這個(gè)問題很復(fù)雜，想必大家小時(shí)候都玩過鐵皮青蛙吧！給青蛙上發(fā)條以后放在地上，青蛙就會跳動。其中有一個(gè)細(xì)節(jié)，不知道大家還記得嗎？青蛙的跳動是先快后慢，直到?jīng)]有能量完全停止。

其實(shí)早期的鐘表和鐵皮青蛙的設(shè)計(jì)是類似的，里面都是有一卷發(fā)條，先將發(fā)條上緊，然后讓它松開，接著帶動齒輪。只不過，鐘表最后傳輸?shù)降牡胤绞侵羔�，而鐵皮青蛙傳輸?shù)降氖撬膬蓷l腿。和鐵皮青蛙一樣，按照胡克定律，F(xiàn)=KX，隨著發(fā)條的松動發(fā)條提供的力也會減小。早期的鐘表也是先快后慢，誤差非常大，一天幾十分鐘，甚至幾個(gè)小時(shí)都有可能。機(jī)械機(jī)械儀器能夠準(zhǔn)確記錄時(shí)間，讓時(shí)間有了度量。不得不提到一個(gè)人，那就是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的奠基者之一伽利略。1583年，在他19歲的一天，他無疑觀察到觀察到懸在天花板上的掛燈微微晃動。伽利略發(fā)現(xiàn)這個(gè)掛燈擺動逐漸平息的過程中，每次擺動所用的時(shí)間并不改變。這一發(fā)現(xiàn)引起了伽利略的思考，回家后，他繼續(xù)研究，發(fā)現(xiàn)并提出了單擺的isochronism等時(shí)性。即擺的周期并不取決于擺線上懸掛物的多少，而只取決于擺線長度的平方根。如果不考慮阻力的影響，懸掛在等長線上的一個(gè)軟木球或一個(gè)鉛球的擺動規(guī)律是相同的。如果使用相同長度的線，就能確定相同的擺動周期，就能準(zhǔn)確記錄時(shí)間。簡單一點(diǎn)說，通過使用鐘表就能夠比較平緩消耗發(fā)條的能量，不會出現(xiàn)特別大的波動。伽利略意識到了這一偉大發(fā)現(xiàn)的重要性，于是他開始用擺，并應(yīng)用擺的等時(shí)性指示時(shí)間。但是在當(dāng)時(shí)科學(xué)被宗教壓制，他由于從事科學(xué)活動遭到了教會的迫害。到1636年，他已經(jīng)雙目失明，還向荷蘭政府建議試制擺鐘，卻沒有如愿。1641年伽利略將其鐘表概念傳給其子Vincenzio，然后他就于1642年去世。Vincenzio于1649年開始建造并不幸地于當(dāng)年去世，這意味著此項(xiàng)工作永遠(yuǎn)再無法完成。

幸運(yùn)的是在1657年在意大利籍伽利略與瑞士籍喬斯特-布基JostBürgi的工作基礎(chǔ)上，由荷蘭物理學(xué)家ChristianHuygens發(fā)明了鐘擺鐘。其建造工作被委派給了荷蘭鐘表匠薩繆爾-考斯特SamuelCoster。惠更斯第一個(gè)將鐘擺鐘帶離實(shí)驗(yàn)階段。1659他完善了鐘擺的等時(shí)性。惠更斯發(fā)現(xiàn)了伽利略實(shí)驗(yàn)的一處局限性（周期誤差），制造出了擺線式鐘擺，無論擺幅多大均能確保擺動周期嚴(yán)格一致，即使在大擺幅的情況下也是如此。1673出版《HorlogiumOscillatorum鐘表擺動》，這是惠更斯闡述鐘擺鐘運(yùn)行和組裝的一部主要著作。這是他在擺和鐘表學(xué)方面的主要著作。［1］該書被認(rèn)為是17世紀(jì)力學(xué)三大著作之一，另兩本是伽利略的兩種新科學(xué)（1638）和牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理（1687）。事情到了這里，就開始了戲劇性的變化。另一位主人公英國物理學(xué)家胡克出場了。胡克建立了彈性體變形與力成正比的定律，就是著名的胡克定律。1660年他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)螺旋彈簧伸長量和所受拉伸力成正比。1676年在他的《關(guān)于太陽儀和其他儀器的描述》（ADescriptionofHelioscopesandOtherInstruments）一文中用字謎形式發(fā)表這一結(jié)果，謎面是ceiiinosssttuv。1678年在他的小冊子《勢能的恢復(fù)——論說明彈跳體能力的彈簧》（LecturesdePotentiaRestituva，orofSpringExplainingthePowerofSpringingBodies）一文中公布了謎底：uttensiosicvis，這句拉丁文的意思是“伸長量和力成正比”。這是關(guān)于彈性體胡克定律的最早形式。胡克對萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)起了重要作用，牛頓應(yīng)用了他的觀點(diǎn)，但牛頓卻拒絕承認(rèn)來自胡克。他用顯微鏡觀察軟木結(jié)構(gòu)中的“微孔”或“細(xì)胞（cell）乃生物學(xué)中“細(xì)胞”一詞的起源。他在1672年發(fā)現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象，并采用光波理論解釋這種現(xiàn)象。胡克制造過各種機(jī)械，包括萬向接頭在內(nèi)。1666年倫敦大火以后，他在重建城市中設(shè)計(jì)了一些重要建筑物。風(fēng)向儀，水平儀等裝置的發(fā)明權(quán)也常常歸功于他。可能是胡克實(shí)在是太忙了，他發(fā)現(xiàn)了彈簧的特性并對此做了大量的研究，但是他卻沒有做出第一只實(shí)物。而是停留在書稿上面。

直到他知道惠更斯在1675年1月30日向法國皇家學(xué)會展示了游絲擺輪實(shí)物，替代他成為了官方認(rèn)可的鐘表游絲擺輪的發(fā)明人。他暴跳如雷并開始了一段和惠更斯曠日持久的游絲發(fā)明權(quán)的爭奪戰(zhàn)�；莞购蜕洗沃谱鲾[鐘一樣，并沒有自己親自動手，而是委托法國鐘表匠IsaacThuret或JacquesThuret制造了世界上第一枚采用游絲的鐘表。至此，鐘表歷史翻開了新的一夜，其后的300多年間，幾乎所有的鐘表都是采用具有等時(shí)性的游絲設(shè)計(jì)�；莞垢淖兞绥姳硇袠I(yè)，開創(chuàng)了精確性的時(shí)代，被稱為科學(xué)制表之父。通過擒縱系統(tǒng)對發(fā)條的輸出能量進(jìn)行平穩(wěn)消耗，是機(jī)械鐘表準(zhǔn)確走時(shí)的關(guān)鍵。擒縱調(diào)速系統(tǒng)可以是鐘擺，可以是游絲擺輪，在制表歷史上面也出現(xiàn)過其他的擒縱調(diào)速系統(tǒng)，比如滾珠擒縱調(diào)速系統(tǒng)。

雖然，擒縱調(diào)速系統(tǒng)在很大程度上面已經(jīng)解決了發(fā)條輸出力矩的不均衡，但是為了更加完美地解決，歷史上面，一代又一代的制表人還作出了其他的嘗試。1。芝麻鏈恒動力裝置芝麻鏈裝置的名稱“fusée”為法語，源自拉丁語fusata，意為繞滿線的紡錘。其基本原理是：通過連接發(fā)條盒的鏈條在錐形寶塔輪粗細(xì)不等的兩端間的運(yùn)動，來抵消因發(fā)條輸出力矩前后不均而導(dǎo)致的走時(shí)不準(zhǔn)的問題。1490年，萊奧納多·達(dá)·芬奇（LeonardoDaVinci）就已在他的機(jī)械裝置中繪制出了這一機(jī)構(gòu)原理的草圖。

芝麻鏈的鏈條就像直行車的鏈條一樣，只是尺寸變得非常非常小，加工裝配難度系數(shù)非常大，在日常使用中，如果上弦方向錯(cuò)誤，就會扯斷這根纖細(xì)的鏈條。再加上，芝麻鏈非常占空間，所以現(xiàn)代手表很少見到這個(gè)裝置。如果使用這樣裝置的現(xiàn)代表會很貴，老的懷表相對便宜很多。下圖的這枚寶璣芝麻鏈恒動力陀飛輪價(jià)格100w人民幣左右。寶璣LaTraditionTourbillon，當(dāng)代手表集大成者。天才萊昂納多·達(dá)·芬奇LeonardoDaVinci的芝麻鏈設(shè)計(jì)提供恒動力，制表大師亞伯拉罕-路易·寶璣Abraham-LouisBreguet的陀飛輪裝置抵消地心引力。新興材料也融入傳統(tǒng)機(jī)械之中，配有鈦制擺輪和硅質(zhì)寶璣游絲。

2。擒縱系統(tǒng)恒動力裝置恒動力的實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)方案，一個(gè)是在輪系實(shí)現(xiàn)，代表就是芝麻鏈，通過均力圓錐輪利用杠桿原理，改變了力臂進(jìn)而改變力矩，因此實(shí)現(xiàn)發(fā)條能量的穩(wěn)定輸出。一個(gè)是在擒縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，將輪系傳來的力量提前進(jìn)行處理，再傳輸給擒縱系統(tǒng)，這樣就能保證精度！這一枚LANG&HEYNE就是采用擒縱系統(tǒng)恒動力方案，簡單點(diǎn)說，在擒縱輪上面加載了一個(gè)"卡放裝置"，相當(dāng)于又一個(gè)"擒縱系統(tǒng)"。能量傳導(dǎo)來，附加的彈簧游絲吸收能量收縮，然后由于金屬彈性又將力量釋放，由于還有一個(gè)附加的擒縱叉控制，所以輸出的能量就變得平穩(wěn)。再將平穩(wěn)的力量輸送給真正的走時(shí)擒縱。這枚恒動力大三針機(jī)芯采用最傳統(tǒng)的德國修飾，黃金螺絲擺輪，寶璣游絲，鵝頸微調(diào)，鋼輪太陽紋打磨，藍(lán)鋼螺絲，黃金套筒，鎏金夾板，陶瓷盤面，路易花針，擺輪蓋石還是一枚鉆石。恒動力游絲5秒鐘一個(gè)周期，每5秒鐘就會發(fā)出額外一聲悅耳的滴答聲。

3。限位釘1583年，伽利略發(fā)現(xiàn)了鐘擺的等時(shí)性，并提出應(yīng)用于鐘表，指：鐘擺來回?cái)[動的一個(gè)周期和擺錘的質(zhì)量無關(guān)，也和擺幅無關(guān)，只和擺線長短有關(guān)。但惠更斯發(fā)現(xiàn)在大擺幅的情況下，擺動周期有變�；莞拱l(fā)明了在鐘擺兩側(cè)（圖二）加裝C型彈簧板，讓其最大幅度限制在一定范圍內(nèi)，以保證鐘擺的等時(shí)性。

在鐘上面就是使用c型擋板，在表上面就是使用限位釘。但是限位釘只在力矩大的時(shí)候起作用，將擒縱叉的最大擺動幅度限制在一定的角度內(nèi)，進(jìn)而限定傳輸給游絲擺輪的最大能量。對力矩小的時(shí)候，不起任何作用。

4。特殊的輪系設(shè)定限位釘?shù)淖饔檬强刂瓢l(fā)條輸出力矩不超過某一個(gè)最大限度，而還有一種通過特殊的輪系設(shè)定，讓發(fā)條在將要釋放完畢。力矩處于接近衰減完畢的時(shí)候直接讓手表停止運(yùn)行，不讓機(jī)芯運(yùn)動處于一個(gè)不良好的狀態(tài)。打個(gè)比喻，限位釘就是限制高血壓的人參加運(yùn)動，特殊輪系就是不讓低血壓的人參加運(yùn)動。限位釘是強(qiáng)制限制高血壓病人的最高血壓，將血壓壓到一個(gè)設(shè)定的水平并讓其一直運(yùn)動。而特殊輪系，則是讓低血壓病人直接不運(yùn)動，讓他一邊呆著去。這枚工程師腕表搭載了IWC50000型機(jī)芯，在著名的啄木鳥上鏈系統(tǒng)幫助下，自動陀旋轉(zhuǎn)1960次后就能實(shí)現(xiàn)高達(dá)7天的動力儲存。為了達(dá)到如此長的儲蓄，發(fā)條足足有850mm，厚度只有0。14mm。長動力機(jī)芯并不只是在發(fā)條上面做文章，通過設(shè)計(jì)這表會在168小時(shí)后暫停機(jī)芯運(yùn)行，確保等時(shí)性，保證走時(shí)精度。

5。自動手表自動手表比手動手表要準(zhǔn)一些。發(fā)條盤里面的發(fā)條收縮，然后不斷擴(kuò)大，釋放能量給游絲擺輪調(diào)速系統(tǒng)�？墒瞧胀ㄊ謩訖C(jī)芯的發(fā)條力矩是先大后小，有一個(gè)衰減過程，這會影響手表走時(shí)，這就叫等時(shí)性誤差。舉例：一塊手表在剛上好鏈的時(shí)候，發(fā)條力矩大，同一位置瞬間誤差在5秒，過了24小時(shí)后，發(fā)條的力量減少，同一位置瞬間誤差就達(dá)到25秒。20秒，就是這塊表的等時(shí)差。普通手表不對這點(diǎn)誤差進(jìn)行調(diào)整，而高端手表或長動力手表會添加“恒動力”系統(tǒng)，用以平穩(wěn)發(fā)條盤傳輸出來的力量。然后自動手表具有防“過上鏈”設(shè)計(jì)，當(dāng)自動手表上鏈滿額的時(shí)候，自動陀再給發(fā)條上鏈，發(fā)條會在發(fā)條盤里面滑動，不會再“收縮”。當(dāng)發(fā)條擴(kuò)大了一點(diǎn)，釋放了一點(diǎn)能量，自動陀再轉(zhuǎn)動上鏈，發(fā)條就不會滑動，而是會收縮儲蓄能量。這樣，自動手表的發(fā)條就能一直保持“上緊”，這樣提供的能量就比較一致，輸出力矩平穩(wěn)。手表的走時(shí)就更穩(wěn)定，誤差小。