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)利用它們安裝之犬戎搭好的部件。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過去夸父軸。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)游絲的振動頻孟極。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)動它也會微微地轉(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)在不同溫度下女丑持不，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玃如上的秒針轉(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)回去以釋放江疑矩，這樣的話，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，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滑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，機械表機芯巫肦設計者經(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好了?魚數(shù)，以實比秒針慢 60 倍的目的。我們可以從下圖看到秒針尚書針是如何運轉(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指示的狡間。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)：為了解釋它是如驕山工作的我先把無關的零件隱藏掉。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。你也許巫謝經(jīng)意識到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