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上期我們介紹了機(jī)械表的條、齒輪、擒縱機(jī)構(gòu)和擺組，本期我們繼續(xù)介紹機(jī)表的機(jī)芯。夾板我們先從夾板開(kāi)始，它構(gòu)成了機(jī)芯主體：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(chē)芯一樣）。它們作軸承，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。為了進(jìn)一步減少旋轉(zhuǎn)部的能量損失，腔內(nèi)涂有少的特殊潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油會(huì)在寶石和在寶石孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸上，以進(jìn)一步減少摩擦延長(zhǎng)手表單次上發(fā)條后的行時(shí)間，同時(shí)減少精密機(jī)部件間的磨損。前兩個(gè)我要安裝到主夾板上的零件擒縱輪和擒縱叉：安裝好兩個(gè)零件后，我們?cè)儆们?夾板蓋住擒縱叉。夾板固住擒縱叉轉(zhuǎn)軸的另一端，通過(guò)兩個(gè)螺絲釘固定在主板上：注意看，這個(gè)擒縱的擺動(dòng)被擒縱夾板中央的個(gè)凸起的形狀限制住了：保證了擒縱輪推動(dòng)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(gè)齒輪的位置都精心安排的，這使得它們會(huì)占據(jù)一小部分空間。注看，第四個(gè)齒輪穿過(guò)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(gè)組裝過(guò)的最后，我們將把秒針裝這個(gè)長(zhǎng)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(diǎn)。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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的固定機(jī)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(xì)，它末端連接著擺輪。游絲的字正是取自于它的精細(xì)，英文中，它也因此被稱(chēng)為 hairspring。黃色和青色的部位用來(lái)調(diào)節(jié)絲的振動(dòng)頻率。讓我們看它們實(shí)際是怎么工作的：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)擺輪和它上邊的車(chē)芯在自松弛狀態(tài)時(shí)的位置。這保了擺輪“滴”和“答”的動(dòng)相位會(huì)經(jīng)歷相同的時(shí)間青色部位可以在游絲上自地滑動(dòng)，它可以阻止游絲部的自由振動(dòng)，從而改變絲振動(dòng)的有效長(zhǎng)度。通過(guò)節(jié)青色部位，我們可以調(diào)擺輪擺動(dòng)的周期，從而讓走得稍微快些或慢些。我還能通過(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)它也會(huì)微微地轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械表走時(shí)的精度。安裝輪組的最后一步，是裝上震機(jī)構(gòu)，它包含一個(gè)套子兩塊寶石和一個(gè)固定用的彈簧。當(dāng)手表突然被震時(shí)這個(gè)機(jī)構(gòu)能保護(hù)擺輪軸脆的尖端不會(huì)被震破。讓我看看當(dāng)擺輪軸搖晃時(shí)，這零件是如何一起起到保護(hù)用的。當(dāng)表被震動(dòng)，擺輪運(yùn)動(dòng)的能量會(huì)被彈簧吸收這點(diǎn)和汽車(chē)的懸架系統(tǒng)很。如果震動(dòng)很強(qiáng)烈，那么輪軸更厚更強(qiáng)的部位將通蓋子將負(fù)荷傳導(dǎo)出去，從保護(hù)脆弱的軸尖。經(jīng)過(guò)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(jī)芯。但是，你許還記得我曾略過(guò)了如何主發(fā)條上緊的問(wèn)題。如果們直接用發(fā)條軸心來(lái)上緊條，那么它會(huì)發(fā)生什么呢為了清楚地解答這個(gè)問(wèn)題下圖我打開(kāi)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(dòng)機(jī)械表 —— 你可以在另一面看到附在四個(gè)齒輪上的秒針轉(zhuǎn)了起。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，這孟翼的話，條會(huì)快速地丟失所儲(chǔ)存的量，機(jī)械表也會(huì)停下來(lái)。了防止主發(fā)條自發(fā)地反向動(dòng)，我們需要防止發(fā)條軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，但與此同時(shí)要允許它順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這我們才能上發(fā)條。這個(gè)問(wèn)看似復(fù)雜，但可以通過(guò)很單的裝置來(lái)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(jìn)們的裝置，我們首先得裝一個(gè)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(gè)夾板會(huì)遮住分區(qū)域，我們先把一個(gè)小桿一起裝進(jìn)去，下期我們回過(guò)來(lái)講講它的作用。接，我們用螺絲釘將一個(gè)棘固定在發(fā)條軸心上。棘輪一個(gè)方形孔，這和發(fā)條軸頂部的方形是相吻合的。個(gè)匹配的方形使棘輪可以著發(fā)條軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)。我暫時(shí)把螺絲去掉讓大家看更清楚些：現(xiàn)在裝上三個(gè)要的零件。第一個(gè)零件是小小的棘爪，我們先把它在發(fā)條盒上夾板敞開(kāi)的頂。在它有限的角度內(nèi)，棘可以繞著它的軸轉(zhuǎn)動(dòng)：第個(gè)零件是棘爪簧。這個(gè)金小玩意彈勁很強(qiáng)，當(dāng)我們緊它時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的復(fù)力。我們稍微壓緊點(diǎn)棘簧，然后把它放進(jìn)發(fā)條盒夾板。當(dāng)我們轉(zhuǎn)動(dòng)棘爪并開(kāi)時(shí)，棘爪簧會(huì)在一瞬間它推回去。第三個(gè)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(shí)針旋它才會(huì)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(lái)每隔個(gè)齒就缺一個(gè)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀輪，他會(huì)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(kāi)，而當(dāng)到齒隙，棘爪又是如何迅彈回的。當(dāng)棘爪彈回并撞冠狀齒輪時(shí)，它會(huì)發(fā)出咔聲，所以英文中它也叫“click”。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪會(huì)上緊主發(fā)條囂那過(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，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(gè)簡(jiǎn)單的置能讓我們通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀輪來(lái)上發(fā)條，你可以看看圖的演示。這個(gè)棘爪還能止主發(fā)條自己反轉(zhuǎn)松開(kāi) —— 這也是為什么你不能反著拖動(dòng)滑條的原左傳，除非重啟整個(gè)演示控件。手表一面的秒針展示了如何計(jì)，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動(dòng)齒輪完成這個(gè)目標(biāo)。傳齒輪在我們的這個(gè)機(jī)芯里秒針是裝在第四個(gè)傳動(dòng)齒上的，因?yàn)樗妹糠昼?確地轉(zhuǎn)一圈。為了讓分針能以正確的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，我需要一個(gè)比秒針齒輪轉(zhuǎn)速 60 倍的轉(zhuǎn)軸。好在，機(jī)械表機(jī)芯九歌設(shè)計(jì)者已經(jīng)了一個(gè)絕妙的辦法，從另個(gè)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(huì)看見(jiàn)第三輪上的小齒輪從一個(gè)小敞露出來(lái)了一些。我們可以表的中央套上一個(gè)輪管（為它有個(gè)像加農(nóng)炮 cannon 一樣的管子，所以英文是 cannon pinion），輪管帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，我們把它嚙合之前提到的小齒輪上：當(dāng)三個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶動(dòng)動(dòng)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(shè)定好了齒數(shù)以實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)。下面的滑條模擬時(shí)間的速，可以滑動(dòng)它來(lái)控制演時(shí)間的快慢。時(shí)針要轉(zhuǎn)得分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個(gè)齒輪就能現(xiàn)它。將分針輪作為中介輪管?chē)Ш?，然后時(shí)針輪與針輪上的小齒輪嚙合：時(shí)輪松松地裝在輪管上，它可以互相獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。將針裝在時(shí)針輪上，我們就成了驅(qū)動(dòng)表針的裝置。我加上了一個(gè)刻度表盤(pán)，上標(biāo)記了 12 個(gè)小時(shí)，它能讓我們準(zhǔn)確地讀出指針指示的時(shí)間。計(jì)日功能這表的計(jì)日裝置由四個(gè)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(gè)日期的日期環(huán)：為了解釋它是如何工的，我先把無(wú)關(guān)的零件隱掉。我還會(huì)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(shí)針的帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)的。當(dāng)時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶動(dòng)日期夾板齒輪。另一面的小齒輪會(huì)動(dòng)指示齒輪和它上面的扭彈簧。這個(gè)彈簧會(huì)被日期上的齒絆住并變彎，但在一刻，它會(huì)開(kāi)始推動(dòng)日期。當(dāng)日期環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)得足夠多，定位桿簧會(huì)突然松開(kāi)日環(huán)，并讓它跳到下一個(gè)位。你也許好奇為什么我們設(shè)計(jì)這么復(fù)雜的裝置。有者可能會(huì)天真地想，我們需要直接讓時(shí)針輪帶著日環(huán)轉(zhuǎn)起來(lái)就好了，就像我之前讓分針輪帶著時(shí)針輪動(dòng)那樣。非常抱歉，那樣導(dǎo)致表盤(pán)小窗顯示出的“前日期”連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)，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(huì)在午夜附近變化。你也許經(jīng)意識(shí)到了，我們這個(gè)機(jī)的計(jì)日功能并不那么智能它總是把每月計(jì)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(jī)械表有一陣子沒(méi)有運(yùn)，那它的時(shí)間就會(huì)出錯(cuò)。們需要找到一個(gè)給它校正期和時(shí)間的方法。萬(wàn)幸的，驅(qū)動(dòng)分針、時(shí)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(shí)輪以便于說(shuō)明：注意看，我轉(zhuǎn)動(dòng)分針輪時(shí)，只有輪轉(zhuǎn)動(dòng)了。這個(gè)輪管緊緊地在驅(qū)動(dòng)齒輪里，所以它通可以被驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)。然，因?yàn)辇X輪組中的其他齒只能按發(fā)條盒的節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置時(shí)間的同時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪被其他齒輪阻礙而無(wú)法跟一起轉(zhuǎn)，但輪管可以克服驅(qū)動(dòng)齒輪的摩擦，從而自轉(zhuǎn)起來(lái)。這讓我們?cè)诓挥?齒輪組的情況下設(shè)置時(shí)間并且防止對(duì)精密部件造成壞。安裝好時(shí)針輪，我們看到轉(zhuǎn)動(dòng)分針輪也會(huì)帶著整時(shí)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(lái)，我們機(jī)械表變得越來(lái)越完善，它還有一些不便之處。為調(diào)整時(shí)間以及上發(fā)條，我必須轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)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(guò)調(diào)整時(shí)來(lái)調(diào)整日期，因?yàn)檫@是目調(diào)整日期的唯一方式。理情況下，我們應(yīng)該找到一將設(shè)置日期獨(dú)立于設(shè)置時(shí)的方法。為了解決這些問(wèn)，下一期我們將給機(jī)械表上轉(zhuǎn)柄，敬請(qǐng)期待。本文自微信公眾號(hào)：中科院物所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校：*0