外界條件之溫度對走時的影響分析

【摘 要】機械手表由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的特性，尤其是擒縱調(diào)速系的工作條件，很容易在外因的作用下引起走時性能的變化。在手表日差分析中我們了解的“溫度系數(shù)”和“位差”，實質(zhì)上也都是外部因素通過手表內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特性而引起的走時變化。此外，在外界條件中，例如氣壓、濕度、磁場和振動等各種因素，也都會引起手表走時精度的變化。本文中就針對溫度對走時的影響從潤滑油和調(diào)速機構(gòu)金屬材料特性兩個方面作深入分析。

【關(guān)鍵詞】溫度系數(shù)；機芯走時誤差；潤滑油；調(diào)速機構(gòu)

影響機械手表計時精度發(fā)生變化的因素有很多，包含溫度、濕度、氣壓、灰塵等。那么溫度的變化是如何影響機械手表機芯計時精度的呢？

由于溫度的影響，引起手表走時性能的變化，經(jīng)過相應(yīng)的分析及實驗證明這種變化，是通過潤滑油和調(diào)速機構(gòu)金屬材料特性的變化造成的。

1 潤滑油引起的變化

潤滑是減小手表機構(gòu)中運動部件的摩擦力和摩擦損耗的重要措施，通過潤滑可以提高手表機構(gòu)中的能量傳遞效率和工作效率。雖然近年來經(jīng)過試驗，手表行業(yè)中已采用了多種的潤滑方法，例如固體潤滑和氣體潤滑等，但目前使用的最普遍和最廣泛的依然是潤滑油。潤滑油的作用決定于他們的分子結(jié)構(gòu)，因為這類分子結(jié)構(gòu)有一個奇妙的特性，在它的兩端具有不同的凝聚力，一端和其他分子間有很強的吸引力，稱為激活端；另一端和其他分子的吸引力卻極小，稱為惰性端。當潤滑油處于兩個固體摩擦面之間時，形成一層極薄的油膜，使抹茶面不致直接接觸。在這層油膜中，分子的激活端和激活端相對，惰性端和惰性端相對，當摩擦面發(fā)生運動時，惰性端相對的位置就會互相滑動而產(chǎn)生潤滑作用。當然，由于潤滑油的分子體積極小，即使在厚度僅為0.1微米的油層中也具有大量的分子層，所以通過潤滑油可以使摩擦力大為減小。

然而，潤滑油的分子運動和溫度變化有密切的關(guān)系，當溫度變化時，潤滑油的粘度會有顯著的變化。圖1-1是根據(jù)實驗得出結(jié)果，對兩種多數(shù)表廠目前所常用的潤滑油在0℃-50℃之間粘度變化情況所作出的粘溫曲線。其中曲線“a”是擺軸支撐所采用潤滑油，“b”是傳動系支承所采用的潤滑油，縱坐標表示運動粘度v，其單位為厘沲，溫度降低時粘度則逐漸增加，至10℃以后曲線的斜率即迅速上升。如果溫度降低到-20℃以下時，這些表油都已接近凝固點，非但不能起到潤滑作用，相反還會妨礙手表機構(gòu)的工作；另一種情況，如果溫度升高到50℃以上時，潤滑油不但會因粘度降低而迅速擴散流失，還會氧化變質(zhì)和揮發(fā)從而失去潤滑作用。因此在外界高低溫度條件下，都會導致潤滑油的潤滑性能變化，從而引起手表的走時性能發(fā)生相應(yīng)地變化。

v—運動粘度（ccm）；t—溫度（℃）

2 調(diào)速機構(gòu)金屬材料特性的變化

外界溫度影響手表走時性能變化的另一個十分敏感的條件，是調(diào)速機構(gòu)中擺輪游絲所應(yīng)用的金屬材料特性。當溫度變化時，擺輪的轉(zhuǎn)動慣量由于材料體積的熱脹冷縮而發(fā)生變化；游絲的尺寸及游絲的彈性系數(shù)也發(fā)生變化。因此，必然會使手表走時日差產(chǎn)生變化。

這一變化可以采用下列公式計算：

ω=86400（ab-）t

式中： aa—游絲材料的線膨脹系數(shù)

ab—擺輪材料的線膨脹系數(shù)

β—游絲材料的熱彈性系數(shù)

t—溫度變化。

從式中可以看出，如果我們能夠使

ab=

亦即

ab-=0

則日差

ω=0

根據(jù)上述推論，為了爭取實現(xiàn)這一目的而采取的各種有效措施，即所謂“溫度補償”。在各種不同精度要求和不同類型的表機中，采用的溫度補償方法可以多種多樣，例如采用雙金屬開口擺輪和溫度誤差（下轉(zhuǎn)第97頁）（上接第95頁）調(diào)節(jié)螺釘?shù)?。但在目前大量生產(chǎn)的單金屬光擺輪和平游絲調(diào)速機構(gòu)的手表中，所能采取的唯一辦法，只能是盡可能考慮與選用恰當?shù)脑牧?，力求盡量地減少手表的溫度系數(shù)。然而遺憾的是，在溫度變化幅度較大的情況下，由aa所引起的擺輪轉(zhuǎn)動慣量的變化，以及由aa和β變化所引起的游絲剛度的變化，相互不成線性。因此難以使（3aa+β）/2和ab在種不同溫度變化條件下始終相等，所以仍然要產(chǎn)生如圖1-2所示的誤差。

ω—日差；t—溫度變化；a—因aa和β變化導致游絲剛度變化而引起的日差變化；b—因ab變化導致擺輪轉(zhuǎn)動慣量變化而引起的日差變化；c—手表實際走勢變化

這種誤差就是所謂二次溫度誤差，亦稱為中間溫度誤差。對采用雙金屬開口擺輪和溫度誤差調(diào)節(jié)螺釘?shù)氖直韥碚f，如果將手表調(diào)整成在0℃和30℃時誤差為0℃，則在其他溫度中必然仍有誤差，在接近15℃時誤差最大；如果調(diào)整在0℃和15℃時誤差為0℃，則接近30℃時誤差最大；同樣如果調(diào)整成在15℃和30℃時誤差為0℃，則接近0℃時誤差最大。

但是對一般單金屬擺輪的手表來說，這種誤差卻是很難調(diào)整的，即使采用了高質(zhì)量的游絲以后，也只能使它在相對程度上略微減小。有些高精度的航海天文表，常采用雙金屬開口擺輪和溫度補償調(diào)節(jié)螺釘?shù)茸鳛闇囟妊a償?shù)氖侄?，但是工藝上的復雜性卻大為增加，不適宜于大批量生產(chǎn)，目前國產(chǎn)手表中都不采用。

綜上所述，溫度對機械手表機芯計時精度從潤滑油、調(diào)速機構(gòu)中擺輪游絲所應(yīng)用的金屬材料特性兩個方面產(chǎn)生影響。潤滑油受到溫度變化其自身的粘度會發(fā)生變化，其潤滑效果會直接影響到其工作效率從而影響計時精度。調(diào)速機構(gòu)中的拜倫部件、游絲部件，擺輪的轉(zhuǎn)動慣量由于材料體積發(fā)生變化；游絲的尺寸及游絲的彈性系數(shù)發(fā)生變化，使手表走時日差產(chǎn)生變化。

【參考文獻】

[1]天津大學精儀系《機械計時儀器》編寫，天津人民出版社 1974年.

[2]劉麗娟，等編.機械手表裝配與檢驗，輕工業(yè)出版社，1982年.

[3]趙躍武，主編.機械手表裝調(diào)技術(shù)，大連理工大學出版社，2015年.endprint