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宝玑游丝为什么误差小
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作者：芯随表动
链接：https://www.zhihu.com/question/31202817/answer/51210940
来源：知乎
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由历史说开吧
胡克建立了弹性体变形与力成正比的定律，就是著名的胡克定律。1660年他在实验中发现螺旋弹簧伸长量和所受拉伸力成正比。1676年在他的《关于太阳仪和其他仪器的描述》（A Description of Helioscopes and Other Instruments）一文中用字谜形式发表这一结果，谜面是ceiiinosssttuv。1678年在他的小册子《势能的恢复——论说明弹跳体能力的弹簧》（Lectures de Potentia Restituva, or of Spring Explaining the Power of Springing Bodies）一文中公布了谜底：ut tensio sic vis,这句拉丁文的意思是“伸长量和力成正比”。这是关于弹性体胡克定律的最早形式。 胡克对万有引力定律的发现起了重要作用，牛顿应用了他的观点，但牛顿却拒绝承认来自胡克。风向仪，水平仪等装置的发明权也常常归功于他。可能是胡克实在是太忙了，他发现了弹簧的特性并对此做了大量的研究，但是他却没有做出第一只实物。而是停留在书稿上面。直到他知道惠更斯在1675年1月30日向法国皇家学会展示了游丝摆轮实物，替代他成为了官方认可的钟表游丝摆轮的发明人。他暴跳如雷并开始了一段和惠更斯旷日持久的游丝发明权的争夺战。惠更斯和上次制作摆钟一样，并没有自己亲自动手，而是委托法国钟表匠IsaacThuret或 Jacques Thuret制造了世界上第一枚采用游丝的钟表。至此，钟表历史翻开了新的一夜，其后的300多年间，几乎所有的钟表都是采用具有等时性的游丝设计。惠更斯改变了钟表行业，开创了精确性的时代，被称为科学制表之父。
游丝就是一圈金属丝，它按照阿基米德螺线制成，阿基米德螺线（阿基米德曲线） ，亦称“等速螺线”。当一点P沿动射线OP以等速率运动的同时，该射线又以等角速度绕点O旋转，点P的轨迹称为“阿基米德螺线”。
下图为没有添加内桩.外桩的游丝毛坯，它就是按照阿基米德螺旋线制成。整根游丝是在一根平面上，简称为平游丝。
下图为添加了内外桩的游丝成品，还是按照阿基米德螺旋线制成，只是在游丝的末端（红线所指的地方）将游丝间距扩大，这样有利于外桩的固定，和游丝长短的调节。注意，整根游丝还是在一根平面上，还是称为平游丝。
游丝按照阿基米德螺旋线盘绕，并不是同心圆，所以整根游丝的重心并不是在最中间，而是有偏移的。
当平游丝和摆轮结合在一起放在机芯上面开始正常工作的时候，摆轮来回摆动，游丝就开始进行扩大收缩的运动。此时，整根游丝的重心会随着游丝的变形运动而移动，红线所指方向有游丝间距会比另外一边的游丝间距更小。
游丝是整个机械手表最重要的部件，游丝重心的偏移会直接影响到整个手表走时的精准程度。
Abraham Louis Breguet宝玑当时发现了这个问题，为了解决，他发明了陀飞轮，他的想法就是让整个游丝摆轮系统做360°的平面旋转运动，这样就可以不断抵消不同位置因为地心引力而导致的游丝重心位移。
1795年宝玑提出通过上绕游丝末端补偿游丝偏心，改善走时精度。这个就是常说的宝玑游丝。
下图为宝玑亲自制造的宝玑游丝原物，现藏于大英历史博物馆
宝玑将游丝的末端上饶，提到第二个平面，这样的设计相当于一个砝码，可以让游丝在运动过程中的重心偏移不再那么厉害，进而可以提高走时的精度。
下图为宝玑游丝和平游丝在运动过程中，重心偏移的实验结果数据图。
蓝色为平游丝，绿色为宝玑游丝。可以清楚看见，两者的差距非常明显。
宝玑游丝现在是一个统称，是指进行了游丝末端上饶的游丝。Abraham Louis Breguet宝玑当时提出了上饶游丝的想法，而后数学家Eduard Phillips用严谨的数学计算出了不同宽度的游丝末端最“完美”的设计。
宝玑游丝解决了游丝重心偏移的问题，但是它又随之带来了其他问题。因为上饶了游丝末端，所以宝玑游丝的厚度是大于普通平游丝的。所以超薄手表为了减少厚度，都是采用平游丝。
到了现代，有的品牌开始利用新技术，新材料来解决游丝重心偏移的问题。
最出名的一个就是新材料硅，因为硅的密度比钢小很多，所以用硅制成的游丝重心偏移不会过于厉害。
另外一种解决办法就是在平游丝的状态下，改变游丝末端的形状。代表就是DE BETHUN和Patek Philippe百达翡丽。DE BETHUN在游丝末端添加了一段不规则的夹子
百达翡丽则是通过计算机模拟出最佳的游丝末端外形，然后用硅材料直接投影游丝出来，在其游丝的末端，会比其他部分粗壮一些。
当然，解决游丝重心问题的办法并不止宝玑游丝，还有其他的方法。 |
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发表于江苏南京 2016-4-21 11:12:16
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