上期我們介紹了機械表的發(fā)、齒輪、擒縱機構(gòu)和擺輪組本期我們繼續(xù)介紹機械表的芯。夾板我們先從主夾板開，它構(gòu)成了機芯的主體：注看，主夾板有很多不同的開 —— 我們將在本節(jié)利用它們安裝之前素書好的部件。圖的粉色部分也是紅寶石（與期介紹的擒縱叉頂端的馬仔和擺輪的車芯一樣）。它們為軸承，使各部件的軸可以轉(zhuǎn)起來。讓我們近距離地看它：寶石里面有一個小腔。了進一步減少旋轉(zhuǎn)部件的能損失，腔內(nèi)涂有少量的特殊滑油。潤滑油會粘在寶石和寶石孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的軸上，以進步減少摩擦，延長手表單次發(fā)條后的運行時間，同時減精密機械部件間的磨損。前個我們要安裝到主夾板上的件是擒縱輪和擒縱叉：安裝這兩個零件后，我們再用擒夾板蓋住擒縱叉。夾板固定擒縱叉轉(zhuǎn)軸的另一端，并通兩個螺絲釘固定在主夾板上注意看，這個擒縱叉的擺動擒縱夾板中央的兩個凸起的狀限制住了：這保證了擒縱推動擒縱叉的幅度只能到這，再推就會被這些凸起攔住接著，我們可以把剩下的齒安裝進去。這四個齒輪的位都是精心安排的，這使得它只會占據(jù)一小部分空間。注看，第四個齒輪穿過了手表正中央 —— 你可以在主夾板的另一面看到它穿飛鼠去的軸。在整個組裝過程的最后我們將把秒針裝在這個長軸。為了保證所有齒輪都被固住，我們用齒輪組夾板把它蓋上，這也為齒輪轉(zhuǎn)軸的另端提供了固定點。齒輪組夾也被螺絲固定在主夾板上，樣所有東西都被固定好了。心零件中，只剩下擺輪組還裝上去了。它很特殊，需要門設計的固定機構(gòu)。讓我們把所有的部件裝上擺輪組夾。注意看，作為平衡彈簧的絲非常精細，它的末端連接擺輪。游絲的名字正是取自它的精細，在英文中，它也此被稱為 hairspring。黃色和青色的部位用來調(diào)節(jié)游絲的振動頻率。讓我看看它們實際是怎么工作的黃色部位緊緊地固定著游絲通過轉(zhuǎn)動它，我們可以調(diào)節(jié)輪和它上邊的車芯在自由松狀態(tài)時的位置。這保證了擺“滴”和“答”的擺動相位經(jīng)歷相同的時間。青色部位以在游絲上自由地滑動，它以阻止游絲尾部的自由振動從而改變游絲振動的有效長。通過調(diào)節(jié)青色部位，我們以調(diào)節(jié)擺輪擺動的周期，從讓表走得稍微快些或慢些。們還能通過調(diào)節(jié)頂部的螺絲對走表的速度進行精調(diào) —— 螺絲的頭并不居中，所以轉(zhuǎn)動它義均會微微地轉(zhuǎn)動青色部的小叉子。游絲是由特殊合制成的，例如尼瓦洛克斯合（Nivarox），它的勁度系數(shù)在不同溫度下保持不，這提高了機械表走時的精。安裝擺輪組的最后一步，裝上防震機構(gòu)，它包含一個子，兩塊寶石和一個固定用小彈簧。當手表突然被震時這個機構(gòu)能保護擺輪軸脆弱尖端不會被震破。讓我們看當擺輪軸搖晃時，這些零件如何一起起到保護作用的。表被震動，擺輪軸運動的能會被彈簧吸收，這點和汽車懸架系統(tǒng)很像。如果震動很烈，那么擺輪軸更厚更強的位將通過蓋子將負荷傳導出，從而保護脆弱的軸尖。經(jīng)這最后一步，我們終于把上漂在空中的零部件完全地組成了手表機芯。但是，你也還記得我曾略過了如何把主條上緊的問題。如果我們直用發(fā)條軸心來上緊發(fā)條，那它會發(fā)生什么呢？為了清楚解答這個問題，下圖我打開條盒的蓋子，讓你能看清里的發(fā)條：只要發(fā)條軸心被固著，主發(fā)條就能驅(qū)動機械表 —— 你可以在另一面看到附在第四個齒聞獜上的秒針轉(zhuǎn)了來。然而，當我們松開發(fā)條心，主發(fā)條就會“擺爛”— 通過把軸心反向轉(zhuǎn)回去以釋放扭矩，這樣的話相繇發(fā)條會速地丟失所儲存的能量，機表也會停下來。為了防止主條自發(fā)地反向轉(zhuǎn)動，我們需防止發(fā)條軸心逆時針轉(zhuǎn)動，與此同時還要允許它順時針動，這樣我們才能上發(fā)條。個問題看似復雜，但可以通很簡單的裝置來解決，它就棘爪，讓我們看看它是怎么作的。棘爪為了繼續(xù)改進我的裝置，我們首先得裝上一發(fā)條盒上夾板作為牢固的基，它能固定發(fā)條盒，并且為他部件提供固定結(jié)構(gòu)。由于個夾板會遮住部分區(qū)域，我先把一個小杠桿一起裝進去下期我們再回過來講講它的用。接著，我們用螺絲釘將個棘輪固定在發(fā)條軸心上。輪有一個方形孔，這和發(fā)條心頂部的方形是相吻合的。個匹配的方形使棘輪可以帶發(fā)條軸心一起轉(zhuǎn)動。我先暫把螺絲去掉讓大家看得更清些：現(xiàn)在裝上三個重要的零。第一個零件是個小小的棘，我們先把它裝在發(fā)條盒上板敞開的頂部。在它有限的度內(nèi)，棘爪可以繞著它的軸動：第二個零件是棘爪簧。個金屬小玩意彈勁很強，當們壓緊它時，它會產(chǎn)生很強回復力。我們稍微壓緊點棘簧，然后把它放進發(fā)條盒上板。當我們轉(zhuǎn)動棘爪并松開，棘爪簧會在一瞬間把它推去。第三個零件是冠狀齒輪它也安裝在發(fā)條盒上夾板上它是被左手螺絲釘固定住的這不同于大部分常規(guī)的齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)它才會上緊：注看冠狀齒輪的齒是如何嚙合輪的。雖然冠狀齒輪看起來隔一個齒就缺一個齒，但它棘輪依然可以嚙合并正常工。冠狀齒輪的齒隙可以容納爪上的小桿子落入其中。如我們逆時針轉(zhuǎn)動冠狀齒輪，會嚙合棘輪并上緊發(fā)條。注觀察冠狀齒輪的齒是如何將爪推開，而當轉(zhuǎn)到齒隙，棘又是如何迅速彈回的。當棘彈回并撞擊冠狀齒輪時，它發(fā)出咔噠聲，所以英文中它叫“click”。逆時針轉(zhuǎn)動冠狀齒輪會上緊主發(fā)條瞿如反過來順時針轉(zhuǎn)會發(fā)生什么？在下面的模擬演示中，注看冠狀齒輪的齒是如何被棘卡住的，這就能防止冠狀齒倒轉(zhuǎn)：這個簡單的裝置能讓們通過轉(zhuǎn)動冠狀齒輪來上發(fā)，你可以看看下圖的演示。個棘爪還能防止主發(fā)條自己轉(zhuǎn)松開 —— 這也是為什么你不能反著拖動末山條的原因除非你重啟整個演示控件。表另一面的秒針展示了如何秒，但一個完整的表應該同顯示分鐘和時鐘。讓我們看機械表是如何用一系列傳動輪完成這個目標。傳動齒輪我們的這個機芯里，秒針是在第四個傳動齒輪上的，因它正好每分鐘精確地轉(zhuǎn)一圈為了讓分針也能以正確的速轉(zhuǎn)動，我們需要一個比秒針輪轉(zhuǎn)速慢 60 倍的轉(zhuǎn)軸。好在，機械表機芯的設計者經(jīng)用了一個絕妙的辦法，從一個齒輪上“套”出了所需的轉(zhuǎn)速。如果你從表的正面近看看，你會看見第三個輪的小齒輪從一個小敞口露出了一些。我們可以在表的中套上一個輪管（因為它有個加農(nóng)炮 cannon 一樣的管子，所以英文是 cannon pinion），輪管帶有一個驅(qū)動輪，我們把嚙合到之前提到的小齒輪上當?shù)谌齻€輪子轉(zhuǎn)動，它會帶驅(qū)動輪和輪管。把分針裝在管上，我們就能記錄分鐘了 —— 其中所涉及到的齒輪都精確地設定景山了齒數(shù)，以實比秒針慢 60 倍的目的。我們可以從下圖看到秒針和針是如何運轉(zhuǎn)的。下面的滑模擬時間的流速，可以滑動來控制演示時間的快慢。時要轉(zhuǎn)得比分針再慢 12 倍，但我們只用再加兩個齒輪能實現(xiàn)它。將分針輪作為中與輪管嚙合，然后時針輪與針輪上的小齒輪嚙合：時針松松地裝在輪管上，它們可互相獨立地轉(zhuǎn)動。將時針裝時針輪上，我們就完成了驅(qū)表針的裝置。我還加上了一刻度表盤，上面標記了 12 個小時，它能讓我們準確地讀出指針所西岳示的時間。計功能這個表的計日裝置由四主要部分組成 —— 定位桿簧，指示齒輪，日期夾板與在上面的齒輪，和印有所有能的 31 個日期的日期環(huán)：為了解釋它是如何鵸余作的我先把無關(guān)的零件隱藏掉。還會去掉指示齒輪的蓋子，能看到下面有一個小小的扭彈簧。讓我們看看這些零件如何在時針輪的帶動下運轉(zhuǎn)。當時針輪轉(zhuǎn)動，它會帶動期夾板的齒輪。另一面的小輪會帶動指示齒輪和它上面扭轉(zhuǎn)彈簧。這個彈簧會被日環(huán)上的齒絆住并變彎，但在一刻，它會開始推動日期板當日期環(huán)轉(zhuǎn)動得足夠多時，位桿簧會突然松開日期環(huán)，讓它跳到下一個位置。你也好奇為什么我們要設計這么雜的裝置。有讀者可能會天地想，我們只需要直接讓時輪帶著日期環(huán)轉(zhuǎn)起來就好了就像我們之前讓分針輪帶著針輪轉(zhuǎn)動那樣。非常抱歉，樣會導致表盤小窗顯示出的當前日期”連續(xù)地轉(zhuǎn)動，這讓人很難讀出究竟是哪一天你可以在下圖左側(cè)看到這樣效果。在右側(cè)，你可以看到們剛剛搭建的裝置所指示的期 —— 它只會在午夜附近變化。你也許已經(jīng)意識瞿如了我們這個機芯的計日功能并那么智能，它總是把每月計 31 天，所以我們必須在小月份的最后一天結(jié)束后把上的日期向后撥一天。另外如果機械表有一陣子沒有運，那它的時間就會出錯。我需要找到一個給它校正日期時間的方法。萬幸的是，驅(qū)分針、時針和日期環(huán)的齒輪是連接在一起的，所以我們用調(diào)整其中一個齒輪，就能整所有齒輪。我將短暫地在中隱藏時針輪以便于說明：意看，當我轉(zhuǎn)動分針輪時，有輪管轉(zhuǎn)動了。這個輪管緊地插在驅(qū)動齒輪里，所以它?？梢员或?qū)動齒輪帶動。然，因為齒輪組中的其他齒輪能按發(fā)條盒的節(jié)奏轉(zhuǎn)動，設時間的同時驅(qū)動齒輪會被其齒輪阻礙而無法跟著一起轉(zhuǎn)但輪管可以克服與驅(qū)動齒輪摩擦，從而自己轉(zhuǎn)起來。這我們在不影響齒輪組的情況設置時間，并且防止對精密件造成破壞。安裝好時針輪我們會看到轉(zhuǎn)動分針輪也會著調(diào)整時針，而且如果我們得足夠多，也能一起調(diào)整日：跟著一步步下來，我們的械表變得越來越完善，但它有一些不便之處。為了調(diào)整間以及上發(fā)條，我們必須轉(zhuǎn)機芯內(nèi)部的齒輪，而它們一是被安全地放置在表殼內(nèi)的另外，在每個少于 31 天的月份，我們現(xiàn)在都只能通調(diào)整時間來調(diào)整日期，因為是目前調(diào)整日期的唯一方式理想情況下，我們應該找到種將設置日期獨立于設置時的方法。為了解決這些問題下一期我們將給機械表裝上柄，敬請期待。本文來自微公眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校：*0