自動上鏈機芯知多少

我們習以為常的東西，往往經(jīng)歷了百年的時間沉淀。這句話寫在這里，說的就是機械表的自動上鏈系統(tǒng)。今年是勞力士蠔式100周年，而隨著蠔式傳奇大展的開幕，讓很多人也真正了解到勞力士的恒動擺陀系統(tǒng)?？梢哉f，近代自動上鏈腕表的發(fā)展，勞力士起到了關鍵性的作用。

雖然沒有統(tǒng)計過，但估計目前自動上鏈機芯應該占到了全部的十之八九，如果是看自動腕表的銷量，那估計能占到95%以上?，F(xiàn)在的手動上鏈，已經(jīng)成為展現(xiàn)打磨工藝的載體，或是為了把手表做的薄一點，再或者為了復古設計或是復刻歷史腕表，比如百年靈復刻806腕表。

百年靈Navitimer 806

習以常不代表了解。哪怕就在前段時間，還聽到有人“吐槽”一款自動上鏈的計時腕表“上鏈手感不好”。那就先來聊聊自動機芯手動上鏈的手感問題。

首先，自動機芯能不能手動上鏈？答案是99%的情況下都可以，也就是說絕大部分自動機芯都支持手動上鏈。但自動機芯和手動機芯的上鏈結構有顯著差異。以典型的手動機芯ETA 6497為例，通過旋轉表冠帶動一個立輪，通過大小鋼輪直接給發(fā)條盒上鏈，它的止逆結構也是手動機芯最普遍的，是連接大鋼輪的棘輪，上鏈時我們聽到“咔咔”的聲音，就是棘輪回彈的聲音。

而自動機芯的手動上鏈一般沒有這么直接，一般要先經(jīng)過換向輪（自動上鏈系統(tǒng)的組件后面會詳細講），止逆依靠換向輪內(nèi)部的棘爪，它為鉤檔和滑動結構，所以不會有手動機芯上鏈時的“咔咔”聲；并且自動機芯的發(fā)條盒具有離合結構以防止過度上鏈，也不會有手動上鏈那種越上越緊的感覺；另外，正因為這種差異化的結構，有時我們會甚至遇到自動機芯手動上鏈會帶動擺陀一起旋轉的情況。

這樣就很容易理解自動機芯的上鏈手感問題了。首先，手動上鏈僅僅是輔助作用，表冠一般設計較小，僅這一點，就已經(jīng)很大程度上降低了手動上鏈的手感。其次，手動上鏈力矩傳遞路徑不夠直接，常見會有“澀”的感覺，而且沒有很多人喜歡的“咔咔”聲，更難以體會上鏈的回饋與樂趣，于是更顯手感欠佳。所以說，吐槽自動機芯手感欠佳實屬冤枉它了。

另外，自動機芯的手動上鏈輪系一般不會設計得很粗壯（尤其是超薄機芯），也就沒有那么堅固，手動補鏈更應該輕柔緩慢一些。

實際上，自動上鏈系統(tǒng)并不像很多人理解那么簡單，它一般包括自動陀及其軸承、換向結構以及減速輪與傳動輪等組件，在整個機芯組件中已經(jīng)屬于比較復雜的結構了，尤其是對于一枚基礎機芯來說。接下來，我打算以史為線，系統(tǒng)性的談談自動上鏈的發(fā)展過程與典型結構，也在其中插播回答一下單向與雙向上鏈孰優(yōu)孰劣等問題。

精工魔術桿自動上鏈系統(tǒng)結構

從第一款便攜式鐘表（1510年誕生的“紐倫堡蛋”）算起，距今已超過5個世紀，而其中涉及自動上鏈的發(fā)展歷史（從1770年第一款自動上鏈懷表誕生算起）占到了一半。

起源

自動上鏈懷表的技術構想

1770年左右，瑞士制表師亞伯拉罕·路易斯·伯特萊（Abraham-Louis Perrelet）完成了人類歷史上首個自動上鏈機構的發(fā)明，后被視為機械鐘表自動上鏈技術的起源。Perrelet的設計核心是一個可旋轉的撞陀（oscillating weight），安裝于懷表機芯背面中心，通過中心軸與機芯連接，擺動過程經(jīng)減速齒輪放大扭矩后傳遞至主發(fā)條。

可惜的是，那時候懷表的佩戴方式是通過表鏈懸掛于馬甲口袋或外衣內(nèi)側，處于相對靜止的垂直狀態(tài)，導致上鏈效率遠低于預期。更棘手的是，撞陀在缺乏有效緩沖機制的情況下，容易對機芯造成沖擊損傷。盡管這一結構在經(jīng)過亞伯拉罕·路易·寶璣（Abraham-Louis Breguet）的改進，但在當時并未成為主流。

之后的整個19世紀，自動上鏈技術陷入了相對沉寂的發(fā)展階段。除了佩戴方式限制了市場需求外，結構的復雜性與可靠性之間的根本矛盾首當其沖：自動上鏈使得機芯零件數(shù)量增加了約40%，造成故障率上升，維護成本高昂。但這一時期的技術積累并非毫無意義，反而是20世紀自動上鏈復興不可或缺的技術前提。

決定性轉折

自動上鏈在腕表形態(tài)下的可行性

20世紀20年代，自動上鏈技術迎來決定性轉折點，核心驅動力在于腕表取代懷表成為主流佩戴形式，里程碑事件是英國制表師約翰·哈伍德（John Harwood）于1923年成功研制出首款實用化的自動上鏈腕表。核心創(chuàng)新是采用了有限旋轉的撞陀結構——在兩條彈簧緩沖器之間往復擺動，既降低了齒輪傳動系統(tǒng)的復雜度，又降低了撞陀到達極限位置的沖擊，減少了零件磨損與噪音。

1926年，哈伍德與英國Fortis公司正式合作，推出了首款量產(chǎn)自動腕表“Harwood Automatic”，表殼直徑28毫米，厚度11毫米，搭載Cal.10.5機芯，動力儲存約12小時。盡管這一產(chǎn)品雖在動力持續(xù)時間上仍顯不足，但已具備日常佩戴的實用性，標志著自動上鏈技術進入商用階段。因此，Harwood系統(tǒng)被后世評價為從手動上鏈向全自動上鏈過渡的關鍵中間形態(tài)，首次證明了自動上鏈在腕表形態(tài)下的可行性，建立了“擺陀-齒輪-發(fā)條”的基本能量傳遞范式。

突破式進展

勞力士恒動擺陀系統(tǒng)革命

僅僅在5年之后，便迎來了勞力士恒動擺陀系統(tǒng)的革命。勞力士創(chuàng)始人漢斯·威爾斯多夫（Hans Wilsdorf）對自動上鏈技術的戰(zhàn)略投入，超越了單純的技術改進，他將自動上鏈定位為勞力士品牌核心價值的具象化表達。1931年，勞力士正式推出“Perpetual”恒動擺陀系統(tǒng)，機芯型號3131，俗稱“金棺材”的全封閉自動陀腕表。其關鍵貢獻為：撞陀進化為擺陀，從有限擺動進化為360°自由旋轉，實現(xiàn)了單向上鏈系統(tǒng)的效率與可靠性。

勞力士的專利布局也同樣體現(xiàn)了戰(zhàn)略前瞻性。1933年獲得的CH160803A專利保護了全轉子擺動質量設計（在擺陀外緣嵌入鎢合金等高密度金屬，形成較大的轉動慣量），1934年的CH157995A專利進一步覆蓋了能量傳輸系統(tǒng)，擺陀的空轉方向被設計為低阻力狀態(tài)，有效旋轉方向則通過楔形棘爪實現(xiàn)快速鎖合，減少了離合過程中的能量損耗。其技術架構基本確立了現(xiàn)代自動上鏈的基本范式。

技術爆發(fā)期

單向上鏈到雙向上鏈的華麗轉身

在理論上，單向上鏈會損失擺陀1/2的上限能量捕捉，促成了這一時期雙向上鏈成為主流發(fā)展趨勢。首先是費爾薩（Felsa）機芯廠于1942年研制的 “Bidynator”系列自動機械機芯，成為是世界上第一只采用換向輪結構實現(xiàn)雙向自動上鏈的機械機芯。它采用搖桿（rocker）連接兩個換向輪（reverser wheels）收集擺陀兩個方向旋轉的能量，成力當時包括歐米茄、百年靈在內(nèi)諸多腕表品牌的外采機芯，也為后續(xù)換向輪結構的發(fā)展奠定了基礎。

時間來到1950年，勞力士首款雙向自動上鏈機芯1030發(fā)布，推出雙換向輪和傳動齒輪構成的簡單而高效結構，尤其是換向組件集成于換向輪內(nèi)部，而非在像Bidynator那樣在外部附加組件，實現(xiàn)了結構緊湊與功能可靠的統(tǒng)一，并在1952年經(jīng)優(yōu)化后申請的專利CH278355中，詳細描述了鋸形齒輪、雙鉤擋裝置、鏡像對稱配置與串聯(lián)輸出整合等核心設計。

其中，鋸形齒輪與雙鉤擋裝置的配合是關鍵：鋸形齒輪的齒面與鉤擋形成剛性鎖定，同時緩斜滑過齒面允許彈性退讓。擺陀順時針旋轉時，一輪鎖合、另一輪空轉；逆時針旋轉時，狀態(tài)反轉，由此實現(xiàn)雙向上鏈。這種換向和止逆的專利結構，直到勞力士的3235機芯中還在使用，只不過經(jīng)過了多次迭代優(yōu)化。

與勞力士的雙換向輪結構差不多時間推出的，是同樣著名的比勒頓上鏈系統(tǒng)（Pellaton Winding System），由IWC于1946年提交專利申請，經(jīng)過四年的精密調(diào)試與可靠性驗證，最終于1950年隨Cal.81與Cal.85機芯實現(xiàn)量產(chǎn)應用。其核心創(chuàng)新可概括為雙棘爪“雙拉”（pull-pull）機制：當擺陀向任一方向旋轉時，偏心凸輪驅動搖桿產(chǎn)生往復擺動，固定在搖桿上的兩個棘爪交替與上鏈傳動輪嚙合——一個棘爪拉動齒輪（上鏈）時，另一個順暢滑過輪齒（回位），如此反復交替。

比勒頓系統(tǒng)相比勞力士的雙換向輪結構更加簡單，更能捕捉微小的手臂動作，于是精工（Seiko）參考比勒頓系統(tǒng)開發(fā)了另一種雙向上鏈技術路徑——魔術杠桿（Magic Lever）系統(tǒng)，于1959年正式推出，對比勒頓系統(tǒng)進一步重構和簡化，從1961年首發(fā)搭載于Cal.6600機芯開始，經(jīng)不斷優(yōu)化，便成為精工自動腕表的標志性技術，包括使用在SD機芯上，同時也被一些瑞士品牌采用，比如卡地亞的1904機芯。

與比勒頓系統(tǒng)不同，魔術杠桿的“Y形”杠桿兩臂長度不對稱，分別作用于減速輪的上下兩側：當擺陀順時針旋轉時，杠桿右臂向下拉動減速輪順時針旋轉；當擺陀逆時針旋轉時，杠桿左臂向上推動減速輪，形成“一拉一推”（pull-push）機制。盡管相比“雙拉”在物理屬性上存在固有的力傳遞損失，但精工通過杠桿角度優(yōu)化與齒形精密計算，將這一損失控制在可接受范圍內(nèi)。并由此換來好處就是零件數(shù)量較比勒頓系統(tǒng)減少約30%，在大規(guī)模量產(chǎn)場景下，零件簡化帶來的質量穩(wěn)定性提升補償了理論效率的輕微差距。

至此，延續(xù)到現(xiàn)在的主流雙向上鏈的換向結構，在如此漫長歷史發(fā)展過程中基本成型。

很明顯，換向輪和比勒頓是完全不同的技術路徑，但卻很難進行簡單的對比。如果單說理論上的換向效率，比勒頓更高，可以補充微小擺輪轉動。如果要論維護成本，雙換向輪更低，模塊化方便更換。如果說耐用性，早期版本的比勒頓系統(tǒng)磨損較大，直到萬國后期進行了全面的陶瓷化升級，這個問題得以解決；而換向輪的內(nèi)部復合結構摩擦力較大，勞力士開發(fā)出著名特氟龍“紅輪”。如果看最后的上鏈效率，那更難得出結論，畢竟自動上鏈系統(tǒng)是一整套組件形成的最終結果，單看某一方面無法得出最終結論。

“救命稻草”

ETA自動上鏈機芯

我們把時間再拉回到1948年，我認為還有個重要里程碑：綺年華（Eterna）率先應用微型滾珠軸承。它后來甚至用5顆小珠子作為了品牌LOGO。滾珠軸承雖然比插桿軸承結構更加復雜，但是確實能有效降低摩擦和磨損問題，對提升自動上鏈效率作用顯著。

就目前來說，插桿軸承自動機芯已經(jīng)越來越少，最著名的勞力士3135機芯，其插桿結構盡管具有結構簡單、耐沖擊、易維修等優(yōu)點，但是無奈時間久了軸心磨損導致容易蹭陀，這是消費者不能接受的。這里特別提一下，有些機芯看上去是插桿式，比如芝柏3300機芯，但其實中心銷柱是通過滾珠圍繞的，也屬于滾珠式。

還有一個時間點不得不提——1969年，這一年世界制表業(yè)發(fā)生了很多重要的事情：一是精工推出世界上第一款量產(chǎn)石英表Astron，掀開了瑞士制表“石英危機”的大幕；二是計時機芯進入自動計時元年；三是費爾薩機芯廠被ETA收購。前兩點不談，第三點很少人知道但卻非常重要：ETA因此擁有了雙向換向輪的設計經(jīng)驗，又擁有了滾珠軸承的技術方案（ETA前身本就是綺年華機芯研發(fā)生產(chǎn)部門）。1971年，在ETA 1427機芯的基礎上，劃時代的ETA 2824正式推出，旨在對抗石英機芯的沖擊，并在石英危機之后，連同 ETA 2892（1975年推出），成為眾多瑞士品牌復興的“救命稻草”。

ETA2824上的換向輪結構

ETA 2824配備雙換向輪，類型上很接近勞力士的換向輪結構，內(nèi)置棘爪實現(xiàn)雙向上鏈，可以通過下面的視頻直觀的理解。ETA 2892有所不同，配備一個換向輪，擺陀一個方向的轉動直接轉化為上鏈扭矩，另一個方向的轉動則需要通過中間輪和換向輪換向后間接上鏈。

ETA2892上的換向輪結構

這兩種模式目前已經(jīng)成為換向輪雙向上鏈的兩類典型結構。由于ETA 2892的設計更節(jié)省空間，成為后期眾多自產(chǎn)機芯的借鑒對象。

芝柏新機芯4800的換向輪結構，添加避震系統(tǒng)

自產(chǎn)趨勢

以材料科學為主的更新迭代

上世紀80年代之后的40多年，機械制表業(yè)經(jīng)歷了石英危機的洗禮和逐步復蘇、繁盛的過程，各品牌使用的自動機芯也大多經(jīng)歷了外采到全面自產(chǎn)的發(fā)展階段（斯沃琪、歷峰兩大集團則是包括很多集團自產(chǎn)機芯），誕生了眾多優(yōu)秀的自動上鏈機芯，甚至已經(jīng)完成了一輪的更新，例如勞力士從3135（1989年）到3235（2015年）機芯、從4130（2000年）到4131（2023年）機芯，甚至開發(fā)了全新的高頻自產(chǎn)7135機芯。但關于自動上鏈系統(tǒng)結構設計的顛覆性創(chuàng)新比較鮮見，而主要是細節(jié)的優(yōu)化，比如勞力士在3235機芯上重新設計了減速比與齒形，使上鏈效率提升約15%。

而作用更加顯著的，是材料科學加持下的迭代升級。無論哪一種自動上鏈結構，在整個機芯中都屬于磨損壓力較大的組件。因此，如何降低磨損、提高穩(wěn)定性一直是自動上鏈的重要趨勢。以勞力士為例，2015年開始使用陶瓷滾珠軸承，替代鋼制滾珠，摩擦系數(shù)進一步降低，抗磨損壽命顯著延長。再比如比勒頓上鏈系統(tǒng)，陶瓷化從最初的棘爪、到棘爪＋齒輪全面的陶瓷化，才使得這一結構煥發(fā)生機。

文章最后，我來回答一下雙向上鏈是否一定比單向上鏈好的問題。單向上鏈雖然理論上存在50%的方向損失上限，但實際上的效率評估需考慮多重補償機制，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

第一，傳動系統(tǒng)的簡化優(yōu)勢：單向上鏈消除了換向機構的復雜度，齒輪嚙合點減少，整體摩擦損耗降低。在典型實現(xiàn)中，單向上鏈系統(tǒng)的傳動效率（有效輸出/捕獲輸入）可達90%以上，而雙向上鏈系統(tǒng)因換向機構的額外摩擦，傳動效率約為80-85%。第二，佩戴動力學的不對稱性：實際佩戴中，手腕擺動并非嚴格對稱，單向上鏈系統(tǒng)可針對多數(shù)人使用習慣進行優(yōu)化。第三，慣性動能的利用：單向上鏈系統(tǒng)的擺陀往往具有較大轉動慣量，空轉方向的運動能量可在有效方向擺動中輔助釋放。

采用不同機芯的浪琴，中間的單向上鏈反而效率最高

實際的上鏈效率與諸多因素有關。如果同一枚機芯有兩種不同的配置，一個是單向上鏈一個是雙向上鏈，雙向上鏈的上鏈效率幾乎可以肯定會比單向上鏈好，而且對于消費者來說，自動上鏈結構更加復雜，也就更加高級。而如果不同的兩枚機芯，僅比較上鏈效率的話，則無法得出肯定的結論。舉個例子，使用經(jīng)驗告訴我們，ETA 7750（單向上鏈）的上鏈效率普遍要高于ETA 2892（雙向上鏈）。所以，買表盯著單向還是雙向看基本上沒有意義，倒是可以打聽下實際使用情況，除非你特別介意單向上鏈擺脫空轉的“噪音”和晃動感。

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