不锈钢材质手表防水结构研究

　　摘 要：针对不锈钢材质手表多种常用防水结构进行对比研究，研究内容包括防水结构特点、分析跌落试验、耐水压试验、冷凝试验等3项研究测试，分析各防水结构防水性能的强弱。结果表明：“I”形密封圈结构防水性能优于止口扣合结构；螺纹旋紧结构防水性能最佳，尤其在防水要求高的情况。 

　　关键词：手表；防水结构；不锈钢材质 

　　1 概述 

　　手表是精密计时仪器，防水手表可以避免机心因进水而造成计时不准或损坏，还可以有效防止手表内部表盘、表针等零件变色、腐蚀等。然而我们的手表在佩戴使用过程中无时无刻不暴露在外部环境中，那么手表也自然不能避免日晒雨淋，已经严重威胁到了手表的功能。因此，在手表的设计过程及加工过程中，对手表的防水性能要求也越来越严格。 

　　2 不锈钢材质手表防水结构 

　　防水手表是指手表具有一定的抗水压力，可以防止水进入手表内。不锈钢材质手表的防水结构一般分为：（1）止口扣合结构；（2）“I”形密封圈结构；（3）螺纹旋紧结构；（4）锁螺丝结构。 

　　2.1 图1a为止口扣合结构，属于过盈配合[1]，采用O形圈密封组件配合后的间隙，O形圈只作为密封件。常用于手表表壳-上套部位配合、表壳-后盖部位配合。装配时需要注意的是先将O形圈安装在上套或后盖止口位，采用压力机压入法将上套或后盖平衡压入表壳。过盈连接一般属于不可拆卸的固定连接，具有构造简单、同轴度好的特点。在装配过程中，上套或后盖的止口位发生弹性变形，配合面之间产生压力，由于长期承受压力而变形松弛，那么反复拆装可能会导致配合失效从而失去防水性能。 

　　2.2 图1b为“I”形密封圈结构，采用“I”型密封圈密封组件配合后的间隙，“I”形密封圈既是密封件，又是连接件。常用于手表表壳-上套部位、表壳-玻璃部位配合。目前市场上手表使用的玻璃一般为蓝宝石玻璃或石英玻璃，均属于刚性玻璃，不能和表壳采用过盈配合，因此，采用“I”形密封圈结构。 

　　2.3 图1c为螺纹旋紧结构，其特点是配合组件配合部位采用螺纹结构，采用O形圈密封组件配合后的间隙，O形圈只作为密封件。常用于手表表壳-后盖、表壳-表冠部位配合。螺纹联接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点[2]。螺纹旋紧结构可产生较大的旋紧力，可使O形圈产生大于其他结构的变形，适用于高度防水手表。 

　　2.4 图1d锁螺钉结构，其特点是配合组件由均匀分布螺钉锁紧，采用O形圈密封组件配合后的间隙，O形圈只作为密封件。常用于手表表壳-后盖部位配合。此结构将表壳及后盖均匀分布同等数量相互配合的螺纹孔及沉孔以配合螺钉锁紧，通过锁紧螺钉确保表壳及后盖的固定连接。 

　　3 手表密封圈 

　　手表的防水结构有很多，但大多都需要同时配合各种类型的密封圈来达到防水的功能。 

　　O形圈是手表最常用的一种密封件，对于沟槽尺寸设计及O形圈规格选用都是至关重要的。手表用O形圈的材料一般采用丁腈橡胶NBR[3]，除材料之外，O形圈很重要的一个指标是它的硬度，数值越大表示硬度越高。在同样压力下，硬度越高，抗挤出（变形甚至撕裂）的能力就越强。因此，手表防水要求越高，应选用硬度越高的O形圈材料。 

　　“I”形密封圈是手表最常用的一种密封紧固件。手表用“I”形密封圈的材料一般采用ZYTEL，是一种含玻璃纤维和凯夫拉尔纤维合成的热塑胶。具有高抗冲击和抗磨损的能力，还具有尺寸稳定、切削性能好等特点。 

　　4 跌落试验 

　　将止口扣位结构表壳和“I”形密封圈结构表壳均在1米及2米高处做自由落体运动，重复50次。发现在1米高处时，两种结构均无脱落现象，而在2米高处时，止口扣位结构发生脱离现象。 

　　止口扣合结构的配合组件采用过盈连接，过盈连接的承载能力是由摩擦而来的，且与压入力大小差不多，此结构为实现可反复拆装的需求设计了导入角及导出角，为可拆卸性的过盈连接。故而在瞬间受到足够的冲击力时，表壳-上套或表壳-后盖之间会发生脱离现象。 

　　“I”形密封圈结构，通过“I”形密封圈的压缩量产生的压力将配合组件与“I”形密封圈配合在一起。因“I”形密封圈具有良好的弹性性能，在压力作用下能均匀地向各个方向传递截面面积，在沟槽中有较高的填充度，故而在压力变化时，能减少密封圈的往复移动。这也就表明其具有工作可靠性高、密封性好的特点。而且手表在跌落瞬间受到冲击力时，“I”形密封圈本身的弹性会起到一定缓冲作用。此结构解决止口扣合结构配合组件之间脱离的隐患，同时进一步凸显“I”形密封圈结构防水功能的优势。 

　　5 耐水压性能、冷凝试验[4] 

　　测试目的：测试各种防水结构表壳的防水性能。 

　　测试设备：WF 300C（0-3ATM）或WF 350（0-10ATM）试水机、宏辉WF 205恒温电热板。 

　　测试内容：以真水加压来测试表壳的防水性能。真水采用蒸馏水，用一端封口的橡胶管密封在装好的表壳的坝管处，将表壳放入真水1分钟内加压至额定压力（3ATM、5ATM、10ATM），保持10分钟，然后在1分钟之内将压力降至常压。然后进行冷凝试验，将表壳置于50℃的恒温电热板上，加热15分钟，然后用常温水滴滴到表玻璃上，1分钟后擦去水滴，观察表玻璃内表面是否出现凝雾。 

　　实验表明：给定的额定压力为3ATM时，四种防水结构的防水性能均为良好。考虑成本控制、加工工艺难易程度等因素，设计时一般采用止口扣位结构。额定压力为5ATM以上时，止口扣位结构防水性能相比其他三种结构而言偏弱。额定压力为10ATM以上时，止口扣位结构的表壳出现进水的现象，此结构不适用于10ATM以上的防水要求的手表设计，建议此时采用“I”形密封圈结构及螺纹旋紧结构。 

　　6 结束语 

　　虽然手表采用了密封防水结构，在日常生活中还是会出现一些不可避免的现象：经常上条、拨针校时，表冠或坝管内的密封圈会逐渐磨损；表玻璃受温度影响而热胀冷缩，会使它与表壳之间出现空隙；后盖的密封圈因老化或汗水影响出现腐蚀现象，都会使手表的防水性能下降。建议最好每隔1-2年将手表送到维修点去测试防水性能，更换新的密封圈。石英表更换电池，机械表清洗加油之后都会做防水测试，保证每只手表开过后盖后仍具备良好的防水性能。 

　　手表的防水性能是衡量手表质量的一项重要指标，防水性能的好坏直接影响到手表的功能。因此不论是手表防水结构的改进、新的防水性能测试方法以及发现新的密封性能更好材料都是值得我们继续深入研究的方向。 

　　参考文献 

　　[1]邢闽芳，房强汗，兰利洁.互换性与技术测量[M].北京：清华大学出版社，2011. 

　　[2]吴宗泽.机械设计师手册（上册）[M].北京：机械工业出版社，2002. 

　　[3]郝木明.机械密封技术及应用[M].北京：中国石化出版社，2010. 

　　[4]QB/T1897-1993.中国防水手表[S].北京：中国轻工业出版社，1994.