同轴擒纵机构

结构 擒纵古今之同轴擒纵机构

制动式擒纵机构的特征

上期说到了杠杆式擒纵机构，基于杠杆式擒纵机构耗能过多导致效率低这个弊端，钟表大师们另辟新径，设计出一种更为先进的擒纵机构——制动式擒纵机构。制动式擒纵机构与杠杆式擒纵机构之间的区别在于改变了杠杆式擒纵机构中擒纵轮部件、擒纵叉部件和双圆盘部件三部分固有的结构方式，制动式擒纵机构显示出的特点是：

杠杆式擒纵机构

首先，擒纵轮部件、擒纵叉部件和双圆盘部件三部分的位置布局已经不是像以往那样墨守陈规 ( 三者旋转中心成一条直线 ) ，而是按照设计师的思路打破传统使得在设计手表机心时的整体布局更具有弹性、更具多样化；

其次，擒纵轮齿形已经不是我们所熟知的那种异形齿，而是被设计成为尖齿形，此种齿形的好处在于减少接触面以便把摩擦力降至最低，使得能量损耗至最少，更甚至可以免去为了增加润滑度而点油这道工序；

再次，擒纵叉的形状也不像杠杆式擒纵机构里的那样固定，其形状各异，但目的都是为了满足自身的设计需要。此外，叉瓦也不是进瓦、出瓦两个了，而是根据设计需要在擒纵叉身上设置三个宝石，其功能也与杠杆式擒纵机构里的进出瓦有所变化；

最后，双圆盘上除了像以往杠杆式擒纵机构里那样被设置圆盘钉外，额外还设置了一颗宝石，此项设计是制动式擒纵机构最为关键的部分，这颗宝石的作用在于使擒纵轮齿可以直接接触双圆盘部件，也就是说擒纵轮得到的来自于机心原动系统的能量可以直接传递给摆轮游丝系统，而不需要通过擒纵叉这个中介者帮忙了。 

制动式擒纵机构的经典代表——同轴擒纵机构

链接：人物介绍 乔治·丹尼尔先生是世界上很少数自始至终都从事制表事业的人之一，1926年8月他出生在英国一个名为 Man 的小岛上。1944年他加入英国军队，那时他就对手表产生了浓厚的兴趣并经常帮朋友修表。1947年他离开军队之后，花费50英镑的抚恤金购买了相关器材，开始了自己的修表工作。凭借着从夜校学习的钟表知识，他顺利的成为了英国钟表爱好者联盟 (British Horological Institute)中的一员。后来，乔治·丹尼尔获得了在宝玑工作的机会，这个经历对他来说是非常好的学习机会，60岁的时候，乔治·丹尼尔先生已经是宝玑的首席专家。1974年，乔治·丹尼尔先生完成了同轴擒纵装置的设计，并凭借此获得了业内很有影响力的Tompion奖章，他是有史以来第五位获得此项殊荣的制表人。

说到制动式擒纵机构就必须谈及它最为经典的代表——同轴擒纵机构，它是由乔治·丹尼尔博士经过15年的时间，于1974年研制成功的一种新型擒纵机构。他设计的“同轴擒纵机构”的出发点是将擒纵轮与擒纵叉之间垂直方向的摩擦变为平行方向的摩擦，由于摩擦方向的改变从而减少了擒纵机构零部件之间的相互摩擦，带来的好处是降低了能量的消耗，使配备“同轴擒纵机构”的机械手表保养洗油周期延长至每10年甚至更长的时间保养洗油一次，最重要的是确保了机械手表精准度保持长久的极高稳定性。

“同轴擒纵机构”一经推出表坛随之轰动，究其原因引用乔治·丹尼尔(George Daniels)博士的话说“同轴擒纵机构”是十八世纪托马斯·穆(Thomas Mudge)发明杠杆式擒纵系统以来250年里第一款实用的新型擒纵机构。所谓“实用的新型擒纵机构”的意思是“同轴擒纵机构”的结构几乎是完美的，与使用最普遍的杠杆式擒纵机构相比，它的设计理念与结构是很先进的，可以说它开创了擒纵机构的新纪元，更重要的是此机构有那种像杠杆式擒纵机构一样装备任何一款手表机心的潜力。

下面就让我们对“同轴擒纵机构”一探究竟：

下页图1至图4为乔治 丹尼尔博士设计的“同轴擒纵机构”全周期的工作原理示意图，此同轴擒纵机构由双圆盘部件、擒纵叉部件与擒纵轮部件三部分组成，就结构而言它与杠杆式擒纵机构的基本构成是一致的，而不相同的地方是：

首先，同轴擒纵机构有别于杠杆式擒纵机构最大的创新之处就体现在这个名字里的“同轴”上，“同轴”指的就是它将杠杆式擒纵机构中应用的一个擒纵轮扩展为两个擒纵轮，即包括主擒纵轮11与副擒纵轮12，并且两者同轴共同转动，其中主擒纵轮11可是此擒纵机构的主力，它既要直接将能量传递给摆轮游丝系统，还要带着副擒纵轮12间接将能量传递给摆轮游丝系统。正因为它们功能不同，也决定了它们尺寸有所差别。

其次，基于上述设计创意，同轴擒纵机构将传统的杠杆式擒纵机构里镶嵌在擒纵叉上的进瓦与出瓦两颗宝石分解成为四颗，也就是说把两颗宝石可以完成的任务让四颗宝石来完成，这样原先进瓦与出瓦所承担的责任就被减轻了，并且任务很明确也可以算作责任制吧！第一颗宝石20与第二颗宝石21一左一右被固定在擒纵叉14的叉身上，它们的职责相当于杠杆式擒纵机构里的进瓦与出瓦锁接与释放主擒纵轮11，来控制它的转动速度；第三颗宝石26被镶嵌在擒纵叉14叉身靠近叉轴15的位置上，它的职责相当于杠杆式擒纵机构里的进瓦，副擒纵轮12在主擒纵轮11的带动下与进瓦相互碰撞并将能量通过擒纵叉传递给摆轮游丝系统；第四颗宝石25位于已经固定了圆盘钉18的双圆盘上，它的职责相当于杠杆式擒纵机构里的出瓦，主擒纵轮11通过它将能量直接传递给摆轮游丝系统。 

同轴擒纵机构

所谓“同轴”就是指的该结构将杠杆式擒纵机构中应用的一个擒纵轮扩展为两个擒纵轮，即包括主擒纵轮11与副擒纵轮12，并且两者同轴共同转动。

同轴擒纵轮部件10；主擒纵轮11；主擒纵轮11的尖齿11a、11b和11c；副擒纵轮12；副擒纵轮12的尖齿12a；擒纵轮轴13；擒纵叉14；叉轴15；限位块 16；限位钉17；圆盘钉18；双圆盘19；第一颗宝石20；第二颗宝石21；摆轴22；擒纵叉槽23；双圆盘的缺口盘24；第四颗宝石25；第三颗宝石26。

以下是乔治·丹尼尔博士设计的“同轴擒纵机构”全周期的工作原理示意图：

如右页图所示，只看结构你就会感觉它是个很有意思的“小家伙儿”。想法大胆、功能完美，的确开创当今新型擒纵机构之先河。以下就来详细介绍一下“同轴擒纵机构”的工作原理： 

第一阶段：摆轮左振幅解锁初始阶段

如图1所示，此时主擒纵轮11的尖齿11a的齿面压在第一颗宝石20的锁面上，并通过牵引的作用使擒纵叉14的限位块16以叉轴15为回转中心靠在上限位钉17上。摆轮在游丝力矩的作用下，由左振幅位置以逆时针方向向平衡位置运动，由于双圆盘19及圆盘钉18与摆轮是一体的，因此它们也会随摆轮一起逆时针方向运动。 

第二阶段：摆轮左振幅解锁阶段

如图1与图2所示，此时圆盘钉18与擒纵叉14的擒纵叉槽23的右壁发生碰撞，而擒纵叉14在此之前是静止不动的，由于圆盘钉18与擒纵叉14发生了碰撞使得擒纵叉14获得了一定的动能，并开始以叉轴15为回转中心顺时针转动。由于主擒纵轮11的尖齿11a的齿尖压在第一颗宝石20的锁面上，当圆盘钉18与擒纵叉14的擒纵叉槽23的右壁发生碰撞的同时主擒纵轮11的这个尖齿11a与第一颗宝石20也会发生碰撞。碰撞结束后，圆盘钉18沿擒纵叉14的擒纵叉槽23的右壁相对滑动而主擒纵轮11的尖齿11a的齿尖 与第一颗宝石20的锁面相对滑动，同时擒纵叉14会把第一颗宝石20逐渐提起。这时第一颗宝石20将逐渐升起直到它的前棱与主擒纵轮11的尖齿11a的齿尖接触为止，这就是摆轮释放主擒纵轮11的阶段即释放阶段。 

第三阶段：摆轮左振幅传冲阶段

如图2所示，释放结束后擒纵叉14在圆盘钉18的带动下顺时针旋转，此时由同轴的主擒纵轮11与副擒纵轮12组成的同轴擒纵轮部件10以擒纵轮轴13为回转中心逆时针旋转，直到副擒纵轮12的尖齿12a的齿尖与第三颗宝石26开始接触碰撞，并且沿第三颗宝石26的冲面滑动，这个过程是从副擒纵轮12的尖齿12a的齿尖与第三颗宝石26的冲面接触开始，到尖齿12a的齿尖与第三颗宝石26的前棱接触为止，相当于前面所介绍的杠杆式擒纵机构里的瓦传冲阶段。通过这次传冲，副擒纵轮12将能量传递给了擒纵叉 14，使得后者继续以叉轴15为回转中心顺时针旋转，同时擒纵叉14的擒纵叉槽23的左壁推动圆盘钉18逆时针旋转。由于圆盘钉18属于摆轮游丝系统，通过此次传冲过程摆轮获得了一定能量并逆时针向右振幅位置自由运动。 

第四阶段：锁定阶段

如图3所示，此时副擒纵轮12与擒纵叉14的第三颗宝石26脱离然后继续以擒纵轮轴13为回转中心逆时针旋转，直到主擒纵轮11的尖齿11b的齿尖碰到第二颗宝石21的锁面上，并且通过牵引的作用使擒纵叉14的限位块16以叉轴15为回转中心靠在下限位钉17上。由于主擒纵轮11的牵引力矩的作用迫使擒纵叉14以叉轴15为回转中心顺时针转动，直到擒纵叉14上的限位块16碰到下限位钉17为止。到此时同轴擒纵机构半个周期的工作过程已经结束，并处于 短暂的平衡状态。 

第五阶段：摆轮右振幅解锁阶段

如图3所示，摆轮在游丝力矩的作用下，由右振幅位置以顺时针方向向平衡位置运动。此时，圆盘钉18与擒纵叉14的擒纵叉槽23的左壁发生碰撞，使得擒纵叉14经过短暂的静止状态后获得了一定的动能，并开始以叉轴15为回转中心逆时针转动。由于主擒纵轮11的尖齿11b的齿尖压在第二颗宝石21的锁面上，当圆盘钉18与擒纵叉14的擒纵叉槽23的左壁发生碰撞的同时主擒纵轮11的这个尖齿11b与第二颗宝石21也会发生碰撞。碰撞结束后，圆盘钉18沿擒 纵叉14的擒纵叉槽23的左壁相对滑动而主擒纵轮11的尖齿11b的齿尖与第二颗宝石21的锁面相对滑动，并把第二颗宝石21逐渐提起。这时第二颗宝石21将逐渐升起直到它的前棱与主擒纵轮11的尖齿11b的齿尖接触为止，这使得摆轮再次完成了释放主擒纵轮11的整个过程。 

第六阶段：摆轮右振幅传冲阶段

如图4所示，释放结束后擒纵叉14在圆盘钉18的带动下以叉轴15为回转中心逆时针旋转，此时由同轴的主擒纵轮11与副擒纵轮12组成的同轴擒纵轮部件10以擒纵轮轴3为回转中心逆时针旋转，直到主擒纵轮11的尖齿11a的齿尖与第四颗宝石25开始接触碰撞，并且沿第四颗宝石25的冲面滑动，这个过程是从主擒纵轮11的尖齿11a的齿尖与第四颗宝石25的冲面接触开始，到尖齿11a的齿尖与第四颗宝石25的前棱接触为止，再次完成了一次瓦传冲过程。通过这次传冲，主擒纵轮11将能量直接传递给了摆轮游丝 系统，并通过此次传冲过程摆轮获得了一定能量并顺时针向左振幅位置自由运动。当然，以上说的接触及碰撞过程都是十分短暂的，我们看到的是被放大后的动作。 

对同轴擒纵机构运行原理的结论

欧米茄装有同轴擒纵2500型机心的CO4女款腕表

以上所介绍的是“同轴擒纵机构” 摆轮游丝系统左、右振动各一次，也就是两个半周期的工作过程。大家可以看出它和杠杆擒纵机构在两次振动中获得能量的输入方式存在有两处差别：第一，摆轮向左摆动时所需要的能量是由主擒纵轮直接输入；第二，摆轮向右摆动时所需要的能量是由副擒纵轮通过擒纵叉间接输入，这半个周期的工作过程与前述杠杆擒纵机构的半个周期的工作过程是比较相像的。

我们通过以上描述的结构和工作过程还可以得出以下结论：同轴擒纵机构把原来杠杆式擒纵机构所要担负的任务分配得更为具体，即用四颗宝石来完成原先两颗宝石完成的任务，这样就可以减少由于原来的进、出瓦 ( 两颗宝石 ) 身兼两职 ( 为摆轮游丝系统传递能量和控制擒纵轮的转动速度 ) 而导致的在传递中能量的过多损耗。但要使它们配合协调，这就需要零件有相当高的加工精度，所以在当时人们感觉虽然乔治·丹尼尔博士的“同轴擒纵机构”的设计理念与结构是很先进的，但是他的这个结构相对于普遍使用的杠杆式擒纵机构更复杂，这就决定了对于它的零件精度要求会相当高，以至于加工难度会很大。 

杠杆式擒纵机构与同轴擒纵机构的对比

欧米茄同轴擒纵机构的立体效果图 装置于欧米茄2500型机心中

无论是被普遍使用的杠杆式擒纵机构，还是先进的同轴擒纵机构，它们自身都存在着优点与缺点：

杠杆式擒纵机构的优点：

1. 结构相对简单；

2. 虽然对零件加工精度有一定的要求，但是其加工难度不高，适合大批量生产；

3. 整体结构经过上百年的考验和实践，其可靠性和稳定性已经得到了充分的鉴证。

杠杆式擒纵机构的缺点：

此结构在运动过程中受到较大的碰撞与摩擦而使得能量消耗大，工作效率不高。

同轴擒纵机构的优点：

1. 改变杠杆式擒纵机构擒纵轮、擒纵叉与双圆盘的位置关系使其结构紧凑，这样可使擒纵叉与擒纵轮的距离缩短利于减少耗能，并可在冲撞发生的 时候同时减少外来冲击力对擒纵叉的影响。

2. 主、副擒纵轮采用尖齿形，这样可以使得主擒纵轮与双圆盘上的宝石以及副擒纵轮与擒纵叉上的宝石传冲能量的碰撞与滑动的时间减短，并且可 以减少接触面，从而减少摩擦力产生。它的运作效果类似齿轮和齿轮间的啮合的方式，这意味着它不太需要润滑油，仍可长期确保计时的精准。

同轴擒纵机构的缺点：

1. 虽然它结构先进，并且也为了适合批量生产而进行精心改良，但是其零部件的制造难度还是很大，原因在于它的结构决定了每个零部件的制造精 度不能按照杠杆式擒纵机构的制造标准去要求。它必须要有更高的标准，才能保证零部件相互间精确协调的配合，所以这就使得此结构在目前仍不能大 批量应用到普通机心当中，而只能被设置于对走时精度要求高的高档手表中。

2. 由于同轴擒纵机构将能量输入给摆轮游丝系统左、右两个半周期的路径有所不同，即摆轮向左摆动时所得到的能量是由主擒纵轮直接输入；而摆 轮向右摆动时所得到的能量是由副擒纵轮通过擒纵叉间接输入，这使得摆轮在两次振动中所得到的能量不可能一致，因此摆轮左、右振幅就有可能存在 差别而导致等时性受到影响。 

“同轴擒纵机构”手表的成功

欧米茄装有同轴擒纵机心的碟飞Hour Vision年历限量版腕表

即使同轴擒纵机构在工艺和结构上还有不足，但它确实是擒纵机构的一次变革，所以欧米茄大胆采用。在随着欧米茄将装有“同轴擒纵机构”手表 的推出，并由此获得成功之后，包括了积家、爱彼、宝玑和百达翡丽等知名品牌也都先后推出自己研制的新型擒纵机构。虽然他们设计的新型擒纵机构结构各异、力求新颖，但是这些设计都融合了杠杆式擒纵机构与制动式擒纵机构的设计思路，尤其受到了“同轴擒纵机构”设计理念的影响。所以，他们所设计的擒纵机构或多或少都存在在摆轮左右摆动时得到能量不一致的问题，而这一问题的出现更加激发了设计师们的设计热情，在众多解决方案 中，当数雅典表的钟表设计大师欧克林博士的方案“双擒纵机构”的发明，此擒纵机构是如何解决这一问题的，又具有哪些创新之处，敬请关注下一期 双擒纵机构解析。