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上期我們介紹了機械的發(fā)條、齒輪、擒縱構(gòu)和擺輪組，本期我繼續(xù)介紹機械表的機。夾板我們先從主夾開始，它構(gòu)成了機芯主體：注意看，主夾有很多不同的開口 —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之鳥山搭好的件。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，以進一步減少摩擦延長手表單次上發(fā)條的運行時間，同時減精密機械部件間的磨。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奧山面到它穿過去的轉(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，它的末端連接著輪。游絲的名字正是自于它的精細，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)時位置。這保證了擺輪滴”和“答”的擺動位會經(jīng)歷相同的時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，這高了機械表走時的精。安裝擺輪組的最后步，是裝上防震機構(gòu)它包含一個套子，兩寶石和一個固定用的彈簧。當手表突然被時，這個機構(gòu)能保護輪軸脆弱的尖端不會震破。讓我們看看當輪軸搖晃時，這些零是如何一起起到保護用的。當表被震動，輪軸運動的能量會被簧吸收，這點和汽車懸架系統(tǒng)很像。如果動很強烈，那么擺輪更厚更強的部位將通蓋子將負荷傳導(dǎo)出去從而保護脆弱的軸尖經(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，但與此同時要允許它順時針轉(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，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，當我們壓緊時，它會產(chǎn)生很強的復(fù)力。我們稍微壓緊棘爪簧，然后把它放發(fā)條盒上夾板。當我轉(zhuǎn)動棘爪并松開時，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，而當到齒隙，棘爪又是如迅速彈回的。當棘爪回并撞擊冠狀齒輪時它會發(fā)出咔噠聲，所英文中它也叫“click”。逆時針轉(zhuǎn)動冠狀齒輪會上緊主發(fā)條那反過來順時針轉(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琴蟲原，除非你重啟整個演控件。手表另一面的針展示了如何計秒，一個完整的表應(yīng)該同顯示分鐘和時鐘。讓們看看機械表是如何一系列傳動齒輪完成個目標。傳動齒輪在們的這個機芯里，秒是裝在第四個傳動齒上的，因為它正好每鐘精確地轉(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，機械表機芯的設(shè)犬戎者經(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（因為它有像加農(nóng)炮 cannon 一樣的管子，所以英文是 cannon pinion），輪管帶有一個驅(qū)動居暨，們把它嚙合到之前提的小齒輪上：當?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轉(zhuǎn)的。下面的滑模擬時間的流速，可滑動它來控制演示時的快慢。時針要轉(zhuǎn)得分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個輪就能實現(xiàn)它。將分輪作為中介與輪管嚙，然后時針輪與分針上的小齒輪嚙合：時輪松松地裝在輪管上它們可以互相獨立地動。將時針裝在時針上，我們就完成了驅(qū)表針的裝置。我還加了一個刻度表盤，上標記了 12 個小時，它能讓我們準鯀地出指針所指示的時間計日功能這個表的計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針輪的動下運轉(zhuǎn)的。當時針轉(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。當日期環(huán)轉(zhuǎn)動足夠多時，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針輪動那樣。非常抱歉，樣會導(dǎo)致表盤小窗顯出的“當前日期”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。你駱明許已經(jīng)識到了，我們這個機的計日功能并不那么能，它總是把每月計 31 天，所以我們必須在小月份的狙如后天結(jié)束后把表上的日向后撥一天。另外，果機械表有一陣子沒運行，那它的時間就出錯。我們需要找到個給它校正日期和時的方法。萬幸的是，動分針、時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針輪便于說明：注意看，我轉(zhuǎn)動分針輪時，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)置時間的同時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間，并且防止對密部件造成破壞。安好時針輪，我們會看轉(zhuǎn)動分針輪也會帶著整時針，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，我們的機械表得越來越完善，但它有一些不便之處。為調(diào)整時間以及上發(fā)條我們必須轉(zhuǎn)動機芯內(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立于設(shè)置時的方法。為了解決這問題，下一期我們將機械表裝上轉(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