刘海涛

　　可能现在有了手机等一些数码产品以后，人们对于手表这种事物显得有些陌生了。因为，手表的计时功能已经完全可以由手机取代，而手机又具有手表所没有的n多功能。但现在仍有不少人对手表有着痴迷般的热爱。这其中的原因部分是因为高档的手表是身份和财富的象征，但这不是本文的主题。还有一部分人对手表的热爱在于痴迷手表的机械之美，这主要在于手表动力的心脏：擒纵机构。 

　　大家应该都见过有透明表背的手表吧！一眼望去，其中的结构很复杂，这正是手表精确计时的神秘所在。虽然大家都知道是擒纵机构负责手表的走时，但其中的设计准则和几何学原理并非人人都理解。其实，就算我们全部理解，也未必就能自己制作出手表来。而今天我们就对这神秘而强大的擒纵机构管窥蠡测，以感受这机械之美。 

　　其实，手表就是一个复杂的沙漏。只不过它可以长久的精确运行，而不像沙漏那样需要不停的添加沙粒。手表的主发条则成了手表工作的动力源泉，只要它能够保持足够的弹性，就能不停地运转。 

　　所有的手表，无论有多么复杂，总是依靠六个主要结构来完成运行。如图一所示，位于条盒上的条盒轮驱动中心轮，中心轮驱动三轮，三轮再驱动四轮，四轮最后带动擒纵轮。中心轮每小时转动一周，上面带的自然是分针；四轮每分钟转动一周，上面带的是秒针；时针则是通过中心轮上一个12:1的齿轮来完成显示。 

　　如果手表只有五个部件（条盒轮、中心轮、三轮、四轮、擒纵轮）的话，发条将在几秒钟内就会全部释放。于是就需要第六个部件——擒纵机构来控制所有齿轮的运行。擒纵机构包括摆轮和擒纵杆，它控制着发条的放松速度。在机械手表工作的过程中，当发条的动力通过四个齿轮传递后，最后来到擒纵轮上。擒纵轮能够以固定的间歇来完成“运动”和“停止”——一个棘爪负责前进，另一个棘爪负责停止。摆轮通过其面上的叉头钉来控制擒纵杆的往返运动。这就是最简单的擒纵原理。 

　　因此，擒纵杆的运行是整个擒纵机构的核心。图二（来自Omega）描述了擒纵机构的构造和运行。图中的轴点都用黄色表示，红色则代表宝石。图中的14是带有15个足形齿的擒纵轮片，13是同轴的小齿，带动四轮（秒针轮），擒纵杆9的一头带有两个棘爪和棘爪宝石（11和12）；另一头为小叉，具有两个特殊角度的羊角，中间有一凹槽。 

　　摆轮部分主要由三部分构成：摆轮、冲击盘和保险盘。冲击盘上带有叉头钉，在摆轮和冲击盘的带动下，叉头钉会拨动擒纵杆的小叉部分，作往返运动。保险盘上有一新月形结构，形成两个止点。当擒纵杆在擒纵轮的带动下运动时，这两个止点可以防止擒纵杆过度运动，以免再也回不到中心位置。同时，它还能防止在手表被倒拨或受到震动时出现的意外情况。还有一个结构是限位钉，它们位于擒纵杆的两侧，限制擒纵杆的运动。 

　　图三则显示了棘爪和擒纵轮之间的关系，我们可以看出，手表精确运行的过程是相当复杂的。擒纵轮足齿、棘爪、棘爪宝石和擒纵杆的每一个角度都是非常精确的设计。棘爪和擒纵轮的运动必须绝对的协调，0.5毫米的误差都将使该结构难以运行。事实是，如果在擒纵轮1000转中出现一次配合失误，那这块手表一天的误差将在几小时。此外，棘爪宝石也并非简单地锁死和释放擒纵轮这么简单。每个棘爪宝石都有一个锁死面和撞击面，通过精确的几何学计算后，才能制造出适合精密运行的手表。这些计算包括各个接触面的角度，锁死面和撞击面的压力，因为任何过大的压力都会造成停摆。如图三所示，出齿的宝石面正好和擒纵轮的足齿面吻合，并对宝石形成一个向上的推力，此力通过擒纵杆作用于摆轮，使其向相反的方向转动。 

　　这样一介绍，擒纵机构的原理也不是那么难。但我们却不得不说擒纵结构是机械设计上的一部杰作。机械手表最通常的摆频为28800次/小时，也就是说两个棘爪一天内将运动691200次。所以，在新表第一次保养前的四年中，一块28800摆频的手表将经受5.05亿次的擒纵循环！ 

　　可见，一块小小的机械手表，简约而不简单，只要给发条以足够的动力，竟可以跑出如此多的循环。而在这如此多次数的运行中，还能保持精准的计时，所以，我们不得不感叹擒纵机构的机械之美。