上期我們介紹了機械表的條、齒輪、擒縱機構(gòu)和擺組，本期我們繼續(xù)介紹機表的機芯。夾板我們先從夾板開始，它構(gòu)成了機芯主體：注意看，主夾板有多不同的開口 —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之搭好的部件。圖中的粉色分也是紅寶石（與上期介的擒縱叉頂端的馬仔石和輪的車芯一樣）。它們作軸承，使各部件的軸可以轉(zhuǎn)起來。讓我們近距離地看它：寶石里面有一個小。為了進一步減少旋轉(zhuǎn)部的能量損失，腔內(nèi)涂有少的特殊潤滑油。潤滑油會在寶石和在寶石孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸上，以進一步減少摩擦延長手表單次上發(fā)條后的行時間，同時減少精密機部件間的磨損。前兩個我要安裝到主夾板上的零件擒縱輪和擒縱叉：安裝好兩個零件后，我們再用擒夾板蓋住擒縱叉。夾板固住擒縱叉轉(zhuǎn)軸的另一端，通過兩個螺絲釘固定在主板上：注意看，這個擒縱的擺動被擒縱夾板中央的個凸起的形狀限制住了：保證了擒縱輪推動擒縱叉幅度只能到這里，再推就被這些凸起攔住。接著，們可以把剩下的齒輪安裝去。這四個齒輪的位置都精心安排的，這使得它們會占據(jù)一小部分空間。注看，第四個齒輪穿過了手的正中央 —— 你可以在主夾板的另一面看到它穿去的轉(zhuǎn)軸。在整個組裝過的最后，我們將把秒針裝這個長軸上。為了保證所齒輪都被固定住，我們用輪組夾板把它們蓋上，這為齒輪轉(zhuǎn)軸的另一端提供固定點。齒輪組夾板也被絲固定在主夾板上，這樣有東西都被固定好了。核零件中，只剩下擺輪組還裝上去了。它很特殊，需專門設計的固定機構(gòu)。讓們先把所有的部件裝上擺組夾板。注意看，作為平彈簧的游絲非常精細，它末端連接著擺輪。游絲的字正是取自于它的精細，英文中，它也因此被稱為 hairspring。黃色和青色的部位用來調(diào)節(jié)絲的振動頻率。讓我們看它們實際是怎么工作的：色部位緊緊地固定著游絲通過轉(zhuǎn)動它，我們可以調(diào)擺輪和它上邊的車芯在自松弛狀態(tài)時的位置。這保了擺輪“滴”和“答”的動相位會經(jīng)歷相同的時間青色部位可以在游絲上自地滑動，它可以阻止游絲部的自由振動，從而改變絲振動的有效長度。通過節(jié)青色部位，我們可以調(diào)擺輪擺動的周期，從而讓走得稍微快些或慢些。我還能通過調(diào)節(jié)頂部的螺絲對走表的速度進行精調(diào) —— 螺絲的頭并不居中，所以轉(zhuǎn)動它也會微微地轉(zhuǎn)動色部位的小叉子。游絲是特殊合金制成的，例如尼洛克斯合金（Nivarox），它的勁度系數(shù)在不同溫度下保持不變，這提高機械表走時的精度。安裝輪組的最后一步，是裝上震機構(gòu)，它包含一個套子兩塊寶石和一個固定用的彈簧。當手表突然被震時這個機構(gòu)能保護擺輪軸脆的尖端不會被震破。讓我看看當擺輪軸搖晃時，這零件是如何一起起到保護用的。當表被震動，擺輪運動的能量會被彈簧吸收這點和汽車的懸架系統(tǒng)很。如果震動很強烈，那么輪軸更厚更強的部位將通蓋子將負荷傳導出去，從保護脆弱的軸尖。經(jīng)過這后一步，我們終于把上期在空中的零部件完全地組成了手表機芯。但是，你許還記得我曾略過了如何主發(fā)條上緊的問題。如果們直接用發(fā)條軸心來上緊條，那么它會發(fā)生什么呢為了清楚地解答這個問題下圖我打開發(fā)條盒的蓋子讓你能看清里面的發(fā)條：要發(fā)條軸心被固定著，主條就能驅(qū)動機械表 —— 你可以在另一面看到附在四個齒輪上的秒針轉(zhuǎn)了起。然而，當我們松開發(fā)條心，主發(fā)條就會“擺爛”— 通過把軸心反向轉(zhuǎn)回去以釋放扭矩，這樣的話，條會快速地丟失所儲存的量，機械表也會停下來。了防止主發(fā)條自發(fā)地反向動，我們需要防止發(fā)條軸逆時針轉(zhuǎn)動，但與此同時要允許它順時針轉(zhuǎn)動，這我們才能上發(fā)條。這個問看似復雜，但可以通過很單的裝置來解決，它就是爪，讓我們看看它是怎么作的。棘爪為了繼續(xù)改進們的裝置，我們首先得裝一個發(fā)條盒上夾板作為牢的基板，它能固定發(fā)條盒并且為其他部件提供固定構(gòu)。由于這個夾板會遮住分區(qū)域，我們先把一個小桿一起裝進去，下期我們回過來講講它的作用。接，我們用螺絲釘將一個棘固定在發(fā)條軸心上。棘輪一個方形孔，這和發(fā)條軸頂部的方形是相吻合的。個匹配的方形使棘輪可以著發(fā)條軸心一起轉(zhuǎn)動。我暫時把螺絲去掉讓大家看更清楚些：現(xiàn)在裝上三個要的零件。第一個零件是小小的棘爪，我們先把它在發(fā)條盒上夾板敞開的頂。在它有限的角度內(nèi)，棘可以繞著它的軸轉(zhuǎn)動：第個零件是棘爪簧。這個金小玩意彈勁很強，當我們緊它時，它會產(chǎn)生很強的復力。我們稍微壓緊點棘簧，然后把它放進發(fā)條盒夾板。當我們轉(zhuǎn)動棘爪并開時，棘爪簧會在一瞬間它推回去。第三個零件是狀齒輪，它也安裝在發(fā)條上夾板上。它是被左手螺釘固定住的，這不同于大分常規(guī)的齒輪，逆時針旋它才會上緊：注意看冠狀輪的齒是如何嚙合棘輪的雖然冠狀齒輪看起來每隔個齒就缺一個齒，但它和輪依然可以嚙合并正常工。冠狀齒輪的齒隙可以容棘爪上的小桿子落入其中如果我們逆時針轉(zhuǎn)動冠狀輪，他會嚙合棘輪并上緊條。注意觀察冠狀齒輪的是如何將棘爪推開，而當到齒隙，棘爪又是如何迅彈回的。當棘爪彈回并撞冠狀齒輪時，它會發(fā)出咔聲，所以英文中它也叫“click”。逆時針轉(zhuǎn)動冠狀齒輪會上緊主發(fā)條，那過來順時針轉(zhuǎn)會發(fā)生什么？在下面的模擬演示中，意看冠狀齒輪的齒是如何棘爪卡住的，這就能防止狀齒輪倒轉(zhuǎn)：這個簡單的置能讓我們通過轉(zhuǎn)動冠狀輪來上發(fā)條，你可以看看圖的演示。這個棘爪還能止主發(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因，除非重啟整個演示控件。手表一面的秒針展示了如何計，但一個完整的表應該同顯示分鐘和時鐘。讓我們看機械表是如何用一系列動齒輪完成這個目標。傳齒輪在我們的這個機芯里秒針是裝在第四個傳動齒上的，因為它正好每分鐘確地轉(zhuǎn)一圈。為了讓分針能以正確的速度轉(zhuǎn)動，我需要一個比秒針齒輪轉(zhuǎn)速 60 倍的轉(zhuǎn)軸。好在，機械表機芯的設計者已經(jīng)了一個絕妙的辦法，從另個齒輪上“套”出了所需的轉(zhuǎn)速。如果你從表的正湊近看看，你會看見第三輪上的小齒輪從一個小敞露出來了一些。我們可以表的中央套上一個輪管（為它有個像加農(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，我們把它嚙合之前提到的小齒輪上：當三個輪子轉(zhuǎn)動，它會帶動動輪和輪管。把分針裝在管上，我們就能記錄分鐘 —— 其中所涉及到的齒輪都精確地設定好了齒數(shù)以實現(xiàn)比秒針慢 60 倍的目的。我們可以從下圖到秒針和分針是如何運轉(zhuǎn)。下面的滑條模擬時間的速，可以滑動它來控制演時間的快慢。時針要轉(zhuǎn)得分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個齒輪就能現(xiàn)它。將分針輪作為中介輪管嚙合，然后時針輪與針輪上的小齒輪嚙合：時輪松松地裝在輪管上，它可以互相獨立地轉(zhuǎn)動。將針裝在時針輪上，我們就成了驅(qū)動表針的裝置。我加上了一個刻度表盤，上標記了 12 個小時，它能讓我們準確地讀出指針指示的時間。計日功能這表的計日裝置由四個主要分組成 —— 定位桿簧，指示齒輪，日期夾板與附上面的齒輪，和印有所有能的 31 個日期的日期環(huán)：為了解釋它是如何工的，我先把無關的零件隱掉。我還會去掉指示齒輪蓋子，就能看到下面有一小小的扭轉(zhuǎn)彈簧。讓我們看這些零件是如何在時針的帶動下運轉(zhuǎn)的。當時針轉(zhuǎn)動，它會帶動日期夾板齒輪。另一面的小齒輪會動指示齒輪和它上面的扭彈簧。這個彈簧會被日期上的齒絆住并變彎，但在一刻，它會開始推動日期。當日期環(huán)轉(zhuǎn)動得足夠多，定位桿簧會突然松開日環(huán)，并讓它跳到下一個位。你也許好奇為什么我們設計這么復雜的裝置。有者可能會天真地想，我們需要直接讓時針輪帶著日環(huán)轉(zhuǎn)起來就好了，就像我之前讓分針輪帶著時針輪動那樣。非常抱歉，那樣導致表盤小窗顯示出的“前日期”連續(xù)地轉(zhuǎn)動，這讓人很難讀出究竟是哪一。你可以在下圖左側(cè)看到樣的效果。在右側(cè)，你可看到我們剛剛搭建的裝置指示的日期 —— 它只會在午夜附近變化。你也許經(jīng)意識到了，我們這個機的計日功能并不那么智能它總是把每月計成 31 天，所以我們必須在小月的最后一天結(jié)束后把表上日期向后撥一天。另外，果機械表有一陣子沒有運，那它的時間就會出錯。們需要找到一個給它校正期和時間的方法。萬幸的，驅(qū)動分針、時針和日期的齒輪都是連接在一起的所以我們只用調(diào)整其中一齒輪，就能調(diào)整所有齒輪我將短暫地在圖中隱藏時輪以便于說明：注意看，我轉(zhuǎn)動分針輪時，只有輪轉(zhuǎn)動了。這個輪管緊緊地在驅(qū)動齒輪里，所以它通可以被驅(qū)動齒輪帶動。然，因為齒輪組中的其他齒只能按發(fā)條盒的節(jié)奏轉(zhuǎn)動設置時間的同時驅(qū)動齒輪被其他齒輪阻礙而無法跟一起轉(zhuǎn)，但輪管可以克服驅(qū)動齒輪的摩擦，從而自轉(zhuǎn)起來。這讓我們在不影齒輪組的情況下設置時間并且防止對精密部件造成壞。安裝好時針輪，我們看到轉(zhuǎn)動分針輪也會帶著整時針，而且如果我們轉(zhuǎn)足夠多，也能一起調(diào)整日：跟著一步步下來，我們機械表變得越來越完善，它還有一些不便之處。為調(diào)整時間以及上發(fā)條，我必須轉(zhuǎn)動機芯內(nèi)部的齒輪而它們一般是被安全地放在表殼內(nèi)的。另外，在每少于 31 天的月份，我們現(xiàn)在都只能通過調(diào)整時來調(diào)整日期，因為這是目調(diào)整日期的唯一方式。理情況下，我們應該找到一將設置日期獨立于設置時的方法。為了解決這些問，下一期我們將給機械表上轉(zhuǎn)柄，敬請期待。本文自微信公眾號：中科院物所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校：*0