叉瓦式擒纵机构的工作原理

擒纵机构实际上是间歇工作机构，叉瓦式擒纵机构是以进瓦和出瓦两个半周期的轮流间歇工作完成计时信号的传输和能量的传递。进瓦和出瓦的工作是相似的，下面以进瓦半周期的工作为例，说明叉瓦式擒纵机构的工作原理。

以图4-8（a）作为开始位置（图中箭头分别表示各零部件的运动方向）。此时，摆轮处于由左振幅位置向平衡位置的运动过程中。擒纵轮的一个齿压在进瓦的锁面上，在牵引力矩的作用下，擒纵叉叉身靠在左限位钉上。由于游丝的恢复力矩，使摆轮按反时针方向向平衡位置摆动。摆轮从左振幅位置开始，到圆盘钉与叉槽右壁接触为止［图4-8（b）］，所转过的角度称为第一附加角。摆轮在转过第一附加角的过程中，擒纵轮与擒纵叉是不动的，摆轮与擒纵机构没有联系，因此，把这个运动阶段称为第一自由振动阶段。

图4-8　擒纵机构工作过程之一

当圆盘钉入叉槽，并与叉槽右壁接触的那一瞬时，由于摆轮具有一定动量，圆盘钉与叉槽右壁产生了碰撞，致使擒纵叉获得一定的加速度，造成进瓦对擒纵轮的碰撞，使擒纵叉损失一定的动能，角速度减小，于是圆盘钉对叉槽右壁再次碰撞。这样的碰撞过程将持续若干次，并逐渐衰减。这一碰撞是在摆轮通过擒纵叉释放擒纵轮时发生的，被称为释放碰撞。碰撞的结果，摆轮将能量传递给擒纵叉和擒纵轮，使它们获得了一定的动能，而摆轮却损失了一部分能量［图4-8（b）］。

碰撞结束后，圆盘钉沿着叉槽右壁滑动，与此同时，叉身离开左限位钉，擒纵轮齿尖在进瓦的锁面上相对滑动，进瓦逐渐被提起。

从圆盘钉与叉槽右壁接触开始，一直到擒纵轮齿尖与进瓦的前棱重合为止，是摆轮释放擒纵轮的阶段，所以称为释放阶段。在释放阶段中，摆轮所转过的角称为释放角，擒纵叉所转过的角称为全锁角。由于引角的关系，擒纵轮在释放阶段中将后退一个角，这个角称为静后退角。释放结束后，在擒纵轮的惯性作用下，再后退一个动后退角。图4-8（c）所示为释放结束时各部件的相互位置。

释放结束后，在发条力矩作用下，擒纵轮将按顺时针方向转动。于是，擒纵轮的齿尖沿着进瓦的冲面滑动［图4-9（b）］，然后进瓦的后棱沿擒纵齿冲面滑动［图4-9（c）］，在这个运动过程中，擒纵轮通过擒纵叉把能量补充给摆轮游丝系统，所以称为传冲阶段。在传冲阶段中，摆轮所转过的角称为摆轮冲角。

图4-9　擒纵机构工作过程之二

实际上，传冲阶段是由两个阶段合成的。从释放结束到擒纵轮齿尖与进瓦后棱接触为止，擒纵轮是通过叉瓦的冲面传递能量的，所以称为瓦传冲阶段。在瓦传冲阶段中，擒纵叉所转过的角称为瓦冲角，擒纵轮所转过的角称为瓦宽角。从瓦传冲结束到擒纵轮齿尾与进瓦后棱接触［图4-9（d）］，擒纵轮是通过擒纵轮齿的冲面传递能量的，所以称齿传冲阶段。在这个阶段中，擒纵叉所转过的角称为齿冲角，擒纵轮所转过的角称为齿宽角。

在整个传冲阶段中，叉槽都是以其左壁推动圆盘钉的。在瓦传冲和齿传冲开始时也发生碰撞现象，这个碰撞称为传冲破撞［图4-9（a）］。

释放结束后，实际上并不能立即对摆轮传递冲量，并且传递能量也不是从擒纵轮齿尖与进瓦前棱接触时开始的，其原因如下：

（1）释放结束后，擒纵轮在后退一个动后退角的同时，擒纵叉也在转动，所以，当擒纵轮齿尖与进瓦接触时，由于进瓦已提起一定距离，擒纵轮齿尖将落到进瓦冲面的某一点上。

（2）为使圆盘钉能在叉槽内灵活地滑动，圆盘钉直径必须略小于叉槽宽度。在擒纵轮齿尖刚落到进瓦冲面上时，圆盘钉是与叉槽右壁接触，而对摆轮传递冲量，则必须是叉槽左壁与圆盘钉接触。

由于擒纵轮有动后退角，和圆盘钉与叉槽有间隙，实际的摆轮冲角将小于理论的摆轮冲角，两者的差值为冲量损失角。

传冲结束之后，摆轮得到了能量，继续向右振幅位置摆动。从圆盘钉离开叉槽，到摆轮到达右振幅位置，是摆轮脱离擒纵叉进行自由振动的阶段，所以称为第二自由振动阶段。在这个阶段，摆轮所转过的角称为第二附加角。

传冲结束后，在发条力矩作用下，擒纵轮齿尾与进瓦后棱脱开，按顺时针方向转动，擒纵轮的另一个齿落到了出瓦的锁面上［图4-10（a）］。在这个过程中，擒纵轮所转过的角称为落角。由于牵引作用，将迫使擒纵叉转动，直到叉身碰到右限位钉为止［图4-10（b）］。擒纵叉在这个过程中所转过的角度称为损失角。图4-10（c）为第二自由振动阶段。

如果设想擒纵轮在转过落角时擒纵叉是不动的，那么，在出瓦锁面上的擒纵轮齿尖到出瓦前棱的距离称为锁值，与该值对应的擒纵叉的转角称为锁角。不难看出，全锁角等于锁角与损失角之和。

图4-10　擒纵机构工作过程之三

擒纵轮齿尖落到出瓦锁面上，以及叉身碰到右限位钉，也发生碰撞现象，称为跌落碰撞。在这次碰撞中，擒纵机构又损失一部分能量。

通常，把擒纵叉与圆盘钉作用阶段中擒纵叉的转角称为叉升角。与叉升角对应的摆轮转角，称为摆轮升角。擒纵叉在左、右限位钉之间的转角，称为擒纵叉全升角。与叉全升角对应的摆轮转角，称为摆轮全升角。这几个角的大小可以用下列关系表示：叉升角等于全锁角加上瓦冲角与齿冲角之和；摆轮升角等于摆轮释放角与摆轮冲角之和；叉全升角等于叉升角与损失角之和。

以上是叉瓦式擒纵机构在进瓦传冲的半个周期中的工作过程，另一个半周期工作过程是相似的。

由以上的分析可以知道：摆轮游丝系统在完成一次全振动的时候，擒纵轮转动两次，两次合计转过一个角周节，亦即擒纵轮的转角与摆轮游丝系统的振动次数成正比。利用齿轮传动并通过一定的传动比，即可把摆轮游丝系统的振动计时信号传递给指针机构计量时间，这是擒纵机构的一个作用。另外，在摆轮游丝系统完成一次全振动的同时，擒纵机构对它两次传递能量，从而补偿了摆轮游丝系统在振动过程中所消耗的能量，维持了摆轮游丝系统的振动不息。