（上）期沒有電池，機表如何準確走時？（上我們介紹了機械表中提動力的發(fā)條、將發(fā)條盒速減慢的齒輪、控制轉(zhuǎn)的擒縱機構(gòu)和提供準確時頻率的擺輪組，（中期沒有電池，機械表如準確走時？（中）我們紹了固定零件用的夾板防止發(fā)條反轉(zhuǎn)的棘爪、秒針的轉(zhuǎn)動傳動到分針針的齒輪和計日功能。還留下了個大問題 —— 如何在不打開表殼的情況下上發(fā)條和設置數(shù)斯期間？本期我們從轉(zhuǎn)柄開來解決這個問題。轉(zhuǎn)柄構(gòu)首先，讓我們看看表（轉(zhuǎn)柄頭）和連在下面桿子，這個表冠是操作械表的主要接口。表冠在表殼外部，并且直接用戶接觸。柄桿有一個形截面，它上面裝有兩零件 —— 立輪和離合輪：立輪有一個圓形孔所以它可以輕松地在柄上轉(zhuǎn)動。而離合輪的方孔正貼合柄桿的方形結(jié)，這使得它只能隨表冠起轉(zhuǎn)動：讓我們把這些件裝起來。我暫時隱藏日期環(huán)，防止它擋住我的視線：注意看表的背，立輪嚙合上了冠狀齒。為了能夠轉(zhuǎn)動立輪，們得先讓離合輪緊緊地著它 —— 下圖我用藍色箭頭標注這個推力。輪和離合輪相鄰面的形是貼合的，如果我們現(xiàn)轉(zhuǎn)動表冠，它們就會互鎖緊。最終，我們可以過順時針轉(zhuǎn)動表冠來轉(zhuǎn)冠狀齒輪，并帶動上發(fā)機構(gòu)的其余零件。而如我們逆時針反向轉(zhuǎn)動表，立輪和冠狀齒輪就會棘爪卡住，離合輪就會著相鄰面的形狀被推開這個安全機制保證了即表冠被扭錯方向，也不損壞機芯?？雌饋砦覀?經(jīng)通過轉(zhuǎn)動表冠實現(xiàn)了發(fā)條的目標。但還有一待解決的小問題 —— 我們需要一個能把離合推向立輪的外力。而且在某些時候我們還想通轉(zhuǎn)動表冠實現(xiàn)別的目的除了上發(fā)條，我們還要獨立地調(diào)整日期和時間我們將通過把表冠推拉不同位置來切換這三種能。讓我們來建造這樣個切換裝置。首先，安校準桿和設置桿：現(xiàn)在如果我們把表冠拉出或推進去，這兩個桿將繞它們的支點轉(zhuǎn)起來，并會以極其復雜的方式互帶動對方：正面視角觀推拉表冠如果帶著其他件一起顯示，我們會很看出它們到底是怎么工的，所以讓我們把無關(guān)件隱藏掉。注意觀察推表冠時兩個桿是如何互的：背面視角觀察推拉冠柄桿里的一個凹槽鎖設置桿上的小桿，使得拉表冠可以帶動設置桿它上邊的另一個小桿也推動并鉤住校準桿，這表冠也一起帶動校準桿目前來看這個機構(gòu)還沒起到什么作用，我們得把設置輪加到校準桿上的小桿子上：設置輪可在桿子上自由地轉(zhuǎn)動。果現(xiàn)在拉出表冠，我們以看到設置輪會嚙合上針輪：通過轉(zhuǎn)動設置輪我們可以設置機械表的間，但為了轉(zhuǎn)動這個輪，我們得滑動離合輪使推著設置輪，這樣，對冠的轉(zhuǎn)動才會通過離合傳動到設置輪上：這就出了一個挑戰(zhàn) —— 我們需要根據(jù)不同的工作式改變離合輪的位置，它在上發(fā)條時嚙合立輪而在設置時間時嚙合設輪。這就要請出離合桿：在下面的特寫圖中，可以看到離合桿剛好貼離合輪上的凹槽，所以離合桿繞著它的支點轉(zhuǎn)時，會向內(nèi)或外給離合一個推力，使它滑起來至于離合桿是怎么被帶的，那是因為當我們拉冠時設置桿會推動它。們就快完成這個小小的柄機構(gòu)了，只是還差三小細節(jié)。首先，我們得這些零部件固定好 —— 現(xiàn)在還沒有東西能防止它們從精心洵山排好的位脫落。第二，拉出表冠，沒有一個專門的卡扣定它 —— 轉(zhuǎn)動表冠時我們可能不自覺地推動從而改變工作模式。最，當我們把表冠完全推去以切換回上發(fā)條模式，我們想讓離合桿可靠回到它的初始位置。這得請出設置定位桿了，能實現(xiàn)這三個目標：這定位桿被螺絲鎖在主夾上，從而防止其他零部脫落。它的各種“臂部和“腿部”也能把零部壓住。讓我們再看看設定位桿如何解決另兩個題，注意我用灰色箭頭出來的三個小凹槽：當們推拉表冠，設置桿上小桿會扣入這三個凹槽一。為了跳到不同的凹，這個小桿必須彎曲定桿的長臂，這就產(chǎn)生了小桿推入最近凹槽的張。最終，我們得到了三位置，這些位置能讓所的零部件受力平衡 —— 一旦被鎖住，我們就不用擔心轉(zhuǎn)動表冠時不小切換了工作模式。關(guān)于置定位桿，最后還要說一點，在它的另一端有小部分緊繃在離合桿上我用灰色箭頭指出了它位置：當離合桿轉(zhuǎn)動時這個金屬的彈片很容易離合桿轉(zhuǎn)回去。當表冠于設置日期或時間模式，設置桿會阻礙離合桿回去，但一旦我們回到發(fā)條模式，這個定位桿彈片會使離合桿轉(zhuǎn)回去從而也把離合輪滑回去實際上，這里還有一個人拍案叫絕的設計，但平面視角下它被藏起來。如果你記性不錯，在期沒有電池，機械表如準確走時？（中）介紹爪那一章節(jié)的開頭，我在安裝發(fā)條盒上夾板之還往主夾板上裝了一個杠桿，然后才繼續(xù)講如用棘爪防止發(fā)條反轉(zhuǎn)。貼的編輯知道你們大都了，所以把圖再放一遍個小杠桿短的一端貼合合輪的凹槽，當我們拉表冠，帶動離合輪時，杠桿就會轉(zhuǎn)動：當杠桿到底，它會與擺輪摩擦使其無法移動 —— 這能讓表停下來。結(jié)果就，當我們把表冠拉到底進入時間設置模式時，個止動桿會阻礙擺輪擺，使表停下來，在英文有個詞“hacking”專門描述這一動作。是，在我們設置時間時秒針不會同時自行轉(zhuǎn)動這有助于提高校準時間精度。讓我們把所有零件裝好，再一次看看整轉(zhuǎn)柄機構(gòu)是如何工作的當表冠被完全推進去時它的轉(zhuǎn)動會帶動離合輪再帶動立輪，再帶動冠齒輪，再帶動棘輪并上發(fā)條：當表冠被完全拉時，它的轉(zhuǎn)動會帶動離輪，設置輪，分針輪，針輪，和藏在時針輪里的輪管。（溫習一下，管能讓我們設置時間，不會被防止發(fā)條反轉(zhuǎn)的爪卡?。┳詈?，當表冠推到中間位置時，我們進入日期設置模式。但了完成這一目標，我們需要額外加上一個換日，讓我們把它裝在主夾的小凹槽里：注意，換輪可以在凹槽上下滑動如果把表冠拉到中間位并轉(zhuǎn)動它，我們就能轉(zhuǎn)換日輪，而它就能鉤住期環(huán)內(nèi)部的齒。日期定桿簧則能保證我們能把期環(huán)鎖定在有效的位置：我個人認為，這整個柄機構(gòu)簡直是機械奇跡這些錯綜復雜相互協(xié)作部件被極其有條理地安妥當，而每個部件又能擔多種角色。老式懷表用一個單獨的按鍵來上條的，它的表冠僅僅用設置時間，但現(xiàn)代表擺了上發(fā)條按鍵，所以這個機構(gòu)又叫無鍵機構(gòu)（keyless works）。僅僅只用一些形狀被精心設計的凰鳥部件和個表冠，我們就能控制的不同設置功能。在繼下一章節(jié)前，讓我們裝分針系上夾板來保護剩的零部件：我們快完成表機芯的制造了。最后個要裝上去的部件能讓表在我們散步時自動上條。自動上條機構(gòu)當一人戴著手表移動手臂時手表在這一天的空間朝會不停地發(fā)生變化。即是在散步時，手表相對面也在輕微地擺動。通來說，所有用來移動表能量都被浪費了，但自上條機構(gòu)會設法捕捉一分能量來上緊主發(fā)條。想理解它的工作原理，們得先把整個自動上條構(gòu)裝到手表上。它的主部分是一個可以繞著中自由轉(zhuǎn)動的配重。當配轉(zhuǎn)起來時，它會帶動一列齒輪，最后一個齒輪棘輪嚙合，從而上緊發(fā)盒內(nèi)的發(fā)條：配重可以由轉(zhuǎn)動，這是很重要的點。在下圖中，我將轉(zhuǎn)手表的空間朝向，而重總會把配重拖到下面，就使得配重相對手表的余部件轉(zhuǎn)起來：回憶我在中期討論過的上發(fā)條構(gòu)，你也許還記得棘輪能朝一個方向轉(zhuǎn)，因為爪要防止主發(fā)條自發(fā)地轉(zhuǎn)。然而，配重可以前擺動，這通常意味著任連接它的齒輪傳動系統(tǒng)會朝兩個方向轉(zhuǎn)動。但，如果你回過來看看自上條機構(gòu)，你會發(fā)現(xiàn)有特殊的地方 —— 前后轉(zhuǎn)動配重，輸出齒輪只朝一個方向轉(zhuǎn)動。我在輪上放了一個小黑點，樣你能看得更清楚：為理解究竟發(fā)生了什么，我們先看看這個機構(gòu)所及的所有零部件：當配轉(zhuǎn)動時，附在配重底部綠色齒輪會帶動兩個藍齒輪。這個部件的大部和我們之前見過的被夾固定的齒輪組很像。不，你可能已經(jīng)猜到了，個單向傳動的秘密就藏黃藍齒輪的雙重組合。我們看看它們是怎么組的：藍色齒輪可以在黃齒輪上自由轉(zhuǎn)動，而魚桿也能繞著藍色齒輪里空洞轉(zhuǎn)動。注意看，黃齒輪的內(nèi)部有一個特殊形狀。下圖我去掉了藍齒輪中央的部分，讓你能看到里面發(fā)生了什么當你逆時針轉(zhuǎn)動藍色齒，魚狀桿只是滑過黃色輪的內(nèi)部。而當你順時轉(zhuǎn)動藍色齒輪，其中一魚狀桿就會卡住黃色齒并帶動它。這個絕妙的構(gòu)將藍色齒輪的動力單傳遞給了黃色齒輪。自上條機構(gòu)有兩個這樣的輪 —— 一個會在順時針轉(zhuǎn)動時驅(qū)動輸出輪，一個會在逆時針轉(zhuǎn)動時動輸出輪。在下圖中，可以看到當你轉(zhuǎn)動附在重上的齒輪時會發(fā)生什。為了讓你看得更清楚我去掉了無關(guān)的部件：意觀察我高亮的一對黃齒輪，那一對才是真正接地從配重齒輪接收動，并傳遞給輸出齒輪。一時間，只有一對這樣齒輪被“激活”—— 另一對要么在空轉(zhuǎn)，要么為中介改變轉(zhuǎn)動方向，確保輸出齒輪總是在以確的方向上發(fā)條。相對附在配重上的齒輪，輸齒輪轉(zhuǎn)得很慢，所以完上好發(fā)條需要大量的手擺動。不過，在一天的間里，自動上條機構(gòu)通能保證發(fā)條有足夠的能。機械表的真實尺寸在前為止所有的圖例中，們都把零部件放大了很倍以便于觀察，但在下的最后一張圖中，你最會發(fā)現(xiàn)所有的零部件其很小。機械表周圍圓角形代表一個信用卡的大 —— 如果你手邊有一張，你可以把它放在屏上對照。希望這樣做能你認識到我們所介紹的部件的真實尺寸有多小結(jié)語20 世紀 70 年代，機械表開始被石表取代。石英表是用石晶體振動的電子計數(shù)來時的。隨著技術(shù)的發(fā)展大眾所佩戴的手表越來依賴于數(shù)字電路?，F(xiàn)代智能手表僅僅是在外形佩戴位置上與原來的手有相似之處了。機械表如電子表準確。它們更弱，需要定期維護。盡有這些缺陷，這些設備我們展示了機械工程的妙之處。通過巧妙地利微型齒輪、杠桿和彈簧將它們有機結(jié)合，一塊械表從冷冰冰的零件變了鮮活的生命。作者：Ciechanowski?翻譯：牧羊?qū)徯＃荷?本文來自微信公眾號：科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski