游丝

游丝是机械钟表中连接到摆轮上的弹簧。它使摆轮在钟表运行时以共振频率振荡，从而控制钟表轮的转动速度，从而控制指针的移动速度。通常安装一个调节杆，它可以用来改变弹簧的自由长度，从而调整钟表的速率。游丝是一种精细的螺旋或螺旋扭力弹簧，用于机械表、闹钟、厨房计时器、航海计时器和其他计时机构，以控制摆轮的摆动速率。摆轮游丝是摆轮的重要附件，可使其来回摆动。摆轮游丝和摆轮共同构成一个谐振子，以精确的周期或节拍振荡，抵抗外界干扰，负责计时精度。1657年左右，罗伯特·胡克和克里斯蒂安·惠更斯在摆轮上增加了游丝，极大地提高了便携式时计的准确性，将早期的怀表从昂贵的新奇事物转变为有用的计时器。自那时以来，对游丝的改进有助于进一步大幅提高精度。现代游丝由特殊的低温度系数合金（如nivarox）制成，以减少温度变化对速率的影响，并精心塑造以xxx限度地减少主发条运行时驱动力变化的影响。在1980年代之前，几乎所有便携式计时装置都使用摆轮和摆轮游丝，但近几十年来，电子石英计时技术已取代机械发条，

关于它是由英国物理学家罗伯特·胡克还是荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯在1660年左右发明的存在一些争议，很可能是胡克首先提出了这个想法，但惠更斯制造了xxx款使用游丝的功能手表。在此之前，钟表中使用的是没有发条的摆轮或折页，但它们对驱动力的波动非常敏感，导致时计在主发条松开时减速。游丝的引入极大地提高了怀表的准确性，从每天几小时提高到每天10分钟，使它们首次成为有用的计时器。xxx个游丝只有几圈。一些早期的手表有一个使用蜗杆传动的Barrow调节器，但xxx个广泛使用的调节器是由ThomasTompion于1680年左右发明的。在Tompion调节器中，路边销安装在一个半圆形齿条上，通过安装一个齿轮来调节一个齿轮的钥匙并转动它。现代调节器是一个与摆轮同心旋转的xxx，于1755年由JosephBosley获得专利，但直到19世纪初它才取代了Tompion调节器。

为了调节速率，游丝通常有一个调节器。调节器是安装在摆轮夹板或桥板上的可移动xxx，与摆轮同轴转动。由两个向下突出的销（称为路缘销）或由路缘销和具有较重部分的销（称为靴子）在调节器的一端形成一个窄槽。游丝外圈的末端固定在一个螺柱中，螺柱固定在摆轮旋塞上。然后弹簧的外圈穿过调节器槽。螺栓和槽之间的弹簧部分保持静止，因此槽的位置控制弹簧的自由长度。移动调节器使槽沿弹簧的外圈滑动，从而改变其有效长度。将槽从螺柱上移开会缩短弹簧，使其更硬，调节器会轻微干扰弹簧的运动，导致不准确，因此精密时计（如航海计时器和一些高端手表）是自由弹簧的，这意味着它们没有调节器。相反，它们的速率是通过摆轮上的计时螺丝来调整的。有两种主要类型的游丝调节器。

• Tompion调节器，其中路缘销安装在扇形机架上，由小齿轮移动。小齿轮通常配有带刻度的银色或钢制圆盘。
• 如上所述的Bosley调节器，其中的销安装在与天平同轴枢转的xxx上，xxx的末端能够在刻度上移动。有几种变体可以提高操纵杆的移动精度，包括蜗牛调节器，其中操纵杆弹靠在可以转动的螺旋轮廓的凸轮上，千分尺，其中操纵杆由蜗轮移动，以及天鹅颈或簧片调节器，其中xxx的位置通过细螺钉调节，xxx通过弯曲天鹅颈形状的弹簧与螺钉保持接触。这是美国人GeorgeP.Reed于1867年2月5日发明并获得专利的美国专利号61,867。

还有一种猪毛或猪鬃调节器，其中坚硬的纤维位于摆轮弧线的末端，并在将其放回之前将其轻轻停下来。通过缩短弧线使手表加速。这不是摆轮游丝调节器，在摆轮游丝发明之前用于最早的手表。还有一个Barrow调节器，但这实际上是给主发条设置张力的两种主要方法中较早的一种。这需要保持芝麻链处于张力状态，但不足以真正驱动手表。可以通过调整设置张力来调节Verge手表，但如果存在任何前面描述的调节器，那么通常不会这样做。

许多材料已用于游丝。早期使用钢，但没有应用任何硬化或回火工艺。结果，这些弹簧会逐渐减弱，手表会开始走时。一些制表师，例如约翰·阿诺德（JohnArnold），使用黄金，避免了腐蚀的问题，但保留了逐渐弱化的问题。硬化和回火钢首先由约翰哈里森使用，随后一直是首选材料，直到20世纪。1833年，EJDent（国会大厦大钟的制造商）试验了玻璃游丝。与钢相比，它受热的影响要小得多，减少了所需的补偿，而且也不会生锈。用玻璃弹簧进行的其他试验表明，它们制造起来既困难又昂贵，而且人们普遍认为它们很脆弱，这种脆弱性一直持续到玻璃纤维和光纤材料的时代。由蚀刻硅制成的游丝是在20世纪后期引入的，并且不易受磁化影响。

材料的弹性模量取决于温度。对于大多数材料来说，这个温度系数足够大，以至于温度变化会显着影响摆轮和游丝的计时。最早的带有游丝的手表制造商，如胡克和惠更斯，观察到了这种效应，却没有找到解决办法。哈里森在他开发航海天文钟的过程中，通过补偿限制解决了这个问题——本质上是一种双金属温度计，它可以根据温度调节游丝的有效长度。虽然这个方案运作良好，足以让哈里森达到经度法规定的标准，但它并没有被广泛采用。大约在1765年，PierreLeRoy（JulienLeRoy的儿子）发明了补偿天平，这成为手表和精密时计温度补偿的标准方法。在这种方法中，通过温度敏感机构改变摆轮的形状，或者在摆轮的辐条或轮缘上移动调整配重。这改变了摆轮的惯性矩，并且该变化被调整以补偿摆轮游丝的弹性模量的变化。ThomasEarnshaw的补偿摆轮设计，仅由一个带有双金属轮辋的摆轮组成，成为温度补偿的标准解决方案。

虽然补偿摆轮可以有效地补偿温度对游丝的影响，但它不能提供完整的解决方案。基本设计存在中间温度误差：如果将补偿调整为在极端温度下精确，那么在这些极端温度之间的温度会略微偏离。为了避免这种情况，设计了各种辅助补偿机制，但它们都存在复杂且难以调整的问题。大约在1900年，elinvar的发明者CharlesÉdouardGuillaume提出了一种完全不同的解决方案。这是一种镍钢合金，具有弹性模量基本上不受温度影响的特性。装有elinvar游丝的手表要么根本不需要温度补偿，要么只需要很少的补偿。这简化了机制，也意味着中间温度误差也被消除了，或者至少xxx减少了。

游丝遵循胡克定律：恢复扭矩与角位移成正比。当这个性质完全满足时，则称游丝是等时的，并且摆动周期与摆动幅度无关。这是精确计时的基本属性，因为没有机械传动系统可以提供xxx恒定的驱动力。在由主发条驱动的手表和便携式时钟中尤其如此，主发条在松开时提供逐渐减弱的驱动力。驱动力变化的另一个原因是摩擦，它随着润滑油的老化而变化。早期的制表师凭经验找到了使摆轮游丝同步的方法。例如，阿诺德在1776年申请了一种螺旋（圆柱形）形式的游丝，其中游丝的末端向内盘绕。1861年，M.Phillips发表了对该问题的理论处理。他证明了重心与摆轮轴线重合的摆轮游丝是等时同步的。在一般实践中，实现等时性最常见的方法是使用宝玑上圈，它将游丝最外圈的一部分放置在与游丝其余部分不同的平面上。这使得游丝呼吸更加均匀和对称。发现了两种类型的过卷-逐渐过卷和Z形弯曲。通过对游丝施加两次逐渐扭转来获得逐渐过螺旋，从而在半圆周上形成第二平面的上升。Z形弯头通过施加两个互补45度角的扭结来实现这一点，在大约三个弹簧截面高度内完成到第二个平面的上升。第二种方法是出于美学原因，执行起来要困难得多。由于难以形成过卷，

游丝和摆轮（通常简称为摆轮）组成一个谐振子。游丝提供恢复扭矩，限制和反转摆轮的运动，使其前后摆动。它的共振周期使它能够抵抗扰动力的变化，这就是使它成为一个很好的计时装置的原因。