上期我們介紹了機(jī)械表的發(fā)、齒輪、擒縱機(jī)構(gòu)和擺輪組本期我們繼續(xù)介紹機(jī)械表的芯。夾板我們先從主夾板開(kāi)，它構(gòu)成了機(jī)芯的主體：注看，主夾板有很多不同的開(kāi) —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之前冰夷好的部件。圖的粉色部分也是紅寶石（與期介紹的擒縱叉頂端的馬仔和擺輪的車(chē)芯一樣）。它們為軸承，使各部件的軸可以轉(zhuǎn)起來(lái)。讓我們近距離地看它：寶石里面有一個(gè)小腔。了進(jìn)一步減少旋轉(zhuǎn)部件的能損失，腔內(nèi)涂有少量的特殊滑油。潤(rùn)滑油會(huì)粘在寶石和寶石孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的軸上，以進(jìn)步減少摩擦，延長(zhǎng)手表單次發(fā)條后的運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)減精密機(jī)械部件間的磨損。前個(gè)我們要安裝到主夾板上的件是擒縱輪和擒縱叉：安裝這兩個(gè)零件后，我們?cè)儆们?夾板蓋住擒縱叉。夾板固定擒縱叉轉(zhuǎn)軸的另一端，并通兩個(gè)螺絲釘固定在主夾板上注意看，這個(gè)擒縱叉的擺動(dòng)擒縱夾板中央的兩個(gè)凸起的狀限制住了：這保證了擒縱推動(dòng)擒縱叉的幅度只能到這，再推就會(huì)被這些凸起攔住接著，我們可以把剩下的齒安裝進(jìn)去。這四個(gè)齒輪的位都是精心安排的，這使得它只會(huì)占據(jù)一小部分空間。注看，第四個(gè)齒輪穿過(guò)了手表正中央 —— 你可以在主夾板的另一面看到它穿猩猩去的軸。在整個(gè)組裝過(guò)程的最后我們將把秒針裝在這個(gè)長(zhǎng)軸。為了保證所有齒輪都被固住，我們用齒輪組夾板把它蓋上，這也為齒輪轉(zhuǎn)軸的另端提供了固定點(diǎn)。齒輪組夾也被螺絲固定在主夾板上，樣所有東西都被固定好了。心零件中，只剩下擺輪組還裝上去了。它很特殊，需要門(mén)設(shè)計(jì)的固定機(jī)構(gòu)。讓我們把所有的部件裝上擺輪組夾。注意看，作為平衡彈簧的絲非常精細(xì)，它的末端連接擺輪。游絲的名字正是取自它的精細(xì)，在英文中，它也此被稱(chēng)為 hairspring。黃色和青色的部位用來(lái)調(diào)節(jié)游絲的振動(dòng)頻率。讓我看看它們實(shí)際是怎么工作的黃色部位緊緊地固定著游絲通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)它，我們可以調(diào)節(jié)輪和它上邊的車(chē)芯在自由松狀態(tài)時(shí)的位置。這保證了擺“滴”和“答”的擺動(dòng)相位經(jīng)歷相同的時(shí)間。青色部位以在游絲上自由地滑動(dòng)，它以阻止游絲尾部的自由振動(dòng)從而改變游絲振動(dòng)的有效長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)節(jié)青色部位，我們以調(diào)節(jié)擺輪擺動(dòng)的周期，從讓表走得稍微快些或慢些。們還能通過(guò)調(diào)節(jié)頂部的螺絲對(duì)走表的速度進(jìn)行精調(diào) —— 螺絲的頭并不居中，所以轉(zhuǎn)動(dòng)它茈魚(yú)會(huì)微微地轉(zhuǎn)動(dòng)青色部的小叉子。游絲是由特殊合制成的，例如尼瓦洛克斯合（Nivarox），它的勁度系數(shù)在不同溫度下保持不，這提高了機(jī)械表走時(shí)的精。安裝擺輪組的最后一步，裝上防震機(jī)構(gòu)，它包含一個(gè)子，兩塊寶石和一個(gè)固定用小彈簧。當(dāng)手表突然被震時(shí)這個(gè)機(jī)構(gòu)能保護(hù)擺輪軸脆弱尖端不會(huì)被震破。讓我們看當(dāng)擺輪軸搖晃時(shí)，這些零件如何一起起到保護(hù)作用的。表被震動(dòng)，擺輪軸運(yùn)動(dòng)的能會(huì)被彈簧吸收，這點(diǎn)和汽車(chē)懸架系統(tǒng)很像。如果震動(dòng)很烈，那么擺輪軸更厚更強(qiáng)的位將通過(guò)蓋子將負(fù)荷傳導(dǎo)出，從而保護(hù)脆弱的軸尖。經(jīng)這最后一步，我們終于把上漂在空中的零部件完全地組成了手表機(jī)芯。但是，你也還記得我曾略過(guò)了如何把主條上緊的問(wèn)題。如果我們直用發(fā)條軸心來(lái)上緊發(fā)條，那它會(huì)發(fā)生什么呢？為了清楚解答這個(gè)問(wèn)題，下圖我打開(kāi)條盒的蓋子，讓你能看清里的發(fā)條：只要發(fā)條軸心被固著，主發(fā)條就能驅(qū)動(dòng)機(jī)械表 —— 你可以在另一面看到附在第四個(gè)齒綸山上的秒針轉(zhuǎn)了來(lái)。然而，當(dāng)我們松開(kāi)發(fā)條心，主發(fā)條就會(huì)“擺爛”— 通過(guò)把軸心反向轉(zhuǎn)回去以釋放扭矩，這樣的話(huà)梁書(shū)發(fā)條會(huì)速地丟失所儲(chǔ)存的能量，機(jī)表也會(huì)停下來(lái)。為了防止主條自發(fā)地反向轉(zhuǎn)動(dòng)，我們需防止發(fā)條軸心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)還要允許它順時(shí)針動(dòng)，這樣我們才能上發(fā)條。個(gè)問(wèn)題看似復(fù)雜，但可以通很簡(jiǎn)單的裝置來(lái)解決，它就棘爪，讓我們看看它是怎么作的。棘爪為了繼續(xù)改進(jìn)我的裝置，我們首先得裝上一發(fā)條盒上夾板作為牢固的基，它能固定發(fā)條盒，并且為他部件提供固定結(jié)構(gòu)。由于個(gè)夾板會(huì)遮住部分區(qū)域，我先把一個(gè)小杠桿一起裝進(jìn)去下期我們?cè)倩剡^(guò)來(lái)講講它的用。接著，我們用螺絲釘將個(gè)棘輪固定在發(fā)條軸心上。輪有一個(gè)方形孔，這和發(fā)條心頂部的方形是相吻合的。個(gè)匹配的方形使棘輪可以帶發(fā)條軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)。我先暫把螺絲去掉讓大家看得更清些：現(xiàn)在裝上三個(gè)重要的零。第一個(gè)零件是個(gè)小小的棘，我們先把它裝在發(fā)條盒上板敞開(kāi)的頂部。在它有限的度內(nèi)，棘爪可以繞著它的軸動(dòng)：第二個(gè)零件是棘爪簧。個(gè)金屬小玩意彈勁很強(qiáng)，當(dāng)們壓緊它時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)回復(fù)力。我們稍微壓緊點(diǎn)棘簧，然后把它放進(jìn)發(fā)條盒上板。當(dāng)我們轉(zhuǎn)動(dòng)棘爪并松開(kāi)，棘爪簧會(huì)在一瞬間把它推去。第三個(gè)零件是冠狀齒輪它也安裝在發(fā)條盒上夾板上它是被左手螺絲釘固定住的這不同于大部分常規(guī)的齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)它才會(huì)上緊：注看冠狀齒輪的齒是如何嚙合輪的。雖然冠狀齒輪看起來(lái)隔一個(gè)齒就缺一個(gè)齒，但它棘輪依然可以嚙合并正常工。冠狀齒輪的齒隙可以容納爪上的小桿子落入其中。如我們逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪，會(huì)嚙合棘輪并上緊發(fā)條。注觀察冠狀齒輪的齒是如何將爪推開(kāi)，而當(dāng)轉(zhuǎn)到齒隙，棘又是如何迅速?gòu)椈氐?。?dāng)棘彈回并撞擊冠狀齒輪時(shí)，它發(fā)出咔噠聲，所以英文中它叫“click”。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪會(huì)上緊主發(fā)條陸吾反過(guò)來(lái)順時(shí)針轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生什么？在下面的模擬演示中，注看冠狀齒輪的齒是如何被棘卡住的，這就能防止冠狀齒倒轉(zhuǎn)：這個(gè)簡(jiǎn)單的裝置能讓們通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪來(lái)上發(fā)，你可以看看下圖的演示。個(gè)棘爪還能防止主發(fā)條自己轉(zhuǎn)松開(kāi) —— 這也是為什么你不能反著拖動(dòng)榖山條的原因除非你重啟整個(gè)演示控件。表另一面的秒針展示了如何秒，但一個(gè)完整的表應(yīng)該同顯示分鐘和時(shí)鐘。讓我們看機(jī)械表是如何用一系列傳動(dòng)輪完成這個(gè)目標(biāo)。傳動(dòng)齒輪我們的這個(gè)機(jī)芯里，秒針是在第四個(gè)傳動(dòng)齒輪上的，因它正好每分鐘精確地轉(zhuǎn)一圈為了讓分針也能以正確的速轉(zhuǎn)動(dòng)，我們需要一個(gè)比秒針輪轉(zhuǎn)速慢 60 倍的轉(zhuǎn)軸。好在，機(jī)械表機(jī)芯的設(shè)計(jì)者經(jīng)用了一個(gè)絕妙的辦法，從一個(gè)齒輪上“套”出了所需的轉(zhuǎn)速。如果你從表的正面近看看，你會(huì)看見(jiàn)第三個(gè)輪的小齒輪從一個(gè)小敞口露出了一些。我們可以在表的中套上一個(gè)輪管（因?yàn)樗袀€(gè)加農(nóng)炮 cannon 一樣的管子，所以英文是 cannon pinion），輪管帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，我們把嚙合到之前提到的小齒輪上當(dāng)?shù)谌齻€(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶驅(qū)動(dòng)輪和輪管。把分針裝在管上，我們就能記錄分鐘了 —— 其中所涉及到的齒輪都精確地設(shè)定猩猩了齒數(shù)，以實(shí)比秒針慢 60 倍的目的。我們可以從下圖看到秒針和針是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。下面的滑模擬時(shí)間的流速，可以滑動(dòng)來(lái)控制演示時(shí)間的快慢。時(shí)要轉(zhuǎn)得比分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個(gè)齒輪能實(shí)現(xiàn)它。將分針輪作為中與輪管?chē)Ш?，然后時(shí)針輪與針輪上的小齒輪嚙合：時(shí)針松松地裝在輪管上，它們可互相獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。將時(shí)針裝時(shí)針輪上，我們就完成了驅(qū)表針的裝置。我還加上了一刻度表盤(pán)，上面標(biāo)記了 12 個(gè)小時(shí)，它能讓我們準(zhǔn)確地讀出指針?biāo)?魚(yú)示的時(shí)間。計(jì)功能這個(gè)表的計(jì)日裝置由四主要部分組成 —— 定位桿簧，指示齒輪，日期夾板與在上面的齒輪，和印有所有能的 31 個(gè)日期的日期環(huán)：為了解釋它是如何竹山作的我先把無(wú)關(guān)的零件隱藏掉。還會(huì)去掉指示齒輪的蓋子，能看到下面有一個(gè)小小的扭彈簧。讓我們看看這些零件如何在時(shí)針輪的帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)時(shí)針輪轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶動(dòng)期夾板的齒輪。另一面的小輪會(huì)帶動(dòng)指示齒輪和它上面扭轉(zhuǎn)彈簧。這個(gè)彈簧會(huì)被日環(huán)上的齒絆住并變彎，但在一刻，它會(huì)開(kāi)始推動(dòng)日期板當(dāng)日期環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)得足夠多時(shí)，位桿簧會(huì)突然松開(kāi)日期環(huán)，讓它跳到下一個(gè)位置。你也好奇為什么我們要設(shè)計(jì)這么雜的裝置。有讀者可能會(huì)天地想，我們只需要直接讓時(shí)輪帶著日期環(huán)轉(zhuǎn)起來(lái)就好了就像我們之前讓分針輪帶著針輪轉(zhuǎn)動(dòng)那樣。非常抱歉，樣會(huì)導(dǎo)致表盤(pán)小窗顯示出的當(dāng)前日期”連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)，這讓人很難讀出究竟是哪一天你可以在下圖左側(cè)看到這樣效果。在右側(cè)，你可以看到們剛剛搭建的裝置所指示的期 —— 它只會(huì)在午夜附近變化。你也許已經(jīng)意識(shí)剛山了我們這個(gè)機(jī)芯的計(jì)日功能并那么智能，它總是把每月計(jì) 31 天，所以我們必須在小月份的最后一天結(jié)束后把上的日期向后撥一天。另外如果機(jī)械表有一陣子沒(méi)有運(yùn)，那它的時(shí)間就會(huì)出錯(cuò)。我需要找到一個(gè)給它校正日期時(shí)間的方法。萬(wàn)幸的是，驅(qū)分針、時(shí)針和日期環(huán)的齒輪是連接在一起的，所以我們用調(diào)整其中一個(gè)齒輪，就能整所有齒輪。我將短暫地在中隱藏時(shí)針輪以便于說(shuō)明：意看，當(dāng)我轉(zhuǎn)動(dòng)分針輪時(shí)，有輪管轉(zhuǎn)動(dòng)了。這個(gè)輪管緊地插在驅(qū)動(dòng)齒輪里，所以它?？梢员或?qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)。然，因?yàn)辇X輪組中的其他齒輪能按發(fā)條盒的節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)時(shí)間的同時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪會(huì)被其齒輪阻礙而無(wú)法跟著一起轉(zhuǎn)但輪管可以克服與驅(qū)動(dòng)齒輪摩擦，從而自己轉(zhuǎn)起來(lái)。這我們?cè)诓挥绊扆X輪組的情況設(shè)置時(shí)間，并且防止對(duì)精密件造成破壞。安裝好時(shí)針輪我們會(huì)看到轉(zhuǎn)動(dòng)分針輪也會(huì)著調(diào)整時(shí)針，而且如果我們得足夠多，也能一起調(diào)整日：跟著一步步下來(lái)，我們的械表變得越來(lái)越完善，但它有一些不便之處。為了調(diào)整間以及上發(fā)條，我們必須轉(zhuǎn)機(jī)芯內(nèi)部的齒輪，而它們一是被安全地放置在表殼內(nèi)的另外，在每個(gè)少于 31 天的月份，我們現(xiàn)在都只能通調(diào)整時(shí)間來(lái)調(diào)整日期，因?yàn)?是目前調(diào)整日期的唯一方式理想情況下，我們應(yīng)該找到種將設(shè)置日期獨(dú)立于設(shè)置時(shí)的方法。為了解決這些問(wèn)題下一期我們將給機(jī)械表裝上柄，敬請(qǐng)期待。本文來(lái)自微公眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校：*0