เวลาทรงตัว - เราจับตาดูวงดุล

ในเรื่องราวของเราฉบับล่าสุดเกี่ยวกับฤดูใบไม้ผลิสมดุล - แท้จริงหัวใจเต้นของนาฬิกากลไก - มันอาจดูเหมือนว่าองค์ประกอบนี้จะยกหนักทั้งหมดเท่าที่ธุรกิจ back-office ของการจับเวลา ผู้ออกแบบนาฬิกาจะบอกคุณว่า - และซีอีโอของแบรนด์นาฬิกาจำนวนมากเช่นกันมีจุดเล็ก ๆ น้อย ๆ ในการพูดถึงฤดูใบไม้ผลิสมดุลใหม่ถ้าใครไม่ได้พูดถึงล้อสมดุลและคันโยกที่กระตุ้นระบบ ในเรื่องนี้เราจะดูที่วงล้อสมดุลเป็นส่วนใหญ่โดยมีการจู่โจมประวัติศาสตร์และผลงานของการหลบหนีเดเตนและสวิตเซอร์แลนด์สวิส สำหรับคันโยกหรือพาเลทมันจะต้องรออีกประเด็น

เราเริ่มต้นเรื่องราวนี้เมื่อช่วงสุดท้ายสิ้นสุดลง - เมื่อทราบว่าล้อและสปริงทรงผมจำเป็นต้องทำงานร่วมกัน วิธีที่ดีที่สุดที่จะเข้าใจสิ่งนี้คือคิดถึงความสัมพันธ์ระหว่างนาฬิกาข้อมือเชิงกลกับนาฬิกาลูกตุ้ม เช่นเดียวกับลูกตุ้มที่เป็นอวัยวะควบคุมของนาฬิกาสปริงและสมดุลจะทำหน้าที่เหมือนกันในนาฬิกาข้อมือ นั่นหมายถึงความสมดุลและความสมดุลของสปริงจะต้องประมาณผลกระทบของแรงโน้มถ่วง ตัวเอกที่เรากลับมาสำหรับการแนะนำครั้งนี้ไม่มีใครนอกจาก Christiaan Huygens นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ คุณจะจำได้ว่า Huygens เป็นผู้บุกเบิกฤดูใบไม้ผลิที่สมดุล (ทำให้สมบูรณ์ในปี 1675) และลูกตุ้ม (ของนาฬิกาดังกล่าว)

Patek Philippe caliber 240 Q SI

Patek Philippe การวิจัยขั้นสูงอ้างอิง 5550 บ้านมีความสามารถ 240 Q SI

อยากรู้อยากเห็นว่าสมดุลล้อดูเหมือนจะมีอยู่ก่อนเวลา Huygens - Huygens ตัวเองออกแบบล้อสมดุลและระบบสปริงของเขาในสไตล์หลบหนี อันที่จริง Huygens และผู้บุกเบิกคนอื่น ๆ กำลังค้นหาส่วนประกอบที่ถูกต้องเพื่อสร้างการสั่นของฮาร์โมนิกและสิ่งที่ขาดหายไปคือฤดูใบไม้ผลิที่สมดุล ดังนั้นส่วนที่เหลือของการหลบหนี - ระบบคันโยกแบบสวิสจะปรากฏขึ้นในภายหลัง - มีอยู่ก่อนปี 1675

Harmonic oscillation ซึ่งเป็นสมบัติทางกายภาพได้รับการสำรวจครั้งแรกโดยกาลิเลโอกาลิลีเมื่อเขาตรวจสอบการทำงานของลูกตุ้มในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 มันคือกาลิเลโอที่ค้นพบไอโซทรอนิกส์ว่าเป็นสิ่งที่สำคัญยิ่งต่อการแกว่งของลูกตุ้ม โดยทั่วไประยะเวลาของการแกว่งของลูกตุ้มที่กำหนดจะค่อนข้างคงที่ไม่ว่าขนาดของการแกว่งจะเป็นเท่าไหร่ ด้วยวิธีนี้เราสามารถจับเวลาได้อย่างมีเสถียรภาพเพราะลูกตุ้มแกว่งไปมานานนาฬิกาก็ยังคงวิ่งอยู่ในอัตราเดียวกัน เห็นได้ชัดว่านาฬิกาที่มีอัตราแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการแกว่งของลูกตุ้มจะมีประโยชน์น้อยกว่า

กาลิเลโอกาลิลี

ลูกตุ้มทำให้ได้คุณสมบัติที่ไม่สมดุลจากแรงโน้มถ่วงซึ่งหมายความว่านาฬิกาที่มีลูกตุ้มจะต้องมีความเสถียรเท่าที่จะเป็นไปได้ การเคลื่อนไหวขัดขวางการแกว่งของลูกตุ้มทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ Huygens เสร็จสิ้นโครงการนาฬิกาลูกตุ้มในตอนแรกโดยกาลิเลโอ ก่อนการปรากฎตัวของนาฬิกาลูกตุ้มนาฬิกาจักรกลใช้ส่วนประกอบอื่นเพื่อจำลอง isochronism: โฟลิออท อาศัยแรงเฉื่อยนี่เป็นแถบแนวนอน (ที่มีน้ำหนักอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง) หมุนตรงกลาง การเคลื่อนไหวของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นซึ่งขับเคลื่อนโดยพลังงานจลน์ของสปริงที่คลายเกลียวทำให้เกิดอัตราการจับเวลา

การตัดโดยตรงไปยังชุดประกอบสมดุลทางกลในปัจจุบันล้อหมุนหมุนวนประมาณหนึ่งครั้งครึ่งในทิศทางเดียวซึ่งถือเป็นการสวิงหนึ่งครั้ง นี่คือประมาณ 270 °ถึงแต่ละด้านของตำแหน่งดุลยภาพของศูนย์ถ่วงล้อ รอบที่สมบูรณ์คือการแกว่งสองครั้งนี้ซึ่งหมายถึงการเต้นสองครั้ง ความแข็งของสปริงสมดุลและโมเมนต์ความเฉื่อยของล้อเป็นองค์ประกอบสำคัญในสมการที่กำหนดว่าจะใช้เวลากี่วินาทีจึงจะเสร็จสมบูรณ์หนึ่งรอบ

เมื่อกลับไปที่เรื่องของวงล้อสมดุลและโฟลิออทมันก็ไม่มีความชัดเจนเมื่อวงล้อสมดุลถูกแทนที่โฟลิออตทั้งหมด เป็นที่แน่นอนว่าการนำลูกตุ้มและสปริงทรงตัวมาใช้ทำให้ข้อบกพร่องของการหลบหลีกเข้าสู่การบรรเทาที่รุนแรง การแข่งขันเพื่อแทนที่ต่าง ๆ มากมาย escapements รวมทั้งผู้คุมและกระบอกสูบหนี ในท้ายที่สุดมันเป็นทั้งตัวยึดสมอและตัวยกคันโยกซึ่งในที่สุดก็ปิดผนึกชะตากรรมของทางหลบหนีที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นที่โดดเด่น

วงล้อสมดุลอยู่ตรงไหนในเรื่องนี้? คำอธิบายแบบเต็มมีอยู่ในส่วนของการยกคันโยก (เลเวอเรจ) เช่นเดียวกับ tl; dr ด้านบน แต่ใช้เวลาสักครู่ในการอ่านส่วน On the Verge เพราะมันตั้งเวที ล้อดุลดูเหมือนจะเป็นรูปแบบที่ดีที่สุดในการทำงานควบคู่ไปกับเกลียวแบบดั้งเดิมหรือสปริงแบบสมดุล

ในรูปแบบปัจจุบันล้อสมดุลมีลักษณะที่หลากหลายซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสองรูปแบบหลัก: ราบรื่นและไม่ราบรื่น ใช่เสียงไม่ราบเรียบไม่ได้พูดจาไพเราะโดยเฉพาะ แต่ถ้าหากใครคนหนึ่งต้องมีศัพท์เทคนิคที่ทำให้เกิดเสียงมากขึ้นมันก็จะเป็นเสียงที่ปรับได้ เราเลือกที่จะใช้งานที่ไม่ลื่นไหลเพราะจะมีล้อทรงตัวแบบสกรูซึ่งไม่ได้เป็นคำอธิบายที่มีเสน่ห์เป็นพิเศษ ล้อปรับสมดุลรุ่นไม่เรียบเป็นแบบดั้งเดิมโดยมีสกรูเล็ก ๆ ที่ขอบล้อ นี่ไม่ควรสับสนกับ Gyromax โดย Patek Philippe, Microstella by Rolex และตัวเลือกที่หลากหลายจาก Swatch Group (ส่วนใหญ่มาจาก Omega) ซึ่งดูเหมือนจะมีสกรูที่ขอบหรือด้านในของขอบ

ล้อสมดุล Ulysse Nardin

โดยหลักการแล้วระบบที่ไม่ลื่นไหลใช้น้ำหนักเพื่อปรับความเฉื่อยของล้อบาลานซ์ - เท่าที่สกรูยึดเข้ากับเครื่องชั่งจะกำหนดสิ่งนี้ในรุ่นสมดุลของเกลียว ในระบบดั้งเดิมความสมดุลจะถูกปรับด้วยมือโดยผู้สังเกตการณ์ในกระบวนการที่เรียกว่าการวางตัวสมดุลหรือปรับสมดุล สำหรับการออกแบบสมดุลที่ใหม่กว่าของความหลากหลายของมวลที่ปรับได้เหล่านี้เป็นรูปแบบปกติโดยคอมพิวเตอร์เมื่อมีการหมุนวน

ล้อทรงตัวที่ลื่นไหลยังทรงตัวที่โรงงานด้วยขณะนี้คอมพิวเตอร์ก็เข้ามาเกี่ยวข้องในกระบวนการนี้เช่นกัน ล้อปรับสมดุลเรียบมีแนวโน้มที่จะมีความหลากหลายของ Glucydur (ดูหมวด Glucydur) ในขณะที่ยอดคงเหลือใหม่อาจทำจากซิลิกอนโดยมีน้ำหนักในวัสดุอื่น ๆ ตัวอย่างของล้อปรับสมดุลแบบสร้างสรรค์รวมถึงการทดลองจาก DeBethune, Ulysse Nardin และ Patek Philippe

บน VERGE

การพัฒนาด้านเทคนิคที่สำคัญที่สุดในการทำนาฬิกาและการผลิตนาฬิกาการพัฒนาของการหลบหนีในศตวรรษที่ 13 ได้รับอนุญาตสำหรับการสร้างนาฬิกาเชิงกลทั้งหมด นี่คือวิธีที่ David กลาสโกว์อธิบายถึงการทำงานของการหลบหลีกในหนังสือและการทำนาฬิกา 2428 ของเขา (คำอธิบายที่นี่ได้ถูกถอดความและแก้ไขลงตามความจำเป็น)

นาฬิกาวิหารซาลิสบิวรีแสดงนาฬิกาเรือนแรกที่มีลักษณะเหมือนซึ่งได้รับความอนุเคราะห์จาก Wikipedia

ทางหลบหนีประกอบด้วยวงล้อรูปมงกุฎที่มีฟันรูปฟันยื่นออกมา แกนของมันอยู่ในแนวนอน เส้นแนวตั้งแนวตั้งอยู่ที่ด้านหน้าของวงล้อมงกุฎด้วยแผ่นโลหะสองแผ่น (พาเลท) ที่ยึดฟันที่ด้านตรงข้ามของวงล้อมงกุฎ พาเลทนั้นวางอยู่ตรงมุมระหว่างทั้งสองดังนั้นจึงมีเพียงครั้งเดียวที่จับฟันได้ในแต่ละครั้ง มีการติดตั้งล้อปรับสมดุลหรือลูกตุ้มที่ปลายก้านเหว

วงล้อสมดุลดูเหมือนจะมีอยู่ก่อนเวลา Huygens - Huygens ตัวเองออกแบบล้อสมดุลและระบบสปริงในสไตล์หลบหนี

เมื่อเฟืองส่งพลังงานของขดสปริงที่คลี่คลายไปยังวงล้อมงกุฎหนึ่งในฟันของวงล้อมงกุฎจะผลักไปที่พาเลทหมุนปากเหวในทิศทางเดียว ในเวลาเดียวกันการกระทำนี้จะหมุนพาเลทที่สองเข้าไปในเส้นทางของฟันที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของล้อจนกระทั่งฟันผลักผ่านพาเลทแรก จากนั้นฟันบนล้อของฝั่งตรงข้ามจะสัมผัสกับพาเลทที่สองหมุนเหวี่ยงกลับไปอีกทิศทางหนึ่งและวัฏจักรจะวนซ้ำ

ดังนั้นสิ่งที่เริ่มขึ้นเมื่อการหมุนของวงล้อมงกุฏไม่เป็นระเบียบถูกเปลี่ยนเป็นความผันผวนของรอยเหว สิ่งนี้ทำให้ลูกตุ้มหรือสมดุล / โฟลิออทเคลื่อนไหว การแกว่งของยอดคงเหลือ / โฟลิออทหรือลูกตุ้มแต่ละครั้งจะช่วยให้ฟันของล้อหนีรอดหนึ่งผ่านไปได้ทำให้การเคลื่อนที่ของเครื่องจักรเป็นไปตามปกติ ล้อรถไฟของนาฬิกาเดินหน้าด้วยจำนวนคงที่ขยับมือไปข้างหน้าด้วยอัตราคงที่

นาฬิกาลูกตุ้มอันที่สองที่สร้างโดย Christiaan Huygens ซึ่งได้รับความอนุเคราะห์จาก Wikipedia

ล้อมงกุฎจะต้องมีจำนวนฟันแปลก ๆ เพื่อให้การหลุดรอดทำงานได้ ด้วยจำนวนที่เท่ากันฟันที่ตรงข้ามกันสองซี่จะติดต่อพาเลทในเวลาเดียวกันทำให้การติดขัดหลุดออก

ด้วยการถือกำเนิดของลูกตุ้มการหลบหนีสมอจึงเป็นการกระทำที่เป็นธรรมชาติมากขึ้นสำหรับนาฬิกาและดังนั้นจึงเริ่มแทนที่การเหวี่ยงเหว

การงัด

พัฒนาโดย Thomas Mudge การยกคันโยกคือการหลบหนีของนาฬิกาจักรกลแบบร่วมสมัย อีกครั้งหนึ่งที่เราถูกหนี้ไปยังหนังสือของกลาสโกว์สำหรับข้อมูลรวมถึงโรงเรียนการผลิตนาฬิกาของ TimeZone คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับวิธีการทำงานทั้งหมดด้านล่างนี้ได้มาจากแหล่งข้อมูลเหล่านั้น (ส่วนใหญ่เป็นส่วนของ Walt Odets)

ในการยกคันบังคับมาตรฐานหรือที่เรียกว่าการยกคันโยกแบบสวิสเซอร์แลนด์ล้อหลบหนีและส้อมพาเลทมีบทบาทสำคัญ (ไม่ต้องใช้ปุ่มควบคุม) ล้อหลบหนีถูกส่งไปยังรถไฟล้อส่งแรงกระตุ้นไปยังส้อมพาเลท เมื่อได้รับแรงกระตุ้นนี้ส้อมพาเลทจะส่งมอบให้กับเพลาล้อสมดุลจึงเปลี่ยนล้อสมดุล สปริงสปริงจะส่งคืนล้อดุลไปยังตำแหน่งกึ่งกลางเพื่อส่งแรงกระตุ้นผ่านเพลาไปยังส้อมพาเลทซึ่งจะโต้ตอบกับล้อหลบหนีอีกครั้ง

วงล้อที่สมดุลและทรงผมของ TAG Heuer Autavia Isograph

แท่นวางส้อมและการหลบหนีของลำกล้อง Patek Philippe 240 Q SI

พลังงานที่ไม่ได้รับการควบคุมจากเมนสปริงจึงถูกส่งไปยังล้อบาลานซ์ ล้อสมดุลส่งคืนอำนาจควบคุมไปยังล้อรถไฟซึ่งต่อมาก้าวหน้าโดยจำนวนคงที่และย้ายมือของเวลาโดยจำนวนคงที่

การเคลื่อนที่ไปมาของวงล้อสมดุลไปและกลับไปยังตำแหน่งกึ่งกลางนั้นสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของวงล้อหลบหนีโดยหนึ่งฟัน (เรียกว่าจังหวะ) นาฬิกาคันโยกแบบทั่วไปจะมีอัตราการเต้น 18,000 ครั้งขึ้นไปต่อชั่วโมงบางครั้งเรียกว่าการสั่นสะเทือนต่อชั่วโมง จังหวะการเต้นแต่ละครั้งจะให้แรงกระตุ้นสมดุลของล้อดังนั้นจึงมีสองแรงกระตุ้นต่อรอบ (เช่นเดียวกับการหลบหลีก) แม้จะถูกล็อคในช่วงเวลาที่เหลือ แต่ล้อหมุนจะหมุนที่ความเร็วเฉลี่ย 10 รอบต่อนาทีหรือมากกว่า

ต้นกำเนิดของเสียง“ ติ๊กต๊อก” เกิดจากกลไกการหลบหนีนี้ ขณะที่วงล้อหมุนไปมาจะได้ยินเสียงติ๊ก ๆ

วัสดุ GLUCYDUR และทางเลือก

ในขณะที่ความสมดุลของ Glucydur ดูเหมือนจะโดดเด่นด้วยโลหะผสมของเบริลเลียมทองแดงและเหล็ก แต่ก็มีวงล้อประเภทอื่น ๆ การสแกนแคตตาล็อกการประมูลทางเลือกที่พบมากที่สุดคือวงล้อโลหะผสมทองคำทองแดง โดยปกติแล้วยอดคงเหลือทั้งสองประเภทจะทำหน้าที่เดียวกัน แต่รายละเอียดเพิ่มเติมบางอย่างจำเป็นต้องเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นที่นี่

ปัญหาสำคัญคือความแปรปรวนของอุณหภูมิเนื่องจากสมบัติมวลของสปริงจะเปลี่ยนไปเมื่อขยายหรือหดตัวเห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้จะส่งผลกระทบต่ออัตราการจับเวลาเนื่องจากมันจะส่งผลกระทบต่อการแกว่งของวงล้อสมดุล ในความเป็นจริงแล้วล้อดุลยังแปรผันตามอุณหภูมิ ทั้งทองคำทองแดงและอัลลอยด์ Glucydur มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นที่ดีเยี่ยมระหว่าง +14 ถึง +17 x 10-6 / ° K ดังนั้นวัสดุเหล่านี้ยังคงได้รับความนิยมในปัจจุบันจาก บริษัท ผลิตนาฬิกา อย่างไรก็ตามไม่มีอะไรสมบูรณ์แบบและเมื่อโลหะผสมเหล่านี้ขยายตัวการหลบหลีกจะไม่เปลี่ยนไปอีกต่อไป

ความพยายามครั้งล่าสุดในการแก้ไขปัญหานี้คือ Zenith Defy Oscillator ซึ่งเป็นนวัตกรรมการหลบหนีที่รุนแรงที่สุดนับตั้งแต่ยุค Huygens อันที่จริงมันรวมส้อมพาเลท, ล้อสมดุลและขนสปริงเป็นโครงสร้างซิลิกอนเดียว วัสดุที่ไม่ใช่โลหะซิลิคอนได้รับการปฏิบัติแตกต่างกันเพื่อจัดการกับการเปลี่ยนแปลงความร้อนโดยทั่วไปจะใช้ออกไซด์ของซิลิคอน ในกรณีของระบบ Zenith นี้มันไม่ได้ตรงไปตรงมาเพราะองค์ประกอบทั้งหมดของการหลบหนีอยู่ในชิ้นเดียว

เราจะมองในเชิงลึกมากขึ้นในระบบนี้พร้อมกับ Genequand oscillator (Parmigiani Fleurier), Escape Ulysse Nardin Anchor Escape และการหลบหนีอย่างต่อเนื่องของ Girard-Perreguax ในปัญหาของเราในปี 2020