（上）期沒有電池，機(jī)械表如準(zhǔn)確走時(shí)？（上）我們介紹了械表中提供動(dòng)力的發(fā)條、將發(fā)盒轉(zhuǎn)速減慢的齒輪、控制轉(zhuǎn)速擒縱機(jī)構(gòu)和提供準(zhǔn)確走時(shí)頻率擺輪組，（中）期沒有電池，械表如何準(zhǔn)確走時(shí)？（中）我介紹了固定零件用的夾板、防發(fā)條反轉(zhuǎn)的棘爪、將秒針的轉(zhuǎn)傳動(dòng)到分針時(shí)針的齒輪和計(jì)日能。但還留下了個(gè)大問題 —— 如何在不打開表殼的情況下上發(fā)條和設(shè)置日期時(shí)間？本河伯我從轉(zhuǎn)柄開始來解決這個(gè)問題。柄機(jī)構(gòu)首先，讓我們看看表冠轉(zhuǎn)柄頭）和連在下面的桿子，個(gè)表冠是操作機(jī)械表的主要接。表冠裝在表殼外部，并且直與用戶接觸。柄桿有一個(gè)方形面，它上面裝有兩個(gè)零件 —— 立輪和離合輪：立輪有一個(gè)圓形孔，所以它可以輕松地孟槐柄上轉(zhuǎn)動(dòng)。而離合輪的方形孔正合柄桿的方形結(jié)構(gòu)，這使得它能隨表冠一起轉(zhuǎn)動(dòng)：讓我們把些零件裝起來。我暫時(shí)隱藏了期環(huán)，防止它擋住我們的視線注意看表的背面，立輪嚙合上冠狀齒輪。為了能夠轉(zhuǎn)動(dòng)立輪我們得先讓離合輪緊緊地推著 —— 下圖我用藍(lán)色箭頭標(biāo)注這個(gè)推力。立輪和離合輪相鄰的形狀是貼合的，如果我們現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)表冠，它們就會(huì)互相鎖緊最終，我們可以通過順時(shí)針轉(zhuǎn)表冠來轉(zhuǎn)動(dòng)冠狀齒輪，并帶動(dòng)發(fā)條機(jī)構(gòu)的其余零件。而如果們逆時(shí)針反向轉(zhuǎn)動(dòng)表冠，立輪冠狀齒輪就會(huì)被棘爪卡住，離輪就會(huì)沿著相鄰面的形狀被推。這個(gè)安全機(jī)制保證了即使表被扭錯(cuò)方向，也不會(huì)損壞機(jī)芯看起來我們已經(jīng)通過轉(zhuǎn)動(dòng)表冠現(xiàn)了上發(fā)條的目標(biāo)。但還有一待解決的小問題 —— 我們需要一個(gè)能把離合輪推向立廆山的力。而且，在某些時(shí)候我們還通過轉(zhuǎn)動(dòng)表冠實(shí)現(xiàn)別的目的。了上發(fā)條，我們還要能獨(dú)立地整日期和時(shí)間。我們將通過把冠推拉到不同位置來切換這三功能。讓我們來建造這樣一個(gè)換裝置。首先，安裝校準(zhǔn)桿和置桿：現(xiàn)在，如果我們把表冠出或者推進(jìn)去，這兩個(gè)桿將繞它們的支點(diǎn)轉(zhuǎn)起來，并且會(huì)以其復(fù)雜的方式互相帶動(dòng)對(duì)方：面視角觀察推拉表冠如果帶著他零件一起顯示，我們會(huì)很難出它們到底是怎么工作的，所讓我們把無關(guān)零件隱藏掉。注觀察推拉表冠時(shí)兩個(gè)桿是如何鎖的：背面視角觀察推拉表冠桿里的一個(gè)凹槽鎖著設(shè)置桿上小桿，使得推拉表冠可以帶動(dòng)置桿。它上邊的另一個(gè)小桿也推動(dòng)并鉤住校準(zhǔn)桿，這樣表冠一起帶動(dòng)校準(zhǔn)桿。目前來看這機(jī)構(gòu)還沒有起到什么作用，我得再把設(shè)置輪加到校準(zhǔn)桿上邊小桿子上：設(shè)置輪可以在桿子自由地轉(zhuǎn)動(dòng)。如果現(xiàn)在拉出表，我們可以看到設(shè)置輪會(huì)嚙合分針輪：通過轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置輪，我可以設(shè)置機(jī)械表的時(shí)間，但為轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)輪子，我們得滑動(dòng)離輪使它推著設(shè)置輪，這樣，對(duì)冠的轉(zhuǎn)動(dòng)才會(huì)通過離合輪傳動(dòng)設(shè)置輪上：這就提出了一個(gè)挑 —— 我們需要根據(jù)不同的工作模式改變離合輪的位置，讓在上發(fā)條時(shí)嚙合立輪，而在設(shè)時(shí)間時(shí)嚙合設(shè)置輪。這就要請(qǐng)離合桿了：在下面的特寫圖中你可以看到離合桿剛好貼合離輪上的凹槽，所以當(dāng)離合桿繞它的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)向內(nèi)或外離合輪一個(gè)推力，使它滑起來至于離合桿是怎么被帶動(dòng)的，是因?yàn)楫?dāng)我們拉表冠時(shí)設(shè)置桿推動(dòng)它。我們就快完成這個(gè)小的轉(zhuǎn)柄機(jī)構(gòu)了，只是還差三個(gè)細(xì)節(jié)。首先，我們得把這些零件固定好 —— 現(xiàn)在還沒有東西能防止它們從精心安排好的置脫落。第二，拉出表冠時(shí)，有一個(gè)專門的卡扣固定它 —— 轉(zhuǎn)動(dòng)表冠時(shí)我們可能不自覺地推禺強(qiáng)它從而改變工作模式。最，當(dāng)我們把表冠完全推進(jìn)去以換回上發(fā)條模式時(shí)，我們想讓合桿可靠地回到它的初始位置這就得請(qǐng)出設(shè)置定位桿了，它實(shí)現(xiàn)這三個(gè)目標(biāo)：這個(gè)定位桿螺絲鎖在主夾板上，從而防止他零部件脫落。它的各種“臂”和“腿部”也能把零部件壓。讓我們?cè)倏纯丛O(shè)置定位桿如解決另兩個(gè)問題，注意我用灰箭頭指出來的三個(gè)小凹槽：當(dāng)們推拉表冠，設(shè)置桿上的小桿扣入這三個(gè)凹槽之一。為了跳不同的凹槽，這個(gè)小桿必須彎定位桿的長(zhǎng)臂，這就產(chǎn)生了把桿推入最近凹槽的張力。最終我們得到了三個(gè)位置，這些位能讓所有的零部件受力平衡 —— 一旦被鎖住，我們就不用擔(dān)心轉(zhuǎn)動(dòng)表冠時(shí)不小心切換了工模式。關(guān)于設(shè)置定位桿，最后要說明一點(diǎn)，在它的另一端有小部分緊繃在離合桿上，我用色箭頭指出了它的位置：當(dāng)離桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)金屬的彈片很易把離合桿轉(zhuǎn)回去。當(dāng)表冠處設(shè)置日期或時(shí)間模式時(shí)，設(shè)置會(huì)阻礙離合桿彈回去，但一旦們回到上發(fā)條模式，這個(gè)定位的彈片會(huì)使離合桿轉(zhuǎn)回去，從也把離合輪滑回去。實(shí)際上，里還有一個(gè)令人拍案叫絕的設(shè)，但在平面視角下它被藏起來。如果你記性不錯(cuò)，在中期沒電池，機(jī)械表如何準(zhǔn)確走時(shí)？中）介紹棘爪那一章節(jié)的開頭我們?cè)诎惭b發(fā)條盒上夾板之前往主夾板上裝了一個(gè)小杠桿，后才繼續(xù)講如何用棘爪防止發(fā)反轉(zhuǎn)。體貼的編輯知道你們大忘了，所以把圖再放一遍這個(gè)杠桿短的一端貼合離合輪的凹，當(dāng)我們拉出表冠，帶動(dòng)離合時(shí)，小杠桿就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)：當(dāng)杠桿到底，它會(huì)與擺輪摩擦，使其法移動(dòng) —— 這能讓表停下來。結(jié)果就是，當(dāng)我們把表冠拉底，進(jìn)入時(shí)間設(shè)置模式時(shí)，這止動(dòng)桿會(huì)阻礙擺輪擺動(dòng)，使表下來，在英文中有個(gè)詞“hacking”專門描述這一動(dòng)作。于是，在我們?cè)O(shè)置時(shí)間時(shí)，秒不會(huì)同時(shí)自行轉(zhuǎn)動(dòng)，這有助于高校準(zhǔn)時(shí)間的精度。讓我們把有零部件裝好，再一次看看整轉(zhuǎn)柄機(jī)構(gòu)是如何工作的。當(dāng)表被完全推進(jìn)去時(shí)，它的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)動(dòng)離合輪，再帶動(dòng)立輪，再帶冠狀齒輪，再帶動(dòng)棘輪并上好條：當(dāng)表冠被完全拉出時(shí)，它轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)離合輪，設(shè)置輪，針輪，時(shí)針輪，和藏在時(shí)針輪面的輪管。（溫習(xí)一下，輪管讓我們?cè)O(shè)置時(shí)間，而不會(huì)被防發(fā)條反轉(zhuǎn)的棘爪卡?。┳詈?，表冠被推到中間位置時(shí)，我們進(jìn)入日期設(shè)置模式。但為了完這一目標(biāo)，我們?nèi)孕枰~外加一個(gè)換日輪，讓我們把它裝在夾板的小凹槽里：注意，換日可以在凹槽上下滑動(dòng)。如果把冠拉到中間位置并轉(zhuǎn)動(dòng)它，我就能轉(zhuǎn)動(dòng)換日輪，而它就能鉤日期環(huán)內(nèi)部的齒。日期定位桿則能保證我們能把日期環(huán)鎖定有效的位置上：我個(gè)人認(rèn)為，整個(gè)轉(zhuǎn)柄機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)直是機(jī)械奇跡這些錯(cuò)綜復(fù)雜相互協(xié)作的部件極其有條理地安排妥當(dāng)，而每部件又能承擔(dān)多種角色。老式表是用一個(gè)單獨(dú)的按鍵來上發(fā)的，它的表冠僅僅用來設(shè)置時(shí)，但現(xiàn)代表擺脫了上發(fā)條按鍵所以這整個(gè)機(jī)構(gòu)又叫無鍵機(jī)構(gòu)keyless works）。僅僅只用一些形狀被精心設(shè)的零部件和一個(gè)表冠，我們就控制表的不同設(shè)置功能。在繼下一章節(jié)前，讓我們裝上分針上夾板來保護(hù)剩余的零部件：們快完成手表機(jī)芯的制造了。后一個(gè)要裝上去的部件能讓手在我們散步時(shí)自動(dòng)上發(fā)條。自上條機(jī)構(gòu)當(dāng)一個(gè)人戴著手表移手臂時(shí)，手表在這一天的空間向會(huì)不停地發(fā)生變化。即使是散步時(shí)，手表相對(duì)地面也在輕地?cái)[動(dòng)。通常來說，所有用來動(dòng)表的能量都被浪費(fèi)了，但自上條機(jī)構(gòu)會(huì)設(shè)法捕捉一部分能來上緊主發(fā)條。要想理解它的作原理，我們得先把整個(gè)自動(dòng)條機(jī)構(gòu)裝到手表上。它的主要分是一個(gè)可以繞著中心自由轉(zhuǎn)的配重。當(dāng)配重轉(zhuǎn)起來時(shí)，它帶動(dòng)一系列齒輪，最后一個(gè)齒與棘輪嚙合，從而上緊發(fā)條盒的發(fā)條：配重可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，是很重要的一點(diǎn)。在下圖中，將轉(zhuǎn)動(dòng)手表的空間朝向，而重總會(huì)把配重拖到下面，這就使配重相對(duì)手表的其余部件轉(zhuǎn)起：回憶我們?cè)谥衅谟懻撨^的上條機(jī)構(gòu)，你也許還記得棘輪只朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)，因?yàn)榧σ?主發(fā)條自發(fā)地反轉(zhuǎn)。然而，配可以前后擺動(dòng)，這通常意味著何連接它的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)也會(huì)兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，如果你過來看看自動(dòng)上條機(jī)構(gòu)，你會(huì)現(xiàn)有些特殊的地方 —— 前后轉(zhuǎn)動(dòng)配重，輸出齒輪只會(huì)朝一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。我在齒輪上放了一小黑點(diǎn)，這樣你能看得更清楚為了理解究竟發(fā)生了什么，讓們先看看這個(gè)機(jī)構(gòu)所涉及的所零部件：當(dāng)配重轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，附在重底部的綠色齒輪會(huì)帶動(dòng)兩個(gè)色齒輪。這個(gè)部件的大部分和們之前見過的被夾板固定的齒組很像。不過，你可能已經(jīng)猜了，這個(gè)單向傳動(dòng)的秘密就藏黃藍(lán)齒輪的雙重組合。讓我們看它們是怎么組合的：藍(lán)色齒可以在黃色齒輪上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，魚狀桿也能繞著藍(lán)色齒輪里的洞轉(zhuǎn)動(dòng)。注意看，黃色齒輪的部有一個(gè)特殊的形狀。下圖我掉了藍(lán)色齒輪中央的部分，讓們能看到里面發(fā)生了什么。當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)藍(lán)色齒輪，魚狀桿是滑過黃色齒輪的內(nèi)部。而當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)藍(lán)色齒輪，其中一魚狀桿就會(huì)卡住黃色齒輪并帶它。這個(gè)絕妙的機(jī)構(gòu)將藍(lán)色齒的動(dòng)力單向傳遞給了黃色齒輪自動(dòng)上條機(jī)構(gòu)有兩個(gè)這樣的齒 —— 一個(gè)會(huì)在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出輪，另一個(gè)會(huì)在逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出輪。在下圖中你可以看到當(dāng)你轉(zhuǎn)動(dòng)附在配重的齒輪時(shí)會(huì)發(fā)生什么。為了讓看得更清楚，我去掉了無關(guān)的件：注意觀察我高亮的一對(duì)黃齒輪，那一對(duì)才是真正直接地配重齒輪接收動(dòng)力，并傳遞給出齒輪。同一時(shí)間，只有一對(duì)樣的齒輪被“激活”—— 另一對(duì)要么在空轉(zhuǎn)，要么作為中介變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以確保輸出齒輪是在以正確的方向上發(fā)條。相于附在配重上的齒輪，輸出齒轉(zhuǎn)得很慢，所以完全上好發(fā)條要大量的手臂擺動(dòng)。不過，在天的時(shí)間里，自動(dòng)上條機(jī)構(gòu)通能保證發(fā)條有足夠的能量。機(jī)表的真實(shí)尺寸在目前為止所有圖例中，我們都把零部件放大很多倍以便于觀察，但在下面最后一張圖中，你最終會(huì)發(fā)現(xiàn)有的零部件其實(shí)很小。機(jī)械表圍圓角矩形代表一個(gè)信用卡的小 —— 如果你手邊有一張，你可以把它放在咸山幕上對(duì)照。望這樣做能讓你認(rèn)識(shí)到我們所紹的零部件的真實(shí)尺寸有多小結(jié)語20 世紀(jì) 70 年代，機(jī)械表開始被石英表取代。石表是用石英晶體振動(dòng)的電子計(jì)來計(jì)時(shí)的。隨著技術(shù)的發(fā)展，眾所佩戴的手表越來越依賴于字電路?，F(xiàn)代的智能手表僅僅在外形和佩戴位置上與原來的表有相似之處了。機(jī)械表不如子表準(zhǔn)確。它們更脆弱，需要期維護(hù)。盡管有這些缺陷，這設(shè)備向我們展示了機(jī)械工程的妙之處。通過巧妙地利用微型輪、杠桿和彈簧并將它們有機(jī)合，一塊機(jī)械表從冷冰冰的零變成了鮮活的生命。作者：Ciechanowski?翻譯：牧羊?qū)徯＃荷顪\本文來自微信眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski