表的心脏-擒纵系统
[简介]
擒纵系统是机芯的心脏，擒纵轮带动擒纵叉一擒一纵，
完成锁接、传冲、释放的动作，将动力传输给摆轮，由摆轮完成时间的分配，
达到调速的作用。可以说机械表的准确与否与擒纵机构有最大的关联。
由于历史上有记载的擒纵系统达数千种，无法全部介绍，
这边只挑具有代表性的几种介绍给大家。
[种类]
1. verge escapment 机轴擒纵, 又称 冠状轮擒纵机构（crown-wheel escapement)
http://i.imgur.com/LU4zvKl.gifv
http://i.imgur.com/qv7qiiG.jpg
http://i.imgur.com/BGy7Dgj.png
http://i.imgur.com/G81HaxI.jpg
14世纪在欧洲出现的早期擒纵机构，用了将近400年之后，到了19世纪后期，
逐渐开始流行轻薄款怀表，冠状轮都做得很小，因此磨损效果被放大，导致上紧发条时，
钟表会运行得非常快，每天都会走快好几小时，成为最不准确的擒纵系统，
才逐渐被其他更好的擒纵系统取代。
机构擒纵主要的组成部分是一个形似西方王冠的“冠状轮”作为擒纵轮，
它的凸齿与“机轴”上的两个“擒纵片”相咬合。
当时这种机构使用在大型的机械钟里面与芝麻链怀表中
(跟芝麻链合并一起又称verge fusee)
机轴擒纵的优点是就是不需要加油，也不需要很精细的制作工艺。
而缺点是，每一次齿轮与擒纵叉咬合时，摆杆形成反作用力，
推动冠状轮向后一小段距离(回退)
冠状轮上的轮齿数必须为奇数，通常两片擒纵叉之间的夹角为90°-105°，
从而使钟摆的摆角为80°-100°。
为了减少钟摆的摆动，增加等时性，法国人将擒纵叉之间的角度加大到115°。
这样钟摆的摆角为50°左右，减少回退。
但机轴需要被安装得离冠状轮非常近，因此轮齿与擒纵叉相碰时离轴很近，减少了杠杆作用，增加了摩擦力，
造成擒纵机构的磨损以及走时的不精确。
运行影片: https://www.youtube.com/watch?v=LuuBUzGrn3w
2. Anchor escapment 锚式擒纵
http://i.imgur.com/l2kVUUz.gifv
http://i.imgur.com/8oUkZrx.jpg
由英国博物学家Robert Hooke于1660年左右发明的锚式擒纵机构迅速地取代机轴擒纵机构，成为19世纪摆钟所使用的标准擒纵机构。
比起机轴擒纵机构，其钟摆的摆角减少了3-6°，增加等时性，而且其更长、移动更慢的钟摆消耗更少的能量。
锚式擒纵机构大多数用于狭长型的摆钟里，尤其是老爷钟。
运行影片: https://www.youtube.com/watch?v=z_7rE8afFfo
3. Detent escapment 冲击式天文台擒纵
http://i.imgur.com/59uK1Oo.jpg
冲击式天文台擒纵，是一种自由式擒纵，最常用于航海天文钟，在18世纪和19世纪的一些精密钟表内也使用这种擒纵机构。
冲击式天文台擒纵由四个主要部分组成：擒纵轮，冲击圆盘，解锁圆盘和制动器。
最好的船钟，请参考Hamiltion 21号船钟: http://tieba.baidu.com/p/2935917104
不同的制动器将冲击式天文台擒纵机构分为两种：转动回弹式（pivoted detent）和弹片回弹式（spring detent）。转动回弹式是法国制表师Pierre Le Roy于1748年发明，他将制动器安装在转动轴上，制动器棘爪将擒纵轮锁定并带回原位，而这个机械臂后来被一根固定在金属板上的弹簧，或者是一根安装在转轴上扁平的螺旋弹簧替代。
弹片回弹式的制动器和弹簧是呈一体的。弹簧的弹性使得通过将锁定臂带到一边而解锁擒纵轮，并且之后将锁定臂带回原位。
弹片回弹式擒纵机构是英国制表师John Arnold设计的。
英国制表师Thomas Earnshaw之后在Arnold设计的基础上进行了修改。他将带齿轮的擒纵轮变成平滑的擒纵轮，还改变了锁定时压力的方向。
这种擒纵被认为是最准确的擒纵之一，平放时误差每月只有1~2秒，
但是这种擒纵并不适合用在怀表或手表上，因为它很脆弱，抗干扰(震动)能力差，有一点震动可能会造成擒纵停摆。
另外制作与安装维修的技术含量很高，难以量产，也限制了这种擒纵的普及与发展。
怀表时代也只有很少数的产品有使用，因此品相好的冲击式擒纵非常有收藏价值。
而现代除了极少数表厂(ex: Urban Jurgensen)使用外，几乎已经绝迹。
Urban Jurgensen detent escapment 运行影片:
https://www.youtube.com/watch?v=ylHg9hZp-v0
detent escapment 运行影片:
https://www.youtube.com/watch?v=Z-bSZ1VTq8Q
4. Cylinder escapement 气缸式擒纵(俗称工字轮)
http://i.imgur.com/8bxNzPk.png
1695年，英国制表师Thomas Tompion发明工字轮擒纵。 1720年左右，Tompion的继任者George Graham对此加以改进，其擒纵轮齿的形状类似于中国的“工”字，因此得名。
工字轮擒纵的一大优点就是它可以被做得非常薄，但是太容易磨损，
所以在18世纪只用在少数擒纵轮与摆轮有使用红宝石的高端怀表上。
到了19世纪，法国透过淬火过的钢增加了工字轮与圆柱轮的耐磨性，
因此被大量的使用在法国与瑞士的怀表与小钟上，通常在怀表上配合著
lepine机芯使用。
备注: Jean-Antoine Lépine(1720-1814) 法国表匠, lepine机芯采用分离式夹板设计，
相对于verge fusee全甲板的设计，让摆轮可以跟其他轮系放在一起，对薄化怀表机芯带来革命性突破，
也是后来瑞士山谷式机芯的前身。
lepine机芯:
http://i.imgur.com/MmGLub3.jpg
http://i.imgur.com/x8utnAz.jpg
http://i.imgur.com/asqbwGD.jpg
瑞士山谷机芯:
http://i.imgur.com/HbEisz6.jpg
另外这种夹板成本比全夹版低很多，因此当时很多瑞士的低档怀表都使用，当时瑞士可是很穷的...。
工字轮擒纵主要由工字轮（擒纵轮）和圆柱轮（摆轮）组成。工字轮一般有15个轮齿。
当工字擒纵轮的轮齿撞击圆柱的套管，它靠在套管表面上，直到摆轮游丝的作用使其朝圆柱的凸缘方向移动，轮齿的冲面开始给摆轮动力。
工字轮擒纵的缺点是不容易制造，有些脆弱，擒纵轮与摆轮一直接触容易导致磨损，所以要定期保养。
cylinder escapment 运行动画: http://www.clock-watch.de/index.html?html/tec/hem/zyl.htm
cylinder escapment 运行影片: https://www.youtube.com/watch?v=zfcbvRdqfuk
5. Duplex escapement 复式擒纵
http://i.imgur.com/jLU1HTp.png
1700年左右，英国博物学家Robert Hooke发明了复式擒纵机构。
随后，Jean Baptiste Dutertre和Pierre Le Roy加以改良，直到1782年，Thomas Tyrer完成最后设计，并申请到专利。
在Tyrer的专利中描述的是一个“带有两个轮子的”擒纵机构。
之后的几年内，其他人装置制作的则是由一个单轮和两套轮齿组成的擒纵机构，
也许这是为了规避专利的方式。然而，使用单轮也有可能是出于技术原因，因为单轮具有较小的惯性。复式擒纵很难制造，
但比红宝石工字轮擒纵机构的性能更好。它被应用于1790年至1860年间高品质的英国怀表中，以及1880-1898年廉价的美国怀表中。
复式擒纵机构是非自由式擒纵机构，摆轮不会脱离擒纵轮，因为轮齿紧靠着滚轴。
因为擒纵叉和脉冲齿几乎平行运转，很少有滑动摩擦，所以很少需要润滑。
但是复式擒纵机构对冲击力很敏感，如果在摆轮顺时针摆动时突然受到震动，那就不能再启动。
duplex escapment 运行动画 http://www.clock-watch.de/index.html?html/tec/hem/zyl.htm
duplex escapment 运行影片 https://www.youtube.com/watch?v=_vELGz9IdrM
6. Lever escapement 杠杆式擒纵，俗称马式擒纵
瑞士式，又称内连式(Inline lever escapement)，瑞士与美国使用
http://i.imgur.com/ZMtg8St.jpg
英国式(English lever escapement)，英国使用
http://i.imgur.com/mCozsMH.jpg
杠杆式擒纵是分离式的擒纵，从而使手表或时钟的计时完全免于来自擒纵的干扰。
杠杆式擒纵是由英国制表师Thomas Mudge在1750年发明的，
后来经过了包括Breguet和Massey在内的制表师们开发，被应用到大多数机械手表、怀表和许多小型机械钟(非摆钟)里，
它被普遍使用的原因，是因为有结构简单可靠、容易加工与装配、易于校准、对外界干扰的容忍度高，在受外界干扰导致擒纵系统停止时，
能够自启动等优点。
缺点是擒纵轮施加推力的方向与擒纵叉运动方向不一致，通常这两个方向有近60度的夹角，因而只有50%的动力被传递给摆轮，能量浪费显著；
此外擒纵轮齿与擒纵叉瓦之间作用过程滑动摩擦较大，必须依靠额外的润滑，否则阻力将显著增加
白话讲就是浪费能量跟重度依靠润滑。
因此现代机械表90%以上都是使用瑞士式杠杆式擒纵，是目前使用最普遍的擒纵系统。
附注: 为何能够自启动?
因为它是"双冲击"的，也就是说摆轮来回摆动一个来回接受两次能量传递。
与之相对应的冲击擒纵或是复式擒纵的“单冲击”。理论上讲，"单冲击"对振动系统的影响较小，获得精度也较高。
但在受外界干扰强烈的手表中，这种优势简直可以忽略不计，因为振动系统会受到比来自擒纵系统多得多的干扰。
反之"双冲击"对外界干扰的承受能力要好得多。在受到强烈振动或是转动使摆轮停在平衡位置的时候，"双冲击"可以接受能量继续运转
英式运行动画: https://www.youtube.com/watch?time_continue=9&v=deGneKi2Tm8
瑞士式运行动画: https://www.youtube.com/watch?v=ejgyCZELQ64
7. Co-axial escapement 同轴擒纵
http://i.imgur.com/a59dwLz.jpg
杠杆式擒纵由于整个运动过程中所产生的摩擦方向都是垂直的，导致大量能量被消耗，只有少部分能量被传递给摆轮，
所以钟表师们希望能够另辟蹊径，制造出更为先进的擒纵机构。
20世纪英国制表大师George Daniels(1926-2011)，
http://i.imgur.com/ADMXdoQ.jpg
利用自己多年的制表经验以及对古董表的研究，于1974年创造出同轴擒纵，
后来经过长时间的拜访、参展与谈判(30年)后，跟swatch集团合作，早期的omega cal.2500，就是用ETA改的同轴擒纵。
在经过数年砸下大笔的研发费用与实验性的发展(例如omega常发生偷停的cal.2500)，
omega终于做出稳定的同轴系列机芯，如cal.8500与cal.9300。
http://i.imgur.com/qCkecEI.jpg
缺点是零件加工精度要求较高，部件之间配合度要求也很高，只有有一点点偏差就会造成问题，
白话一点就是保养难度比杠杆式难多了。
优点为传动机械效率提高，有更高的上链效率，更长的续航时间，
确保持久稳定的精度，擒纵部件之间摩擦减少使得工作寿命长。
Co-axial escapement 运行影片: https://www.youtube.com/watch?v=NMWpT-MniFo
更详细的同轴擒纵发展历史请看这篇: http://www.watchlead.com/wbbs/thread-295494-1-2.html
杠杆式擒纵与同轴擒纵机构优劣性分析: http://www.watchlead.com/wbbs/forum.php?mod=viewthread&tid=263623