手表发条相关参数的计算

文 / 席战辉 陈斌 张磊

机械手表是以发条为原动力，其原动系统中通常包括5个零件，其具体名称为：条盒轮、条盒盖、条轴、发条、发条外勾（或者副发条）。

发条的作用维持振动系统不衰减地振动，并且带动指针机构或附加机构运动。储存弹性能量；上条时把外界对它的作用功转化为变形能；在手表机构工作中，陆续释放出来。

对发条的要求要有足够的输出力矩，即强度极限、弹性极限和弹性模量高，并且满条状态与工作24小时后的输出力矩之差要小；工作时具有足够的均匀的输出力矩，保证延续走时不少于36小时；有一定的工作圈数，提供一定标准的延续走时；高的疲劳强度和抗弹性疲劳性能，保证手表使用寿命20年；不生锈、无磁性。

手表发条标准QB/T 2404-2010对发条相关术语和定义：

3.1 发条 main spring

机械手表的主要储能元件，其主要作用是维持振动系统不衰减地振动，并且带动指针机构或附加机构（如闹时机构等）运动。

3.2 副发条 sliding attachment

附加在主发条体上，为实现自动表上条功能而设计的附加短发条。通常这种发条的长度应为放入条盒后略小于一圈。

3.3 自动发条部件 mainspring with sliding attachment

带副发条的发条部件。

3.4 打滑力矩 sliding torque

自动发条在上紧到打滑前的一瞬间的力矩。

机械手表标准（QB/T 1249-2013）：

本标准适用于使用叉瓦式擒纵调速器的各类手表，相应的手表机心亦可参照使用。

3.1 基础机心

由原动系、传动系、擒纵调速系、上条拨针系组成的机械机心。

4.产品分类：手表按机心装配直径分Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三类。

Ⅰ型：手表机心装配直径大于20mm（或面积大于314mm）；

Ⅱ型：手表机心装配直径为16～20mm（或面积大于201～314 mm）；

Ⅲ型：手表机心装配直径小于16mm（或面积小于201mm）。

5.1使用可靠性

手表在正常使用条件下不应停走，机心在表壳组件中应稳固，手表的零部组件不应自行脱落。

手表在延续走时期间实走误差不应超过15min；在24h时段内走时误差不应超过5min。

手表时针和时符中心重合时，分针偏离“12”时符中心的角度不应大于90°。

手表的上条机构和拨针系应工作可靠。

5.2走时质量

发条延续走时要求：

手上条

I型表 优等≥45小时 一等≥42小时 合格≥38小时

蜗线发条图

S形发条图

条盒轮爆炸图

手动发条图

自动发条图

Ⅱ型表 优等≥40小时 一等≥35小时 合格≥32小时

Ⅲ型表 优等≥35小时 一等≥32小时 合格≥30小时

自动上条

I型表 优等≥42小时 一等≥36小时 合格≥34小时

Ⅱ型表 优等≥38小时 一等≥30小时 合格≥30小时

Ⅲ型表 优等≥34小时 一等≥28小时 合格≥28小时

解读：机械表一次上满发条，应该有一定的运走时间段，大家经常说的动力储存多少小时，就是这个项目了。这也很好的解答了自动表为什么不能“自动”走，也会停下。

常用发条材料:

不锈钢，如2Cr19Ni9Mo、合金材料、高碳钢。目前手表发条选用19-9Mo，即3Cr19Ni9Mo2N，是一种沉淀硬化型不锈钢，经加工硬化和时效处理，可达到硬度HV620（HRC55）。也常用于其它计时器发条。

发条加工工艺：手表发条19-9Mo高弹性不锈钢，由特种钢厂提供钢锭或半成品胚料，再由钟表元件厂生产轧制成型。经冶炼、锻造、热轧、退火、粗拉、退火、粗拉、固溶化处理、中拉、精拉、冷轧、刮边、抛光、截条、冲方孔、打內钩……定型处理（时效）——盘条成品。

发条热处理：发条最终必须经过盘条和定型时效热处理，其工艺曲线见图1。盘条是为了得到S型发条，进一步提高弹性极限和输出力矩。

图1 ：不锈钢发条热处理工艺曲线

常用的发条结构：带条盒式手表常用，不带条盒式一般为闹钟用。

常用的发条形状：蜗线发条和S形发条。

发条的类型：手动手表发条、自动手表发条。

发条的组成：条盒轮1、条盒盖4、条轴3、发条2。

发条的工作过程：

手动发条：上条时，大钢轮带动条轴转动，条轴内钩带动发条内孔使发条卷紧，发条外勾钩在条盒的内壁凹口上。

自动发条：上条时，大钢轮带动条轴转动，条轴内钩带动发条内孔使发条卷紧，主发条与条盒内壁啮合，副发条与主条之间有效实现打滑。

发条工作时：条轴不动而条盒转动，通过条盒轮上的齿释放力矩。

S形发条特点：力矩大，力矩变动率小。

发条能量存储发展：双发条盒，如朗格双发条盒手表；三发条盒，如沛纳海三条盒手表；四发条盒，如豪雅四发条盒手表等。

名称 符号 量值images/BZ_111_784_589_816_617.png

手表发条标准QB/T 2404-2010对发条的技术要求：

4．技术要求

4.1 机械性能

发条的机械性能要求见表1。

表1 发条的机械性能

注：制造发条材料多采用高弹性合金，如3J9（见YB/T 5135-1993）。

4.2 发条尺寸

4.2.1 方孔尺寸

发条宽度尺寸范围对应的发条方孔尺寸系列见表2。

表2 方孔尺寸

4.2.2 内圈直径偏差

发条内圈直径允许偏差范围为-0.20mm～0mm。

4.2.3 外勾间隙

发条外勾间隙应为0.05mm～0.30mm。

4.3 外观质量

4.3.1 发条表面不允许有锈斑及明显的划伤等缺陷。

4.3.2 自润滑发条的涂层不允许有涂层不均匀、起皮、脱落、明显的氧化色以及与发条结合不牢等缺陷。

4.4 发条的其他特殊要求由供需双方商定。

5 试验方法

5.1 试验环境条件

试验的环境温度为18℃～25℃，在整个试验过程中温度波动不大于2，相对湿度不大于70%。

5.2 试验仪器设备

试验仪器设备及其准确度等级见表3。

表3 试验仪器设备

5.3 工作圈数

5.3.1 手上链发条工作圈数

将发条装入标准条盒轮部件后，在力矩仪上进行测试。先上满条，退1/4圈时测得大力矩（M）；再退至相当于手表走时24 h的圈数时（包括已退的1/4圈）测得小力矩（MT）；力矩为零时读工作圈数，当测力矩打滑时只允许调换一次条盒轮部件。

5.3.2 自动发条工作圈数

将自动发条装入标准条盒轮部件后，在力矩仪上进行测试。先上满条至打滑最少五次后，将指针停在滑落前的最高点，读得的数据为打滑力矩（M） 。测试完打滑力矩后，将指针停在滑落前最高点时的圈数，后退1/4圈，测得大力矩（M）；再退至相当于手表走时24h的圈数时（包括已退的1/4圈）测得小力矩（MT）；力矩为零时读工作圈数。

5.4 疲劳断条次数

将发条放在疲劳仪上测试，测量其卷缩、伸展在大小力矩之间的次数即为疲劳次数，卷缩、伸展一次时间为3s。

5.5 小力矩衰减率

按5.3的方法测得发条小力矩值后，再测试疲劳试验1800次后的小力矩值，将其值代入公式（1），计算小力矩衰减。

5.6 力矩变动率

按工作圈数的方法测得发条大、小力矩值，将其代入公式（2），计算力矩变动率。

5.7 外勾牢度

将发条放在力矩仪上进行测试，力矩仪的标准簧应为被测发条大力矩的两倍。上紧后外勾不能脱落。

5.8 副发条牢度

在专用夹具上固定发条，并在副发条的切向方向上悬吊重物（重物的重量应不低于2倍的对打打滑力矩除以条盒内圈半径），试验副发条的连接牢度。

5.9 方孔尺寸

方孔尺寸用检验合格的条轴检查。

5.10 内圈直径偏差

发条内圈直径偏差用专用塞规测量。如有争议，可用50×投影仪测量，测量方法见图2。

图2 用投影仪测量发条内圈直径

5.11 外勾间隙

外勾间隙用50×投影仪测量。

5.12 外观质量

在自然光下，距被检表面30cm处目测检查。

6 检验规则

6.1 出厂检验

6.1.1 出厂检验按GB/T 2828.1进行，采用特殊检验水平S-4的一次抽样方案，其不合格分类、检验项目和接收质量限（AQL）见表4。

表4 出厂检验

6.1.2 批的组成、批量的大小由供需双方商定。

6.1.3 检验的实施、合格判定及检验后的处置按GB/T 2828.1的有关规定执行。

6.2 型式检验

6.2.1 型式检验按GB/T 2829进行，采用判别水平I的一次抽样方案，其不合格分类、检验项目、不合格质量水平（RQL）、样本量及判定数组见表5。

表5 型式检验

6.2.2 型式检验的样本，应从出厂检验合格的某个批或若干批中随机抽取，备用样本由检验单位确定。

6.2.3 检验的实施、合格判定及检验后的处置按GB/T 2829的有关规定执行。经型式检验后的样本，无论合格与否均不应作为合格品出厂。

6.2.4 型式检验的周期由各生产单位自定，但发生下列情况之一时应进行型式检验：

a) 新产品投产或老产品转产时；

b) 产品的设计、结构、工艺、材料有较大变动时；

c) 产品长期停产后又恢复生产时；

d) 国家质量监督机构提出进行型式检验的要求时。

维修过程中选配发条要求：

1. 选配发条的原则

在机械手表中，发条是一个易损件，尤其手上条的手表，当发条上满后，柄头再向前推一点，就很容易使外勾与发条脱开，也可能发生发条于外勾点焊处折断，出现上条时发条打滑、没有能量输出的现象。如果有专用发条，选配很方便。但一时无法找到专用发条，可以用其它发条代替。这就需要参照原来的发条，用游标卡尺测量其长度、宽度、厚度，通过比较尽量选配符合要求的发条。

① 在宽度和厚度相同的情况下，选择的发条比原来发条短10～20毫米，仍可配用，如果长度长10～20毫米则不可配用。

② 在长度和厚度相同的情况下，选择的发条宽度宽于原来发条不能使用，如果稍窄于原发条0.1毫米左右仍可使用，力矩输出时会稍有波动，但过窄则不能使用。

③ 在长度和宽度相同的情况下，选配的发条比原来的发条过厚或过薄则都不能使用。因为手表发条厚度大多在0.09～0.13毫米之间，用卡尺不易准确测量。钟表维修人员也可配合用手指捏弯发条来作比较，凭感觉和经验来判定原发条与选配发条手感的软硬程度是否相似。如选配发条过硬，即弹性过强，则会引起摆幅过大造成击摆；如发条过软，即弹性过弱，则会使手表延续走时达不到基本要求。所以选配的发条过硬、过软都不能使用。

如无合适的选配发条，原发条仅是外勾脱落或外勾折断，可重新制作外勾铆接在发条上，而重新按要求制作的外勾，使用后一般不会影响手表的延续走时和走时精度。

2、手表发条外勾的制作和铆接方法

① 制作外勾。可选择一段旧发条，应比原发条稍厚一点，约厚0.01～0.02毫米，手感稍硬，宽度应稍窄一点，约窄0.1～0.2毫米，如无合适的旧发条，也可用原发条前端，但这样会使原发条的长度减少。按以上要求一般取4～5毫米的长度做外勾，将一端倒角为外勾的外端，另一端锉成斜口作为内端，退火后用尖冲或三角钻定铆钉孔位，再用钻头钻一个直径约0.4毫米左右的孔，孔要正中并离前端1毫米左右，再在外侧孔中用较大的钻头钻成退坡形铆钉孔。如果原发条外勾还可以使用，可在原外勾点焊处打孔。

② 发条钻孔。将发条前端退火后倒角整形，并同样在距前端1毫米中间处钻铆钉孔，孔径大小、位置与外勾相同。

③ 做铆钉并铆接。用0.6毫米左右的黄铜丝或退过火的钢丝锉制一个略呈锥形的铆钉坯，先从外侧套入外钩，再把发条套上，使两者重合平贴，截去上下多余段，然后把铆钉竖放在铁砧上，用小榔头敲击，使它们铆合在一起并进行修整。铆钉头略呈圆弧状，但铆钉不可过长，否则发条在条盒内活动空间变小，减少工作圈数；铆钉也不可过短，过短会失去铆接的牢度。

④ 外勾整形。外勾弯度很重要，应紧贴条盒轮内壁。如果外勾成直线，钩住条盒轮壁凹槽后，发条会使条盒轮空间缩小；如果发条外勾弯曲度过大，则外勾钩不住条盒轮壁凹槽，会造成打滑。也应注意：外钩内端斜口角度过小，或者条盒轮内壁凹槽损伤，也会出现上条打滑现象。

⑤ 发条和外勾铆接部位的退火部分可用银砂纸打磨抛光。

发条的能量显示方式

发条释放能量的过程，也就是能量显示的过程。能量储备显示的基本原理是通过一组传动齿轮机构，将发条能量释放过程的信息通过分解发条能量输出的不同阶段，以不同的形式呈现在表盘上。简单的说就是能量输出的显示过程。显示方式大多采用扇形能量指针式显示以及窗孔式数字显示。能量储存显示因为关乎手表运行时间的长短，实用价值较高。能量显示最常见的形式莫过于以指针搭配表盘刻度或图示，大部分品牌通常会在表盘上设计一个弧形刻度标记，并在两端分别印上诸如“HIGH”、“LOW”的标识依据来显示能量存储。

发条是手表能量的提供者，其设计工艺、材料性能、技术参数等都很重要。技术在进步，材料在革新，未来我们期待有更好更优的发条，为手表提供源源不断的能量，保证客户在延续走时上有一个良好的使用体验。