平衡彈簧

1950年代的平衡輪鬧鐘，顯示（1）平衡彈簧和（2）調節器。

一個平衡彈簧， 或者髮膠，是附屬於平衡輪在機械上鐘錶。它導致平衡輪用共振頻率當鐘錶運行時，控制鐘錶的車輪轉彎的速度，從而使手的運動速度。一種監管桿通常安裝，可用於更改彈簧的自由長度，從而調整鐘錶的速度。

餘額春天很好螺旋或者螺旋扭轉春天在機械手錶，鬧鐘， 廚房計時器，海洋天貨幣計和其他計時機制，以控制平衡輪的振盪速率。平衡彈簧是平衡輪的重要輔助，使其來回振盪。平衡彈簧和平衡輪一起形成諧波振盪器，精確地振盪時期或“擊敗”抵抗外部干擾，並負責計時準確性。

1657年左右，將平衡彈簧添加到平衡輪羅伯特·胡克（Robert Hooke）和克里斯蒂亞·惠文斯（Christiaan Huygens）大大提高了便攜式鐘錶的準確性，提早轉換懷錶從昂貴的新穎性到有用的計時員。自那時以來，改善餘額春季的準確性將進一步增加。現代平衡彈簧由特殊的低溫度係數合金喜歡Nivarox為了減少溫度變化對速率的影響，並仔細形狀以最大程度地減少驅動力變化的影響電源奔跑。在1980年代之前，幾乎每個便攜式計時設備都使用平衡輪和平衡彈簧，但近幾十年來電子石英計時技術取代了機械發條，平衡彈簧的主要剩餘用途是機械手錶。

平衡彈簧的類型：

1. 平坦的螺旋
2. 布雷格特大衣
3. 計時型螺旋^[1]顯示彎曲的末端，
4. 早期平衡彈簧

.

歷史

繪製他的第一平衡彈簧之一，附著在平衡輪上，克里斯蒂亞·惠文斯（Christiaan Huygens）.

關於它是否是由英國物理學家發明的，存在一些爭議羅伯特·胡克（Robert Hooke）或荷蘭科學家克里斯蒂亞·惠文斯（Christiaan Huygens），很有可能是胡克首先有了這個主意，但霍根斯（Huygens）建立了第一個使用平衡彈簧的功能手錶。^[2][3]在此之前，平衡輪或者葉子沒有彈簧在時鐘和手錶中使用，但它們對驅動力的波動非常敏感，從而導致鐘錶放慢速度。電源解開。餘額彈簧的引入巨大的精度提高了懷錶，大概每天幾個小時^[4]每天10分鐘，^[5]首次使它們成為有用的計時員。一平彈簧只有幾圈。

一些早期手錶有一個手推車調節器，它使用了蠕蟲驅動器，但是第一個廣泛使用的調節器是由托馬斯·湯米翁（Thomas Tompion）1680年左右。^[6]在Tompion調節器中，將路緣銷安裝在半圓形的齒架上，該齒輪通過將鑰匙安裝在齒輪上並將其轉動來調節。現代調節器是一種與平衡輪相關的槓桿，在1755年獲得了約瑟夫·博斯利（Joseph Bosley）的專利，但直到19世紀初，它才取代Tompion調節器。^[7]

監管機構

為了調整速率，餘額彈簧通常有一個監管機構。調節器是安裝在平衡公雞或橋上的可移動桿，與平衡同軸旋轉。在調節器的一端形成了一個狹窄的插槽，這是兩個向下的投射銷，稱為路邊引腳，或通過路緣銷和銷釘較重的截面稱為靴子。平衡彈簧的外部轉彎的末端固定在固定在平衡公雞上的螺柱中。然後，彈簧的外回合穿過調節插槽。螺柱和插槽之間的彈簧部分保持靜止，因此插槽的位置控制著彈簧的自由長度。移動調節器沿著彈簧的外回合滑動插槽，改變其有效長度。將插槽從螺柱上移開，可以縮短彈簧，使其更硬，增加了平衡的振盪速率，並使時計增長時間。

調節器略微干擾了春季的運動，導致不准確，因此，諸如海洋天文組織和一些高端手錶之類的精確鐘錶是自由彈跳，這意味著他們沒有監管機構。取而代之的是，通過平衡輪上的正時螺釘來調整其速率。

餘額調節器有兩種主要類型。

• 將路邊銷安裝在扇形機架上的Tompion調節器，由小齒輪移動。小齒輪通常裝有漸變的銀色或鋼盤。
• 如上所述，Bosley調節器將銷釘安裝在槓桿上，同軸旋轉，平衡，桿的末端能夠通過漸變的刻度移動。有幾種變體提高了可以移動槓桿的準確性，包括蝸牛調節器，其中槓桿彈出螺旋形的凸輪，該凸輪可以轉動，千分尺，槓桿被蠕蟲齒輪移動，然後天鵝的脖子或者蘆葦通過細螺釘調節槓杆位置的調節器，槓桿與螺絲接觸，彈簧以彎曲的天鵝的形狀與彈簧接觸。這是由美國喬治·P·里德（American George P.

還有一個豬的頭髮或者豬的鬃毛調節器，其中僵硬的纖維位於平衡弧線的末端，並將其放回原處，然後將其放回原處。通過縮短弧線來加速手錶。這不是平衡彈簧調節器，在發明餘額彈簧之前最早的手錶中使用。

還有一個手推車調節器，但這實際上是給出彈藥“設置張力”的兩種主要方法中的早期。這需要使Fusée鏈保持緊張，但不足以實際驅動手錶。Verge手錶可以通過調整設置張力來調節，但是如果存在任何先前描述的調節器，則通常不進行此操作。

材料

許多材料已用於平衡彈簧。早期，使用了鋼，但沒有任何硬化或回火過程。結果，這些彈簧會逐漸減弱，手錶將開始浪費時間。例如，一些製表師約翰·阿諾德，使用的黃金避免了腐蝕問題，但保留了逐漸減弱的問題。硬化和鋼化鋼首先是由約翰·哈里森直到20世紀，隨後一直是首選材料。

1833年，E. J. Dent（製造商議會大廈的偉大時鐘）試驗玻璃平衡彈簧。與鋼的影響要小得多，減少所需的補償，也沒有生鏽。其他與玻璃彈簧的試驗表明，它們很難製造，並且遭受了對脆弱性的廣泛感知，直到玻璃纖維和纖維光線材料時代一直存在。^[8]在20世紀後期引入了由蝕刻矽製成的髮膠，不容易受到磁化的影響。^[9]

溫度的影響

這彈性模量材料取決於溫度。對於大多數材料而言，該溫度係數足夠大，以至於溫度的變化顯著影響平衡輪和平衡彈簧的定時。諸如胡克和霍根斯等平衡彈簧的最早的手錶製造商觀察到了這種效果，但沒有找到解決方案。

哈里森（Harrison），在他的海洋天文組織發展過程中，通過“賠償遏制”解決了問題 - 本質上是一個雙金屬溫度計它根據溫度的函數調整了平衡彈簧的有效長度。雖然該計劃的運作良好，以允許哈里森符合經度行為，它不是被廣泛採用的。

1765年左右皮埃爾·勒羅伊（Pierre Le Roy）（的兒子朱利安·勒·羅伊（Julien Le Roy））發明了薪酬餘額，這成為手錶和天文鐘中溫度補償的標準方法。在這種方法中，平衡的形狀會改變，或者通過對溫度敏感的機制在平衡的輻條或邊緣上移動重量。這改變了平衡輪的慣性矩，並調整了變化，使其可以補償平衡彈簧彈性模量的變化。補償餘額設計托馬斯·恩肖它僅由帶有雙金屬邊緣的平衡輪組成，成為溫度補償的標準解決方案。

Elinvar

雖然補償平衡是有效的，以補償溫度對余額彈簧的影響，但它無法提供完整的解決方案。基本設計遭受“中等溫度誤差”的困擾：如果在溫度的極端情況下調整了補償，則在這些極端之間的溫度下會略有關閉。各種“輔助補償”機制旨在避免這種情況，但它們都遭受了複雜和難以調整的困擾。

大約在1900年左右，從根本上建立了一個不同的解決方案查爾斯·ÉdouardGuillaume，發明家Elinvar。這是一種鎳鋼合金，具有其特性，即彈性模量本質上不受溫度影響。裝有Elinvar平衡彈簧的手錶根本不需要溫度補償，或者很少。這簡化了機制，這也意味著也消除了中等溫度誤差，或者最少減少了。

等級主義

餘額春天服從胡克定律：恢復扭矩與角位移成正比。當該物業完全滿足時，據說餘額彈簧等級，振盪週期與振蕩的幅度無關。這是準確定時管理的重要屬性，因為沒有機械驅動列車可以提供絕對恆定的驅動力。在手錶和便攜式時鐘中尤其如此，它由電源彈簧提供動力，這在放鬆時提供了減小的驅動力。驅動力不同的另一個原因是摩擦，隨著潤滑油年齡的變化。

早期的製表師在經驗上找到了使平衡彈簧等於同位的方法。例如，阿諾德（Arnold）在1776年獲得了平衡彈簧的螺旋形（圓柱形）形式，其中彈簧的末端向內盤繞。1861年，菲利普斯（M. Phillips）發表了對該問題的理論處理。^[10]他證明了一個平衡春天重心與平衡輪的軸相吻合。

總的來說，實現等距的最常見方法是通過使用Breguet Overcoil，該塗層將一部分髮膠的一部分置於與春季其他不同平面上的最外層轉彎。這使膠發可以更均勻，對稱地“呼吸”。發現了兩種類型的過度塗料 - 逐漸的過度塗料和Z彎曲。通過將兩個逐漸的曲折施加到圓環上，從而在圓周的一半上形成了第二個平面，從而獲得了逐漸的大衣。Z彎曲通過強加了兩個互補的45度角來實現這一目標，從而在大約三個彈簧段高度中實現了第二個平面的上升。第二種方法是出於美學原因而進行的，並且難以執行。由於形成過度塗層的困難，現代手錶通常會使用略有效率的“ Dogleg”，該手錶使用一系列鋒利的彎曲（在飛機上）將最外面的線圈的一部分放在彈簧的其餘部分中。

振盪時期

平衡彈簧和平衡輪（通常稱為簡單餘額）諧波振盪器。餘額彈簧提供了恢復扭矩這限制並逆轉了平衡的運動，因此它來回振盪。它的共鳴時期使其抗擾動力的變化具有抵抗力，這就是使其成為一項良好時光設備的原因。彈簧的剛度，其彈簧係數，${\ displaystyle \ kappa \，}$在n·m/radian中，以及平衡輪慣性的時刻，${\ displayStyle i \，}$在kg·m中²，確定輪子的振盪時期${\ displayStyle t \，}$。平衡的運動方程源自胡克定律的角度形式和牛頓第二定律的角形式。

$${\ displaystyle \ tau = - \ kappa \ theta = i \ alpha \，}$$

輪子運動的以下微分方程是簡化上述方程式導致的：

$${\ displayStyle {\ frac {d^{2} \ theta} {dt^{2}}}}}}}}+{\ frac {\ kappa} {i}} {i}} \ theta = 0 \ 0 \，}$$

平衡運動方程的解決方案是簡單的諧波運動;即，恆定週期的正弦運動。

$${\ displayStyle \ theta（t）= a \ cos \ left（{\ sqrt {\ frac {\ kappa} {i}}}}}}}}} t \ right）+b \ sin \ left（{\ sqrt {\ sqrt {\ frac {\ kappa {\ kappa {\ kappa {\ kappa {\ kappa {\ kappa}{對的）\，}$$

因此，可以從上述結果中提取以下振盪週期性的方程：

$${\ displaystyle t = 2 \ pi {\ sqrt {\ frac {i} {\ kappa}}}}}} \，}$$

也可以看看

• 手錶
• 計時設備的歷史

參考