名表通
标题: 最原始的冲击擒纵——Pierre Le Roy的设计 [打印本页]
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-2-16 06:45
标题: 最原始的冲击擒纵——Pierre Le Roy的设计
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。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-2-16 09:09
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-2-16 09:10 编辑
爱彼擒纵与LEROY的原始设计，工作原理确实是相同的，虽然外型不同，工作原理一样 。c、d相当于叉口，r、s相当于圆盘钉，e接受脉冲钉。不知说的对不对。
作者: OHSEAL 时间: 2016-2-16 13:08
好帖，先加个分慢慢看。
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-2-16 15:07
嗯，很正确的类比。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-2-16 17:09
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-2-16 17:10 编辑
第一图第一款，是 Urban Jürgensen的机芯，这有文字介绍 http://www.watchlead.com/wbbs/forum.php?mod=viewthread&tid=323517&extra=
我曾经上传工作原理在优酷，能搜索到的。
作者: nomorewatch 时间: 2016-2-17 05:13
很有营养的帖子
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-25 12:39
LEROY的这个设计，与现代瑞士杠杆擒纵，相同DNA太多。
文字记载说是LEROY发明了枢轴式冲击擒纵，后来Arnold弄成了弹片式，
贴中最后一张图，是LEROY发明的枢轴式冲击擒纵吗？
（枢轴式=转动回弹式）
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-25 12:40
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-25 12:49 编辑
LEROY的这个设计，与现代瑞士杠杆擒纵，相同DNA太多。
文字记载说是LEROY发明了枢轴式冲击擒纵，后来Arnold弄成了弹片式，
贴中最后一张图，是LEROY发明的枢轴式冲击擒纵吗？与你第一二三图的DNA好小。
注：（枢轴式=转动回弹式）
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-25 16:18
本帖最后由 三块贰毛5 于 2016-3-25 18:36 编辑
是的，最后一张图里面的是Le Roy发明的带转轴的冲击擒纵（pivoted detent）。pivoted detent这个词强调的是有转轴，所以我认为翻译成“枢轴式”还算有点道理（但容易和机轴擒纵混淆），但叫做“转动回弹式”就有点添油加醋了。虽然说大部分的冲击擒纵都会回弹，但至少Le Roy设计的pivoted detent是不会回弹的，应该引起注意。
作者: 空空儿 时间: 2016-3-25 23:51
继6哥之后，又一学术派
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-26 08:08
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-26 10:22 编辑
嗯，转轴但不回弹，注意到了，
如果抛开所有文字描述，只看图，在增加一幅杠杆擒纵原理图，把这5幅图进行基因比对，是不是…杠杆擒纵图与Le Roy的原始图，这两幅图基因相似度最高呢？（指工作原理相似度）
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-26 18:53
如果说有个东西晃来晃去这一点的话倒是挺像的，不过两者的工作原理还是有很大区别的。我们都知道，杠杆擒纵是利用叉瓦的斜面从擒纵轮经过擒纵叉间接地向摆轮传动；而Le Roy的冲击擒纵则和后来更为普遍的冲击擒纵一样，“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”。总之Pierre Le Roy设计的这个冲击擒纵非常特别就是了。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-26 21:40
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-27 00:06 编辑
除了有个东西晃来晃去的像，在擒纵轮上的动作也像，抓锁轮齿的那个零部件也像…
。
《仿佛只有补充能量给摆轮这一个动作，与枢轴冲击擒纵 同》。
与杠杆擒纵的动作有更多的相似，光从图上看仿佛感觉是这样，不知兄台……？
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-27 04:12
我会这么形容：Le Roy的冲击擒纵装置和杠杆擒纵看起来很像，本质上却有所不同；和后世的冲击擒纵看起来很不一样，但有着相同的本质。就这样。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-27 09:42
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-27 18:29 编辑
判断一个擒纵，是不是主要以补充摆轮能量动作方式为主要依据？…… ， 擒纵擒纵——擒与纵的动作是不是判定一款机芯结构的依据
请兄台赐教与斧正……
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-27 19:55
我不是专家所以也不敢说哪个是主要依据。但至少对于这个问题，我认为它们两者之间最大的差别就在于能量传递方式的不同。如果考究历史的话就更是这样了：Pierre Le Roy设计的这个擒纵是公认的最早的冲击式擒纵，后人正是以他的概念为原点完善了冲击擒纵的设计，并且为航海天文钟所广泛使用。另一方面，Thomas Mudge发明的杠杆擒纵向前可以追溯到格拉哈姆擒纵，向后则为便携式的机械钟表打开了道路。所以我认为把Le Roy的擒纵往杠杆擒纵的方向靠是不合适的。
当然，能量传递的方式也不可能是唯一的判断依据。不同种类的擒纵装置突出的地方各有不同。比如格拉哈姆擒纵最显著的特点是秒针不会后退，只会前进，因此也叫“直进式擒纵（dead beat escapement）”。又比如哈里森的蚱蜢擒纵最大的特点莫过于那两条“腿”了。
但也有一些擒纵装置根本说不清它算是哪个类别，只能从历史上给它找一些亲戚关系。
总结起来，要正确地给一个东西归类，一方面要洞察其本质，另一方面还要丰富的经验。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-28 00:23
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-28 00:50 编辑
兄台的贴与回复很有营养，非常感谢资料。无力挑战古文献的文字记载。 擒纵擒纵，认为主要在擒与纵的启动与运作，摆轮是控制擒与纵的时间，属后勤，摆轮获取能量的方式，更是后勤的后勤。个人是这样理解的。
话说爱彼，爱彼宣称独家擒纵是借鉴了冲击擒纵和杠杆擒纵，他这样宣传是真实呢还是噱头？或者是说Chronometre的噱头没有“独家”两字名气大？如果爱彼是冲击擒纵，那不在机芯上刻CHRONOMETRE的仿佛很少，现代商业竞争不的少。 但是文献记载、大家都公认，爱彼独家擒纵是冲击擒纵，我无话可说了。
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-28 01:24
感谢你的认同。商家的文案，随便看看就好。虽然他们极力声称自己与冲击擒纵不同，但根据我在主贴里面列出的论据足以证明，它依旧是冲击擒纵的一个变种。至于为什么这么做，我只能猜是他们想标新立异了——比起炒冷饭，声称自己有什么“突破性发明”可能更好听一些。当然归根结底，他们还是在炒冷饭。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-28 09:48
谢谢兄台的耐心回复，爱彼是想标新立异，标榜自己多牛逼，有突破性发明，实际是炒冷饭，你不提供本贴，还真不知道爱彼玩的原始，特别是申称发明了什么什么，感觉多么恶心与无耻，如能诚实宣传：我是借鉴某某的原理，或在某某原理基础上的改进，这样多受人尊敬。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-28 10:07
还有，爱彼独家擒纵上的那套安全防护，本可直接双圆盘，确换个笨重的马甲，宣称发明，
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-28 10:33
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-28 11:53 编辑
爱彼的独家擒纵机芯，感觉没有LAURENT FERRIER的229.01机芯爽，从运行的摩擦来看，后者在擒纵齿上摩擦更温柔。LF宣称借鉴了宝矶自然擒纵，爱彼遮掩着不称借鉴了Le Roy，妄言发明。话又说回来，新品牌这种诚实也可能是一种手段， 爱彼的奸诈可能也是营销与生存 所迫。 道德都不高尚。 新品牌需借光，老品牌可以欺客。 ……………… 兄台曾提到自然擒纵，锁住一个轮，另一个轮有间隙晃动，这是真实存在的，这种晃动感觉是零影响，或者说这种齿隙晃动撼动不了主擒纵轮，是不是可以算是零影响。如果把那个能晃动的擒纵轮用轻盈材质，或用狼牙齿啮合会不会更好？感觉狼牙齿接触点小，因齿有弧度仿佛间隙更小。
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-28 16:36
现在的机械表行业，哪个没有忽悠？特别是“高级制表”的领域总喜欢故弄玄虚，搞些华而不实的东西。实际上并没有什么数据证明，那些“恒定动力”、“自然擒纵”在实际使用中比劳力士之类的“普通表”要精准。至少我是不会期待这些东西派得上什么用场了。
在我看来，这些奇怪的机械并不是为了实用，而是为了特别而存在的。本来人们花少得多的钱就能买到一块实用得多的手表。但如果整个行业都在做这样的东西的话，今天的钟表行业大概就只剩几个巨头了。另一方面，总有些消费者希望得到更特别一些的产品。于是总会有一些（混得不太好的）厂家去做些跟别人“不太一样”的东西。这可以说是差异化竞争。与杠杆不同的擒纵装置就是一种差异化竞争，而它们瞄准的客户其实也只是那一小撮不缺钱又有特殊癖好的人。但指望这些东西进入主流市场就不实际了。
所谓“高级制表”就像肥皂剧，随便看看就好。
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-28 16:53
自然擒纵的齿间隙有可能导致零部件之间的配合出现差错，进而使擒纵卡壳。特别是在宝玑所处的年代，这个问题是致命的。现代的机械加工技术应该已经能把这个间隙控制在可接受范围以内了。然而自然擒纵依旧是一个不适合大规模量产的擒纵，因为大规模生产中置于首位的不是产品理论上的性能有多好，而是在受限制的成本下生产出质量稳定的产品。正如我在上一个回复里面说的那样，自然擒纵只要卖给一小部分人群就足够了。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-28 20:27
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-28 22:09 编辑
我正在攒钱买LAURENT FERRIER的229.01机芯坐垫形呢，还打算买后送给日本浅岗肇那儿改成滚珠轴承呢，
兄台的话几乎击碎我的梦，我就是那一小撮但缺钱又有特殊癖好的人，所以追求免保养的纯机械，至少在有生之年保持稳定，不用去操心保养。（丹尼尔斯的独立双轮怀表，就可免保养，机械表免保养是存在的）
兄台觉得丹麦Urban Jürgensen品牌的冲击擒纵手表如何？就是本贴第一图机芯，曾在2014年日内瓦获最佳男表奖，这个机芯是不是稳定耐久免保养？
作者: 林芷晨 时间: 2016-3-28 23:29
很有营养的帖子，要慢慢消化一下。谢谢楼主的解释。
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-28 23:33
坐垫形还挺好看的呀，我只是对那个有两个轮子的擒纵机构比较有意见。面对喜欢的东西只要攒钱买就是了，管他有用没用。
个人对Urban Jürgensen不太感冒，不做评价。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-28 23:39
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-29 00:10 编辑
坐垫形是钢款，价低点点，根本是不喜欢坐垫形，这个品牌的性价比还没有PP的高，很伤钱袋……两个轮子的，宝玑曾经放弃，看得出来你不喜欢，我确痴迷延长保养期
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-29 00:13
估计把丹尼尔斯那个独立双轮擒纵，缩小做成手表机芯，象积家的双翼一样动力分开，这样可能兄台喜欢！
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-29 00:55
本帖最后由 三块贰毛5 于 2016-3-29 02:56 编辑
非也非也。我不是不喜欢自然擒纵，而是我并不会在选择的时候把某些特别的技术纳入考虑范围以内。比起藏在盖子底下，基本上看不见的技术，我更注重那些看得见摸得着的部分。我会把外观放在首位，诸如壳形、盘面。时间应该清晰易读。其次是用起来的感受，比如说表冠的大小是否合适，厚度能否接受。对于经常佩戴的手表，故障率以及维修保养是否方便也是要考虑的。至于里面有什么技术，说实话我不想管他。
对于免保养，我个人是持怀疑态度的。确实存在只需很少维护的钟表，但那毕竟是少数。商业化产品能否真的如同宣传那样延长保养周期还是未知数。除此以外，就算擒纵很长时间不需要保养，但转轴的润滑油是要定期换的，自动上链机构是有可能坏的，日历搞不好会卡。即使成功避开前面这些机械故障，还有一个最普遍的问题：防水垫圈是会老化的。总之返厂的原因要多少有多少。开个玩笑：真正免保养的机械表只有斯沃琪的51，因为没人会有带它去保养的念头。
个人的一点建议：连样子都接受不了的东西，不买也罢。
作者: 三块贰毛5 时间: 2016-3-29 00:58
如果做得漂亮，我会想买的，不过总归不是冲着擒纵去的。话说回来就算喜欢，手头的银子也不够就是了。
作者: 如云如雾如烟 时间: 2016-3-29 20:13
本帖最后由 如云如雾如烟 于 2016-3-30 03:28 编辑
明白了，兄台先外观，然后别的。赞！
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