前言：此文涉及少量专业钟表知识，部分表述可能不太清晰，请表友们勿介。
到20世纪，制表业已经确定了瑞士杠杆擒纵机构的主流地位，第一个原因是长时间的市场验证它可靠的性能，第二是它适合大规模生产。然而，在20世纪后几十年，一位英国制表商试图挑战行业现状。1974年，George Daniels乔治·丹尼尔斯发明了“同轴擒纵机构”，他认为自己的设计新颖且实用，并且在功能上比瑞士杠杆式擒纵机构更优越。丹尼尔斯的发明实现了自己的雄心壮志，至少部分实现了，因为他发明的“同轴擒纵机构”卖给了欧米茄，然后在1999年开始工业化;如今，欧米茄每年生产的数十万枚机芯中都有它的存在。
解决疑难问题，从宝玑到丹尼尔斯
简而言之，任何机械计时器都需要一个擒纵机构来调节主发条释放的能量。擒纵机构的工作方式类似于步进机构：擒纵机构以设定的速度锁定和解锁齿轮系的运动。大多数擒纵机构都由一个擒纵轮组成，擒纵轮被杠杆挡住，并由固定在螺旋游丝上的摆轮定期释放。
擒纵轮由主发条及其相关的传动系驱动，直接或间接地驱动摆轮的摆动运动。由此可见，擒纵机构同时执行两项功能：在保持摆轮摆动的同时，确定主发条释放能量速率。
上个世纪，钟表业使用的几乎都是容易大批量生产以及调整的瑞士杠杆擒纵机构，但其依赖于大幅度的滑动，为摆轮提供间接动力。
这种滑动运动产生的滑动摩擦力，会相对加快连接组件的磨损，于是自钟表发明以来，擒纵机构就使用杆的宝石托盘和擒纵轮齿的寿命。
然而，润滑剂会随着时间的流逝而变质。当今使用的合成润滑油比亚伯拉罕-路易·宝玑时代使用的天然润滑油更持久，天然润滑油容易结块，导致它们的作用与预期目的背道而驰，机芯过早磨损。在现代制表业中，最好的润滑剂也不会永远有效，因此完美的擒纵机构要么需要永久性的润滑油，要么在设计上不需要润滑的“干式”擒纵机构中完全消除润滑剂。作为制表师而不是化学家，丹尼尔斯在寻求完美擒纵机构的过程中自然而然地选择了后一种解决方案。
近两个世纪以来，高级天文台表中选择的无油擒纵机构叫做天文钟擒纵机构，首先使用在高档钟表中，也被称为天文台擒纵机构。虽然在手表中使用过于脆弱和不可靠，但天文钟式擒纵机构体现了擒纵机构最纯粹的概念，因为它几乎以无摩擦的方式为摆轮提供直接推动力，并带有最轻微的切向推动力。换句话说，天文钟擒纵机构在其运行中不会产生滑动摩擦。
但是天文钟擒纵机构的主要缺点是脉冲是在一个方向上提供的，换句话说，每次摆动一次，而不是杠杆式擒纵机构中摆轮每次交替每次摆动两次，天文钟擒纵机构并非设计自启动。因此，如果摆轮意外或有意停止，天文钟擒纵机构无法自行再次启动，需要轻轻摇动时计才能启动摆轮摆动。
此外，停止擒纵轮的止动件很容易受到冲击的干扰，导致擒纵轮过早解锁。顺便提一下，擒纵机构的名称来源于在摆轮的辅助弧形期间扣留擒纵轮的装置（止动在法语中意为“扣留”）。一般来说，安全滚轮不能用于这种擒纵机构，无法解决这些问题。
丹尼尔斯在他早期的怀表中使用了止动擒纵机构，但认识到其弱点不适合广泛使用，尤其是在手表中。时至今日，止动擒纵机构从未成功用于大规模生产，仍然是很多手工腕表的特色。
应一位客户的要求，该客户委托制作了一款带有“非凡擒纵机构”的手表，Daniels 丹尼尔斯求助于他作为宝玑学者的经历，并从宝玑（当时）鲜为人知的发明之一“自然擒纵机构”（échref='https://www.80590.com/watch/jianxiu/1370.html' target='_blank'>appement naturel）中汲取灵感。
宝玑的自然擒纵系统包括两个以镜像布局排列的类似棘爪的擒纵轮，均由一个枢轴棘爪控制。每个擒纵轮由两层组成，一层是带棘轮状齿的实际擒纵轮，另一层是圆周较大的齿轮。
两个擒纵轮组件通过其较低、较宽的齿轮的啮合连接在一起。其中一个擒纵轮还配备了一个传统的擒纵小齿轮，与齿轮系的其余部分啮合。在主发条的驱动下，第一个擒纵轮与第二个擒纵轮啮合，后者的旋转速度理论上与第一个擒纵轮的速度相同。
为了清楚起见，我介绍了 F.P. Journe 的自然擒纵机构专利，现代而又高度忠实地呈现了 échappement naturel。在图。在图 1 中，我们可以观察到两个大型擒纵轮，每个擒纵轮下方都有自己更宽的驱动齿轮（图中标记为 2 和 3）。
宝玑的发明本质上是一种擒纵机构，它以与天文钟擒纵机构相同的有利方式推动平衡轮——没有滑动摩擦——但它是两次振荡，每个擒纵轮交替提供一次推动力。
宝玑自然擒纵系统的主要问题在于驱动第二个擒纵轮的传动装置。根据设计，当主擒纵轮被棘爪锁定时，第二个擒纵轮没有任何负载，也没有来自发条盒的张力。这与不完美的齿形相结合，导致第二擒纵轮的啮合内产生游隙。
这种不需要的径向游隙会导致能量损失以及不相等的冲量。同样，两个啮合齿轮之间产生的摩擦被证明是巨大的。再加上第二个擒纵轮在其啮合中产生的惯性损失，擒纵设计的效率增益在实践中被当时的制造条件所限制。即使经过多次调整，宝玑最终还是放弃了这个研究方向，将注意力转移到杠杆式擒纵机构上。
一个多世纪后，丹尼尔斯通过移除双擒纵轮之间的啮合齿轮，让它们独立运作（图 2），从而解决了宝玑面临的问题。他将第二个擒纵轮连接到镜像第一个擒纵轮的二级齿轮系。两个齿轮系在摆轮附近汇合，并通过一种枢轴制动器同步，该制动器交替锁定和解锁每个擒纵轮，有效地作用于两个擒纵轮。
结果是他的双轮擒纵机构——用在他最著名的太空旅行者怀表——提供令人满意的精准走时。丹尼尔斯本人在他的回忆录中讲述了配备这种擒纵机构的时计一个月仅偏差了一秒。
宝玑自然擒纵机构的优点意味着丹尼尔斯并不是唯一一个以这一想法为基础的制表师。在 21 世纪，得益于现代技术，它已经走得更远，例如，雅典表是第一家在双硅擒纵轮形式的机械机芯中使用硅的制表商。
丹尼尔斯对自己的创举感到满意，但他并没有进一步开发独立双轮擒纵机构，因为他认为即使有可能大规模生产设计，但实现程度非常困难。他在试验天然擒纵机构时获得的经验给他留下了深刻的印象，他亲眼目睹了低摩擦、双脉冲擒纵机构在实际测试中的卓越性能。继而，它在同轴中保留几乎完全相同的摆轮设计，只留下一个脉冲托盘而不是两个。
Fasoldt’s way 法索特的方式
Charles Fasoldt法索特（1819 – 1889 年）出生于德国德累斯顿市，是一名钟表匠，后来移民到美国，并最终在纽约奥尔巴尼开设了店铺。他专注于各种计时器，从塔式钟到精密袖珍天文台表。除其他外，他因发明了用于怀表的大型时钟擒纵机构和较小的擒纵机构而受到赞誉。
但这是美国专利号中描述的他的发明。最重要的是 1865 年 3 月 7 日的 46'652。简单地命名为“C. Fasoldt, Chronometer”，它谈到了“一种新的和改进的天文台擒纵系统”。该专利通过四张图纸进一步详细说明了擒纵机构，其中三张显示了处于不同脉冲和锁定阶段的擒纵机构（图 3）
Fasoldt法索特 的擒纵机构由两个同轴安装的擒纵轮、一个三擒纵叉杆和一个摆轮滚轮组成。杠杆由镶有宝石的指桥和两个销钉上的斜坡固定，其方式类似于传统的瑞士杠杆式擒纵机构。尽管专利图纸省略了叉子上的安全滚轮和销钉，但 Fasoldt法索特 的擒纵机构同时配备了这两者。
值得注意的是，Fasoldt 的发明也是一种双联擒纵机构——Fasoldt 擒纵机构是最早采用同轴安装的双堆叠擒纵轮的机构之一，而且他无疑是第一个使用三擒纵叉杆的人。
发明于 18 世纪初，上述双联擒纵机构是第一个配备两级齿擒纵轮的擒纵机构。双联擒纵机构的一些迭代用凸起的支柱取代了一个轮子，以努力降低不需要的惯性。奇怪的是，由 Daniels 的门徒 Roger W. Smith 开发的同轴擒纵机构的最新迭代使用了相同的技巧，用支柱代替一个擒纵轮，从而形成了具有单个擒纵轮的同轴擒纵机构。
虽然在当时令人满意，但双联擒纵机构低效且不可靠，因为它严重依赖与摆轮心轴的长时间直接接触，这会导致摩擦静止。尽管不是最出色的计时器，但双联擒纵机构率先提出了两级擒纵轮，这是 Fasoldt 擒纵机构的一个关键特征。
虽然 Fasoldt 将他的发明称为天文钟擒纵机构，但它显然不是，而是双轮擒纵机构。
它的功能相当简单：注意一个锁定托盘（图 3 中的 d）如何明显更靠近杠杆的支点。这导致它通过与托盘 e 相同的弧形实现更深的穿透。由于 d 的角度穿透比期望的更深，可能会发生一些轻微的滑动，但不会像瑞士杠杆那样严重。
这种几何形状的预期效果是较慢的解锁，然后是相对较快的锁定，这进一步导致擒纵轮在擒纵叉 d 解锁和擒纵叉 e 锁定时前进的无穷小。这种特殊的布置和功能类似于 18 世纪法国制表师罗伯特·罗宾 (Robert Robin) 设计的罗宾擒纵机构。
虽然乍一看似乎并不特别值得注意，但有一个小细节后来证明很重要：由于杠杆的间接推动力，只有当其旋转方向与擒纵机构的旋转方向相同时，平衡轮才会受到推动车轮。这背后的原因很简单：组合（擒纵轮、杠杆和摆轮）的功能就像奇数个啮合齿轮（在擒纵轮通过杠杆与摆轮啮合的短暂时间内），在这种情况下，最后一个齿轮（在这种情况下，摆轮）与第一个（擒纵轮）的旋转方向相同。
发生这种情况是因为杠杆承担了中间轮的作用，在擒纵轮和摆轮之间间接传递力。在直接脉冲式擒纵机构中，情况正好相反，当摆轮沿与擒纵轮运动相反的方向摆动时，就会产生脉冲，这种运动类似于偶数齿轮的运动。
假设主发条和齿轮系迫使擒纵轮沿顺时针方向移动，并且在给定的时刻摆轮顺时针摆动，Fasoldt 的擒纵机构的功能如下：当摆轮在刚刚受到推动后目前正在完成一个补充弧线时，擒纵轮通过棘轮 d 保持锁定状态。当游丝的阻力克服冲量时，摆轮逆时针摆回，其销钉与杠杆 c 的叉子啮合，并将其从一个倾斜销钉拖到另一个倾斜销钉。在支点的另一侧，擒纵叉 d 从擒纵轮 b 的齿缩回的速度足够慢，使得擒纵叉 e 在擒纵轮离开擒纵轮移动后几乎立即抓住另一个齿。
两个擒纵轮都移动了一个小弧线，使擒纵轮 a 的齿就位并准备落入杠杆的脉冲托盘中。退出与杠杆 c 的结合后，平衡轮在其自身动量的驱动下继续逆时针运动。当上述动量被游丝的阻力克服时，它再次改变方向，假设为顺时针方向。摆轮销再次与杠杆 c 的叉子接触，将其从一个银行销逆时针拖动到另一个银行销，这导致擒纵叉 e 与擒纵轮 b 分离，擒纵叉 d 落在它用于锁定前一个轮齿的正后方相位，它使擒纵轮 b 可以自由旋转等于其两个齿之间的距离的距离。
与轮 b 同时移动，轮 a 的一个齿落到脉冲托盘上，推动托盘，托盘又将接收到的脉冲通过杠杆传递到平衡轮。擒纵轮 b 锁定到擒纵叉 d 并停止，同时脉冲摆轮顺时针加速。这一系列事件有规律地发生，直到主发条的动力耗尽。
显然，作为单节拍擒纵机构，Fasoldt 并不是自动启动的。与天文钟擒纵机构的情况一样，Fasoldt 需要轻轻摇动才能启动摆动。
没有指定逃逸角或升力角，但可以从 Fasoldt 的草图中得出令人满意的准确结论——升力角的近似值为 62°。杠杆与摆轮的圆周比为 1.2:1，杠杆角度约为 52°。这些值表明由于杠杆和摆轮之间的长时间接合导致擒纵机构的效率降低。
虽然 Fasoldt 和他的擒纵机构都没有成名（他的制表业务取得了一定的成功），但他对具有计时功能的擒纵机构的看法有其优点。脉冲以径向但间接的方式传递，下降过程中的切向接触仅产生少量静止摩擦，这与瑞士杠杆式擒纵机构中的滑动摩擦相反。理论上没有任何滑动作用意味着没有实际需要上油，因为凝结的润滑剂的风险远远超过任何理论上的好处。
Fasoldt 在以各种方式尝试运行他的擒纵机构后，我们只能假设他的观察得出了他的专利：“不需要油来使擒纵机构平稳工作，并且不会感觉到这种使用的有害影响。这款手表在使用多年后也能像新的一样保持正确的时间，并且不受反向运动或突然震动的影响。”
他显然对自己的创作非常有信心，因为他几乎所有的怀表都配备了擒纵机构。在用料方面，Fasoldt 以金质打造两个同轴擒纵轮，以钢质或金质打造杠杆，这在那个时期是高品质手表的惯用做法。
The co-axial 同轴擒纵机构
丹尼尔斯有机会检查和修复历史上几款最伟大的钟表，因此对过去大师的作品有广泛的了解，他的第一本书命名为《手表》，其中包含了部分知识，是一部出色而详尽的怀表历史编年史。
它包括一个关于擒纵机构演变的章节，详细解释了每个主要的历史擒纵机构。一小段介绍了 Fasoldt 擒纵机构，并附有一张可能是 Daniels 本人拍摄的照片（众所周知，他是一位偏爱徕卡相机的业余摄影师）。
Daniels 将 Fasoldt 擒纵机构描述为“一种有趣且罕见的杠杆式擒纵机构变体”。他指出擒纵叉的动作与 Robin 擒纵机构的动作有何相似之处，并补充说“擒纵机构的惯性损失很高，动作相应较弱”，但没有解释这一观察结果背后的原因。
在总结 Fasoldt 擒纵机构时，丹尼尔斯写道：“这些手表制作精美，是一次勇敢但平凡的尝试，将一点点多样性引入擒纵机构，到那时，擒纵机构不可避免地陷入了沉闷的统一模式。”虽然简短且缺乏细节，但结论让我们对他对 Fasoldt 作品的印象有了一些了解。
他关于惯性损失的模棱两可的说法可能源于他对装有这种擒纵机构的怀表的实际经验；也许他注意到异常大的升角或有点笨重的杠杆。但他没有提到擒纵机构设计为与天文钟擒纵机构相同的干转方式。总的来说，他对 Fasoldt 擒纵装置的评论表明 Daniels 并没有多想它。至关重要的是，这证明 Daniels 熟悉 Fasoldt 的作品，尽管他认为它不够完美。
毫无疑问，从丹尼尔斯第一次接触法索尔特擒纵机构到1970年代初，他完善了同轴擒纵机构，实现了他在经过多次调整和原型制作后打造完美擒纵机构的雄心壮志。丹尼尔斯在几款瑞士机芯中安装了擒纵机构，从基本的欧米茄计时机芯到陀飞轮，甚至真力时El Primero计时码表。事实证明，无论机芯尺寸、频率或复杂程度如何，它都是可靠的。
因此，他试图说服几个主要的瑞士品牌采用同轴擒纵机构，在一系列机芯中展示其性能和优于瑞士杠杆的性能。但他运气不佳，直到多年后尼古拉斯·G·海耶克（Nicolas G. Hayek）为欧米茄购买了同轴擒纵机构，他又花了几年时间才实现同轴产业化的梦想，1999年，首款配备同轴的欧米茄腕表问世。
同轴擒纵机构结合了丹尼尔斯对理想擒纵机构的所有要求，以最小的摩擦操作，可以免润滑，自启动，并且容易大规模生产，理论上超越了瑞士杠杆。为此，同轴腕表采用混合脉冲系统：一个脉冲直接传递到摆轮，而另一个脉冲则通过杠杆间接传递。
总之，同轴可以被认为是其底部的瑞士杠杆擒纵机构，带有两个用于锁定和解锁的标准擒纵叉。然而，它并没有使用两个标准托盘来传输动力来为摆轮提供动力，而是使用了两个额外的托盘——一个在擒纵杆的第三个臂上，另一个在摆轮心轴上。这两个额外的托盘允许更清洁的切向冲量，最大限度地减少滑动摩擦的影响。最终，这导致了让人联想到 Fasoldt 擒纵机构的设计。
现在解释同轴的操作应该容易得多，因为我已经详细介绍了法索尔特。同轴擒纵机构可被视为直冲双轮和法索尔特擒纵机构的组合，但与后者更为相似。
同轴设计让人联想到法索尔德，但丹尼尔斯在同轴擒纵机构的几何形状和布置方面做了很多重要工作。在Fasoldt擒纵机构中，擒纵轮的中心、杠杆的支点和摆轮的中心都位于同一条线上。这种特殊的布置意味着Fasoldt是一个“直列式”擒纵机构，这是它与瑞士杠杆共有的特征。
实际上，这意味着擒纵轮远离摆轮，因此它们无法直接相互作用。这就是丹尼尔斯想法的天才之处：他将擒纵轮和摆轮尽可能靠近（以与双轮擒纵机构相同的方式排列），同时将杠杆移到一边。每个组件的中心不再位于同一条线上，而是形成三角形的三个点。
同轴中的杠杆，虽然仍保留三个径向安装在支点周围的托盘，但与 Fasoldt 中的杠杆不同。它的叉子（与平衡辊销相互作用的部分）位于入口托盘附近。在一些带有陀飞轮的瑞士杠杆式擒纵机构中可以找到相同的工程选择，但这样做是为了节省空间。在同轴中，做出的选择是为了促进与支点等距的两个托盘之间的接触。这意味着擒纵叉与擒纵轮的每次相互作用都是相等的，从而使擒纵轮在每次解锁和锁定之间移动一个齿的相同距离。
同轴的主要创新是由下擒纵轮执行的额外功能，现在除了锁定功能外，它还为摆轮提供直接动力。如前所述，直接脉冲只能发生在以相反方向移动的摆轮和擒纵轮之间。将其与受 Fasoldt 启发的杠杆脉冲相位相结合，结果是仅依赖一个擒纵轮的双脉冲擒纵机构。这正是同轴的魔力所在，只有一个擒纵轮的无摩擦双脉冲。
同轴（图 5）在形式和功能上都与双轮和 Fasoldt 擒纵机构有些相似。但同轴擒纵机构有两个擒纵轮，其齿数少于 Fasoldt 擒纵机构。这源于同轴的双脉冲性质，这意味着脉冲作用在上擒纵轮和情人擒纵轮之间平均分配。
同轴擒纵机构操作的逐步讲解如下：
在图5.1、摆轮在游丝的阻力克服擒纵机构的冲量后开始回转。擒纵轮由作用在轮 B 上的杠杆 C 的托盘 L2 锁定。当摆轮返回其平衡点时，销 P 通过与其叉接触而接合杠杆 C。
托盘 L2 与轮 B 脱离，轮 B 迅速旋转，其中一个齿与脉冲托盘 I1 切向接触。完成一个脉冲阶段后，当 L1 锁定其中一个齿时，双层擒纵轮停止（如图 5.3 所示）。摆轮再次在游丝的作用下开始向后摆动。当滚柱销 P 与杠杆 C 啮合时，擒纵轮解锁，脉冲轮 A 作用于擒纵叉 I2，推动杠杆 C，进而通过销 P 将脉冲传递至摆轮。
重要的是，同轴设计是自启动的。当主发条下降时，摆轮处于以游丝为中心的平衡位置。在其平衡位置，摆轮半啮合杠杆，杠杆仅微弱地锁定擒纵轮。如果手表上了发条，擒纵轮将压在其中一个脉冲擒纵叉（I1 或 I2，取决于位置）上，从而扰乱摆轮的平衡状态并产生小幅振荡。这将导致杠杆完全接合或脱离，从而开始一个振荡循环。
总之，同轴擒纵机构的间接脉冲以及锁定和解锁相位在很多方面借鉴了Fasoldt擒纵机构，而同轴擒纵机构的直接脉冲相位与双轮擒纵机构相同。
有趣的是，同轴擒纵机构的名称也指代 Fasoldt。同轴在擒纵系统的原始迭代中得名于双堆叠擒纵轮，这是它与 Fasoldt 共享的一个特征。另一方面，罗杰·W·史密斯 (Roger W. Smith) 在他的手表中提供的当前同轴版本只有一个带两层齿的擒纵轮，这使得同轴名称有些不准确。
总结
通过分析丹尼尔斯的双轮和同轴擒纵机构以及法索尔德擒纵机构，可以发现同轴擒纵机构可能是其他两者的进化混合体。
丹尼尔斯在他的回忆录《All in Good Time： Reflections of a Watchmaker》中回忆说，专利局引用了三项专利，反对他为同轴擒纵机构申请的专利，即罗宾擒纵机构、双混合脉冲罗宾擒纵机构（宝玑设计）和法索尔特天文台擒纵机构。这意味着即使是专利局的非专业人员也注意到同轴与Fasoldt的相似之处。然而，除了擒纵轮和好奇的杠杆设计外，没有其他东西将这两种设计联系起来。它们各自的运作和操作明显不同。
如今，同轴腕表被广泛誉为计时和可靠性的典范，这在很大程度上要归功于欧米茄庞大的营销体系。无可辩驳的是，丹尼尔斯职业生涯的大部分时间都致力于完善同轴擒纵机构的理论和实践方面。他经历了许多试验和错误，直到他认为满意为止。
法索尔德擒纵机构也并非完美无缺，其较大的升角干扰摆轮自然摆动的时间比预期的要长。由于它是一个单一的脉冲擒纵机构，Fasoldt 以“失拍”运行，在不提供任何脉冲的情况下破坏其动量的平衡。另一方面，同轴具有 36° 升角和 18° 杠杆角（由于 Daniels 认为理想的 2:1 杠杆平衡圆周比），这使惯性损失保持在最低水平。
甚至 Daniels 早期的双轮擒纵机构也有缺点，主要是需要二级齿轮系，这也许可以解释为什么他没有进一步开发它。同轴与双轮一样准确精准，但运行在单轮系上，这使得它在制造方面更加实用。
最终的结论是，同轴擒纵机构不仅仅是一位杰出制表师的心血结晶，而是一项建立在历史伟人思想基础上的发明，包括罗伯特·罗宾、亚伯拉罕-路易·宝玑，当然还有查尔斯·法索尔特。
众所周知，前几代的2500机芯普遍存在偷停问题，你知道原因出在哪里吗？文中有提到相关设计，知道的表友可以评论区告诉小编~