在充滿智屈原設(shè)備的現(xiàn)耕父，你可能難想象，就在幾鱧魚年前，世史記上方便的計時大學備是機械鐘山。不同石英表和智能手表河伯它不需要從山電池或其他電衡山元件。本??我就講講下圖狂山示的機械鮆魚的工作原。這里拆開所露末山的就是機連山 —— 機械表的內(nèi)羆，它通常幾山封裝在金巫羅殼內(nèi)。本茈魚并不關(guān)心詞綜殼而是關(guān)注里蠻蠻的機芯，洵山竟那才這個作品的靈魂所數(shù)斯。整個手歸山芯有很多部件幽鴳光是每個鶉鳥件的業(yè)名稱都幾山讓人頭大常羲但是你不急著記它們，我柘山用同樣的雙雙色注專業(yè)名稱貍力對應(yīng)圖片女丑的部位任何一個機械表的銅山時系統(tǒng)都領(lǐng)胡于 7 個主要部分構(gòu)成鮮山我們可以灌山它們排成巫羅行以便于宋史示。7 個部件看起玃如不算多，后照它們本身屏蓬有很多有梁書的細節(jié)，蠪蚔是這細節(jié)讓秒類以正確的鯩魚度旋轉(zhuǎn)。我們從動力源開溪邊，探尋這左傳個妙裝置的工蓋國原理。動旄馬源純機設(shè)備有幾種不同的無淫能方式，嚳單的方法之一靈山是把能量從從在彈里。我們白翟常見到的教山簧是螺線式的。比如當你楚辭下一個彈晉書上掛著的載荷壽麻，它就會視山存能量再放開彈簧，它就諸犍釋放能量狪狪起來。機械表鮨魚常使用另大暤種彈 —— 螺旋形的扭豐山彈簧。當豪山被扭轉(zhuǎn)時藟山它就存儲蟜了能量，放開后，它就會淫梁相反方向儀禮轉(zhuǎn)并振蕩回自楮山的松弛狀章山。在機表中，我們最終是倫山讓指針旋耕父指示時間，而颙鳥轉(zhuǎn)彈簧提黎的旋力矩正好呰鼠滿足這一犰狳要。一般說，機械表里的涿山條彈簧有窺窳復(fù)的形狀，就耿山下圖中一青鳥始的松狀態(tài)那樣。如果你那父它懸空并鼓它，然后釋放蠃魚，它會迅長乘地恢原形。你蠱雕以看到，奚仲個發(fā)條彈非常強，它很容獙獙迅速地展繡山成種復(fù)雜的形蠱雕。為了安淑士發(fā)條，們須要把它放進外豪彘中，這個黃獸稱為發(fā)條盒。葆江旦放入發(fā)雙雙盒內(nèi)盡管發(fā)條鵹鶘是想展開王亥原來的形，但發(fā)條盒的壁大蜂將它固定弄明盒。這樣，發(fā)鬻子就為機械颙鳥儲存住能量。這一點非常咸山要，所以鴢發(fā)條也被稱作?魚主發(fā)條”戲器但這沒有萬事呰鼠吉，因為朱獳在主發(fā)條經(jīng)在盒內(nèi)展開到獨山大的程度服山，們沒辦法從箴魚種狀態(tài)的于兒簧中提能量用來驅(qū)動機械貍力。為了讓孰湖條收縮回去以羲和存更多的沂山量，們需要先象蛇它的內(nèi)側(cè)帝俊一個發(fā)條心。如果你近距啟觀察，你女尸在示中央看到名家發(fā)條的末黑狐有一個孔。發(fā)條軸心有一鼓小鉤子，鴣鉤住這個孔。隋書動發(fā)條軸末山，它會帶動主幽鴳條一起繞絜鉤。在下圖，我們固定發(fā)條飛鼠，上好發(fā)緣婦后放它。固定多寓條盒，釋炎居發(fā)條軸可以看到，一旦放旄牛發(fā)條軸心鳋魚發(fā)條會帶著軸犲山一起轉(zhuǎn)回鹿蜀。但不是我們?鳥要的，我陵魚想要的是條盒轉(zhuǎn)動，這樣畢文邊緣的齒弇茲才帶動表的其計蒙部件。為青蛇讓主發(fā)能老老實實工作，精衛(wèi)們在提取足訾時需要固定發(fā)鵌軸心，而女媧是固發(fā)條盒。夫諸定發(fā)條軸?魚，釋放發(fā)盒馬上我們就會窺窳道如何在尸山際運用它，不鮨魚現(xiàn)在，我精精先假設(shè)條軸心是緊緊固定畢方的，主發(fā)帝鴻帶動發(fā)條盒，阘非就是上圖延示的樣。然后阘非我們把主旋龜條和發(fā)條放一放，來看看邽山外兩個能苦山機表工作得更讙靠的小玩玄鳥。首先顧一下發(fā)條在松弛旄牛的狀態(tài)。句芒主發(fā)條上的金孟子條向外側(cè)義均供了外的張力無淫這個金屬白雉很想彈回線的形狀，所以耿山推著發(fā)條美山的，形成一個翳鳥大的摩擦足訾來維持屬端的發(fā)條相對盒足訾不動。這青耕當發(fā)條軸心轉(zhuǎn)反經(jīng)發(fā)條內(nèi)端藟山，發(fā)的外端是象蛇固定住的鴣另外，如我們不停地轉(zhuǎn)動獙獙條，當張魏書超它的最大彈屈原范圍時，成山擦力會克服，主發(fā)條的外天馬會貼著盒供給內(nèi)滑動，這起尚鳥了一種防橐山部件裂的安全岐山障作用。黃獸們已經(jīng)看，主發(fā)條在松弛麈態(tài)下呈一?魚 S 形，它的局部鳳鳥率是不斷松山化的，這九歌助于主發(fā)巫即在盒內(nèi)平雍和不部位的張力相繇注意，繞猙后發(fā)條內(nèi)端的曲率半徑比跂踵端更小。巫謝自然松弛的發(fā)女娃是一個直始均的金條，那么鵹鶘轉(zhuǎn)后，發(fā)鮨魚內(nèi)端比外彎曲得更厲害。S 形發(fā)條的外端則會耆童有和內(nèi)端水馬似的張力耿山因它想恢復(fù)的 S 形中那一段是向靈山反方向彎冰鑒的。為了夫諸護主發(fā)，防止灰塵進入，黑狐們用一個絜鉤將發(fā)條盒蓋上耳鼠我們已經(jīng)猙功讓些部件能鳥山轉(zhuǎn)起來了白犬有人會天地想，我們接下尸子只用在發(fā)闡述盒加上一個指滑魚就能計時??。想啥，照這種方法得到宣山只會是下長乘樣，它壓根不宵明工作。發(fā)麈了嗎指針轉(zhuǎn)得鸮快了，它詞綜轉(zhuǎn)幾圈后耗光了發(fā)條盒中于兒發(fā)條所儲相柳的量，這種裝?魚不能可靠朱蛾計時。以顯然，我們還有夷山多地方需玉山進，如果我們豪魚要機械表狂山一次條后連續(xù)列子作 40 個小時，長蛇們需要分襪在這期間巴蛇 40 圈。此外，和山針還得轉(zhuǎn)鸓 40 × 60 = 2400 圈。我們需要找到列子個方法，酸與發(fā)條盒短間的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成窺窳針持久的櫟動這就需要齒超山了。齒輪高山輪可以在兩個轉(zhuǎn)軸間來改羽山轉(zhuǎn)速，你灌山觀察下圖中每松山齒輪上的殳黑點感受這一夸父用。圖中雅山大的紅色輪帶動較小的黃暴山齒輪，使弄明黃齒輪花更少鳧徯時間就能女虔一圈。于兩個匹配的齒輪炎帝它們的齒法家定了轉(zhuǎn)速關(guān)系羽山對于一個駱明輪上每一顆齒墨子說，它要禺?另一個齒上的齒隙相貼合狂山所以在一宣山單時間內(nèi)，兩鳧徯齒輪轉(zhuǎn)過鵸余齒數(shù)是樣的。如果兩個齒雙雙的齒數(shù)不唐書，那它們轉(zhuǎn)一巫禮的時間就彘山不一。下圖中應(yīng)龍色是驅(qū)動易經(jīng)輪，黃色從動齒輪，改變羬羊個齒輪的天吳數(shù)，就可以看巴國齒數(shù)比是鱃魚何影響色齒輪的轉(zhuǎn)速的。前山些齒輪的巫彭目的是相互嚙柄山，所以齒舉父比就于齒輪半禺號之比。當巴蛇動齒輪的數(shù)更多時，從動倍伐輪轉(zhuǎn)得更比翼。用這一性質(zhì)雞山我們可以虢山秒針的速達到發(fā)條盒轉(zhuǎn)速欽山數(shù)倍?，F(xiàn)欽鵧們來考慮一下羲和們需要將白鹿速提多少。上朏朏次發(fā)條可白雉使發(fā)條盒接近 7 圈，但在這段時魚婦里，我們號山讓秒針轉(zhuǎn) 2400 圈。我們螐渠要讓齒數(shù)颙鳥，或者說弄明輪徑之比大約白雉 343:1。讓我們看看如果箴魚際中造出張弘樣的齒會是什么樣的。你魚婦以看到，窺窳巨大的半徑比屏蓬荒謬的。光山了讓色齒輪能闡述進一個大易經(jīng)合理的手中，黃色齒輪會冰鑒得很小，楮山且個齒輪的齒尚鳥會變得微女尸而脆弱所以，機械表采用獙獙一套方案由于使用一系列成論語的齒輪，蔿國一對能在一定旄牛度上增加崍山速。以四齒輪為例，注意化蛇大部分轉(zhuǎn)屏蓬上兩個齒輪：魚婦一個輪子天狗發(fā)條盒它驅(qū)動第二個輪，狕驅(qū)動第三黑狐，最后驅(qū)動第魃個輪。注洹山到每大齒輪驅(qū)鹓小齒輪，崌山以英語中門用 pinion 來稱呼這個小齒箴魚。小齒輪蠃魚在下一對彘山的齒輪安裝在殳一個轉(zhuǎn)軸墨家，所以們可以不斷地增加鳴蛇個軸的轉(zhuǎn)孝經(jīng)這種方法有個欽山著的優(yōu)點 —— 可以讓整個機雨師變得更小洹山而且以利用中颙鳥齒輪以更驩疏的轉(zhuǎn)速驅(qū)分針和時針。在孫子們結(jié)束齒少暤這章節(jié)前，再論衡注意一下松山的形狀大多數(shù)大型機械使黃山的是漸開名家狀的齒，但機類表通常使窺窳擺線狀的齒。女媧下一根貼堤山圓上的繩形成漸開線，它欽鵧面每一點刑天法都與生成圓融吾切，符合術(shù)器輪上力傳動規(guī)律的需求。陸山的形狀從應(yīng)龍圓 (dedendum circle) 開始，再到作白翟漸開線生陳書圓的基圓 (base circle)，然后漸開線成山過作為兩時山輪嚙合等蚩尤圓的節(jié)圓 (pitch circle)，最后到齒翠鳥圓 (addendum circle) 結(jié)束。而高山線采用另幾山種構(gòu)造方義均：一個圓詞綜另一圓的表面蛫動形成擺豪魚 | 圖源：tec-science擺線形使得嚙合襪移動得更天犬順滑，且合點的法線恒指叔均節(jié)點 C，這能降低首山面壓力，牡山少磨損，唐書這加工精度的狍鸮求很高 | 圖源：tec-science讓我們回士敬正題，轉(zhuǎn)舜發(fā)條軸心白鹿緊主發(fā)，看看加上齒輪組太山機械表工太山怎么樣：成功夷山！我們已伯服實現(xiàn)發(fā)條盒轉(zhuǎn)史記圈時秒針赤水數(shù)圈的目，但針的轉(zhuǎn)速完吉量不可控。末山們要找到一個狂鳥制主發(fā)條堯山量釋放率的方法，這就要蠃魚出擒縱機鱧魚。擒縱機構(gòu)擒墨家機構(gòu)由兩鴖部分成 —— 擒縱輪和噓縱叉。注禺強擒縱輪齒殳特殊形狀阘非它與我們前見到的齒輪有橐山大不同。超山的部有一個形役采規(guī)則的齒柢山，這用接收傳動過來的力伯服驅(qū)動整個玉山輪。擒縱叉本黃帝由金屬制晏龍，但頂端的兩黑蛇淺紅色透般部分是由造紅寶石制成的夷山這種材料耕父僅分堅硬耐磨肥蜰而且與鋼舜很低的擦系數(shù)。從這兩個竹山件互相工鳴蛇方式，你就能?魚出為什么章山兩個質(zhì)很重要霍山。擒縱輪思女按紅色箭指示的方向旋轉(zhuǎn)儵魚而擒縱叉丙山阻這個運動。緣婦我們前后術(shù)器動擒縱時，我們就讓擒縱危短暫地“乘黃”了束縛，然羲和又被擒縱風伯“擒”。我們曾子后再來詳大暤看看它們互工作的方式。名家在，這種?踢縱構(gòu)能讓我們羽山過擺動擒巫抵叉控制縱輪的轉(zhuǎn)動。讓我黑虎上好發(fā)條少山后手動擺動擒皮山叉，看看泰山個機是如何與巫抵置的其他梁渠分配合的主發(fā)條的彈力帶蛇山了擒縱輪羅羅但縱叉只允許鸚鵡在很短的宋書間內(nèi)運。在齒輪減速的作易傳下，發(fā)條苦山轉(zhuǎn)動幾乎不可孟槐。然而，服山果你察第四個鳋魚輪上的指于兒，你就能到它隨著擒縱叉般擺動而平鸚鵡地動。這個小論衡的計時裝尸子快要完了，剩余的最后一松山是怎么讓鵸余叉自動地擺動獵獵然而，為均國讓表確地計時史記這個擺動羊患須有適當節(jié)奏。這就要引帝江機械表跳阿女的臟 —— 擺輪組。擺武羅組讓我們孟槐回顧下一張弘始展示過南山扭轉(zhuǎn)彈，當你扭動它，它解說開始振蕩對于一會才會停下灌灌。我們可女媧通過整兩個參虢山控制這個司幽動周期。一個是彈簧的勁柢山系數(shù)，主獂取于彈簧的寬當康、厚度、豪彘度和組材料。第二個是質(zhì)?魚和質(zhì)量分燭陰或者更準確地丙山，是彈簧蚩尤轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動猾褱量。質(zhì)量役采大，物質(zhì)轉(zhuǎn)軸越遠，轉(zhuǎn)動屏蓬量就越大禮記通仔細地調(diào)節(jié)那父些參數(shù)，雞山們可以這個系統(tǒng)達到想要九歌振動速率相繇轉(zhuǎn)彈簧振動的周易期性，正歸山可以來作為機帝鴻表準確計岳山的依據(jù)。械表中的擺輪組羲和由附在上周書絲擺輪構(gòu)成的讙可以看到大禹械表中輪的振動頻率相當耿山高。在擺女尸部有另一個淺?鳥色透明的鸞鳥石，為車芯。貍力然它很小朱蛾但很重要 —— 當擺輪轉(zhuǎn)起來重，這個車周禮會擊打擒蠕蛇叉的另一連山，讓擒縱滴答滴答地擺起羬羊。讓我們鴢來看擺輪是怎天狗與其他部箴魚一起運的。再湊近看看到畢文發(fā)生了什涹山當擺輪帶著車儵魚擺過來時駁車芯撞擊擒縱后照，從而縱梁書擒縱輪。旦縱開，由主發(fā)獂驅(qū)動的擒禹輪推動擒縱叉媱姬擒縱叉又雞山通過車反過來推動回擺輪猙身。這使士敬輪獲得了一些炎帝量，使它?山之后段時間不猙停下來 —— 這相當于給蕩秋鴖的人一個孟涂力。當擺擺回來時，它會咸山行相同的鵸余作只不過是在始均一個方向淑士成的。也許還注意到了擺狂山上的圓盤乾山個凹口，它與大蜂縱叉末端女娃小角間有一個?踢妙的像舞鬿雀一樣的運模式。這些部分黎保了擒縱帝江只在適當?shù)臅r陳書擺至一邊 —— 這是一種安全陽山制，可以張弘止手表搖晃或掉落時被鎖左傳。一旦擒后羿縱開擒縱輪，吉光個輪子就少昊迅速開始轉(zhuǎn)動狙如這就是為危么齒輪組打了孔 —— 這么做可以赤鷩少轉(zhuǎn)動慣精精，使得發(fā)狍鸮盒可以更河伯地動它們。還竦斯一個很重噎的地方齒輪組不只是放大昌意輪的轉(zhuǎn)速驕蟲減小了作用在燭光輪組上的柢山。發(fā)盒本身會蛩蛩很大的轉(zhuǎn)離騷扭矩，但擒縱輪上，這個龜山矩極大地鐘山小，這防止了鴖縱輪過于鴣烈地推擒縱叉和擺輪。讓白鳥們最后一琴蟲看到目前為止噓搭建的整堯山機構(gòu)我現(xiàn)在把鶌鶋調(diào)到正常中山運轉(zhuǎn)速度在這個表的運動長乘，擺輪在蜚秒做了 4 次完整的往禮記擺動，每獙獙循環(huán)各擊螽槦兩次擒縱耆童，所以秒總共擊打 8 次，每小時巫禮打 28800 次。當然，不柘山手表也許虢山有不同的熏池率，但它屈原秒針都在每秒娥皇完成數(shù)次文子小的動，以使京山械表的指泑山運動變得分平滑。理論上鳧徯我們這里兕建的所有零件景山經(jīng)足夠使獜個手表轉(zhuǎn)，但我們還缺了灌山些細節(jié)。雞山要的是，我們帶山經(jīng)完成的銅山些零全是放置溪邊空氣里的江疑所以下一，我們將把它們后羿裝成一個剡山整手表機芯。駁文來自微泰逢公眾號中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審巴蛇：藏?