Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την ακρίβεια χρονομέτρησης των μηχανικών ρολογιών

Η ακρίβεια χρονομέτρησης των μηχανικών ρολογιών επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Γενικά μιλώντας, είναι κυρίως οι ακόλουθοι 8 κύριοι παράγοντες:

1, Εξωτερικές επιρροές

Αυτές είναι διάφορες επιρροές που προέρχονται από το εξωτερικό του ρολογιού, ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας του. Τα συνήθως υιοθετούμενα μέτρα περιλαμβάνουν: αντικραδασμικό σχεδιασμό, αδιάβροχο σχεδιασμό, αντιμαγνητικό σχεδιασμό και πρόσθετες προστατευτικές εξωτερικές θήκες. Οι σύνδεσμοι Καρντάν χρησιμοποιούνται συχνά σε ναυτικά χρονόμετρα ακριβείας για να διατηρούνται σε επίπεδη θέση κατά τη διάρκεια έντονης κίνησης.

2, Τριβή  
   
Η τριβή γενικά έχει τόσο θετικές όσο και αρνητικές επιπτώσεις. Έχει θετικές πτυχές, όπως οι τροχοί λεπτών με εφαρμογή τριβής, η τριβή μεταξύ του ελατηρίου κίνησης του αυτόματου ρολογιού και του τοιχώματος της βαρέλας, και η αυτοασφάλιση των βιδών. Από την άλλη πλευρά, η τριβή οδηγεί σε μείωση της απόδοσης μετάδοσης και σε φθορά των εξαρτημάτων, επηρεάζοντας έτσι την τήρηση του χρόνου. Οι συνήθεις λύσεις περιλαμβάνουν: βελτίωση των συνθηκών λίπανσης με την επιλογή διαφορετικών λιπαντικών ελαίων σύμφωνα με διάφορες απαιτήσεις· χρήση εδράνων με λίθους ή αναδευτήρων· και βελτίωση των συνθηκών των πλευρών των δοντιών των γραναζιών, συμπεριλαμβανομένης της υιοθέτησης επιστημονικών προφίλ συζευγμένων δοντιών και της ενίσχυσης του φινιρίσματος της επιφάνειας. Ωστόσο, τα πλευρά των δοντιών είναι γενικά αλίπαντα (σε τέτοιες περιπτώσεις, η αντίσταση που παράγεται από το ιξώδες του λιπαντικού ελαίου μπορεί να είναι υψηλότερη από την τριβή).

3, Ρυθμιστής

Ο ρυθμιστής είναι μια οικονομική δομή που διευκολύνει τη ρύθμιση της ώρας, αλλά τόσο η θεωρία όσο και η πράξη επιβεβαιώνουν ότι επηρεάζει τον ισοχρονισμό του συστήματος και μπορεί επίσης να προκαλέσει σφάλμα θέσης. Αυτά τα σφάλματα μέτρησης χρόνου είναι σχετικά τυχαία και δεν μπορούν να αντισταθμιστούν ή να εξαλειφθούν. Οι λύσεις περιλαμβάνουν: ελαχιστοποίηση της απόστασης μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών ακίδων του ρυθμιστής· ωστόσο, η καλύτερη προσέγγιση είναι να μην υπάρχει ρυθμιστής και να ρυθμίζεται ο ρυθμός αλλάζοντας τη ροπή αδράνειας του τροχού ισορροπίας, όπως το σύστημα ρύθμισης Microstella της Rolex.

4, Διάφραγμα διαφυγής

Η επίδραση του μηχανισμού διαφυγής είναι κυρίως η επίδραση που ασκείται στο σύστημα του τροχού ισορροπίας και του ελατηρίου κατά τη διαδικασία μετάδοσης ενέργειας. Το σύστημα του ελατηρίου ισορροπίας μπορεί να διατηρήσει μια σταθερή συχνότητα ταλάντωσης μόνο υπό συνθήκες ελεύθερης ταλάντωσης· προφανώς, η διαδικασία μετάδοσης ενέργειας του μηχανισμού διαφυγής θα επηρεάσει αυτή τη συχνότητα ταλάντωσης. Η θεωρία δείχνει ότι όταν η διαδικασία μετάδοσης είναι κοντά στο σημείο ισορροπίας του τροχού ισορροπίας, αυτή η επίδραση μειώνεται. Οι λύσεις περιλαμβάνουν: τη χρήση ενός μηχανισμού διαφυγής ακριβείας, όπως ο μηχανισμός διαφυγής με αναστολή, όπου η μετάδοση ενέργειας συμβαίνει κοντά στο σημείο ισορροπίας, η γωνία ώθησης είναι πολύ μικρή και η πρόσκρουση είναι επίσης σχετικά μικρή. Επιπλέον, η μονοκατευθυντική ώθησή του δίνει στο σύστημα του ελατηρίου ισορροπίας περισσότερο χώρο για ελεύθερη ταλάντωση (από αυτή την άποψη, το σχετικό σφάλμα μπορεί να μειωθεί στο μισό!). Φυσικά, ο ελβετικός μηχανισμός διαφυγής με μοχλό έχει τα πλεονεκτήματα της καλής κατασκευής και της ευκολίας ρύθμισης, καθιστώντας τον τον κυρίαρχο μηχανισμό διαφυγής στα σημερινά διεθνή μηχανικά ρολόγια. Παρ' όλα αυτά, η γωνία ώθησης θα πρέπει να ελαχιστοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο κατά σχεδιασμό. Για να μειωθεί η επίδραση του μηχανισμού διαφυγής στην αναφορά μέτρησης χρόνου, η ελβετική Omega παρουσίασε τον ομοαξονικό μηχανισμό διαφυγής, μια εφεύρεση του Δρ Τζορτζ Ντάνιελς από τη Βρετανία, αν και από την άποψη της αρχής λειτουργίας, είναι ένα υβρίδιο του μηχανισμού διαφυγής με μοχλό και του μηχανισμού διαφυγής με αναστολή.

5, Επίδραση της Θερμοκρασίας

Η επίδραση της θερμοκρασίας εκδηλώνεται με δύο κύριους τρόπους: πρώτον, οι αλλαγές θερμοκρασίας μεταβάλλουν το μήκος εργασίας του ελατηρίου (σπιράλ) αλλάζοντας παράλληλα τη ροπή αδράνειας του τροχού ισορροπίας, γεγονός που επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια μέτρησης χρόνου· δεύτερον, οι αλλαγές θερμοκρασίας επηρεάζουν το ιξώδες του λιπαντικού ελαίου και την απόδοση μετάδοσης, επηρεάζοντας έτσι τη μέτρηση του χρόνου. Οι μέθοδοι για την αντιμετώπιση αυτού περιλαμβάνουν: την υιοθέτηση ενός διμεταλλικού χωρισμένου συστήματος ελατηρίου ισορροπίας με αντιστάθμιση θερμοκρασίας· τη χρήση ειδικών κραμάτων για την κατασκευή του ελατηρίου και του τροχού ισορροπίας, ώστε να παρέχουν έναν ορισμένο βαθμό θερμοκρασιακής αντιστάθμισης εντός του εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας (8°–38°)· και τη χρήση κινητών πείρων ρύθμισης για θερμοκρασιακή αντιστάθμιση. Χρησιμοποιούνται τυπικά λιπαντικά έλαια, ενώ για ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας, όπως το Moonwatch της Omega, χρησιμοποιείται λίπανση χωρίς έλαιο ή στερεή λίπανση.

6, Μαγνητικά Πεδία

Τα μαγνητικά πεδία έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στο σπιράλ, αλλοιώνοντας το μέτρο ελαστικότητάς του και προκαλώντας παραμόρφωση του σπιράλ υπό τη δράση του μαγνητικού πεδίου, παράγοντας επιπρόσθετη τάση. Σε σοβαρές περιπτώσεις, τα μαγνητικά πεδία μπορούν να προκαλέσουν το κόλλημα των σπειρών του σπιράλ μεταξύ τους, επηρεάζοντας σοβαρά τη χροнометρηση. Η λύση είναι: η χρήση αντιμαγνητικών υλικών.

7, Ισορροπία Σπιράλ

Με ένα τυπικό επίπεδο σπιράλ, το κέντρο βάρους του αλλάζει με τη γωνία κλίσης της τροχού ισορροπίας (balancier) και υπό τη δράση της βαρύτητας, παράγει σφάλμα θέσης. Οι λύσεις περιλαμβάνουν: την υιοθέτηση ενός ανασηκωμένου τελικού σπειρώματος (σπιράλ Breguet) όπου το κέντρο συστέλλεται και το κέντρο βάρους δεν αλλάζει με τη γωνία κλίσης· τη χρήση κυλινδρικών σπιράλ με καμπύλες άκρων Philips που χρησιμοποιούνται συμμετρικά πάνω και κάτω· τη χρήση ευθύγραμμων σπιράλ· ιστορικά, έχουν χρησιμοποιηθεί σφαιρικά σπιράλ τα οποία προσφέρουν ανώτερη απόδοση, αλλά η κατασκευή τους είναι φτωχή, οπότε σπάνια εφαρμόζονται στην πράξη.  
 
    8, Ισορροπία Τροχού Ισορροπίας

Η ισορροπία των εξαρτημάτων του τροχού ισορροπίας επηρεάζει άμεσα το σφάλμα θέσης και η στατική ισορροπία του συγκροτήματος του τροχού ισορροπίας αποτελεί θεμελιώδη απαίτηση.

Εάν οι προαναφερθέντες παράγοντες είναι σχετικά ιδανικοί και η χρονομέτρηση του ρολογιού είναι σχετικά σταθερή, η απόδοση χρονομέτρησης μπορεί να βελτιωθεί ολοκληρωμένα μέσω της δυναμικής εξισορρόπησης του ρολογιού. Υπάρχει μια πολύ ειδική μέθοδος: η αρχή είναι ότι όταν το εύρος ταλάντωσης του τροχού ισορροπίας φτάσει τις 220 μοίρες, οι διάφοροι παλμοί που μεταδίδονται στον τροχό ισορροπίας δεν έχουν καμία επίδραση στη συχνότητα. Κάποτε κάποιος χρησιμοποίησε έναν μηχανισμό σταθερής δύναμης τοποθετημένο στον τροχό διαφυγής για να ελέγξει το εύρος ώστε να παραμένει κοντά στις 220, γεγονός που αποτελεί επίσης μια εφικτή μέθοδο.