本帖最后由 三块贰毛5 于 2016-2-16 19:40 编辑
近日与坛内的表友讨论了不少关于擒纵，特别是航海天文钟上使用的冲击擒纵（detent escapement）的话题。虽然大家意见相左，但是也充分交流了各自的想法。讨论当中涉及了爱彼的“独家擒纵”（ap escapement）是不是冲击擒纵这个问题。说实话我是一开始就知道答案的，但要说服别人又是另外一回事了。为了完整地阐述我的论据，我想还是开一个主题帖比较好。
所谓的“detent escapement”，中文翻译成冲击擒纵、冲击式天文台擒纵……反正就是那个东西，是一种在航海天文钟（航海时用于测量经度的仪器，为了与甲板钟区别没有用“船钟”这个词），特别是在19世纪开始工业化生产的航海天文钟里面广泛使用的擒纵装置。它的特点是：
1 分离式。在不传递能量的时候，擒纵装置与摆轮不接触，摆轮可以自由地转动。由此可以提高计时精度。
2 “单冲击”（single beat），也就是说摆轮来回摆动一次从轮系接受一次能量传递。George Daniels把这种擒纵称为“tick mechanism”。而他自己的同轴擒纵，当然还有死对头杠杆擒纵则是“tick-tock mechanism”,它们每个周期想摆轮传递两次能量（双冲击（double beat））。理论上“单冲击”擒纵对振动系统的干扰比“双冲击”要小，也有利于提高计时精度。
3 擒纵轮直接向摆轮传动，擒纵装置仅仅起锁止擒纵轮的作用，这也是名字里面“detent（制动）”一词的来历。这样的设计传动效率较高，并且把零件之间的滑动摩擦降低到最低限度，这在润滑技术落后的年代尤其重要。
人们现在接触到的冲击擒纵通常有两个亚种：带转轴的冲击擒纵（pivoted detent）（图中上半）和弹簧冲击擒纵(spring detent)（图中下半）。前一种由转轴和游丝构成转动机构，后一种则利用材料本身的弹性实现转动和回弹（为什么要回弹在后文解释）。再次强调，那是一个润滑技术落后的时代。弹簧冲击擒纵没有转轴，也就没有转轴处的摩擦，所以至少在我的印象中它比带转轴在航海天文钟之间的更受欢迎（怀表似乎更喜欢用转轴式的）。比如著名的汉密尔顿21型使用的就是弹簧冲击擒纵。
下面就以Thomas Earnshaw式的弹簧冲击擒纵为例，简略地介绍一下冲击擒纵的工作原理。装置中有三颗宝石，分别是：在擒纵装置主体的杆上，用来锁定擒纵轮的锁石（locking jewel）；在摆轮的冲击圆盘上，用来接收能量的冲击石（impulse jewel）；在摆轮的解锁圆盘上，用来控制擒纵装置的解锁石（discharge jewel）。另外还有两条弹簧：使擒纵装置的杆子能够转动和回弹并起制动作用的制动弹簧（detent spring）；与解锁石接触的解锁弹簧（passing spring，有时候也叫trip spring）。数目众多的螺丝起固定或调节作用。在摆轮的一个周期中，各部件的动作如下：
1 当摆轮逆时针转动，解锁石与解锁弹簧接触时，解锁弹簧向杆子凸出来的角传动，杆子顺时针摆动，锁石远离擒纵轮的齿A。装置解锁。解锁过程中擒纵轮会有极少量的回退（recoil），所以冲击擒纵并不是直进的（deadbeat）。真正能够用“直进”（擒纵轮只会向前，没有任何后退）这个词的只有格拉哈姆擒纵以及工字轮擒纵。
2 解锁以后擒纵轮顺时针转动，齿C与冲击石接触，发条的能量经过轮系传递给摆轮。
3 在齿C与冲击石分离之前，解锁弹簧先与解锁石分离，杆子在制动弹簧的弹力向重新靠近擒纵轮，回到可以锁定的位置。此时锁石在齿A与齿B之间。
4 擒纵轮继续转动，齿C与冲击石分离。失去制约的擒纵轮速度加快，直到齿B撞到早已等候在那里的锁石。擒纵装置使擒纵轮停止转动。需要注意的是，齿B与锁石接触之后擒纵轮其实还会转动极短的距离，齿B会带动锁石（以及杆子）向擒纵轮靠近，直到杆子碰到调节螺丝（lock adjusting screw）才会完全停止下来。如此一来擒纵装置利用来自发条的力将擒纵轮锁紧。其他分离式擒纵也有类似的设计。这还有个专门的名称叫做“牵引作用”。在下一次解锁的时候这个过程会倒着来一遍，这就是擒纵轮在解锁时少量回退的原因。
5 摆轮摆到一个极端并回来。顺时针转动的解锁石再次碰到解锁弹簧。这次只有纤细的解锁弹簧逆时针摆动，擒纵装置的其他部分不动。摆轮继续转动，解锁石与解锁弹簧分离。
以上便是冲击擒纵的工作方式。可以看到，擒纵装置每次放擒纵轮转过一个齿的距离，擒纵装置能够回弹。结果上摆轮每运动一个周期释放擒纵轮上的一个齿。但是！很多事物在刚刚诞生的时候与后来的样子会有很大的不同。在Pierre Le Roy首先发明出冲击擒纵的时候，擒纵装置并没有任何游丝或者弹簧*片。下面我们就来看一下，Pierre Le Roy的设计是怎么样的。
图中有三个零件：擒纵轮R，擒纵装置D以及摆轮B。擒纵装置有两个爪a和b并可以绕转轴来回转动。所以比起我们见惯的冲击擒纵，Pierre Le Roy设计的冲击擒纵看起来更像（据史料记载）短短两年后英国人Thomas Mudge发明的杠杆擒纵。但比较特别的是，Le Roy的擒纵叉还有两根“胡子”c和d。摆轮的轮缘有两个条状突起物r和s（“r”字在图片的左下角，有点模糊）以及另一个比较小的突起e。虽然图中表现不出来，但实际上d、s以及e在轮缘的上方而c、r在轮缘下方。也就是说，换成实物从图中的角度看过去，突起物r以及c的相当一部分都被摆轮遮住，是看不见的。在摆轮的一个周期中，各部件的动作如下：
1 摆轮逆时针（向左）转动，未与擒纵叉接触。齿1被爪b锁止。
2 摆轮轮缘的突起物r与c接触，推动擒纵叉顺时针转动，b离开擒纵轮，齿1被释放。擒纵轮回退之类的细节就不赘述了。被解锁的擒纵轮顺时针转动，齿2与突起e接触，发条的能量经过轮系传递给摆轮。图中所示的擒纵系统正是处于这一状态之中。
3 擒纵叉转动之后，虽然爪b离开了齿1，但与此同时爪a挡在了齿1的轨迹上。随着擒纵轮转动，齿1与a接触并被锁止。擒纵轮停止转动。
4 摆轮摆到一个极端并回来。顺时针（向右）转动的突起物s与d接触，爪a释放齿1，擒纵轮转过较小的距离，随后齿2被爪b锁定。这是因为比起上一次解锁后齿1到爪a的距离，这一次解锁后齿2到爪b的距离要小很多。齿3并没有进入突起e的轨迹。这次释放擒纵轮后摆轮并没有获得能量。
以上便是Pierre Le Roy设计的，最原始的冲击擒纵的工作方式。在第一次释放中，擒纵轮转过略小于一个齿的距离，在第二次中转过剩下那一点。结果上还是摆轮每运动一个周期释放擒纵轮上的一个齿。
Pierre Le Roy是一个天才型的制表师。他的作品里面有许多独特的设计。比如说向摆轮的传动是通过轮缘而不是半径小得多的圆盘；又或者是用金属丝把摆轮吊起来以减小摩擦。与当时存在的其他（能够用在便携钟表上的）擒纵（枢轴（verge）、工字轮（cylinder）……）相比，他的冲击擒纵是极为先进的。然而，他的设计在可靠性上面存在着不少问题。在其他制表师如Ferdinand Berthoud，John Arnold，Thomas Earnshaw等人的不断改进下，冲击擒纵逐渐变成了我们现在常见的样子。它变得更好，更可靠（以航海天文钟的标准），而且逐渐能够工业化生产出来了。
回到文章开头的问题，爱彼的独家擒纵到底是不是冲击擒纵呢？各位可以自己去找资料。这里有个视频也可以作为参考（ 链接）。事实上，爱彼的版本在工作方式上和 Pierre Le Roy设计的冲击擒纵是一模一样的。所以就和现在“高级制表（Haute Horlogerie）”的许多其他东西，这个也只是数百年前的东西炒冷饭罢了。毕竟是“传统制表”嘛。老实说我也不期待机械构造在今天还能有什么破天荒的创造，毕竟查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）早在19世纪就已经造出（未完成的）差分机（difference engine）出来了。但你们做手表的炒完冷饭之后把东西宣传得像是自己的发明创造一样我就有意见了。
那么文章写道这里，该说的都说完了。再见！
*文中使用图片均来自于互联网。
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发表于 2016-2-16 06:45:41
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发表于 2016-2-16 13:08:46
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