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上期我們介紹了機(jī)表的發(fā)條、齒輪、縱機(jī)構(gòu)和擺輪組，期我們繼續(xù)介紹機(jī)表的機(jī)芯。夾板我先從主夾板開(kāi)始，構(gòu)成了機(jī)芯的主體注意看，主夾板有多不同的開(kāi)口 —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之前搭好部件。圖中的粉色分也是紅寶石（與期介紹的擒縱叉頂的馬仔石和擺輪的芯一樣）。它們作軸承，使各部件的可以旋轉(zhuǎn)起來(lái)。讓們近距離地看看它寶石里面有一個(gè)小。為了進(jìn)一步減少轉(zhuǎn)部件的能量損失腔內(nèi)涂有少量的特潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油會(huì)在寶石和在寶石孔旋轉(zhuǎn)的軸上，以進(jìn)步減少摩擦，延長(zhǎng)表單次上發(fā)條后的行時(shí)間，同時(shí)減少密機(jī)械部件間的磨。前兩個(gè)我們要安到主夾板上的零件擒縱輪和擒縱叉：裝好這兩個(gè)零件后我們?cè)儆们芸v夾板住擒縱叉。夾板固住擒縱叉轉(zhuǎn)軸的另端，并通過(guò)兩個(gè)螺釘固定在主夾板上注意看，這個(gè)擒縱的擺動(dòng)被擒縱夾板央的兩個(gè)凸起的形限制住了：這保證擒縱輪推動(dòng)擒縱叉幅度只能到這里，推就會(huì)被這些凸起住。接著，我們可把剩下的齒輪安裝去。這四個(gè)齒輪的置都是精心安排的這使得它們只會(huì)占一小部分空間。注看，第四個(gè)齒輪穿了手表的正中央 —— 你可以在主夾板的另一夷山看到它穿去的轉(zhuǎn)軸。在整個(gè)裝過(guò)程的最后，我將把秒針裝在這個(gè)軸上。為了保證所齒輪都被固定住，們用齒輪組夾板把們蓋上，這也為齒轉(zhuǎn)軸的另一端提供固定點(diǎn)。齒輪組夾也被螺絲固定在主板上，這樣所有東都被固定好了。核零件中，只剩下擺組還沒(méi)裝上去了。很特殊，需要專門(mén)計(jì)的固定機(jī)構(gòu)。讓們先把所有的部件上擺輪組夾板。注看，作為平衡彈簧游絲非常精細(xì)，它末端連接著擺輪。絲的名字正是取自它的精細(xì)，在英文，它也因此被稱為 hairspring。黃色和青色的部位用來(lái)調(diào)節(jié)游絲的動(dòng)頻率。讓我們看它們實(shí)際是怎么工的：黃色部位緊緊固定著游絲，通過(guò)動(dòng)它，我們可以調(diào)擺輪和它上邊的車(chē)在自由松弛狀態(tài)時(shí)位置。這保證了擺“滴”和“答”的動(dòng)相位會(huì)經(jīng)歷相同時(shí)間。青色部位可在游絲上自由地滑，它可以阻止游絲部的自由振動(dòng)，從改變游絲振動(dòng)的有長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)青部位，我們可以調(diào)擺輪擺動(dòng)的周期，而讓表走得稍微快或慢些。我們還能過(guò)調(diào)節(jié)頂部的螺絲對(duì)走表的速度進(jìn)行調(diào) —— 螺絲的頭并不居中，所以轉(zhuǎn)它也會(huì)微微地轉(zhuǎn)動(dòng)色部位的小叉子。絲是由特殊合金制的，例如尼瓦洛克合金（Nivarox），它的勁度系數(shù)在不同溫度下保持變，這提高了機(jī)械走時(shí)的精度。安裝輪組的最后一步，裝上防震機(jī)構(gòu)，它含一個(gè)套子，兩塊石和一個(gè)固定用的彈簧。當(dāng)手表突然震時(shí)，這個(gè)機(jī)構(gòu)能護(hù)擺輪軸脆弱的尖不會(huì)被震破。讓我看看當(dāng)擺輪軸搖晃，這些零件是如何起起到保護(hù)作用的當(dāng)表被震動(dòng)，擺輪運(yùn)動(dòng)的能量會(huì)被彈吸收，這點(diǎn)和汽車(chē)懸架系統(tǒng)很像。如震動(dòng)很強(qiáng)烈，那么輪軸更厚更強(qiáng)的部將通過(guò)蓋子將負(fù)荷導(dǎo)出去，從而保護(hù)弱的軸尖。經(jīng)過(guò)這后一步，我們終于上期漂在空中的零件完全地組裝成了表機(jī)芯。但是，你許還記得我曾略過(guò)如何把主發(fā)條上緊問(wèn)題。如果我們直用發(fā)條軸心來(lái)上緊條，那么它會(huì)發(fā)生么呢？為了清楚地答這個(gè)問(wèn)題，下圖打開(kāi)發(fā)條盒的蓋子讓你能看清里面的條：只要發(fā)條軸心固定著，主發(fā)條就驅(qū)動(dòng)機(jī)械表 —— 你可以在另一面看附在第四個(gè)齒輪上秒針轉(zhuǎn)了起來(lái)。然，當(dāng)我們松開(kāi)發(fā)條心，主發(fā)條就會(huì)“爛”—— 通過(guò)把軸心反向轉(zhuǎn)回去以釋扭矩，這樣的話，條會(huì)快速地丟失所存的能量，機(jī)械表會(huì)停下來(lái)。為了防主發(fā)條自發(fā)地反向動(dòng)，我們需要防止條軸心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)但與此同時(shí)還要允它順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這我們才能上發(fā)條。個(gè)問(wèn)題看似復(fù)雜，可以通過(guò)很簡(jiǎn)單的置來(lái)解決，它就是爪，讓我們看看它怎么工作的。棘爪了繼續(xù)改進(jìn)我們的置，我們首先得裝一個(gè)發(fā)條盒上夾板為牢固的基板，它固定發(fā)條盒，并且其他部件提供固定構(gòu)。由于這個(gè)夾板遮住部分區(qū)域，我先把一個(gè)小杠桿一裝進(jìn)去，下期我們回過(guò)來(lái)講講它的作。接著，我們用螺釘將一個(gè)棘輪固定發(fā)條軸心上。棘輪一個(gè)方形孔，這和條軸心頂部的方形相吻合的。這個(gè)匹的方形使棘輪可以著發(fā)條軸心一起轉(zhuǎn)。我先暫時(shí)把螺絲掉讓大家看得更清些：現(xiàn)在裝上三個(gè)要的零件。第一個(gè)件是個(gè)小小的棘爪我們先把它裝在發(fā)盒上夾板敞開(kāi)的頂。在它有限的角度，棘爪可以繞著它軸轉(zhuǎn)動(dòng)：第二個(gè)零是棘爪簧。這個(gè)金小玩意彈勁很強(qiáng)，我們壓緊它時(shí)，它產(chǎn)生很強(qiáng)的回復(fù)力我們稍微壓緊點(diǎn)棘簧，然后把它放進(jìn)條盒上夾板。當(dāng)我轉(zhuǎn)動(dòng)棘爪并松開(kāi)時(shí)棘爪簧會(huì)在一瞬間它推回去。第三個(gè)件是冠狀齒輪，它安裝在發(fā)條盒上夾上。它是被左手螺釘固定住的，這不于大部分常規(guī)的齒，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)它才上緊：注意看冠狀輪的齒是如何嚙合輪的。雖然冠狀齒看起來(lái)每隔一個(gè)齒缺一個(gè)齒，但它和輪依然可以嚙合并常工作。冠狀齒輪齒隙可以容納棘爪的小桿子落入其中如果我們逆時(shí)針轉(zhuǎn)冠狀齒輪，他會(huì)嚙棘輪并上緊發(fā)條。意觀察冠狀齒輪的是如何將棘爪推開(kāi)而當(dāng)轉(zhuǎn)到齒隙，棘又是如何迅速?gòu)椈?。當(dāng)棘爪彈回并撞冠狀齒輪時(shí)，它會(huì)出咔噠聲，所以英中它也叫“click”。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪會(huì)上緊主發(fā)，那反過(guò)來(lái)順時(shí)針會(huì)發(fā)生什么呢？在面的模擬演示中，意看冠狀齒輪的齒如何被棘爪卡住的這就能防止冠狀齒倒轉(zhuǎn)：這個(gè)簡(jiǎn)單的置能讓我們通過(guò)轉(zhuǎn)冠狀齒輪來(lái)上發(fā)條你可以看看下圖的示。這個(gè)棘爪還能止主發(fā)條自己反轉(zhuǎn)開(kāi) —— 這也是為什么你不能反著拖滑條的原因，除非重啟整個(gè)演示控件手表另一面的秒針示了如何計(jì)秒，但個(gè)完整的表應(yīng)該同顯示分鐘和時(shí)鐘。我們看看機(jī)械表是何用一系列傳動(dòng)齒完成這個(gè)目標(biāo)。傳齒輪在我們的這個(gè)芯里，秒針是裝在四個(gè)傳動(dòng)齒輪上的因?yàn)樗妹糠昼?確地轉(zhuǎn)一圈。為了分針也能以正確的度轉(zhuǎn)動(dòng)，我們需要個(gè)比秒針齒輪轉(zhuǎn)速 60 倍的轉(zhuǎn)軸。好在，機(jī)械表機(jī)芯設(shè)計(jì)者已經(jīng)用了一絕妙的辦法，從另個(gè)齒輪上“套”出所需要的轉(zhuǎn)速。如你從表的正面湊近看，你會(huì)看見(jiàn)第三輪上的小齒輪從一小敞口露出來(lái)了一。我們可以在表的央套上一個(gè)輪管（為它有個(gè)像加農(nóng)炮 cannon 一樣的管子，所以英文 cannon pinion），輪管帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，們把它嚙合到之前到的小齒輪上：當(dāng)三個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，它帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪和輪管把分針裝在輪管上我們就能記錄分鐘 —— 其中所涉及到的齒輪都精確地定好了齒數(shù)，以實(shí)比秒針慢 60 倍的目的。我們可以下圖看到秒針和分是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。下的滑條模擬時(shí)間的速，可以滑動(dòng)它來(lái)制演示時(shí)間的快慢時(shí)針要轉(zhuǎn)得比分針慢 12 倍，但我們只用再加兩個(gè)齒就能實(shí)現(xiàn)它。將分輪作為中介與輪管合，然后時(shí)針輪與針輪上的小齒輪嚙：時(shí)針輪松松地裝輪管上，它們可以相獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。將針裝在時(shí)針輪上，們就完成了驅(qū)動(dòng)表的裝置。我還加上一個(gè)刻度表盤(pán)，上標(biāo)記了 12 個(gè)小時(shí)，它能讓我們準(zhǔn)地讀出指針?biāo)甘?時(shí)間。計(jì)日功能這表的計(jì)日裝置由四主要部分組成 —— 定位桿簧，指示齒輪，日期夾板與附上面的齒輪，和印所有可能的 31 個(gè)日期的日期環(huán)：了解釋它是如何工的，我先把無(wú)關(guān)的件隱藏掉。我還會(huì)掉指示齒輪的蓋子就能看到下面有一小小的扭轉(zhuǎn)彈簧。我們看看這些零件如何在時(shí)針輪的帶下運(yùn)轉(zhuǎn)的。當(dāng)時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶動(dòng)日夾板的齒輪。另一的小齒輪會(huì)帶動(dòng)指齒輪和它上面的扭彈簧。這個(gè)彈簧會(huì)日期環(huán)上的齒絆住變彎，但在某一刻它會(huì)開(kāi)始推動(dòng)日期。當(dāng)日期環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)得夠多時(shí)，定位桿簧突然松開(kāi)日期環(huán)，讓它跳到下一個(gè)位。你也許好奇為什我們要設(shè)計(jì)這么復(fù)的裝置。有讀者可會(huì)天真地想，我們需要直接讓時(shí)針輪著日期環(huán)轉(zhuǎn)起來(lái)就了，就像我們之前分針輪帶著時(shí)針輪動(dòng)那樣。非常抱歉那樣會(huì)導(dǎo)致表盤(pán)小顯示出的“當(dāng)前日”連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)，這讓人很難讀出究竟哪一天。你可以在圖左側(cè)看到這樣的果。在右側(cè)，你可看到我們剛剛搭建裝置所指示的日期 —— 它只會(huì)在午夜附近變化。你也許經(jīng)意識(shí)到了，我們個(gè)機(jī)芯的計(jì)日功能不那么智能，它總把每月計(jì)成 31 天，所以我們必須小月份的最后一天束后把表上的日期后撥一天。另外，果機(jī)械表有一陣子有運(yùn)行，那它的時(shí)就會(huì)出錯(cuò)。我們需找到一個(gè)給它校正期和時(shí)間的方法。幸的是，驅(qū)動(dòng)分針時(shí)針和日期環(huán)的齒都是連接在一起的所以我們只用調(diào)整中一個(gè)齒輪，就能整所有齒輪。我將暫地在圖中隱藏時(shí)輪以便于說(shuō)明：注看，當(dāng)我轉(zhuǎn)動(dòng)分針時(shí)，只有輪管轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)輪管緊緊地在驅(qū)動(dòng)齒輪里，所它通?？梢员或?qū)動(dòng)輪帶動(dòng)。然而，因齒輪組中的其他齒只能按發(fā)條盒的節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置時(shí)間的時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪會(huì)被其齒輪阻礙而無(wú)法跟一起轉(zhuǎn)，但輪管可克服與驅(qū)動(dòng)齒輪的擦，從而自己轉(zhuǎn)起。這讓我們?cè)诓挥?齒輪組的情況下設(shè)時(shí)間，并且防止對(duì)密部件造成破壞。裝好時(shí)針輪，我們看到轉(zhuǎn)動(dòng)分針輪也帶著調(diào)整時(shí)針，而如果我們轉(zhuǎn)得足夠，也能一起調(diào)整日：跟著一步步下來(lái)我們的機(jī)械表變得來(lái)越完善，但它還一些不便之處。為調(diào)整時(shí)間以及上發(fā)，我們必須轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的齒輪，而它一般是被安全地放在表殼內(nèi)的。另外在每個(gè)少于 31 天的月份，我們現(xiàn)都只能通過(guò)調(diào)整時(shí)來(lái)調(diào)整日期，因?yàn)?是目前調(diào)整日期的一方式。理想情況，我們應(yīng)該找到一將設(shè)置日期獨(dú)立于置時(shí)間的方法。為解決這些問(wèn)題，下期我們將給機(jī)械表上轉(zhuǎn)柄，敬請(qǐng)期待本文來(lái)自微信公眾：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審：*0