劳力士推出的擒纵系统Chronergy，本质上是一个实现最佳机械性能的机械生态系统，cal.3255机芯在2015年首次亮相的日志Day Date 40中名列前茅。
8年过去了，劳力士几乎升级了其整个系列，配备了最新一代Chronergy cal.32XX系列，包括其最实惠的产品。Datejust（cal.3235）和Oyster Perpetual（cal.3230）以及入门级运动手表中都有计时机芯，如2020年的Submariner ref.124060（cal.2330）。
Chronergy由14项专利组成，涵盖了从动力到调节器的运动的各个方面，但一个基本要素是其擒纵机构。而时间能量擒纵装置实际上继续了一段被遗忘已久的旅程，它始于大约50年前的世界另一端。
300年的历史依然完好无损
1750年代中期，托马斯•穆奇(Thomas Mudge, 1715-1794)发明了杠杆式擒纵机构。杠杆式擒纵机构在被小型化用于手表后，可以说是对无拍擒纵机构的必要改进。乔治·格雷厄姆(George Graham, 1673-1751)设想的摆钟锚擒纵机构是对摆钟锚擒纵机构的改进，但它不适合精密的手表比例。
在杠杆式擒纵机构中，通过杠杆向天平提供脉冲，杠杆又由与杠杆的托盘宝石接触的擒纵轮齿的力推动。杠杆式擒纵机构是一种分离式擒纵装置，这意味着在能量通过脉冲宝石传递后，擒纵轮锁定而不受平衡的影响，使平衡在其所有辅助行程中都是自由的。
杠杆式擒纵机构的直线布局一直延续到今天——平衡轮、杠杆和擒纵轮呈直线布局。实际上已有几个世纪的历史，可追溯到1786年，其结构可归因于Jean Moïse Pouzait（1743-1793）的设计。
形状像高尔夫球杆脚，我们现在所知道的逃生轮齿似乎在大约1860年浮出水面，很快就变成了事实上的几何形状。随后，制造商偏离当时行业圣经中规定的几何图形实际上是亵渎神明的行为，如克劳迪乌斯·桑尼尔的【现代钟表理论与实践论】（1887年）或利奥波德·笛福的【钟表艺术】（1950年）。
传统劳力士擒纵机构，宽托盘，细「球杆脚」齿
杠杆式擒纵机构已被证明是坚固、可靠的，并且易于大规模制造，因此它成为腕表和怀表的主要擒纵机构。然而，杠杆式擒纵机构远非完美，尤其是在托盘摩擦变化的影响下，几个世纪以来，人们尝试了许多改进或新颖的擒纵机构。
在过去的几十年里，人们一直在试验新材料，如类金刚石涂层和碳化硅，以减轻摩擦随时间的变化，但基本上没有什么进展，特别是在优化擒纵机构零件的几何形状方面。乔治·丹尼尔斯（1926-2011）发明的著名的同轴擒纵机构是唯一实现批量生产的新型擒纵机构。然而，它只由欧米茄大规模生产。
虽然新型擒纵机构设计的多样性是受欢迎的发展，但至关重要的是重新审视基础，特别是因为技术已经成为技术发展的真正助力。现代机械动力学建模、计算机驱动的分析技术和高帧率摄影使我们能够进行以前不可能的洞察和优化。
擒纵机构开发的目的也从Graham和Pouzait时代演变而来。现在，欧米茄（Omega）等品牌在工业规模上的平均日变速率一直保持在5秒以内，劳力士（Rolex）的变速率略高，擒纵机构的开发与其说是计时，不如说是扩大动力储备。
我们讨论了机芯设计中的权衡，表明在固定能量的情况下，平衡功率和功率储备的变化是相反的。延长运行时间的简单解决方案是减少平衡轮的动力，但代价是可能会影响计时能力。另一种选择是从擒纵机构开始提高能量传输的效率。
调整几何图形的第一步
也许只有在20世纪60年代中后期备受争议的天文台试验期间，设计师才开始质疑和调整杠杆式擒纵机构的几何形状。随着拍频开始上升以追求更大的平衡轮惯性，人们发现擒纵机构中的能量传输效率下降。
具体地说，人们发现，当运动超过广泛接受的摆轮频率标准，即18000-21600次每小时（bph），并增加到通常所说的「高拍」，即28800-36000次每小时时，传统球杆齿擒纵轮的传动效率从约40%下降到30%。结果是平衡轮振幅减小，这对稳定计时来说是一个不理想的结果。
提出了几种解决方案：要么增加主发条扭矩以保持振幅，要么接受较低的振幅，要么减少平衡惯性。
出于自身原因，这些都不可取。更高的主发条力会增加行进列车的磨损，而振幅损失会增加位置计时误差。另一方面，在主发条尺寸固定的情况下，降低平衡惯性以获得良好的振幅，同时具有效率较低的电源将意味着平衡功率和功率储备的减少。
特别是基于更高频率和摩擦效应的理想几何形状，是由一位当时是行业局外人甚至暴发户的钟表制造商的工程师进行的。正是日本精工的运营公司之一，Suwa Seikosha的Kenji Abe于1971年获得了美国专利US3628327A的「棒齿杆式擒纵机构」。
挑战既定的几何形状
20世纪60年代末的某个时候，该专利于1970年申请，Abe对擒纵轮齿和托盘之间的接触几何结构进行了第一原理静态分析，考虑了摩擦对所产生力矩平衡的影响。
在解释杠杆式擒纵机构的操作时，一个经常被忽略的事实是，在托盘解锁后，有两种不同类型的脉冲。第一个动作（脉冲A）是逃生齿的锁定喙推压托盘的脉冲面并沿着该脉冲面推压。
Abe对脉冲A的分析，其中逃逸齿脉冲喙（红色）推动托盘的脉冲平面（绿色）
这种类型的相互作用持续到锁定喙到达托盘的末端（脉冲喙）。然后，逃逸齿的脉冲平面推压托盘的脉冲喙（脉冲B）。
Abe对冲量B的分析，其中脱齿冲量平面(红色)推动托盘的冲量喙(绿色)。
Abe检查了两种类型的脉冲以及进出托盘的情况。他发现，力矩的积分（或总和）乘以它们在接触两侧移动的角度的比率是关键。
他进一步发现，这是Abe最显著的发现——当擒纵轮齿的表面长度等于或高达托盘长度的两倍时，将获得最高的传动效率。这与逃生轮齿在托盘长度的一半到五分之四之间的更典型比例相比。这表明，牙齿上比平时长的球杆脚和比平时短的托盘带来了好处，这与德弗塞兹的钟表学证明完全相反。
安倍在几何方面的发现似乎从未出现在精工的系列机芯中，同时也被发现得太晚了，无法用于天文台计时表的测试，1968年日本手表横扫市场后，这些测试全部取消。也许这只是石英技术的出现，这意味着投入资源追求更精确的机械擒纵装置在商业上毫无意义。
有趣的是，尽管机械表的复兴和最近对精度的追求，现代Grand Seiko Hi-Beat机芯避开了Abe的方法，而是依赖于传统的擒擒机构几何形状，尽管具有低惯性特征，即骨架化的擒擒轮和杠杆，由称为MEMS的光刻技术生产。
通过MEMS生产的镍磷擒纵机构，托盘杠杆(左)和擒纵轮(右)，在大精工Grand Seiko Hi-Beat机芯中发现，由骨架化的部件组成，以尽量减少惯性，同时在擒纵轮齿中也有凹槽以保留润滑剂。它们在几何形状上是传统的，具有短而薄的齿和长而宽的托盘。图像：大精工
擒纵和更多
他的发现似乎被遗忘了，毫无疑问，Abe开始了他的研究，作为精工追求在精密机械计时方面击败瑞士的一部分。具有讽刺意味的是，安倍的方法最近似乎被瑞士人重新发现，重新出现在拉斐尔·塞图尔-巴伦和劳力士的亚历山大·丘夫的作品中。
二人发明的擒纵装置已经作为Chronergy的一部分推向市场。cettur - baron和Chiuve引用了Abe的工作，用现代技术制造的擒纵元件进行了实验，重新发现并适应了Abe的研究成果。两人在开发擒纵机构的过程中也获得了高帧率成像和计算机支持的动态分析的优势。
虽然劳力士推出Chronergy已经有几年了，但在多次重复的新闻稿中，我们只看到一位制表师对它的深思熟虑的评论，这篇评论发表在英国钟表协会(British Horological Institute)的杂志【钟表杂志】(Horological Journal)上。
与传统杠杆擒纵相比，Chronergy擒纵的显著差异。而劳力士使用长牙和短托盘，它的擒纵不同于阿部的发明与使用两个不同的脉冲平面上的每个擒纵轮齿。
Chronergy有着薄托盘和宽牙齿，不对称的杠杆是包装的功能，与效率无关。注意，擒纵轮小齿轮和擒纵轮上的齿数在其他方面与本文开头所示的传统变体保持相同。图片：劳力士
劳力士Chronergy擒纵机构与标准瑞士杠杆式擒纵机构并驾齐驱。请注意，Chronergy的擒纵机构具有相对较薄的托盘和宽而倾斜的杆脚
脉冲–换档
劳力士通过重新设计的擒纵机构的动态效果，进一步推动了安倍的工作；安倍的工作是静态分析。需要考虑的一个关键问题是，当擒纵机构运动时，擒纵轮和杠杆的惯性都起着一定的作用。更具体地说，计时得益于具有低惯性的擒纵机构，而平衡轮在所有条件相同的情况下都需要高惯性。
平衡轮的心轴上有一个滚柱宝石，它在摆动的中间推动托盘杆。这就是解锁逃生轮的原因，使齿轮系运动到下一个节拍。值得注意的是，在平衡轮处于中间摆动的情况下，围绕这个脉冲点，平衡轮以最快的速度旋转。
在天平上测量的这种脉冲传递的角度，在历史上被称为「逃逸角」，或者今天更常见的是「升力角」。在他那个时代，穆奇的杠杆的升力角大约为80度。该值越高，平衡摆动就越不分离。
提升角（在平衡轮处测量）是指货叉给滚柱宝石的脉冲与擒纵轮之间的角距离。图片-H.R.Playtner
因此，理想值为零。理论上，较低的升力角会产生更好的等时性，这意味着随着平衡振幅的变化，计时的变化较小。现代手表擒纵机构通常具有40-58度的升力角，许多大规模生产的机芯具有52度的升力角度，例如包括大多数ETA和劳力士机芯。
这些值是通过在大规模制造中可靠实现的逐步细化而得出的。实现较低的升力角是以在较小的时间窗口内传递所需能量所需的更高的力为代价的。此外，在整个设计过程中需要更严格的公差，尤其是在安全滚轮和保护销处。
平衡轮振荡作为一个简单谐波运动系统的特征之一是，对于工业上常见的52度升力（等于图中以橙色虚线显示的26度平衡幅度），它处于其最大角速度的99.7%以上。
平衡车轮速度作为其静止位置的函数，典型的提升正时为橙色的26度
随着擒纵机构通过冲击辊动作连接，杠杆解锁，挑战在于如何将静止运行的列车中的可用动力与平衡轮相匹配，平衡轮相对于静止列车以几乎最大的速度运行。
为了给平衡提供任何能量，逃生轮必须从静止状态加速，并克服托盘杆的惯性，这类似于在秋千上推孩子，但只能在孩子离地面最近的时候推。在这种情况下，你的手臂越轻，你成功推动的机会就越大，因为你会花很多精力试图加速到让孩子摆动所需的速度。
在擒纵机构运动的这一点开始时，就在杠杆解锁后，脉冲宝石从平衡中获取能量，帮助杠杆加速。行驶中的火车需要一段时间才能产生任何净冲动。因此，使用具有尽可能低的惯性的擒纵轮和托盘是有益的，从而允许擒纵机构部件的最快旋转加速度。
通过绘制逃生轮单个齿的行程与出口托盘脉冲宝石杆处的有效提升角之间的关系，比较劳力士机芯中的标准瑞士杠杆和Chronergy擒纵装置
当解锁完成时，操作的第一部分是齿的脉冲喙沿着托盘的脉冲平面行进，经历脉冲A。与Chronergy的不同之处在于，与传统擒纵机构相比，在擒纵轮旋转较小的情况下，托盘尖端的陡峭倾斜提供了更高的杠杆升力增加，在逃生轮的前20%左右的旋转中提供高达总升力角的约45%。
接下来，托盘喙在牙齿上滑动作为脉冲B，如Abe所述。这里的关键是Chronergy牙齿有两个不同坡度的倾斜冲击面，形成了类似曲面的东西。在Chronergy中，这颗牙齿的起始倾斜与传统的几何形状相似，但在第二个脉冲平面中，它与普通的逃生轮甚至Abe的工作有很大不同。第二平面成角度以具有比传统设计更低的脉冲，但比传统擒纵机构持续更长和更晚。
随着擒纵轮从静止状态加速，在提升的第一阶段，有效地提高传动比能够更好地匹配平衡速度。逃生轮越快达到速度，就越早向天平提供净脉冲。
它的设计也可能经过优化，以减少脉冲宝石和杠杆以及托盘和齿之间发生的混乱反弹。当擒纵轮移动以锁定在以下托盘上时，角度下降也会减少。
年代特写——擒纵轮的薄托盘和两级齿角，并由作者进行注释。图片-劳力士
相对于安倍的工作或围绕其发展的细节，我们不知道在Chronergy逃亡事件中发现的任何其他变化。例如，这可能包括拉伸、平衡轮间隙、动态分析或高速摄影的变化。作为一项政策，劳力士既没有在其公告中透露任何细节，也没有在被问及时发表评论，所以我们只能将就着用。然而，可以推断出一些细节。
由于其长齿和薄托盘的特性，Chronergy擒纵机构在冲动B中花费了大量的升力。值得注意的是，这是一个存在一些意见分歧的领域。
其他擒纵机构结构，最著名的是百达翡丽的Pulsomax，试图最大限度地提高脉冲A。这是通过设计为短齿和长托盘的擒纵机构实现的。
在提到Abe在其专利申请中的工作时，百达翡丽表示，「然而，这种方法忽略了一个事实，即在托盘的冲击喙在牙齿的冲击面上滑动的冲击部分，性能通常不是很好。」
它继续说道，「在通常的结构中，在脉冲的第一部分，齿的脉冲面在托盘的脉冲喙上滑动，比在脉冲的第二部分，托盘的脉冲嘴在齿的脉冲表面上滑动，性能更好。」
尽管Pulsomax擒纵机构在Ref.5550 Advanced Research中成功应用，cal.240的动力储备从48小时延长到70小时，但该技术尚未在百达翡丽系列中得到广泛采用。
百达翡丽Pulsomax–一种完全相反的哲学，寻求相同的目标与长托盘的正面长度。图片-百达翡丽
Chronergy的改进声称擒纵机构的效率提高了15%。这有两个好处，一个是可以减少驱动擒纵轮所需的扭矩，这意味着由更薄的金属带制成的主弹簧功率较小。这带来了第二个好处，即同一个枪管中包含的更长的动力储备，因为在给定的体积中可以容纳更长、更薄的弹簧。
根据在HDF分析中已经检查过的计算，我们可以估计，对于相同的枪管尺寸和平衡维持功率（假设相同的平衡惯性、振幅和Q因子），Chronergy擒纵机构增加了大约7.5小时的功率储备。
砍掉损失
落差是逃生轮从一个托盘上的冲击终点到另一个托盘上的锁定点所走的距离。在这个过程中，主弹簧松开并推进手，但没有向天平传递能量，基本上一无所获。
这通常被误解为失去权力或效率低下，但实际上情况更糟。这个过程只是弹簧张力的损失，没有任何影响。机械运动中的「吸血鬼损失」。因此，减少下降到绝对最小是一个直接的机会，更长的动力储备。
在Chronergy中，由于托盘较短且不太陡峭，可以减少齿后托盘间隙的下降。根据所显示的几何形状，我估计下降幅度相当大，从大约2度降至约1.4度，这可能相当于三个小时的动力储备改善。
落差和升力角之间存在潜在的关系，因此落差的减小会导致逃生轮的角度旋转增加，从而导致升力角的增大。但是由于劳力士没有提供擒纵装置的细节，它的升降可以简单地通过托盘叉的杠杆率来控制。
惯性—更轻、更快、更好
逃生轮的惯性很重要，因为尽管整个列车必须随着每一次滴答声启动和停止，但逃生轮是行驶列车中的最后一个轮子。它的惯性乘以第四个轮子每转一圈逃生轮的转动次数，通常是10倍。这种乘法意味着，尽管逃生轮通常又轻又小，但它的惯性在行驶中的火车的所有车轮中具有最高的影响。
通过计算确定，Chronergy逃生轮的平面图轮圈面积是传统车轮的三分之二。基于镍磷的密度与钢合金相似或略高于钢合金，并假设厚度相当，惯性将相应降低。
在最坏的情况下，Chronergy逃生轮的惯性是标准车轮惯性的78%。由于擒纵机构的效率，传递到天平的扭矩降低了15%，Chronergy擒纵轮的加速速度仍比传统车轮快11%。
在缺乏更多信息的情况下，无法完全量化Chronergy擒纵轮的好处——劳力士声称擒纵效率提高了15%，但降低惯性始终是朝着正确方向迈出的一步。
锁定—更好的对称性
从杠杆枢轴到入口和出口托盘宝石的锁定面的距离可以设置为提供相等的锁定或相等的脉冲，但不能同时提供两者，原因是托盘的宽度。托盘越宽，必须在托盘的相等锁定和它们的相等脉冲之间达成更多的妥协。
上图显示了理想的相等脉冲（L两侧的长度相同）但不相等锁定（长度R>R）的情况。随着托盘表面距离的减小（如在Chronergy的情况下），长度M-O和N-P收缩。因此，R倾向于减小到L，而R增加到L。
不等锁定意味着其中一个托盘将在解锁过程中从天平上吸收不必要的动力（通常称为「牵引」）。就像操场上的跷跷板，支点偏离中心，不平等的冲动也不理想。通常的设计是在这两种要求之间的折衷。
与标准擒纵机构（出入口锁定率约为80%）相比，Chronergy在约92%处更等距。Chronergy较窄的托盘使锁定和脉冲性能更接近理想的相等性，就像一个完美平衡的跷跷板。
这种设置的好处是无法量化的，但它显然对性能是积极的。这也可以解释为什么Chronergy的新闻稿指出，「擒纵系统不再对齐，而是略有偏移，从而增加了杠杆效应。」大多数人认为这是指不对称锚，这是一个错误的假设。
扭结的锚对效率没有任何影响，而是旨在释放机芯内的不动产，以更容易地容纳较长的杠杆。顺便说一句，出于同样的空间限制原因，弯曲的锚定几何形状通常用于陀飞轮笼内的擒纵机构。
主发条筒——无名英雄
虽然我们通常喜欢把注意力集中在擒纵机构上，这是一个运动中性感的部分，但不起眼的桶对计时的贡献是巨大的。
早期cal.313x机芯的枪管分针比为5:1，这意味着46-50小时的动力储备需要枪管9.2-10转。Chronergy机芯似乎是以98:16的比例为基础的——70小时的运行时间需要11.4桶的转数。简言之，在Chronergy中，主发条的释放速度每小时慢20%左右。
尽管其擒纵机构需要降低扭矩，但Chronergy枪管实际上需要更高的扭矩，因为整体传动装置要高得多。根据计算，在Chronergy中，枪管扭矩需要增加6.5%。
劳力士表示，由于「将机芯壁厚减少了一半」，机芯的枪管设计使Chronergy机芯的动力储备提高了10小时。图片-劳力士
心轴的直径不能在不使弹簧屈服的风险下减小，这将导致主弹簧在连续操作下疲劳并最终断裂。唯一的选择是增加主发条带的高度或厚度。当然，用一种全新的、强度更高的主发条材料也可以实现同样的效果，但我认为劳力士已经在主发条合金游戏中处于领先地位。
主发条的扭矩随着厚度的平方而增加，但只与高度成比例，这意味着厚度是最后的选择。但是主发条的厚度由心轴直径与发条筒内径之间的可用空间决定。
剩余的扭矩增加必须来自弹簧高度。从枪管的尺寸来看，通过剃掉枪管壁，也可以将弹簧厚度减少约9%，从而可以挤出额外的半圈。
然而，桶的顶部和底部变得异常薄。壁厚的减小可以提供足够的弹簧容量来实现10小时的功率储备改进，但代价是桶的顶部和底部已经减小到一张半打印机纸的厚度。
枪管在心轴和外圆周之间进一步变细，这纯粹是对材料厚度的有效利用，使其具有足够的灵活性，可用于枪管盖的卡扣配合。
折衷—性能与可维护性
工程上的成功往往是可靠性、耐用性、易维护性和大规模生产能力之间的折衷。劳力士显然已经将每一项都推向了实际可行的地步；Chronergy的容忍度肯定很高。似乎这里必须有所让步，在这种情况下，这是服务的便利性。
根据【钟表杂志】上的Chronergy文章，在维修或保养期间，只有完整的枪管组件可用。枪管壁的薄可能意味着，如果将枪管拆开，屈曲、弯曲或其他损坏的风险会被认为过高。
因此，维修主发条的传统步骤——拆卸、抛光、更换弹簧、润滑和重新组装——在典型的制表师工作台上可能是不可能的，至少在可接受的安全范围内是这样。
很难量化筒体结构的效益，但在Chonergy中，行驶列车采用中心轮布局，从筒体到逃生轮成直线排列。早期的cal.313x机芯系列的计时链与指针的计时链是分开的，其中一个分针小齿轮直接连接到机芯中心的机芯筒上。
Chronergy消除了枪管上一个额外小齿轮的阻力——这是一个优势，但可能会带来高度损失。这似乎已经通过重新设计自动绕线系统来克服，通过将一体式转子安装在轴承上来降低其高度。同样，这是以完全更换而非维修为代价的，因为转子必须作为一个单元进行更换。
模块化更换的维修方法已经被其他级别的钟表制造商所采用。工厂伤口枪管已经很常见，作为替代品，而一些H.Moser&Cie。机芯采用模块化平衡组件，可在大修期间更换。
这种方法是可以接受的，只要更换部件是完美的替代品，特别是在替代部件不会在未来产生维修问题的情况下。然而，对于铁杆手表爱好者来说，在收集哲学方面还有一些细微的差别需要考虑。我们不想更换表盘和指针，所以你应该保留「你的」桶组件吗？
Bravo Abe san和chapeau劳力士
其所有功能的结合使配备Chronergy的机芯比上一代机芯的自主性提高了40-50%，这一改进与劳力士关于Chronergy机芯「约70小时」动力储备的断言完全一致。
根据我们的钟表密度因子指标，并假设与cal.313x机芯具有相同的平衡力，配备Chronergy的cal.323x系列突破了25000千焦/立方米的大关，这是一个出色的性能（轻松击败了欧米茄的旗舰Master Co-Aaxial cal.8500，也许是最具可比性的替代品）。
但除了Chronergy的性能提升之外，令人高兴的是，它仍然有能力增强传统的杠杆式擒纵机构。同样令人满意的是，Chronergy的关键进步起源于大约半个世纪前，一家日本新贵钟表制造商的研究已经处于其机械追求的最后阶段。
