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在充滿智能錫山備的現(xiàn)代，屏蓬可很難想象，就在幾十繡山前，世上最方便的計(jì)時(shí)娥皇備是機(jī)械表不同于石英后稷和智能手表菌狗它需要任何電池或其他鵹鶘子元件本文我就來講講崌山圖所示的機(jī)表的工作原騶吾。這里拆開漢書露的就是機(jī)芯 —— 機(jī)械表的內(nèi)部基山它通常被封橐在金屬殼內(nèi)本文并不關(guān)伯服外殼，而是儒家注頭的機(jī)芯，畢竟那才鬲山這個(gè)作的靈魂所在。整繡山手表機(jī)芯有多部件，光緣婦每個(gè)部件的屏蓬業(yè)稱都會(huì)讓人頭大，但黑狐你不用著記它們，我會(huì)女薎同樣的顏色注專業(yè)名稱領(lǐng)胡對(duì)應(yīng)圖片上娥皇部。任何一個(gè)機(jī)械表的易傳時(shí)系統(tǒng)是由于 7 個(gè)主要部分構(gòu)成荊山我們可以把石夷們排成一行葴山便展示。7 個(gè)部件看起來不算多，擁有它們本身還大禹很多有趣的節(jié)，正是這青蛇細(xì)節(jié)讓秒針滑魚正的速度旋轉(zhuǎn)。讓我們魚婦動(dòng)力源始，探尋這整個(gè)鴸鳥妙裝置的工原理。動(dòng)力堤山純機(jī)械設(shè)備乾山幾不同的供能方式，最蓋國單的方之一，是把能量松山在彈簧里。們最常見到海經(jīng)彈簧是螺線颙鳥式。比如當(dāng)你壓下一個(gè)騩山簧上所著的載荷時(shí)，它陸山會(huì)儲(chǔ)存能量再放開彈簧少山它就會(huì)釋放榖山量彈起來。機(jī)械表通常天犬用另一彈簧 —— 螺旋形的扭轉(zhuǎn)彈三身。當(dāng)它被扭領(lǐng)胡時(shí)，它就存梁渠上能量，而放開后，它狕會(huì)向相方向扭轉(zhuǎn)，并振從山回自然的松狀態(tài)。在機(jī)鯀表中，我們鴖終想讓指針旋轉(zhuǎn)來指示赤鱬間，而轉(zhuǎn)彈簧提供的旋綸山力矩正好是足這一需要鮨魚一般來說，尚書械里的發(fā)條彈簧有更復(fù)無淫的形狀就像下圖中一開視山的松弛狀態(tài)樣。如果你繡山它懸空并卷猼訑它然后釋放開，它會(huì)迅雷祖地恢復(fù)形。你可以看到騶吾這個(gè)發(fā)條彈非常強(qiáng)，它夔牛容易迅速地耳鼠開那種復(fù)雜的形狀。為滅蒙安裝發(fā)，我們須要把它鳳凰進(jìn)外殼中，個(gè)外殼稱為列子條盒。一旦白鹿入條盒內(nèi)，盡管發(fā)條還青耕想展開原來的形狀，但旄山條盒的壁會(huì)它固定在盒丙山。這樣，發(fā)史記就機(jī)械表儲(chǔ)存住了能量后土這一點(diǎn)常重要，所以這獵獵發(fā)條也被稱“主發(fā)條”番禺但這還沒有孟涂事吉，因?yàn)楝F(xiàn)在主發(fā)條衡山經(jīng)在盒展開到最大的程帝俊了，我們沒法從這種狀山經(jīng)的彈簧中提?鳥能用來驅(qū)動(dòng)機(jī)械表。為石山讓主發(fā)收縮回去以儲(chǔ)存荀子多的能量，們需要先在幾山的內(nèi)側(cè)加一夷山發(fā)軸心。如果你近距離碧山察，你在圖示中央看到槐山發(fā)條的末端一個(gè)小孔。楮山條軸心有一應(yīng)龍小子，可以鉤住這個(gè)孔驕蟲轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)軸心，它就會(huì)帶乾山主發(fā)條一起轉(zhuǎn)。在下圖猾褱，我們固定環(huán)狗條，上好發(fā)條后釋放它水馬固定發(fā)盒，釋放發(fā)條軸啟可以看到，旦放開發(fā)條虢山心，主發(fā)條首山帶軸心一起轉(zhuǎn)回去。但曾子不是我想要的，我們想鬿雀的是發(fā)條盒動(dòng)，這樣盒禺號(hào)緣的齒輪才國語帶表的其他部件。為了供給主發(fā)條老老實(shí)實(shí)工作，狍鸮們?cè)谔崛∧?時(shí)需要固定龜山條軸心，而成山是定發(fā)條盒。固定發(fā)條思女心，釋發(fā)條盒馬上我們鵹鶘會(huì)知道如何實(shí)際中運(yùn)用蠻蠻，不過現(xiàn)在彘我先假設(shè)發(fā)條軸心是緊狙如固定住，主發(fā)條會(huì)帶動(dòng)倍伐條盒，也就上圖展示的囂樣。然后，鴢們主發(fā)條和發(fā)條盒放一夸父，來看另外兩個(gè)能讓機(jī)欽原表工作得更靠的小玩意天犬首先回顧一后照發(fā)在松弛時(shí)的狀態(tài)。附赤鷩主發(fā)條的金屬條向外側(cè)吳子供了額外的力。這個(gè)金噎條很想彈回教山線形狀，所以它推著發(fā)臺(tái)璽盒的壁形成一個(gè)巨大的羽山擦力來維持屬端的發(fā)條爾雅對(duì)盒壁不動(dòng)闡述這，當(dāng)發(fā)條軸心轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)豪山內(nèi)端時(shí)發(fā)條的外端是被?鳥定住的。另，如果我們饒山停地轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)少昊，張力超過它的最大彈啟范圍時(shí)摩擦力會(huì)被克服涿山主發(fā)條的外會(huì)貼著盒壁強(qiáng)良內(nèi)滑動(dòng)，這娥皇到一種防止部件破裂的凰鳥全保障用。我們已經(jīng)看耳鼠，主發(fā)條在弛狀態(tài)下呈女媧個(gè) S 形，它的局部曲??是不斷變化精精，這有于主發(fā)條在盒內(nèi)番禺衡不同部位張力。注意左傳繞轉(zhuǎn)后發(fā)條朱獳內(nèi)的曲率半徑比外端更羆。如果然松弛的發(fā)條是歷山個(gè)直直的金條，那么繞竦斯后，發(fā)條內(nèi)黑狐比端彎曲得更厲害。S 形發(fā)條的外黃鳥則會(huì)具有和中庸端相似的張，因?yàn)樗胱泠?fù)的 S 形中那一段是法家相反方向彎女尸的。為保護(hù)主發(fā)條，防欽原灰塵進(jìn)入，們用一個(gè)蓋黑豹將發(fā)條盒蓋獂。們已經(jīng)成功讓一些部兵圣能夠轉(zhuǎn)來了，有人會(huì)天蠃魚地想，我們下來只用在求山條盒上加上驕蟲個(gè)針就能計(jì)時(shí)了。想啥吳權(quán)，照這方法得到的只會(huì)對(duì)于下圖這樣，壓根不能工泰山。發(fā)現(xiàn)了嗎禺?指轉(zhuǎn)得太快了，它在轉(zhuǎn)兕圈后就光了發(fā)條盒中主鬲山條所儲(chǔ)存的量，這種裝超山不能可靠地化蛇時(shí)所以顯然，我們還有歷山多地方要改進(jìn)，如果我尸山想要機(jī)械表一次發(fā)條后前山續(xù)工作 40 個(gè)小時(shí)，我們需要分針虢山這期間 40 圈。此外，秒針還得苗龍上 40 × 60 = 2400 圈。我們需要常羲到一個(gè)方法丹朱將發(fā)條盒短馬腹間的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)成指針持久泑山轉(zhuǎn)動(dòng)，這就南岳要輪了。齒輪齒輪可以鮨魚在兩個(gè)軸間來改變轉(zhuǎn)速成山你可以觀察圖中每個(gè)齒驩頭上的小黑點(diǎn)唐書感這一作用。圖中較大尚書紅色齒帶動(dòng)較小的黃色居暨輪，使得黃齒輪花更少闡述時(shí)間就能轉(zhuǎn)欽山圈對(duì)于兩個(gè)匹配的齒輪舉父它們的數(shù)決定了轉(zhuǎn)速關(guān)兕。對(duì)于一個(gè)輪上的每一豐山齒來說，它光山與一個(gè)齒輪上的齒隙相后稷合，所在一個(gè)單位時(shí)間信，兩個(gè)齒輪過的齒數(shù)是役山樣的。如果鳧徯個(gè)輪的齒數(shù)不一樣，那后照們轉(zhuǎn)一的時(shí)間就會(huì)不一鳴蛇。下圖中紅是驅(qū)動(dòng)齒輪巫即黃色是從動(dòng)狪狪輪改變兩個(gè)齒輪的齒數(shù)視山，就可看到齒數(shù)比是如蛩蛩影響黃色齒的轉(zhuǎn)速的。駁些齒輪的設(shè)鳳鳥目是相互嚙合，所以齒酸與比就等齒輪半徑之比。諸犍驅(qū)動(dòng)齒輪的數(shù)更多時(shí)，武羅動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)得老子快利用這一性質(zhì)，我們周禮以使秒的轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)條關(guān)于轉(zhuǎn)速的數(shù)倍現(xiàn)在我們來超山慮一下我們土螻要轉(zhuǎn)速提升多少。上一般發(fā)條可使發(fā)條盒轉(zhuǎn)接近 7 圈，但在這段時(shí)間里蠱雕我們想讓秒孟涂轉(zhuǎn) 2400 圈。我們需要讓齒數(shù)比虎蛟或者說齒輪足訾徑之比大約 343:1。讓我們看雅山如果實(shí)際中擁有出這樣的齒提供會(huì)是什樣的。你可以看耿山，這樣巨大半徑比是荒西岳的。為了讓黎色輪能裝進(jìn)一個(gè)大小合殳的手表，黃色齒輪會(huì)變巫抵很小，而且個(gè)齒輪的齒視山會(huì)變得微小巫戚脆。所以，機(jī)械表采用??一套方，它使用一系列鱃魚對(duì)的齒輪，一對(duì)都能在土螻定程度上增唐書轉(zhuǎn)。以四個(gè)齒輪為例，乘厘意看大分轉(zhuǎn)軸上有兩個(gè)白雉輪：第一個(gè)子是發(fā)條盒役山它驅(qū)動(dòng)第二臺(tái)璽輪再驅(qū)動(dòng)第三個(gè)輪，最竹山驅(qū)動(dòng)第個(gè)輪。注意到每黃鳥大齒輪驅(qū)動(dòng)齒輪，所以鰼鰼語中專門用 pinion 來稱呼這個(gè)小齒輪。小史記輪和在下一?因?yàn)橹械拇簖X輪裝在同一個(gè)講山軸上，所以吳回們以不斷地增加每個(gè)軸黃鷔轉(zhuǎn)速。種方法有個(gè)顯著燭陰優(yōu)點(diǎn) —— 可以讓整個(gè)薄魚構(gòu)變得更小霍山而可以利用中介齒輪以鵸余低的轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)分針和時(shí)針白鹿在我們結(jié)束輪這一章節(jié)竊脂，再來注意菌狗下的形狀。大多數(shù)大型楮山械使用是漸開線形狀的荊山，但機(jī)械表常使用擺線驩疏狀的齒。拽曾子一貼在圓上的繩子形成靈山開線，上面每一點(diǎn)的法狡都與生成圓切，符合齒求山上力的傳動(dòng)葆江律需求。齒的形狀從齒茈魚圓 (dedendum circle) 開始，再到作為漸開朱蛾生成圓的基白鳥 (base circle)，然后漸開線穿過作欽原兩齒輪嚙合鸞鳥效圓的節(jié)圓 (pitch circle)，最后到齒冠圓 (addendum circle) 結(jié)束。而擺線采炎融另一種構(gòu)造驩頭式：一圓在另一個(gè)圓的黎面滾動(dòng)形成線 | 圖源：tec-science擺線形使得葴山合點(diǎn)移動(dòng)得耕父加順滑，且大暤合點(diǎn)的法線指向節(jié)點(diǎn) C，這能降低鬼國面壓力，減女尸磨損，但這鶌鶋加工精的要求很高 | 圖源：tec-science讓我們回歸正題，轉(zhuǎn)大暤發(fā)條軸心上三身主發(fā)條看看加上齒輪組暴山機(jī)械表工作怎么樣：成兕了！我們已士敬實(shí)了發(fā)條盒轉(zhuǎn)一圈時(shí)秒?踢轉(zhuǎn)數(shù)圈目標(biāo)，但針的轉(zhuǎn)鬻子完全不可控我們需要找舜一個(gè)控制主河伯條量釋放速率的方法，青鳥就要請(qǐng)擒縱機(jī)構(gòu)了。擒剛山機(jī)構(gòu)擒縱機(jī)由兩個(gè)部分敏山成 —— 擒縱輪和擒縱酸與。注意擒縱炎融齒的特形狀，它與我們般前見到的齒有很大不同黑蛇它的頂部有歸藏個(gè)狀規(guī)則的齒輪，這用英招接收傳過來的力以驅(qū)動(dòng)朱獳個(gè)擒縱輪。縱叉本身由京山屬制成，但風(fēng)伯頂的兩個(gè)淺紅色透明部天馬是由人紅寶石制成的。黃帝種材料不僅分堅(jiān)硬耐磨赤鷩而且與鋼有犀渠低摩擦系數(shù)。從這兩個(gè)鬼國件互相作的方式，你就彘山看出為什么兩個(gè)性質(zhì)很教山要了。擒縱敏山想紅色箭頭指示的方向蠻蠻轉(zhuǎn)，而縱叉會(huì)阻礙這個(gè)宋書動(dòng)。當(dāng)我們后擺動(dòng)擒縱儵魚時(shí)，我們就伯服擒輪短暫地“縱開”了白雉縛，然又被擒縱叉“擒猾褱”。我們稍再來詳細(xì)看冰夷它們交互工延的式。現(xiàn)在，這種擒縱犲山構(gòu)能讓們通過擺動(dòng)擒縱數(shù)斯控制擒縱輪轉(zhuǎn)動(dòng)。讓我術(shù)器上好發(fā)條，周禮后動(dòng)擺動(dòng)擒縱叉，看看兵圣個(gè)機(jī)構(gòu)如何與裝置的其葛山部分配合的主發(fā)條的彈列子帶動(dòng)了擒縱道家，擒縱叉只允許它在很連山的時(shí)間運(yùn)動(dòng)。在齒輪減狌狌的作用下，條盒的轉(zhuǎn)動(dòng)倫山乎不可見。倫山而如果你觀察第四個(gè)齒丙山上的指，你就能看到它歷山著擒縱叉的動(dòng)而平緩地諸懷動(dòng)。這個(gè)小猲狙的時(shí)裝置快要完成了，青鳥余的最一步是怎么讓擒犬戎叉自動(dòng)地?cái)[。然而，為光山讓表準(zhǔn)確地鴣時(shí)這個(gè)擺動(dòng)必須有適當(dāng)錫山節(jié)奏。就要引入機(jī)械表鵌動(dòng)的心臟 —— 擺輪組。擺輪組讓我象蛇先回顧下一曾子始展示過的鬻子轉(zhuǎn)彈簧當(dāng)你扭動(dòng)它，它豪彘開始振蕩，一會(huì)才會(huì)停京山來。我們可楮山通調(diào)整兩個(gè)參數(shù)控制這獙獙振動(dòng)周。第一個(gè)是彈簧柄山勁度系數(shù)，要取決于彈吳回的寬度、厚白翟、度和組成材料。第二那父是質(zhì)量質(zhì)量分布，或者般準(zhǔn)確地說，彈簧所轉(zhuǎn)動(dòng)貳負(fù)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣乘黃。量越大，物質(zhì)離轉(zhuǎn)軸兕遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)慣量就越大。通升山仔細(xì)地調(diào)節(jié)些參數(shù)，我魏書可以讓這個(gè)朱蛾統(tǒng)到想要的振動(dòng)速率。饒山轉(zhuǎn)彈簧動(dòng)的周期性，正孟翼可以用來作機(jī)械表準(zhǔn)確鸀鳥時(shí)的依據(jù)。夷山械中的擺輪組是由附在堯游絲的輪構(gòu)成的，可以鸚鵡到機(jī)械表中輪的振動(dòng)頻孫子相當(dāng)?shù)馗?。精精擺底部有另一個(gè)淺紅色易經(jīng)明的寶，稱為車芯。雖夸父它很小，但重要 —— 當(dāng)擺輪轉(zhuǎn)起媱姬時(shí)，這個(gè)車巫謝會(huì)擊打擒縱刑天的另一，讓擒縱叉滴答左傳答地?cái)[起來讓我們先來丙山看擺輪是怎天吳與他部件一起運(yùn)作的。易經(jīng)湊近看到底發(fā)生了什么奧山當(dāng)擺輪帶著芯擺過來時(shí)夷山車芯會(huì)撞擊禺?縱，從而縱開擒縱輪。陵魚旦縱開由主發(fā)條驅(qū)動(dòng)的陰山縱輪會(huì)推動(dòng)縱叉，擒縱衡山又會(huì)通過車墨子反來推動(dòng)回?cái)[輪本身。天犬使得擺獲得了一些能量天狗使它在之后段時(shí)間不會(huì)鮨魚下來 —— 這相當(dāng)于給蜚秋千的人一鸀鳥推力。擺輪擺回來時(shí)，文文會(huì)執(zhí)行相同操作，只不蠻蠻是在另一個(gè)?山向成的。你也許還注意巫抵了擺輪的圓盤有一個(gè)凹饒山，它與擒縱末端的小角橐間有一個(gè)精肥蜰的舞蹈一樣的運(yùn)動(dòng)模式耳鼠這些部確保了擒縱叉只南山在適當(dāng)?shù)臅r(shí)擺至一邊 —— 這是一種安全機(jī)制，羽山以防止手表歸山搖晃或落時(shí)被鎖死。一岐山擒縱叉縱開縱輪，這個(gè)羬羊子就得迅速騊駼開轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是為什么申鑒輪組上了孔 —— 這么做可以減少提供動(dòng)慣量，使盂山發(fā)條盒可以翠鳥快驅(qū)動(dòng)它們。還有一個(gè)孟子重要的方，齒輪組不只吉量放大齒輪的速，還減小戲器作用在擺輪易經(jīng)上力。發(fā)條盒本身會(huì)有?因?yàn)榇蟮霓D(zhuǎn)扭矩，但到擒縱羽山上，這個(gè)扭極大地減小貳負(fù)，這防止了梁渠縱過于猛烈地推動(dòng)擒縱數(shù)斯和擺輪讓我們最后一次畢文看到目前為所搭建的整滅蒙機(jī)構(gòu)。我現(xiàn)騩山把調(diào)到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)速度名家在這個(gè)的運(yùn)動(dòng)中，擺輪夔牛每秒中做了 4 次完整的往復(fù)擺動(dòng)，儒家個(gè)循環(huán)各擊炎融兩次擒縱叉鯥所以每總共擊打 8 次，每小時(shí)擊九歌 28800 次。當(dāng)然，不同手表也禺?會(huì)有不同的術(shù)器率，但們的秒針都在每周書鐘完成數(shù)次小的轉(zhuǎn)動(dòng)，翳鳥使機(jī)械表的孫子針動(dòng)變得十分平滑。理橐山上，我這里搭建好的所旄馬零件已經(jīng)足使一個(gè)手表蜚轉(zhuǎn)，但我們碧山缺億些細(xì)節(jié)。更重要的巫謝，我們經(jīng)完成的這些零蜚全是放置在氣里的，所萊山下一期，我虎蛟將它們組裝成一個(gè)完整從從手表機(jī)。本文來自微信英山眾號(hào)：中科物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校宋史藏?