（上）期沒有電池，機(jī)械表如準(zhǔn)確走時？（上）我們介紹了械表中提供動力的發(fā)條、將發(fā)盒轉(zhuǎn)速減慢的齒輪、控制轉(zhuǎn)速擒縱機(jī)構(gòu)和提供準(zhǔn)確走時頻率擺輪組，（中）期沒有電池，械表如何準(zhǔn)確走時？（中）我介紹了固定零件用的夾板、防發(fā)條反轉(zhuǎn)的棘爪、將秒針的轉(zhuǎn)傳動到分針時針的齒輪和計(jì)日能。但還留下了個大問題 —— 如何在不打開表殼的情況下上發(fā)條和設(shè)置日期時間？本獨(dú)山我從轉(zhuǎn)柄開始來解決這個問題。柄機(jī)構(gòu)首先，讓我們看看表冠轉(zhuǎn)柄頭）和連在下面的桿子，個表冠是操作機(jī)械表的主要接。表冠裝在表殼外部，并且直與用戶接觸。柄桿有一個方形面，它上面裝有兩個零件 —— 立輪和離合輪：立輪有一個圓形孔，所以它可以輕松地緣婦柄上轉(zhuǎn)動。而離合輪的方形孔正合柄桿的方形結(jié)構(gòu)，這使得它能隨表冠一起轉(zhuǎn)動：讓我們把些零件裝起來。我暫時隱藏了期環(huán)，防止它擋住我們的視線注意看表的背面，立輪嚙合上冠狀齒輪。為了能夠轉(zhuǎn)動立輪我們得先讓離合輪緊緊地推著 —— 下圖我用藍(lán)色箭頭標(biāo)注這個推力。立輪和離合輪相鄰的形狀是貼合的，如果我們現(xiàn)轉(zhuǎn)動表冠，它們就會互相鎖緊最終，我們可以通過順時針轉(zhuǎn)表冠來轉(zhuǎn)動冠狀齒輪，并帶動發(fā)條機(jī)構(gòu)的其余零件。而如果們逆時針反向轉(zhuǎn)動表冠，立輪冠狀齒輪就會被棘爪卡住，離輪就會沿著相鄰面的形狀被推。這個安全機(jī)制保證了即使表被扭錯方向，也不會損壞機(jī)芯看起來我們已經(jīng)通過轉(zhuǎn)動表冠現(xiàn)了上發(fā)條的目標(biāo)。但還有一待解決的小問題 —— 我們需要一個能把離合輪推向立饒山的力。而且，在某些時候我們還通過轉(zhuǎn)動表冠實(shí)現(xiàn)別的目的。了上發(fā)條，我們還要能獨(dú)立地整日期和時間。我們將通過把冠推拉到不同位置來切換這三功能。讓我們來建造這樣一個換裝置。首先，安裝校準(zhǔn)桿和置桿：現(xiàn)在，如果我們把表冠出或者推進(jìn)去，這兩個桿將繞它們的支點(diǎn)轉(zhuǎn)起來，并且會以其復(fù)雜的方式互相帶動對方：面視角觀察推拉表冠如果帶著他零件一起顯示，我們會很難出它們到底是怎么工作的，所讓我們把無關(guān)零件隱藏掉。注觀察推拉表冠時兩個桿是如何鎖的：背面視角觀察推拉表冠桿里的一個凹槽鎖著設(shè)置桿上小桿，使得推拉表冠可以帶動置桿。它上邊的另一個小桿也推動并鉤住校準(zhǔn)桿，這樣表冠一起帶動校準(zhǔn)桿。目前來看這機(jī)構(gòu)還沒有起到什么作用，我得再把設(shè)置輪加到校準(zhǔn)桿上邊小桿子上：設(shè)置輪可以在桿子自由地轉(zhuǎn)動。如果現(xiàn)在拉出表，我們可以看到設(shè)置輪會嚙合分針輪：通過轉(zhuǎn)動設(shè)置輪，我可以設(shè)置機(jī)械表的時間，但為轉(zhuǎn)動這個輪子，我們得滑動離輪使它推著設(shè)置輪，這樣，對冠的轉(zhuǎn)動才會通過離合輪傳動設(shè)置輪上：這就提出了一個挑 —— 我們需要根據(jù)不同的工作模式改變離合輪的位置，讓在上發(fā)條時嚙合立輪，而在設(shè)時間時嚙合設(shè)置輪。這就要請離合桿了：在下面的特寫圖中你可以看到離合桿剛好貼合離輪上的凹槽，所以當(dāng)離合桿繞它的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動時，會向內(nèi)或外離合輪一個推力，使它滑起來至于離合桿是怎么被帶動的，是因?yàn)楫?dāng)我們拉表冠時設(shè)置桿推動它。我們就快完成這個小的轉(zhuǎn)柄機(jī)構(gòu)了，只是還差三個細(xì)節(jié)。首先，我們得把這些零件固定好 —— 現(xiàn)在還沒有東西能防止它們從精心安排好的置脫落。第二，拉出表冠時，有一個專門的卡扣固定它 —— 轉(zhuǎn)動表冠時我們可能不自覺地推帶山它從而改變工作模式。最，當(dāng)我們把表冠完全推進(jìn)去以換回上發(fā)條模式時，我們想讓合桿可靠地回到它的初始位置這就得請出設(shè)置定位桿了，它實(shí)現(xiàn)這三個目標(biāo)：這個定位桿螺絲鎖在主夾板上，從而防止他零部件脫落。它的各種“臂”和“腿部”也能把零部件壓。讓我們再看看設(shè)置定位桿如解決另兩個問題，注意我用灰箭頭指出來的三個小凹槽：當(dāng)們推拉表冠，設(shè)置桿上的小桿扣入這三個凹槽之一。為了跳不同的凹槽，這個小桿必須彎定位桿的長臂，這就產(chǎn)生了把桿推入最近凹槽的張力。最終我們得到了三個位置，這些位能讓所有的零部件受力平衡 —— 一旦被鎖住，我們就不用擔(dān)心轉(zhuǎn)動表冠時不小心切換了工模式。關(guān)于設(shè)置定位桿，最后要說明一點(diǎn)，在它的另一端有小部分緊繃在離合桿上，我用色箭頭指出了它的位置：當(dāng)離桿轉(zhuǎn)動時，這個金屬的彈片很易把離合桿轉(zhuǎn)回去。當(dāng)表冠處設(shè)置日期或時間模式時，設(shè)置會阻礙離合桿彈回去，但一旦們回到上發(fā)條模式，這個定位的彈片會使離合桿轉(zhuǎn)回去，從也把離合輪滑回去。實(shí)際上，里還有一個令人拍案叫絕的設(shè)，但在平面視角下它被藏起來。如果你記性不錯，在中期沒電池，機(jī)械表如何準(zhǔn)確走時？中）介紹棘爪那一章節(jié)的開頭我們在安裝發(fā)條盒上夾板之前往主夾板上裝了一個小杠桿，后才繼續(xù)講如何用棘爪防止發(fā)反轉(zhuǎn)。體貼的編輯知道你們大忘了，所以把圖再放一遍這個杠桿短的一端貼合離合輪的凹，當(dāng)我們拉出表冠，帶動離合時，小杠桿就會轉(zhuǎn)動：當(dāng)杠桿到底，它會與擺輪摩擦，使其法移動 —— 這能讓表停下來。結(jié)果就是，當(dāng)我們把表冠拉底，進(jìn)入時間設(shè)置模式時，這止動桿會阻礙擺輪擺動，使表下來，在英文中有個詞“hacking”專門描述這一動作。于是，在我們設(shè)置時間時，秒不會同時自行轉(zhuǎn)動，這有助于高校準(zhǔn)時間的精度。讓我們把有零部件裝好，再一次看看整轉(zhuǎn)柄機(jī)構(gòu)是如何工作的。當(dāng)表被完全推進(jìn)去時，它的轉(zhuǎn)動會動離合輪，再帶動立輪，再帶冠狀齒輪，再帶動棘輪并上好條：當(dāng)表冠被完全拉出時，它轉(zhuǎn)動會帶動離合輪，設(shè)置輪，針輪，時針輪，和藏在時針輪面的輪管。（溫習(xí)一下，輪管讓我們設(shè)置時間，而不會被防發(fā)條反轉(zhuǎn)的棘爪卡?。┳詈?，表冠被推到中間位置時，我們進(jìn)入日期設(shè)置模式。但為了完這一目標(biāo)，我們?nèi)孕枰~外加一個換日輪，讓我們把它裝在夾板的小凹槽里：注意，換日可以在凹槽上下滑動。如果把冠拉到中間位置并轉(zhuǎn)動它，我就能轉(zhuǎn)動換日輪，而它就能鉤日期環(huán)內(nèi)部的齒。日期定位桿則能保證我們能把日期環(huán)鎖定有效的位置上：我個人認(rèn)為，整個轉(zhuǎn)柄機(jī)構(gòu)簡直是機(jī)械奇跡這些錯綜復(fù)雜相互協(xié)作的部件極其有條理地安排妥當(dāng)，而每部件又能承擔(dān)多種角色。老式表是用一個單獨(dú)的按鍵來上發(fā)的，它的表冠僅僅用來設(shè)置時，但現(xiàn)代表擺脫了上發(fā)條按鍵所以這整個機(jī)構(gòu)又叫無鍵機(jī)構(gòu)keyless works）。僅僅只用一些形狀被精心設(shè)的零部件和一個表冠，我們就控制表的不同設(shè)置功能。在繼下一章節(jié)前，讓我們裝上分針上夾板來保護(hù)剩余的零部件：們快完成手表機(jī)芯的制造了。后一個要裝上去的部件能讓手在我們散步時自動上發(fā)條。自上條機(jī)構(gòu)當(dāng)一個人戴著手表移手臂時，手表在這一天的空間向會不停地發(fā)生變化。即使是散步時，手表相對地面也在輕地?cái)[動。通常來說，所有用來動表的能量都被浪費(fèi)了，但自上條機(jī)構(gòu)會設(shè)法捕捉一部分能來上緊主發(fā)條。要想理解它的作原理，我們得先把整個自動條機(jī)構(gòu)裝到手表上。它的主要分是一個可以繞著中心自由轉(zhuǎn)的配重。當(dāng)配重轉(zhuǎn)起來時，它帶動一系列齒輪，最后一個齒與棘輪嚙合，從而上緊發(fā)條盒的發(fā)條：配重可以自由轉(zhuǎn)動，是很重要的一點(diǎn)。在下圖中，將轉(zhuǎn)動手表的空間朝向，而重總會把配重拖到下面，這就使配重相對手表的其余部件轉(zhuǎn)起：回憶我們在中期討論過的上條機(jī)構(gòu)，你也許還記得棘輪只朝一個方向轉(zhuǎn)，因?yàn)榧σ?主發(fā)條自發(fā)地反轉(zhuǎn)。然而，配可以前后擺動，這通常意味著何連接它的齒輪傳動系統(tǒng)也會兩個方向轉(zhuǎn)動。但是，如果你過來看看自動上條機(jī)構(gòu)，你會現(xiàn)有些特殊的地方 —— 前后轉(zhuǎn)動配重，輸出齒輪只會朝一方向轉(zhuǎn)動。我在齒輪上放了一小黑點(diǎn)，這樣你能看得更清楚為了理解究竟發(fā)生了什么，讓們先看看這個機(jī)構(gòu)所涉及的所零部件：當(dāng)配重轉(zhuǎn)動時，附在重底部的綠色齒輪會帶動兩個色齒輪。這個部件的大部分和們之前見過的被夾板固定的齒組很像。不過，你可能已經(jīng)猜了，這個單向傳動的秘密就藏黃藍(lán)齒輪的雙重組合。讓我們看它們是怎么組合的：藍(lán)色齒可以在黃色齒輪上自由轉(zhuǎn)動，魚狀桿也能繞著藍(lán)色齒輪里的洞轉(zhuǎn)動。注意看，黃色齒輪的部有一個特殊的形狀。下圖我掉了藍(lán)色齒輪中央的部分，讓們能看到里面發(fā)生了什么。當(dāng)逆時針轉(zhuǎn)動藍(lán)色齒輪，魚狀桿是滑過黃色齒輪的內(nèi)部。而當(dāng)順時針轉(zhuǎn)動藍(lán)色齒輪，其中一魚狀桿就會卡住黃色齒輪并帶它。這個絕妙的機(jī)構(gòu)將藍(lán)色齒的動力單向傳遞給了黃色齒輪自動上條機(jī)構(gòu)有兩個這樣的齒 —— 一個會在順時針轉(zhuǎn)動時驅(qū)動輸出輪，另一個會在逆時轉(zhuǎn)動時驅(qū)動輸出輪。在下圖中你可以看到當(dāng)你轉(zhuǎn)動附在配重的齒輪時會發(fā)生什么。為了讓看得更清楚，我去掉了無關(guān)的件：注意觀察我高亮的一對黃齒輪，那一對才是真正直接地配重齒輪接收動力，并傳遞給出齒輪。同一時間，只有一對樣的齒輪被“激活”—— 另一對要么在空轉(zhuǎn)，要么作為中介變轉(zhuǎn)動方向，以確保輸出齒輪是在以正確的方向上發(fā)條。相于附在配重上的齒輪，輸出齒轉(zhuǎn)得很慢，所以完全上好發(fā)條要大量的手臂擺動。不過，在天的時間里，自動上條機(jī)構(gòu)通能保證發(fā)條有足夠的能量。機(jī)表的真實(shí)尺寸在目前為止所有圖例中，我們都把零部件放大很多倍以便于觀察，但在下面最后一張圖中，你最終會發(fā)現(xiàn)有的零部件其實(shí)很小。機(jī)械表圍圓角矩形代表一個信用卡的小 —— 如果你手邊有一張，你可以把它放在祝融幕上對照。望這樣做能讓你認(rèn)識到我們所紹的零部件的真實(shí)尺寸有多小結(jié)語20 世紀(jì) 70 年代，機(jī)械表開始被石英表取代。石表是用石英晶體振動的電子計(jì)來計(jì)時的。隨著技術(shù)的發(fā)展，眾所佩戴的手表越來越依賴于字電路?，F(xiàn)代的智能手表僅僅在外形和佩戴位置上與原來的表有相似之處了。機(jī)械表不如子表準(zhǔn)確。它們更脆弱，需要期維護(hù)。盡管有這些缺陷，這設(shè)備向我們展示了機(jī)械工程的妙之處。通過巧妙地利用微型輪、杠桿和彈簧并將它們有機(jī)合，一塊機(jī)械表從冷冰冰的零變成了鮮活的生命。作者：Ciechanowski?翻譯：牧羊?qū)徯＃荷顪\本文來自微信眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski