對抗重力的作用,這種設計的最初目的是增加計時的準確性,而現在陀飛輪在現代鐘表中出現是為了顯小制長的高超技藝和精美工藝,而陀飛輪裝置通常在表中以可視的方式顯現,以增加手長的美觀,因此在高檔手表上得到了廣泛應用。

標準規范

中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的GB/T 9820-2008(科學技術定義),規定了鐘表行業所用的主要科學技術術語及其定義,適用于計時儀器及有關裝置。

中華人民共和國工業和信息化部頒布的QB/T 4349-2012,規定了陀飛輪手表的定義、產品分類、要求、試驗方法、檢驗規則及標志、包裝、運輸、貯存。QB/T4349適用于陀飛輪手表及其機心。

發展趨勢

高精度

陀飛輪技術不斷被研發和改進,使得陀飛輪的精度不斷提高,以滿足不斷增長的高精度應用需求。

多樣化設計

陀飛輪的設計越來越多樣化,不僅有傳統的形狀,還有更加復雜和藝術化的設計比如超薄型,以滿足不同用戶的需求和喜好。

智能化應用

隨著智能化技術的發展,陀飛輪也越來越多地被應用于智能化系統中,例如智能手表、智能家居等。這些智能化應用能夠更好地滿足用戶的需求,提高用戶的使用體驗。

參考資料 >

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三金橋陀飛輪,GP芝柏表代表作.搜狐號.2023-12-07

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圓珠筆頭實現國產化 “中國制造”邁向“中國創造”_新聞中心_中國網.中國網.2023-12-07

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陀飛輪手表.安全管理網.2023-12-07

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超薄陀飛輪:極致的時間輪舞.今日頭條.2023-12-06

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