教你识遍20种经典钟表擒纵机构

　　复式擒纵机构Duplex escapement

复式擒纵机构模型

　　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（无说明图）。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。复式擒纵机构很难制造，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

　　复式擒纵机构与冲击式天文台擒纵机构有很多相似之处，摆轮只在两个振幅中接受一个脉冲。擒纵轮有两套轮齿（因此叫做"复式"），长的锁定齿从擒纵轮的边缘突出，短的脉冲齿从顶部向轴方向竖起。锁定齿靠上红宝石滚轴，运动周期开始。当摆轮逆时针摆动通过其中心位置时，红宝石滚轴上的槽口释放轮齿。当擒纵轮转动时，擒纵叉正好处于能从脉冲齿接受推力的位置。当摆轮完成其周期时，下一个锁定齿下落到红宝石滚轴上并且停留在那里，然后摆轮顺时针摆回来，重复上述过程。摆轮顺时针摆动时，脉冲齿又会马上落入到红宝石滚轴的缺口，但不会被释放。

　　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。

　　蚱蜢擒纵机构Grasshopper escapement

搭载了蚱蜢擒纵机构的钟

　　18世纪，英国制表大师John Harrison发明的蚱蜢擒纵机构是一种罕见而有趣的擒纵机构。当时，确定经度位置对于海上航行是一大难题。古代的海船只能沿着海岸线走，否则等待船员的就是死亡。牛顿提出可用天文定位来解决问题，但是Harrison却独树一帜，大胆利用机械方法解决问题。地球每二十四小时自转一周，这一周也就是三百六十度。于是，每个小时就相当于经度的十五度。只要知道两地的时间差异，就可以知道两者之间的经度差了。这样，经度的确定就转换成另外一个问题：如何测定两地的时间差。海船行驶中，船员可以利用太阳或其他天体的位置来确定当时的时间。如果知道那时某基点的正确时间，那就能确定出海船的经度位置了。于是，Harrison四十年如一日地潜心制作了后来被称作"精密时计"的完美计时器。

　　在这个擒纵机构中，钟摆是由两个蚱蜢爪形状的擒纵叉驱动，两个擒纵叉的尾端稍重，这样它们能自然倾斜，离开擒纵轮。第一个擒纵叉离开擒纵轮的齿道，第二个擒纵叉给钟摆动力。第一擒纵叉停止工作，回到原位，钟摆被第二个擒纵叉推动到最低位置，第一个擒纵叉再次卡出擒纵轮。它被钟摆摆动的摆势驱动碰到擒纵轮，将其稍稍向后拖动。于是擒纵轮释放了第二个擒纵叉，给钟摆传递动力的任务又回到了第一个擒纵叉那里。蚱蜢爪形状的擒纵叉的运动比起传统的擒纵机构所涉及的滑动摩擦少得多，因此它不需要润滑，磨损很少，所以Harrison最早是用木头做成擒纵叉。Harrison后来将擒纵的设计修改成一个擒纵叉"拉"而不是"推"擒纵轮，并在转臂下方加了个钩状物与擒纵轮接触。

　　与当时的其他擒纵机构相比，蚱蜢擒纵机构里的钟摆受外力驱使摆动，而非自由摆动。这扰乱了钟摆作为谐振子的自然运动。由于差不多同一时间，George Graham推广了直进式擒纵机构，消除了这一问题。简单实用的直进式擒纵机构变成了精密时钟的擒纵机构。

　　蚱蜢擒纵机构没有被广泛使用，John Harrison将其应用于他的航海钟H1、H2和H3中，还有一些标准钟使用蚱蜢擒纵机构，但是，Harrison的钻研以及探索精神影响至今。