游丝

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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...

什么是游丝

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游丝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,

游丝的历史

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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。

调节器

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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。

游丝材料

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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。

温度的影响

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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。

埃林瓦尔

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

等时性

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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,

振荡周期

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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。

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词条目录
  1. 什么是游丝
  2. 游丝的历史
  3. 调节器
  4. 游丝材料
  5. 温度的影响
  6. 埃林瓦尔
  7. 等时性
  8. 振荡周期

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