陀飞轮零件材料及加工工艺研究.doc

计时仪器制造技术题目：陀飞轮零件材料及加工工艺研究姓名：郑冬凯 学 号：1094110110学科：计时仪器制造技术报 告 日 期：2012年11月5电子计时仪器结构报告摘 要陀飞轮是瑞士钟表大师路易·宝玑先生在1795年发明的一种钟表调速装置，是为了校正地心引力对钟表机件造成的误差陀飞轮表代表了机械表制造工艺中的最高水平，整个擒纵调速机构组合在一起并且能够转动，以一定的速度不断的旋转，使其把地心引力对机械表中“擒纵系统”的影响减至最低程度，提高走时精度由于其独特的运行方式，已经把钟表的动感艺术美发挥到登峰造极的地步，历来被誉为“表中之王”研究陀飞轮零件的加工工艺具有非常重要的意义，本文对陀飞轮的零件组成、材料及其工艺特点进行了分析论述关键词：陀飞轮 材料 加工工艺1电子计时仪器结构报告目录摘 要 I1.1 陀飞轮的发展历史 21.2 陀飞轮的结构组成 21.3 陀飞轮的工作原理 32.1 陀飞轮的零件加工工艺 32.1.1 秒轮片的加工工艺 42.1.2 秒夹板、叉夹板的加工工艺 52.1.3 摆轮的加工工艺 62.1.4 擒纵叉的加工工艺 7结论 9参考文献 9电子计时仪器结构报告1.1 陀飞轮的发展历史陀飞轮手表经过时间和技术的改进和革新主要可以分为以下三代： 1.1.1第一代陀飞轮表第一代陀飞轮表（即第一种结构—Tourbillon）是在1795年由瑞士制表大师 Abraham-Louis Breguet发明并制成的。

其飞轮结构必须由“飞轮旋转框架”（Tourbillon’s Carriage）和“飞轮固定支架”（Tourbillon’s Bridge）不可或缺的两部分基本构件组成在此组合中，“摆轮夹板”（Balance’s Bridge）必须随飞轮一起旋转按照不同的组合方式，第一代飞轮表可以分为两类：同轴式（即摆轮的中心和飞轮的中心在同一轴心上）；偏心式（亦称非同 轴式，即摆轮的中心和飞轮的中心不在同一轴心上） 　　1.1.2、第二代飞行陀飞轮表第二代飞行陀飞轮表（即第二种结构—Flying Tourbillon）是在1927年，德国制表大师Alferd Helwig制造成功没有“飞轮固定支架”的陀飞轮怀表，提高了此种表运转时的神秘感和动态艺术美在此组合中“摆轮夹板”仍须随飞轮一起旋转，此第二代 飞轮表同样有同轴式和偏心式两种类别 　　1.1.3、第三代神奇陀飞轮表第三代神奇陀飞轮表（即第三种结构—Mystery Tourbillon）则由东方的钟表大师—中国人矫大羽（Kiu Tai Yu）在1993年于香港的“天仪轩”首创发明并且亲手制造成功它不但和第二代飞行陀飞轮表一样都取消了“飞轮固定支架”，而且奇迹般地把“飞轮旋转框架”也一同取消了（在第一代和第二代飞轮表中，此构件都是必不可少的）。

另外，在这个全新的结构中还把第一代和第二代飞轮表中必须随飞轮一起旋转的“摆轮夹板”改变为不随飞轮一起转动，首次大大减轻了飞轮重量达一半以上，并且可以加大摆轮的直径以增强计时的稳定性，同时又提高了动感艺术表现的水平在飞轮表制造历史中，矫大羽首次选用蓝宝石玻璃替代了原本用金属制造的“摆轮夹板”，之前此部件是附属于“飞轮旋转框架”中的由于此表运转时显得更加神秘莫测，故在国际上也被称为“矫氏神奇陀飞轮”（Kiu’s Mystery Tourbillon）和“中国陀飞轮”（Chinese Tourbillon） 1.2 陀飞轮的结构组成下面以同轴式经典陀飞轮为例，介绍陀飞轮的零件组成杠杆式擒纵机构将擒纵叉分解为两个部分，再将他们结合为一个整体，其方法就是通过采用过双重定位即定心与定向使擒纵叉体与叉瓦体准确定位，并且采用叉垫片有效防止叉瓦体和叉体的相互干涉，这样设计的好处是使叠加设置的擒纵叉减小了擒纵机构占用的平面空间，更宜于陀飞轮特殊的平面布置，尤其重要的是它虽然整体被改变了，但是双圆盘、擒纵叉和擒纵轮三者之间的相对关系是没有改变的，也就是说这种设计理念不需要重新设计新型的擒纵机构来满足陀飞轮特殊要求，并且借鉴了传统擒纵机构的技术特点为加工制造带来了方便，其中的3个关键点是：1. 双圆盘、擒纵叉和擒纵轮的旋转轴心连线所形成的夹角可根据实际需要进行自主设计，最佳方案是选用近90度设计；2. 擒纵叉体的两臂夹角依据擒纵机构的平面布局设计结果来确定它的设计角度；3. 负责控制双层擒纵叉体轴向尺寸的叉垫片的厚度可根据擒纵机构的轴向设计需要来确定 其主要零部件有：秒轮片、秒夹板、摆轮、擒纵叉、叉夹板、擒纵轮、夹板柱、快慢针部件、防震器、外桩环、快慢针。

1.3 陀飞轮的工作原理 如果把擒纵轮、杠杆（Lever,即马仔）和摆轮及游丝全部置于一载台（carriage)，而载台的小齿瓣受第三轮（the third wheel)驱动，使载台旋转置于摆轮（balance)上方的第四轮被固定（the fixed fourth wheel)且与载台轴杆（carriage shift)同心擒纵轮的小齿瓣（escape-wheel pinion)与第四轮互相咬合 　　因此当载台旋转时，擒纵轮的小齿瓣绕着被固定的第四轮转动，如此一来造成小齿瓣的旋转并以正常的方式操纵了擒纵轮和摆轮整个上述构造被称为陀飞轮框架（cage),这些元件一起做恒定地转（rotate constantly),以稳定的速率—1分钟、4分钟甚至6分钟—转完一整圈，那么不论表在哪一个垂直位置，此一陀飞轮调速器都以完全相同的的时间转动一圈，这么一来，因地心引力的位置不同，一位置产生的误差将被另一位置所产生的相等大小之误差所抵消事实上，陀飞轮并不能消除位置误差，只是将误差平均化，但是尽管处于垂直的位置，陀飞轮的载台周期是恒定的2.1 陀飞轮的零件材料与加工工艺2.1.1 秒轮片的加工工艺秒轮片要求具有良好的耐磨性、弹性及冲击韧性，具有高强度、硬度，有优良的加工性能，因此选Cu-Ni-Mn合金或铅黄铜进行加工。

其工艺路线为：落料——串光——时效——铣齿——冲中心孔——中心孔倒角——淬火——初回火——研磨上、下平面——回火钝化——综合检验2.1.2 秒夹板、叉夹板的加工工艺秒夹板要求具有良好的冲压性能、易于切削、在切削过程中毛刺少、切削瘤少、屑细而碎、良好的热稳定性以及尺寸稳定性、具有抗腐蚀性、无磁性、易于抛光等因此，一般选用铅黄铜做为秒夹板的材料其工艺路线为：落料——粗落外形及基准孔——磨上、下两平面——精修基准孔——修外形——精磨两平面——加工上、下平面各凹槽——精修下表面孔——各孔倒角及攻丝——综合检验2.1.3 擒纵轮的加工工艺擒纵轮轮片要求具有良好的耐磨性、弹性及冲击韧性，具有高强度、硬度，有优良的加工性能，因此选Cu-Ni-Mn合金或铅黄铜进行加工其齿形复杂，应采用滚齿加工方法：落料——串光——时效——镀铜——滚齿——冲中心孔——中心孔倒角——淬火——初回火——研磨上、下平面——磨减轻角——滚光——磨冲面——磨锁面——最后回火及钝化——综合检验2.1.4 擒纵叉的加工工艺擒纵叉要承受冲击、磨损，要有较高的强度、硬度，优良的加工性能，因此一般采用铅黄铜作为材料落料——串光——时效——淬火——初回火——研磨上、下平面——滚光——回火及钝化——综合检验结论陀飞轮的发明者宝玑大师所说的话为我们诠释了这个问题：「我的这项发明可以抵消摆轮处于不同位置的地球引力产生的误差。

通俗地讲，陀飞轮能有效补偿摆轮的重力作用、游丝的偏心运动、游丝的方位角等产生的位置误差这种装置的特点，是摆轮游丝和擒纵系统在运行的同时，还能够一起作出360度旋转，最大限度地减少了地球引力所导致的位置误差，从而提高计时精准度陀飞轮代表着制表艺术的巅峰，了解掌握陀飞轮的零件组成及加工工艺，能使我们更好地理解手表参考文献[1] 王雷、戴妮 专利陀飞轮 2009.5[2] 中华陀飞轮——深得东方文化精髓的世界顶级腕表[3] 曹维峰 解密陀飞轮 2010.4[4] 曹维峰 经典陀飞轮 2012.4[5] 解密陀飞轮传动原理[6] 姚凌志 ETA2892摆轮快慢针制作三部曲 2011.3。