上期我們介紹了機(jī)械的發(fā)條、齒輪、擒縱構(gòu)和擺輪組，本期我繼續(xù)介紹機(jī)械表的機(jī)。夾板我們先從主夾開始，它構(gòu)成了機(jī)芯主體：注意看，主夾有很多不同的開口 —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之鮮山搭好的件。圖中的粉色部分是紅寶石（與上期介的擒縱叉頂端的馬仔和擺輪的車芯一樣）它們作為軸承，使各件的軸可以旋轉(zhuǎn)起來讓我們近距離地看看：寶石里面有一個小。為了進(jìn)一步減少旋部件的能量損失，腔涂有少量的特殊潤滑。潤滑油會粘在寶石在寶石孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的軸，以進(jìn)一步減少摩擦延長手表單次上發(fā)條的運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)減精密機(jī)械部件間的磨。前兩個我們要安裝主夾板上的零件是擒輪和擒縱叉：安裝好兩個零件后，我們再擒縱夾板蓋住擒縱叉夾板固定住擒縱叉轉(zhuǎn)的另一端，并通過兩螺絲釘固定在主夾板：注意看，這個擒縱的擺動被擒縱夾板中的兩個凸起的形狀限住了：這保證了擒縱推動擒縱叉的幅度只到這里，再推就會被些凸起攔住。接著，們可以把剩下的齒輪裝進(jìn)去。這四個齒輪位置都是精心安排的這使得它們只會占據(jù)小部分空間。注意看第四個齒輪穿過了手的正中央 —— 你可以在主夾板的另一面到它穿過去的轉(zhuǎn)軸。整個組裝過程的最后我們將把秒針裝在這長軸上。為了保證所齒輪都被固定住，我用齒輪組夾板把它們上，這也為齒輪轉(zhuǎn)軸另一端提供了固定點(diǎn)齒輪組夾板也被螺絲定在主夾板上，這樣有東西都被固定好了核心零件中，只剩下輪組還沒裝上去了。很特殊，需要專門設(shè)的固定機(jī)構(gòu)。讓我們把所有的部件裝上擺組夾板。注意看，作平衡彈簧的游絲非常細(xì)，它的末端連接著輪。游絲的名字正是自于它的精細(xì)，在英中，它也因此被稱為 hairspring。黃色和青色的部位來調(diào)節(jié)游絲的振動頻。讓我們看看它們實(shí)是怎么工作的：黃色位緊緊地固定著游絲通過轉(zhuǎn)動它，我們可調(diào)節(jié)擺輪和它上邊的芯在自由松弛狀態(tài)時(shí)位置。這保證了擺輪滴”和“答”的擺動位會經(jīng)歷相同的時(shí)間青色部位可以在游絲自由地滑動，它可以止游絲尾部的自由振，從而改變游絲振動有效長度。通過調(diào)節(jié)色部位，我們可以調(diào)擺輪擺動的周期，從讓表走得稍微快些或些。我們還能通過調(diào)頂部的螺絲，對走表速度進(jìn)行精調(diào) —— 螺絲的頭并不居中，以轉(zhuǎn)動它也會微微地動青色部位的小叉子游絲是由特殊合金制的，例如尼瓦洛克斯金（Nivarox），它的勁度系數(shù)在不溫度下保持不變，這高了機(jī)械表走時(shí)的精。安裝擺輪組的最后步，是裝上防震機(jī)構(gòu)它包含一個套子，兩寶石和一個固定用的彈簧。當(dāng)手表突然被時(shí)，這個機(jī)構(gòu)能保護(hù)輪軸脆弱的尖端不會震破。讓我們看看當(dāng)輪軸搖晃時(shí)，這些零是如何一起起到保護(hù)用的。當(dāng)表被震動，輪軸運(yùn)動的能量會被簧吸收，這點(diǎn)和汽車懸架系統(tǒng)很像。如果動很強(qiáng)烈，那么擺輪更厚更強(qiáng)的部位將通蓋子將負(fù)荷傳導(dǎo)出去從而保護(hù)脆弱的軸尖經(jīng)過這最后一步，我終于把上期漂在空中零部件完全地組裝成手表機(jī)芯。但是，你許還記得我曾略過了何把主發(fā)條上緊的問。如果我們直接用發(fā)軸心來上緊發(fā)條，那它會發(fā)生什么呢？為清楚地解答這個問題下圖我打開發(fā)條盒的子，讓你能看清里面發(fā)條：只要發(fā)條軸心固定著，主發(fā)條就能動機(jī)械表 —— 你可以在另一面看到附在四個齒輪上的秒針轉(zhuǎn)起來。然而，當(dāng)我們開發(fā)條軸心，主發(fā)條會“擺爛”—— 通過把軸心反向轉(zhuǎn)回去以放扭矩，這樣的話，條會快速地丟失所儲的能量，機(jī)械表也會下來。為了防止主發(fā)自發(fā)地反向轉(zhuǎn)動，我需要防止發(fā)條軸心逆針轉(zhuǎn)動，但與此同時(shí)要允許它順時(shí)針轉(zhuǎn)動這樣我們才能上發(fā)條這個問題看似復(fù)雜，可以通過很簡單的裝來解決，它就是棘爪讓我們看看它是怎么作的。棘爪為了繼續(xù)進(jìn)我們的裝置，我們先得裝上一個發(fā)條盒夾板作為牢固的基板它能固定發(fā)條盒，并為其他部件提供固定構(gòu)。由于這個夾板會住部分區(qū)域，我們先一個小杠桿一起裝進(jìn)，下期我們再回過來講它的作用。接著，們用螺絲釘將一個棘固定在發(fā)條軸心上。輪有一個方形孔，這發(fā)條軸心頂部的方形相吻合的。這個匹配方形使棘輪可以帶著條軸心一起轉(zhuǎn)動。我暫時(shí)把螺絲去掉讓大看得更清楚些：現(xiàn)在上三個重要的零件。一個零件是個小小的爪，我們先把它裝在條盒上夾板敞開的頂。在它有限的角度內(nèi)棘爪可以繞著它的軸動：第二個零件是棘簧。這個金屬小玩意勁很強(qiáng)，當(dāng)我們壓緊時(shí)，它會產(chǎn)生很強(qiáng)的復(fù)力。我們稍微壓緊棘爪簧，然后把它放發(fā)條盒上夾板。當(dāng)我轉(zhuǎn)動棘爪并松開時(shí)，爪簧會在一瞬間把它回去。第三個零件是狀齒輪，它也安裝在條盒上夾板上。它是左手螺絲釘固定住的這不同于大部分常規(guī)齒輪，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)它會上緊：注意看冠狀輪的齒是如何嚙合棘的。雖然冠狀齒輪看來每隔一個齒就缺一齒，但它和棘輪依然以嚙合并正常工作。狀齒輪的齒隙可以容棘爪上的小桿子落入中。如果我們逆時(shí)針動冠狀齒輪，他會嚙棘輪并上緊發(fā)條。注觀察冠狀齒輪的齒是何將棘爪推開，而當(dāng)到齒隙，棘爪又是如迅速彈回的。當(dāng)棘爪回并撞擊冠狀齒輪時(shí)它會發(fā)出咔噠聲，所英文中它也叫“click”。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動冠狀齒輪會上緊主發(fā)條那反過來順時(shí)針轉(zhuǎn)會生什么呢？在下面的擬演示中，注意看冠齒輪的齒是如何被棘卡住的，這就能防止狀齒輪倒轉(zhuǎn)：這個簡的裝置能讓我們通過動冠狀齒輪來上發(fā)條你可以看看下圖的演。這個棘爪還能防止發(fā)條自己反轉(zhuǎn)松開 —— 這也是為什么你不能反著拖動滑條的原，除非你重啟整個演控件。手表另一面的針展示了如何計(jì)秒，一個完整的表應(yīng)該同顯示分鐘和時(shí)鐘。讓們看看機(jī)械表是如何一系列傳動齒輪完成個目標(biāo)。傳動齒輪在們的這個機(jī)芯里，秒是裝在第四個傳動齒上的，因?yàn)樗妹?鐘精確地轉(zhuǎn)一圈。為讓分針也能以正確的度轉(zhuǎn)動，我們需要一比秒針齒輪轉(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)用了一個絕妙的辦，從另一個齒輪上“”出了所需要的轉(zhuǎn)速如果你從表的正面湊看看，你會看見第三輪上的小齒輪從一個敞口露出來了一些。們可以在表的中央套一個輪管（因?yàn)樗?像加農(nóng)炮 cannon 一樣的管子，所以英文是 cannon pinion），輪管帶有一個驅(qū)動輪，們把它嚙合到之前提的小齒輪上：當(dāng)?shù)谌?輪子轉(zhuǎn)動，它會帶動動輪和輪管。把分針在輪管上，我們就能錄分鐘了 —— 其中所涉及到的齒輪都精地設(shè)定好了齒數(shù)，以現(xiàn)比秒針慢 60 倍的目的。我們可以從圖看到秒針和分針是何運(yùn)轉(zhuǎn)的。下面的滑模擬時(shí)間的流速，可滑動它來控制演示時(shí)的快慢。時(shí)針要轉(zhuǎn)得分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個輪就能實(shí)現(xiàn)它。將分輪作為中介與輪管嚙，然后時(shí)針輪與分針上的小齒輪嚙合：時(shí)輪松松地裝在輪管上它們可以互相獨(dú)立地動。將時(shí)針裝在時(shí)針上，我們就完成了驅(qū)表針的裝置。我還加了一個刻度表盤，上標(biāo)記了 12 個小時(shí)，它能讓我們準(zhǔn)確地出指針?biāo)甘镜臅r(shí)間計(jì)日功能這個表的計(jì)裝置由四個主要部分成 —— 定位桿簧，指示齒輪，日期夾板附在上面的齒輪，和有所有可能的 31 個日期的日期環(huán)：為解釋它是如何工作的我先把無關(guān)的零件隱掉。我還會去掉指示輪的蓋子，就能看到面有一個小小的扭轉(zhuǎn)簧。讓我們看看這些件是如何在時(shí)針輪的動下運(yùn)轉(zhuǎn)的。當(dāng)時(shí)針轉(zhuǎn)動，它會帶動日期板的齒輪。另一面的齒輪會帶動指示齒輪它上面的扭轉(zhuǎn)彈簧。個彈簧會被日期環(huán)上齒絆住并變彎，但在一刻，它會開始推動期板。當(dāng)日期環(huán)轉(zhuǎn)動足夠多時(shí)，定位桿簧突然松開日期環(huán)，并它跳到下一個位置。也許好奇為什么我們設(shè)計(jì)這么復(fù)雜的裝置有讀者可能會天真地，我們只需要直接讓針輪帶著日期環(huán)轉(zhuǎn)起就好了，就像我們之讓分針輪帶著時(shí)針輪動那樣。非常抱歉，樣會導(dǎo)致表盤小窗顯出的“當(dāng)前日期”連地轉(zhuǎn)動，這會讓人很讀出究竟是哪一天。可以在下圖左側(cè)看到樣的效果。在右側(cè)，可以看到我們剛剛搭的裝置所指示的日期 —— 它只會在午夜附近變化。你也許時(shí)山經(jīng)識到了，我們這個機(jī)的計(jì)日功能并不那么能，它總是把每月計(jì) 31 天，所以我們必須在小月乾山的最后天結(jié)束后把表上的日向后撥一天。另外，果機(jī)械表有一陣子沒運(yùn)行，那它的時(shí)間就出錯。我們需要找到個給它校正日期和時(shí)的方法。萬幸的是，動分針、時(shí)針和日期的齒輪都是連接在一的，所以我們只用調(diào)其中一個齒輪，就能整所有齒輪。我將短地在圖中隱藏時(shí)針輪便于說明：注意看，我轉(zhuǎn)動分針輪時(shí)，只輪管轉(zhuǎn)動了。這個輪緊緊地插在驅(qū)動齒輪，所以它通?？梢员?動齒輪帶動。然而，為齒輪組中的其他齒只能按發(fā)條盒的節(jié)奏動，設(shè)置時(shí)間的同時(shí)動齒輪會被其他齒輪礙而無法跟著一起轉(zhuǎn)但輪管可以克服與驅(qū)齒輪的摩擦，從而自轉(zhuǎn)起來。這讓我們在影響齒輪組的情況下置時(shí)間，并且防止對密部件造成破壞。安好時(shí)針輪，我們會看轉(zhuǎn)動分針輪也會帶著整時(shí)針，而且如果我轉(zhuǎn)得足夠多，也能一調(diào)整日期：跟著一步下來，我們的機(jī)械表得越來越完善，但它有一些不便之處。為調(diào)整時(shí)間以及上發(fā)條我們必須轉(zhuǎn)動機(jī)芯內(nèi)的齒輪，而它們一般被安全地放置在表殼的。另外，在每個少 31 天的月份，我們現(xiàn)在都只能通過調(diào)時(shí)間來調(diào)整日期，因這是目前調(diào)整日期的一方式。理想情況下我們應(yīng)該找到一種將置日期獨(dú)立于設(shè)置時(shí)的方法。為了解決這問題，下一期我們將機(jī)械表裝上轉(zhuǎn)柄，敬期待。本文來自微信眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校：*0