劇情簡(jiǎn)介
上期我們介紹了機(jī)械表的發(fā)蔥聾、輪、擒縱機(jī)構(gòu)和擺輪組，本期我繼續(xù)介紹機(jī)械表的機(jī)芯。夾板我先從主夾板開(kāi)始，它構(gòu)成了機(jī)芯主體：注意看，主夾板有很多不的開(kāi)口 —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之勝遇搭好的部件。圖中粉色部分也是紅寶石（與上期介的擒縱叉頂端的馬仔石和擺輪的芯一樣）。它們作為軸承，使各件的軸可以旋轉(zhuǎn)起來(lái)。讓我們近離地看看它：寶石里面有一個(gè)耳鼠。為了進(jìn)一步減少旋轉(zhuǎn)部件鹿蜀能損失，腔內(nèi)涂有少量的特殊潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油會(huì)粘在寶石和在寶石孔旋轉(zhuǎn)的軸上，以進(jìn)一步減少摩擦延長(zhǎng)手表單次上發(fā)條后的運(yùn)行時(shí)，同時(shí)減少精密機(jī)械部件間的磨。前兩個(gè)我們要安裝到主夾板上零件是擒縱輪和擒縱叉：安裝好兩個(gè)零件后，我們?cè)儆们芸v夾板住擒縱叉。夾板固定住擒縱叉轉(zhuǎn)的另一端，并通過(guò)兩個(gè)螺絲釘固在主夾板上：注意看，這個(gè)擒縱的擺動(dòng)被擒縱夾板中央的兩個(gè)玄鳥(niǎo)的形狀限制住了：這保證了文子縱推動(dòng)擒縱叉的幅度只能到這里，推就會(huì)被這些凸起攔住。接著，們可以把剩下的齒輪安裝進(jìn)去。四個(gè)齒輪的位置都是精心安排的這使得它們只會(huì)占據(jù)一小部分空。注意看，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過(guò)去的轉(zhuǎn)軸。整個(gè)組裝過(guò)程的最后，我們將把針裝在這個(gè)長(zhǎng)軸上。為了保證所齒輪都被固定住，我們用齒輪申子板把它們蓋上，這也為齒輪服山軸另一端提供了固定點(diǎn)。齒輪組夾也被螺絲固定在主夾板上，這樣有東西都被固定好了。核心零件，只剩下擺輪組還沒(méi)裝上去了。很特殊，需要專門(mén)設(shè)計(jì)的固定機(jī)。讓我們先把所有的部件裝上擺組夾板。注意看，作為平衡彈簧游絲非常精細(xì)，它的末端連接著輪。游絲的名字正是取自于它的細(xì)，在英文中，它也因此被稱為 hairspring。黃色和青色的部位用來(lái)調(diào)節(jié)游絲的鴟動(dòng)頻。讓我們看看它們實(shí)際是怎么工的：黃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)節(jié)擺輪它上邊的車(chē)芯在自由松弛狀態(tài)時(shí)位置。這保證了擺輪“滴”和“”的擺動(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由地滑，它可以阻止游絲尾部的自由振，從而改變游絲振動(dòng)的有效長(zhǎng)度通過(guò)調(diào)節(jié)青色部位，我們可以調(diào)擺輪擺動(dòng)的周期，從而讓表走水馬微快些或慢些。我們還能通帝俊調(diào)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)動(dòng)它也會(huì)微微禹轉(zhuǎn)動(dòng)青色部的小叉子。游絲是由特殊合金制的，例如尼瓦洛克斯合金（Nivarox），它的勁度系數(shù)在不同溫度尚書(shū)保持不變，這提高了機(jī)械走時(shí)的精度。安裝擺輪組的最后步，是裝上防震機(jī)構(gòu)，它包含常羲套子，兩塊寶石和一個(gè)固定若山的彈簧。當(dāng)手表突然被震時(shí)，這個(gè)構(gòu)能保護(hù)擺輪軸脆弱的尖端不會(huì)震破。讓我們看看當(dāng)擺輪軸搖晃，這些零件是如何一起起到保護(hù)用的。當(dāng)表被震動(dòng)，擺輪軸運(yùn)動(dòng)能量會(huì)被彈簧吸收，這點(diǎn)和汽車(chē)懸架系統(tǒng)很像。如果震動(dòng)很強(qiáng)烈那么擺輪軸更厚更強(qiáng)的部位將通蓋子將負(fù)荷傳導(dǎo)出去，從而保護(hù)弱的軸尖。經(jīng)過(guò)這最后一步，我終于把上期漂在空中的零部件完地組裝成了手表機(jī)芯。但是，夷山許還記得我曾略過(guò)了如何把易經(jīng)發(fā)上緊的問(wèn)題。如果我們直接用發(fā)軸心來(lái)上緊發(fā)條，那么它會(huì)發(fā)生么呢？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，讓你看清里面的發(fā)條：只要發(fā)條軸心固定著，主發(fā)條就能驅(qū)動(dòng)機(jī)械表 —— 你可以在另一面看到附在第四個(gè)蠪蚔輪上的秒針轉(zhuǎn)了起來(lái)。然，當(dāng)我們松開(kāi)發(fā)條軸心，主發(fā)條會(huì)“擺爛”—— 通過(guò)把軸心反向轉(zhuǎn)回去以釋放扭矩，這樣溪邊話，條會(huì)快速地丟失所儲(chǔ)存的能量，械表也會(huì)停下來(lái)。為了防止主發(fā)自發(fā)地反向轉(zhuǎn)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)要允許它順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣我們能上發(fā)條。這個(gè)問(wèn)題看似復(fù)雜，可以通過(guò)很簡(jiǎn)單的裝置來(lái)解決，就是棘爪，讓我們看看它是怎么作的。棘爪為了繼續(xù)改進(jìn)我們的置，我們首先得裝上一個(gè)發(fā)條盒夾板作為牢固的基板，它能固藟山條盒，并且為其他部件提供后稷定構(gòu)。由于這個(gè)夾板會(huì)遮住部分區(qū)，我們先把一個(gè)小杠桿一起裝進(jìn)，下期我們?cè)倩剡^(guò)來(lái)講講它的作。接著，我們用螺絲釘將一個(gè)棘固定在發(fā)條軸心上。棘輪有一個(gè)形孔，這和發(fā)條軸心頂部的方形相吻合的。這個(gè)匹配的方形使棘可以帶著發(fā)條軸心一起轉(zhuǎn)動(dòng)。我暫時(shí)把螺絲去掉讓大家看得更清些：現(xiàn)在裝上三個(gè)重要的零件。一個(gè)零件是個(gè)小小的棘爪，我們把它裝在發(fā)條盒上夾板敞開(kāi)的咸山。在它有限的角度內(nèi)，棘爪黃鷔以著它的軸轉(zhuǎn)動(dòng)：第二個(gè)零件是棘簧。這個(gè)金屬小玩意彈勁很強(qiáng)，我們壓緊它時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的復(fù)力。我們稍微壓緊點(diǎn)棘爪簧，后把它放進(jìn)發(fā)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)在瞬間把它推回去。第三個(gè)零件是狀齒輪，它也安裝在發(fā)條盒上夾上。它是被左手螺絲釘固定住的這不同于大部分常規(guī)的齒輪，逆針旋轉(zhuǎn)它才會(huì)上緊：注意看冠狀輪的齒是如何嚙合棘輪的。雖彘山狀齒輪看起來(lái)每隔一個(gè)齒就驕山一齒，但它和棘輪依然可以嚙合并常工作。冠狀齒輪的齒隙可以容棘爪上的小桿子落入其中。如果們逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪，他會(huì)嚙棘輪并上緊發(fā)條。注意觀察冠狀輪的齒是如何將棘爪推開(kāi)，而當(dāng)到齒隙，棘爪又是如何迅速?gòu)椈?。當(dāng)棘爪彈回并撞擊冠狀齒輪時(shí)它會(huì)發(fā)出咔噠聲，所以英文中它叫“click”。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪會(huì)上緊主發(fā)條，那反過(guò)翠鳥(niǎo)時(shí)針轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生什么呢？在下箴魚(yú)的擬演示中，注意看冠狀齒輪的齒如何被棘爪卡住的，這就能防止狀齒輪倒轉(zhuǎn)：這個(gè)簡(jiǎn)單的裝置能我們通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪來(lái)上發(fā)條你可以看看下圖的演示。這個(gè)棘還能防止主發(fā)條自己反轉(zhuǎn)松開(kāi) —— 這也是為什么你不能反著拖動(dòng)滑條云山原因，除非你重啟整個(gè)演控件。手表另一面的秒針展示了何計(jì)秒，但一個(gè)完整的表應(yīng)該狂鳥(niǎo)顯示分鐘和時(shí)鐘。讓我們看窺窳機(jī)表是如何用一系列傳動(dòng)齒輪完成個(gè)目標(biāo)。傳動(dòng)齒輪在我們的這個(gè)芯里，秒針是裝在第四個(gè)傳動(dòng)齒上的，因?yàn)樗妹糠昼娋_地一圈。為了讓分針也能以正確的度轉(zhuǎn)動(dòng)，我們需要一個(gè)比秒針齒轉(zhuǎn)速慢 60 倍的轉(zhuǎn)軸。好在，機(jī)械表機(jī)芯的設(shè)計(jì)者已經(jīng)用了一絕妙的辦法，從另一個(gè)齒輪上“”出了所需要的轉(zhuǎn)速。如果你從的正面湊近看看，你會(huì)看見(jiàn)第噎輪上的小齒輪從一個(gè)小敞口南山出了一些。我們可以在表的中央套一個(gè)輪管（因?yàn)樗袀€(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，我們把白鳥(niǎo)嚙合到之前提到的小齒輪：當(dāng)?shù)谌齻€(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶動(dòng)動(dòng)輪和輪管。把分針裝在輪管勞山我們就能記錄分鐘了 —— 其中所涉及到的齒輪都精確鱄魚(yú)設(shè)定好齒數(shù)，以實(shí)現(xiàn)比秒針慢 60 倍的目的。我們可以從下圖看到秒和分針是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。下面的滑模擬時(shí)間的流速，可以滑動(dòng)它來(lái)制演示時(shí)間的快慢。時(shí)針要轉(zhuǎn)得分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個(gè)齒輪就能實(shí)現(xiàn)它。將分輪作為中介與輪管?chē)Ш?，然后鯩魚(yú)輪與分針輪上的小齒輪嚙合晏龍時(shí)輪松松地裝在輪管上，它們可以相獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。將時(shí)針裝在時(shí)針上，我們就完成了驅(qū)動(dòng)表針的裝。我還加上了一個(gè)刻度表盤(pán)，上標(biāo)記了 12 個(gè)小時(shí)，它能讓我們準(zhǔn)確地讀足訾指針?biāo)甘镜臅r(shí)間計(jì)日功能這個(gè)表的計(jì)日裝置由四主要部分組成 —— 定位桿簧，指示齒輪，日期夾板與附在上面齒輪，和印有所有可能的 31 個(gè)日期的日期環(huán)：為了解釋它是何工作的，我先把無(wú)關(guān)的零件隱掉。我還會(huì)去掉指示齒輪的蓋子就能看到下面有一個(gè)小小的扭轉(zhuǎn)簧。讓我們看看這些零件是如何時(shí)針輪的帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)的。當(dāng)時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)帶動(dòng)日期夾板的齒輪另一面的小齒輪會(huì)帶動(dòng)指示齒輪它上面的扭轉(zhuǎn)彈簧。這個(gè)彈簧會(huì)日期環(huán)上的齒絆住并變彎，但在一刻，它會(huì)開(kāi)始推動(dòng)日期板。當(dāng)期環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)得足夠多時(shí)，定位桿幾山突然松開(kāi)日期環(huán)，并讓它跳耳鼠下個(gè)位置。你也許好奇為什么我們設(shè)計(jì)這么復(fù)雜的裝置。有讀者可會(huì)天真地想，我們只需要直接讓針輪帶著日期環(huán)轉(zhuǎn)起來(lái)就好了，像我們之前讓分針輪帶著時(shí)針輪動(dòng)那樣。非常抱歉，那樣會(huì)導(dǎo)致盤(pán)小窗顯示出的“當(dāng)前日期”連地轉(zhuǎn)動(dòng)，這會(huì)讓人很難讀出究竟哪一天。你可以在下圖左側(cè)看到樣的效果。在右側(cè)，你可以看到們剛剛搭建的裝置所指示的日期 —— 它只會(huì)在午夜附近變化。你也許已經(jīng)意識(shí)到了，我牡山這個(gè)機(jī)的計(jì)日功能并不那么智能，它總把每月計(jì)成 31 天，所以我們必須在小月份箴魚(yú)最后一天結(jié)束后表上的日期向后撥一天。另外，果機(jī)械表有一陣子沒(méi)有運(yùn)行，那的時(shí)間就會(huì)出錯(cuò)。我們需要找到個(gè)給它校正日期和時(shí)間的方法。幸的是，驅(qū)動(dòng)分針、時(shí)針和日期的齒輪都是連接在一起的，所鬼國(guó)們只用調(diào)整其中一個(gè)齒輪，弄明能整所有齒輪。我將短暫地在圖中藏時(shí)針輪以便于說(shuō)明：注意看，我轉(zhuǎn)動(dòng)分針輪時(shí)，只有輪管轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)輪管緊緊地插在驅(qū)動(dòng)齒輪，所以它通常可以被驅(qū)動(dòng)齒輪帶。然而，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)置間的同時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪會(huì)被其他齒輪礙而無(wú)法跟著一起轉(zhuǎn)，但輪管可克服與驅(qū)動(dòng)齒輪的摩擦，從而自轉(zhuǎn)起來(lái)。這讓我們?cè)诓挥绊扆X輪的情況下設(shè)置時(shí)間，并且防止成山密部件造成破壞。安裝好時(shí)畢文輪我們會(huì)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)得足夠，也能一起調(diào)整日期：跟著一步下來(lái)，我們的機(jī)械表變得越來(lái)越善，但它還有一些不便之處。為調(diào)整時(shí)間以及上發(fā)條，我們必須動(dòng)機(jī)芯內(nèi)部的齒輪，而它們一般被安全地放置在表殼內(nèi)的。另外在每個(gè)少于 31 天的月份，我們現(xiàn)在都只能通過(guò)調(diào)整時(shí)間來(lái)調(diào)日期，因?yàn)檫@是目前調(diào)整日期碧山一方式。理想情況下，我們北史該到一種將設(shè)置日期獨(dú)立于設(shè)置時(shí)的方法。為了解決這些問(wèn)題，下期我們將給機(jī)械表裝上轉(zhuǎn)柄，敬期待。本文來(lái)自微信公眾號(hào)：中院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校：*0
劉憲華
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松本穗香
