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專題討論報告

專題討論報告. 組員： 李汶桓 詹明翰 陳瑋汎. 組別：十 四 組. 何謂機械錶. 機械錶是以非電池方式，用傳統機械結構推動藉以表示時間的腕表。 機械錶首次拋頭露面的時間大約是在 1770 年左右，由瑞士的一名鐘錶製造家 Abraham-Louis Perrelet 所設計出來的。. 機械錶又可分為兩種 1. 手動機械錶 2. 自動機械錶. 手動機械錶 : 是靠手動上緊發條來驅動的手錶， 手動機械錶 通常經由轉動錶冠，來上緊錶內的發條，藉發條系統釋放出動能來啟動手錶的計時功能。所有的這些過程都由機械原理和構造來完成。

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Presentation Transcript

  1. 專題討論報告 組員： 李汶桓 詹明翰 陳瑋汎 組別：十四組

  2. 何謂機械錶 機械錶是以非電池方式，用傳統機械結構推動藉以表示時間的腕表。 機械錶首次拋頭露面的時間大約是在1770年左右，由瑞士的一名鐘錶製造家Abraham-Louis Perrelet所設計出來的。 機械錶又可分為兩種 1.手動機械錶 2.自動機械錶

  3. 手動機械錶: 是靠手動上緊發條來驅動的手錶，手動機械錶通常經由轉動錶冠，來上緊錶內的發條，藉發條系統釋放出動能來啟動手錶的計時功能。所有的這些過程都由機械原理和構造來完成。 而上滿的發條通常可以使手錶行走約30多小時。 錶冠

  4. 自動機械錶: 在錶內加入一個擺陀，當在配戴時，錶內的擺陀可因手腕的活動而旋轉，而達到上發條的效果。而且由於手腕的活動會為手錶持續上發條，因此自動機械錶都有防止發條過緊的功能，以避免發條損壞。 鐘錶上的擺陀

  5. 機械錶自動上鏈系統 機械自動上鏈系統的運作是利用佩戴者手臂的移動，因地心吸力使自動系統內的重物(擺陀)擺動，金屬擺陀的不段轉動從而推動系統內的槓桿及齒輪為主發條上鏈。

  6. 機械錶還是電子錶？ 電子錶： 顧名思義，利用電池作為動力作動，較為方便。 機械錶： 利用機械原理，靠著人體自然運動使錶內零件轉動並帶動機芯，使錶能夠自動上鏈然後運轉。 一般我們配戴的錶通常都已電子錶居多，那兩者之間又有何差別呢？在這邊簡單補充一下：

  7. 系統結構及原理 擺陀、第一中間輪、第二中間輪、棘爪桿、棘輪，是此系統的主要五大原件。

  8. 自動上鏈系統的核心裝置包含了第一中間輪的五段階軸齒輪和棘爪桿，放置在偏心輪軸的第一個中間輪和與棘爪桿接觸的第二中間輪的輪齒間，接著將第二中間輪和固定的小齒輪接上，最後利用棘輪和齒輪作動來催動主發條。自動上鏈系統的核心裝置包含了第一中間輪的五段階軸齒輪和棘爪桿，放置在偏心輪軸的第一個中間輪和與棘爪桿接觸的第二中間輪的輪齒間，接著將第二中間輪和固定的小齒輪接上，最後利用棘輪和齒輪作動來催動主發條。

  9. 擺錘順時針轉動 當力臂移動的擺動量驅動第二中間輪開始旋轉，會造成棘爪桿逆時針旋轉，而再循環的路徑會隨著軸中心的擺動量偏移，因此上方的棘爪桿會拉動中間輪作順時針旋轉。 擺錘逆時針轉動 當擺動量不夠大時造成旋轉逆時針，而較低的棘爪制動桿會拉動第二中間輪的底部輪齒，使第二中間輪為順時針旋轉，所以棘輪就為逆時針旋轉。

  10. 自動上鏈系統作動

  11. 紅：擺錘的齒牙 實際的作動 綠：斜齒牙 藍：主發條鍊 黃：擺動系統齒牙 機械錶發條

  12. 利用擺陀的轉動，推動可左右搖擺的齒輪，雙向為主發條上鏈。擺陀底部齒牙（紅）直接推動搖擺齒輪組前小齒輪（黃）把動力傳向過輪為主發條上鏈。利用擺陀的轉動，推動可左右搖擺的齒輪，雙向為主發條上鏈。擺陀底部齒牙（紅）直接推動搖擺齒輪組前小齒輪（黃）把動力傳向過輪為主發條上鏈。 當擺陀向另一方向轉動時，搖擺齒輪組前小齒輪（紅）只作換向工能，推動搖擺齒輪組後小齒輪（黃）把動力傳向過輪為主發條上鏈。

  13. 棘爪桿作動

  14. 系統理論 假設周期和最大擺動角不變，且擺動量的質量位於重力質量中心。 再來機構中沒有摩擦力的考量也沒有施加額外力量的情況下，可以運算出公式並且得到力臂擺動角度θ和擺陀繞著旋轉軸旋轉的角度θw。 擺陀擺動量的模擬理論圖

  15. L：配戴者手臂配戴的長度 Low：則是擺陀質量中心到旋轉軸的長度 Θ：為力臂晃動的角度 0為垂直落下並且朝逆時針向旋轉 M：搖桿上方的質量 Mow：擺陀質量 (X,Y)：為曲柄軸的方向 θw：是擺錘繞著旋轉軸的角度 (Xow,Yow)：為擺錘和重力加速度質量中心位置 假設力臂的擺動依照右側正弦函數 雙桿可能會呈現混亂移動，為避免這樣的形態，初始條件(θ,θw)則非常重要

  16. 影片

  17. 擒縱器 • 擒縱機構是一個拉於輪列和振盪器（調速機構）之間的機構。其功能是每當振盪器通過死點時，將少量的能源分配給振盪器。"死點"的定義即振盪器停止時佔用的休止位置。啟動時，振盪器從死點起擺，每次擺動，必須脫開擒縱輪的一個齒，使輪系和指針以極小的跳動旋轉並使振盪器有很均勻的隨動頻率。

  18. 模擬仿真測試 擒縱器是機械錶的重要關鍵核心，機械錶的自動上鏈系統就是擒縱器 的系統架構來進行能量傳遞以便達到手錶上鏈。 為了能更清楚的了解作動情況，研究者使用了微分方程式運算並且建立機械錶運動模型，在利用Matlab對整個機構進行了模擬的仿真測試

  19. 否(下棘爪桿作動) 是 (上棘爪桿作動) 四連桿裝置平衡式(6) 是(棘爪向前) 否 否(棘爪後退) 是 輸出 : 修正 4

  20. 角位移 震盪臂 擺陀 機械錶的角位移和震盪基本上很相近，從靜止開始到擺動著振幅約45 由物理的定義來說，振幅就是震盪物體由靜止開始偏離位置的最大位移(左圖)。 角度 時間 【註】機械錶震盪週期的穩定度也決定手錶的計時精度。

  21. 角速度 擺陀 震盪臂 模擬配戴者再舉起手臂的同時，擺陀由靜止到晃動的時間和速度大小。 以左圖為例，假設我們用固定的速度舉起手臂，約在兩秒左右時手臂會和大腿呈現90度，而這時候的角速度會為0

  22. 角加速度 震盪臂 擺陀 震盪臂的擺動頻率也會影響到擺陀的功率能量，以左圖為例子來說明，如果配戴者的手臂在高頻率的晃動下，擺陀便也會從中獲得更多能量。

  23. 仿真結果探討 研究者基本上利用了擒縱器的系統運作再配合Matlab軟體對機械錶進行了動力學的仿真運算，在模擬出來的圖表報告裡，我們可以根據擺陀與時間、擺角、擺幅來了解機械錶在現實裡的動力運作特性，並且分析了其準確性的關鍵原因。

  24. 裝置應用 而這次的研究主要是為了完成機械錶的自動上鏈機制，並且運用這個裝置來設計出能夠以動能轉化能量的電子裝置產品。 而這個裝置是由擺陀、齒輪系、微型發電機、控制線路和電池來累積電力，並且利用這項裝置達到改善能源效率和方便可攜式的能量裝置來改善我們未來的生活型態。

  25. 探討與結論 機械手錶機芯自動上鏈系統的物理模型的建立和運作在一個工作週期的動畫製作，以深入了解工作原理。 這種自動捲繞系統可以被看作是雙擺，四桿機構和減速齒輪系，它可以轉換的雙向運動轉換成單向和驅動發條儲存能的組合。

  26. 仿真是由模仿的工作性能時，該裝置戴在佩戴者的手腕上，無論是在手臂擺動的正弦函數的情況下，並在佩戴者突然讀手錶的情況下。該結果表明，該系統能有效地收穫了人體運動來驅動的機械錶。仿真是由模仿的工作性能時，該裝置戴在佩戴者的手腕上，無論是在手臂擺動的正弦函數的情況下，並在佩戴者突然讀手錶的情況下。該結果表明，該系統能有效地收穫了人體運動來驅動的機械錶。 由自動上鏈機制的啟發，提出產生電力的移動電子設備。新設備將是未來研究的課題。

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