手表發(fā)條相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

文 / 席戰(zhàn)輝 陳斌 張磊

機(jī)械手表是以發(fā)條為原動(dòng)力，其原動(dòng)系統(tǒng)中通常包括5個(gè)零件，其具體名稱為：條盒輪、條盒蓋、條軸、發(fā)條、發(fā)條外勾（或者副發(fā)條）。

發(fā)條的作用維持振動(dòng)系統(tǒng)不衰減地振動(dòng)，并且?guī)?dòng)指針機(jī)構(gòu)或附加機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。儲(chǔ)存彈性能量；上條時(shí)把外界對(duì)它的作用功轉(zhuǎn)化為變形能；在手表機(jī)構(gòu)工作中，陸續(xù)釋放出來(lái)。

對(duì)發(fā)條的要求要有足夠的輸出力矩，即強(qiáng)度極限、彈性極限和彈性模量高，并且滿條狀態(tài)與工作24小時(shí)后的輸出力矩之差要??；工作時(shí)具有足夠的均勻的輸出力矩，保證延續(xù)走時(shí)不少于36小時(shí)；有一定的工作圈數(shù)，提供一定標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)走時(shí)；高的疲勞強(qiáng)度和抗彈性疲勞性能，保證手表使用壽命20年；不生銹、無(wú)磁性。

手表發(fā)條標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2404-2010對(duì)發(fā)條相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義：

3.1 發(fā)條 main spring

機(jī)械手表的主要儲(chǔ)能元件，其主要作用是維持振動(dòng)系統(tǒng)不衰減地振動(dòng)，并且?guī)?dòng)指針機(jī)構(gòu)或附加機(jī)構(gòu)（如鬧時(shí)機(jī)構(gòu)等）運(yùn)動(dòng)。

3.2 副發(fā)條 sliding attachment

附加在主發(fā)條體上，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)表上條功能而設(shè)計(jì)的附加短發(fā)條。通常這種發(fā)條的長(zhǎng)度應(yīng)為放入條盒后略小于一圈。

3.3 自動(dòng)發(fā)條部件 mainspring with sliding attachment

帶副發(fā)條的發(fā)條部件。

3.4 打滑力矩 sliding torque

自動(dòng)發(fā)條在上緊到打滑前的一瞬間的力矩。

機(jī)械手表標(biāo)準(zhǔn)（QB/T 1249-2013）：

本標(biāo)準(zhǔn)適用于使用叉瓦式擒縱調(diào)速器的各類手表，相應(yīng)的手表機(jī)心亦可參照使用。

3.1 基礎(chǔ)機(jī)心

由原動(dòng)系、傳動(dòng)系、擒縱調(diào)速系、上條撥針系組成的機(jī)械機(jī)心。

4.產(chǎn)品分類：手表按機(jī)心裝配直徑分Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三類。

Ⅰ型：手表機(jī)心裝配直徑大于20mm（或面積大于314mm）；

Ⅱ型：手表機(jī)心裝配直徑為16～20mm（或面積大于201～314 mm）；

Ⅲ型：手表機(jī)心裝配直徑小于16mm（或面積小于201mm）。

5.1使用可靠性

手表在正常使用條件下不應(yīng)停走，機(jī)心在表殼組件中應(yīng)穩(wěn)固，手表的零部組件不應(yīng)自行脫落。

手表在延續(xù)走時(shí)期間實(shí)走誤差不應(yīng)超過(guò)15min；在24h時(shí)段內(nèi)走時(shí)誤差不應(yīng)超過(guò)5min。

手表時(shí)針和時(shí)符中心重合時(shí)，分針偏離“12”時(shí)符中心的角度不應(yīng)大于90°。

手表的上條機(jī)構(gòu)和撥針系應(yīng)工作可靠。

5.2走時(shí)質(zhì)量

發(fā)條延續(xù)走時(shí)要求：

手上條

I型表 優(yōu)等≥45小時(shí) 一等≥42小時(shí) 合格≥38小時(shí)

蝸線發(fā)條圖

S形發(fā)條圖

條盒輪爆炸圖

手動(dòng)發(fā)條圖

自動(dòng)發(fā)條圖

Ⅱ型表 優(yōu)等≥40小時(shí) 一等≥35小時(shí) 合格≥32小時(shí)

Ⅲ型表 優(yōu)等≥35小時(shí) 一等≥32小時(shí) 合格≥30小時(shí)

自動(dòng)上條

I型表 優(yōu)等≥42小時(shí) 一等≥36小時(shí) 合格≥34小時(shí)

Ⅱ型表 優(yōu)等≥38小時(shí) 一等≥30小時(shí) 合格≥30小時(shí)

Ⅲ型表 優(yōu)等≥34小時(shí) 一等≥28小時(shí) 合格≥28小時(shí)

解讀：機(jī)械表一次上滿發(fā)條，應(yīng)該有一定的運(yùn)走時(shí)間段，大家經(jīng)常說(shuō)的動(dòng)力儲(chǔ)存多少小時(shí)，就是這個(gè)項(xiàng)目了。這也很好的解答了自動(dòng)表為什么不能“自動(dòng)”走，也會(huì)停下。

常用發(fā)條材料:

不銹鋼，如2Cr19Ni9Mo、合金材料、高碳鋼。目前手表發(fā)條選用19-9Mo，即3Cr19Ni9Mo2N，是一種沉淀硬化型不銹鋼，經(jīng)加工硬化和時(shí)效處理，可達(dá)到硬度HV620（HRC55）。也常用于其它計(jì)時(shí)器發(fā)條。

發(fā)條加工工藝：手表發(fā)條19-9Mo高彈性不銹鋼，由特種鋼廠提供鋼錠或半成品胚料，再由鐘表元件廠生產(chǎn)軋制成型。經(jīng)冶煉、鍛造、熱軋、退火、粗拉、退火、粗拉、固溶化處理、中拉、精拉、冷軋、刮邊、拋光、截條、沖方孔、打內(nèi)鉤……定型處理（時(shí)效）——盤條成品。

發(fā)條熱處理：發(fā)條最終必須經(jīng)過(guò)盤條和定型時(shí)效熱處理，其工藝曲線見(jiàn)圖1。盤條是為了得到S型發(fā)條，進(jìn)一步提高彈性極限和輸出力矩。

圖1 ：不銹鋼發(fā)條熱處理工藝曲線

常用的發(fā)條結(jié)構(gòu)：帶條盒式手表常用，不帶條盒式一般為鬧鐘用。

常用的發(fā)條形狀：蝸線發(fā)條和S形發(fā)條。

發(fā)條的類型：手動(dòng)手表發(fā)條、自動(dòng)手表發(fā)條。

發(fā)條的組成：條盒輪1、條盒蓋4、條軸3、發(fā)條2。

發(fā)條的工作過(guò)程：

手動(dòng)發(fā)條：上條時(shí)，大鋼輪帶動(dòng)條軸轉(zhuǎn)動(dòng)，條軸內(nèi)鉤帶動(dòng)發(fā)條內(nèi)孔使發(fā)條卷緊，發(fā)條外勾鉤在條盒的內(nèi)壁凹口上。

自動(dòng)發(fā)條：上條時(shí)，大鋼輪帶動(dòng)條軸轉(zhuǎn)動(dòng)，條軸內(nèi)鉤帶動(dòng)發(fā)條內(nèi)孔使發(fā)條卷緊，主發(fā)條與條盒內(nèi)壁嚙合，副發(fā)條與主條之間有效實(shí)現(xiàn)打滑。

發(fā)條工作時(shí)：條軸不動(dòng)而條盒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)條盒輪上的齒釋放力矩。

S形發(fā)條特點(diǎn)：力矩大，力矩變動(dòng)率小。

發(fā)條能量存儲(chǔ)發(fā)展：雙發(fā)條盒，如朗格雙發(fā)條盒手表；三發(fā)條盒，如沛納海三條盒手表；四發(fā)條盒，如豪雅四發(fā)條盒手表等。

名稱 符號(hào) 量值images/BZ_111_784_589_816_617.png

手表發(fā)條標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2404-2010對(duì)發(fā)條的技術(shù)要求：

4．技術(shù)要求

4.1 機(jī)械性能

發(fā)條的機(jī)械性能要求見(jiàn)表1。

表1 發(fā)條的機(jī)械性能

注：制造發(fā)條材料多采用高彈性合金，如3J9（見(jiàn)YB/T 5135-1993）。

4.2 發(fā)條尺寸

4.2.1 方孔尺寸

發(fā)條寬度尺寸范圍對(duì)應(yīng)的發(fā)條方孔尺寸系列見(jiàn)表2。

表2 方孔尺寸

4.2.2 內(nèi)圈直徑偏差

發(fā)條內(nèi)圈直徑允許偏差范圍為-0.20mm～0mm。

4.2.3 外勾間隙

發(fā)條外勾間隙應(yīng)為0.05mm～0.30mm。

4.3 外觀質(zhì)量

4.3.1 發(fā)條表面不允許有銹斑及明顯的劃傷等缺陷。

4.3.2 自潤(rùn)滑發(fā)條的涂層不允許有涂層不均勻、起皮、脫落、明顯的氧化色以及與發(fā)條結(jié)合不牢等缺陷。

4.4 發(fā)條的其他特殊要求由供需雙方商定。

5 試驗(yàn)方法

5.1 試驗(yàn)環(huán)境條件

試驗(yàn)的環(huán)境溫度為18℃～25℃，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中溫度波動(dòng)不大于2，相對(duì)濕度不大于70%。

5.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)儀器設(shè)備及其準(zhǔn)確度等級(jí)見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)儀器設(shè)備

5.3 工作圈數(shù)

5.3.1 手上鏈發(fā)條工作圈數(shù)

將發(fā)條裝入標(biāo)準(zhǔn)條盒輪部件后，在力矩儀上進(jìn)行測(cè)試。先上滿條，退1/4圈時(shí)測(cè)得大力矩（M）；再退至相當(dāng)于手表走時(shí)24 h的圈數(shù)時(shí)（包括已退的1/4圈）測(cè)得小力矩（MT）；力矩為零時(shí)讀工作圈數(shù)，當(dāng)測(cè)力矩打滑時(shí)只允許調(diào)換一次條盒輪部件。

5.3.2 自動(dòng)發(fā)條工作圈數(shù)

將自動(dòng)發(fā)條裝入標(biāo)準(zhǔn)條盒輪部件后，在力矩儀上進(jìn)行測(cè)試。先上滿條至打滑最少五次后，將指針停在滑落前的最高點(diǎn)，讀得的數(shù)據(jù)為打滑力矩（M） 。測(cè)試完打滑力矩后，將指針停在滑落前最高點(diǎn)時(shí)的圈數(shù)，后退1/4圈，測(cè)得大力矩（M）；再退至相當(dāng)于手表走時(shí)24h的圈數(shù)時(shí)（包括已退的1/4圈）測(cè)得小力矩（MT）；力矩為零時(shí)讀工作圈數(shù)。

5.4 疲勞斷條次數(shù)

將發(fā)條放在疲勞儀上測(cè)試，測(cè)量其卷縮、伸展在大小力矩之間的次數(shù)即為疲勞次數(shù)，卷縮、伸展一次時(shí)間為3s。

5.5 小力矩衰減率

按5.3的方法測(cè)得發(fā)條小力矩值后，再測(cè)試疲勞試驗(yàn)1800次后的小力矩值，將其值代入公式（1），計(jì)算小力矩衰減。

5.6 力矩變動(dòng)率

按工作圈數(shù)的方法測(cè)得發(fā)條大、小力矩值，將其代入公式（2），計(jì)算力矩變動(dòng)率。

5.7 外勾牢度

將發(fā)條放在力矩儀上進(jìn)行測(cè)試，力矩儀的標(biāo)準(zhǔn)簧應(yīng)為被測(cè)發(fā)條大力矩的兩倍。上緊后外勾不能脫落。

5.8 副發(fā)條牢度

在專用夾具上固定發(fā)條，并在副發(fā)條的切向方向上懸吊重物（重物的重量應(yīng)不低于2倍的對(duì)打打滑力矩除以條盒內(nèi)圈半徑），試驗(yàn)副發(fā)條的連接牢度。

5.9 方孔尺寸

方孔尺寸用檢驗(yàn)合格的條軸檢查。

5.10 內(nèi)圈直徑偏差

發(fā)條內(nèi)圈直徑偏差用專用塞規(guī)測(cè)量。如有爭(zhēng)議，可用50×投影儀測(cè)量，測(cè)量方法見(jiàn)圖2。

圖2 用投影儀測(cè)量發(fā)條內(nèi)圈直徑

5.11 外勾間隙

外勾間隙用50×投影儀測(cè)量。

5.12 外觀質(zhì)量

在自然光下，距被檢表面30cm處目測(cè)檢查。

6 檢驗(yàn)規(guī)則

6.1 出廠檢驗(yàn)

6.1.1 出廠檢驗(yàn)按GB/T 2828.1進(jìn)行，采用特殊檢驗(yàn)水平S-4的一次抽樣方案，其不合格分類、檢驗(yàn)項(xiàng)目和接收質(zhì)量限（AQL）見(jiàn)表4。

表4 出廠檢驗(yàn)

6.1.2 批的組成、批量的大小由供需雙方商定。

6.1.3 檢驗(yàn)的實(shí)施、合格判定及檢驗(yàn)后的處置按GB/T 2828.1的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

6.2 型式檢驗(yàn)

6.2.1 型式檢驗(yàn)按GB/T 2829進(jìn)行，采用判別水平I的一次抽樣方案，其不合格分類、檢驗(yàn)項(xiàng)目、不合格質(zhì)量水平（RQL）、樣本量及判定數(shù)組見(jiàn)表5。

表5 型式檢驗(yàn)

6.2.2 型式檢驗(yàn)的樣本，應(yīng)從出廠檢驗(yàn)合格的某個(gè)批或若干批中隨機(jī)抽取，備用樣本由檢驗(yàn)單位確定。

6.2.3 檢驗(yàn)的實(shí)施、合格判定及檢驗(yàn)后的處置按GB/T 2829的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。經(jīng)型式檢驗(yàn)后的樣本，無(wú)論合格與否均不應(yīng)作為合格品出廠。

6.2.4 型式檢驗(yàn)的周期由各生產(chǎn)單位自定，但發(fā)生下列情況之一時(shí)應(yīng)進(jìn)行型式檢驗(yàn)：

a) 新產(chǎn)品投產(chǎn)或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)；

b) 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、工藝、材料有較大變動(dòng)時(shí)；

c) 產(chǎn)品長(zhǎng)期停產(chǎn)后又恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)；

d) 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出進(jìn)行型式檢驗(yàn)的要求時(shí)。

維修過(guò)程中選配發(fā)條要求：

1. 選配發(fā)條的原則

在機(jī)械手表中，發(fā)條是一個(gè)易損件，尤其手上條的手表，當(dāng)發(fā)條上滿后，柄頭再向前推一點(diǎn)，就很容易使外勾與發(fā)條脫開(kāi)，也可能發(fā)生發(fā)條于外勾點(diǎn)焊處折斷，出現(xiàn)上條時(shí)發(fā)條打滑、沒(méi)有能量輸出的現(xiàn)象。如果有專用發(fā)條，選配很方便。但一時(shí)無(wú)法找到專用發(fā)條，可以用其它發(fā)條代替。這就需要參照原來(lái)的發(fā)條，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度、寬度、厚度，通過(guò)比較盡量選配符合要求的發(fā)條。

① 在寬度和厚度相同的情況下，選擇的發(fā)條比原來(lái)發(fā)條短10～20毫米，仍可配用，如果長(zhǎng)度長(zhǎng)10～20毫米則不可配用。

② 在長(zhǎng)度和厚度相同的情況下，選擇的發(fā)條寬度寬于原來(lái)發(fā)條不能使用，如果稍窄于原發(fā)條0.1毫米左右仍可使用，力矩輸出時(shí)會(huì)稍有波動(dòng)，但過(guò)窄則不能使用。

③ 在長(zhǎng)度和寬度相同的情況下，選配的發(fā)條比原來(lái)的發(fā)條過(guò)厚或過(guò)薄則都不能使用。因?yàn)槭直戆l(fā)條厚度大多在0.09～0.13毫米之間，用卡尺不易準(zhǔn)確測(cè)量。鐘表維修人員也可配合用手指捏彎發(fā)條來(lái)作比較，憑感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定原發(fā)條與選配發(fā)條手感的軟硬程度是否相似。如選配發(fā)條過(guò)硬，即彈性過(guò)強(qiáng)，則會(huì)引起擺幅過(guò)大造成擊擺；如發(fā)條過(guò)軟，即彈性過(guò)弱，則會(huì)使手表延續(xù)走時(shí)達(dá)不到基本要求。所以選配的發(fā)條過(guò)硬、過(guò)軟都不能使用。

如無(wú)合適的選配發(fā)條，原發(fā)條僅是外勾脫落或外勾折斷，可重新制作外勾鉚接在發(fā)條上，而重新按要求制作的外勾，使用后一般不會(huì)影響手表的延續(xù)走時(shí)和走時(shí)精度。

2、手表發(fā)條外勾的制作和鉚接方法

① 制作外勾?？蛇x擇一段舊發(fā)條，應(yīng)比原發(fā)條稍厚一點(diǎn)，約厚0.01～0.02毫米，手感稍硬，寬度應(yīng)稍窄一點(diǎn)，約窄0.1～0.2毫米，如無(wú)合適的舊發(fā)條，也可用原發(fā)條前端，但這樣會(huì)使原發(fā)條的長(zhǎng)度減少。按以上要求一般取4～5毫米的長(zhǎng)度做外勾，將一端倒角為外勾的外端，另一端銼成斜口作為內(nèi)端，退火后用尖沖或三角鉆定鉚釘孔位，再用鉆頭鉆一個(gè)直徑約0.4毫米左右的孔，孔要正中并離前端1毫米左右，再在外側(cè)孔中用較大的鉆頭鉆成退坡形鉚釘孔。如果原發(fā)條外勾還可以使用，可在原外勾點(diǎn)焊處打孔。

② 發(fā)條鉆孔。將發(fā)條前端退火后倒角整形，并同樣在距前端1毫米中間處鉆鉚釘孔，孔徑大小、位置與外勾相同。

③ 做鉚釘并鉚接。用0.6毫米左右的黃銅絲或退過(guò)火的鋼絲銼制一個(gè)略呈錐形的鉚釘坯，先從外側(cè)套入外鉤，再把發(fā)條套上，使兩者重合平貼，截去上下多余段，然后把鉚釘豎放在鐵砧上，用小榔頭敲擊，使它們鉚合在一起并進(jìn)行修整。鉚釘頭略呈圓弧狀，但鉚釘不可過(guò)長(zhǎng)，否則發(fā)條在條盒內(nèi)活動(dòng)空間變小，減少工作圈數(shù)；鉚釘也不可過(guò)短，過(guò)短會(huì)失去鉚接的牢度。

④ 外勾整形。外勾彎度很重要，應(yīng)緊貼條盒輪內(nèi)壁。如果外勾成直線，鉤住條盒輪壁凹槽后，發(fā)條會(huì)使條盒輪空間縮小；如果發(fā)條外勾彎曲度過(guò)大，則外勾鉤不住條盒輪壁凹槽，會(huì)造成打滑。也應(yīng)注意：外鉤內(nèi)端斜口角度過(guò)小，或者條盒輪內(nèi)壁凹槽損傷，也會(huì)出現(xiàn)上條打滑現(xiàn)象。

⑤ 發(fā)條和外勾鉚接部位的退火部分可用銀砂紙打磨拋光。

發(fā)條的能量顯示方式

發(fā)條釋放能量的過(guò)程，也就是能量顯示的過(guò)程。能量?jī)?chǔ)備顯示的基本原理是通過(guò)一組傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，將發(fā)條能量釋放過(guò)程的信息通過(guò)分解發(fā)條能量輸出的不同階段，以不同的形式呈現(xiàn)在表盤上。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是能量輸出的顯示過(guò)程。顯示方式大多采用扇形能量指針式顯示以及窗孔式數(shù)字顯示。能量?jī)?chǔ)存顯示因?yàn)殛P(guān)乎手表運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)用價(jià)值較高。能量顯示最常見(jiàn)的形式莫過(guò)于以指針搭配表盤刻度或圖示，大部分品牌通常會(huì)在表盤上設(shè)計(jì)一個(gè)弧形刻度標(biāo)記，并在兩端分別印上諸如“HIGH”、“LOW”的標(biāo)識(shí)依據(jù)來(lái)顯示能量存儲(chǔ)。

發(fā)條是手表能量的提供者，其設(shè)計(jì)工藝、材料性能、技術(shù)參數(shù)等都很重要。技術(shù)在進(jìn)步，材料在革新，未來(lái)我們期待有更好更優(yōu)的發(fā)條，為手表提供源源不斷的能量，保證客戶在延續(xù)走時(shí)上有一個(gè)良好的使用體驗(yàn)。