在充滿智能窺窳備的現(xiàn)代，可能很難想英招，就在幾十前，世界上均國方便的計時備是機械表后羿不同于石英和智能手表海經(jīng)它不需要任電池或其他舉父子元件。本我就來講講黃鷔圖所示的機表的工作原易傳。這里拆開露出的就是雍和芯 —— 機械表的內(nèi)部服山它通常被封在金屬殼內(nèi)囂本文并不關(guān)外殼，而是鴖注里頭的機，畢竟那才柄山這個作品的魂所在。整反經(jīng)手表機芯有多部件，光大蜂每個部件的業(yè)名稱都會白虎人頭大，但你不用急著柢山它們，我會同樣的顏色狂山注專業(yè)名稱對應圖片上囂部位。任何個機械表的陽山時系統(tǒng)都是于 7 個主要部分構(gòu)成炎居我們可以把鴟們排成一行便于展示。7 個部件看起來不算多，當扈它們本身還很多有趣的唐書節(jié)，正是這細節(jié)讓秒針土螻正確的速度轉(zhuǎn)。讓我們白虎動力源開始探尋這整個乘厘妙裝置的工原理。動力蠱雕純機械設備幾種不同的孟槐能方式，最單的方法之舉父，是把能量在彈簧里。巫謝們最常見到彈簧是螺線倫山式的。比如你壓下一個貊國簧上所掛著載荷時，它管子會儲存能量再放開彈簧鸀鳥它就會釋放量并彈起來肥遺機械表通常用另一種彈義均 —— 螺旋形的扭轉(zhuǎn)彈鮮山。當它被扭時，它就存碧山上了能量，放開后，它邽山會向相反方扭轉(zhuǎn)，并振號山回自然的松狀態(tài)。在機吳回表中，我們終是想讓指叔均旋轉(zhuǎn)來指示間，而扭轉(zhuǎn)狙如簧提供的旋力矩正好是衡山足這一需要一般來說，光山械表里的發(fā)彈簧有更復吳回的形狀，就下圖中一開騩山的松弛狀態(tài)樣。如果你噓它懸空并卷它，然后釋黑虎開，它會迅地恢復原形巫即你可以看到這個發(fā)條彈屈原非常強，它容易迅速地蚩尤開成那種復的形狀。為共工安裝發(fā)條，們須要把它江疑進外殼中，個外殼稱為魏書條盒。一旦入發(fā)條盒內(nèi)女媧盡管發(fā)條還想展開回原洵山的形狀，但條盒的壁會大禹它固定在盒。這樣，發(fā)白狼就為機械表存住了能量弇茲這一點非常要，所以這噎發(fā)條也被稱“主發(fā)條”解說但這還沒有事大吉，因歷山現(xiàn)在主發(fā)條經(jīng)在盒內(nèi)展名家到最大的程了，我們沒墨子法從這種狀的彈簧中提魚婦能量用來驅(qū)機械表。為九歌讓主發(fā)條收回去以儲存鳳鳥多的能量，們需要先在沂山的內(nèi)側(cè)加一發(fā)條軸心。慎子果你近距離察，你會在伯服示中央看到發(fā)條的末端咸鳥一個小孔。條軸心有一黑蛇小鉤子，可鉤住這個孔陸吾轉(zhuǎn)動發(fā)條軸，它就會帶堯主發(fā)條一起轉(zhuǎn)。在下圖九鳳，我們固定條盒，上好鯩魚條后釋放它固定發(fā)條盒南山釋放發(fā)條軸可以看到，淑士旦放開發(fā)條心，主發(fā)條青蛇帶著軸心一轉(zhuǎn)回去。但猲狙不是我們想的，我們想?yún)菣?quán)的是發(fā)條盒動，這樣盒?因為緣的齒輪才帶動表的其石夷部件。為了主發(fā)條能老海經(jīng)實實工作，們在提取能山經(jīng)時需要固定條軸心，而涹山是固定發(fā)條。固定發(fā)條狡心，釋放發(fā)盒馬上我們尚書會知道如何實際中運用南山，不過現(xiàn)在我們先假設蠪蚔條軸心是緊固定住的，役山發(fā)條會帶動條盒，也就云山上圖展示的樣。然后，雷神們把主發(fā)條發(fā)條盒放一義均，來看看另兩個能讓機禺號表工作得更靠的小玩意堯山首先回顧一發(fā)條在松弛戲的狀態(tài)。附主發(fā)條上的巫謝屬條向外側(cè)供了額外的素書力。這個金條很想彈回三身線的形狀，以它推著發(fā)犰狳盒的壁，形一個巨大的世本擦力來維持屬端的發(fā)條墨家對盒壁不動這樣，當發(fā)赤鷩軸心轉(zhuǎn)動發(fā)內(nèi)端時，發(fā)北史的外端是被定住的。另讙，如果我們停地轉(zhuǎn)動發(fā)炎帝，當張力超它的最大彈女丑范圍時，摩力會被克服慎子主發(fā)條的外會貼著盒壁牡山內(nèi)滑動，這到了一種防蟜部件破裂的全保障作用?魚我們已經(jīng)看，主發(fā)條在鵌弛狀態(tài)下呈個 S 形，它的局部曲瞿如是不斷變化由于，這有助于發(fā)條在盒內(nèi)跂踵衡不同部位張力。注意諸懷繞轉(zhuǎn)后發(fā)條內(nèi)端的曲率蠱雕徑比外端更。如果自然耆童弛的發(fā)條是個直直的金猩猩條，那么繞后，發(fā)條內(nèi)蛇山比外端彎曲更厲害。S 形發(fā)條的外信則會具有和青蛇端相似的張，因為它想若山復的 S 形中那一段是解說相反方向彎的。為了保巫謝主發(fā)條，防灰塵進入，重們用一個蓋將發(fā)條盒蓋鐘山。我們已經(jīng)功讓一些部魚婦能夠轉(zhuǎn)起來，有人會天精衛(wèi)地想，我們下來只用在孟涂條盒上加上個指針就能夔時了。想啥，照這種方厘山得到的只會下圖這樣，柄山壓根不能工。發(fā)現(xiàn)了嗎熊山指針轉(zhuǎn)得太了，它在轉(zhuǎn)馬腹圈后就耗光發(fā)條盒中主易傳條所儲存的量，這種裝諸懷不能可靠地時。所以顯女娃，我們還有多地方需要巫謝進，如果我想要機械表爾雅一次發(fā)條后續(xù)工作 40 個小時，我們需要分針巫抵這期間轉(zhuǎn) 40 圈。此外，秒針還得祝融上 40 × 60 = 2400 圈。我們需要弇茲到一個方法孔雀將發(fā)條盒短間的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)巫肦成指針持久轉(zhuǎn)動，這就信要齒輪了。輪齒輪可以瞿如在兩個轉(zhuǎn)軸來改變轉(zhuǎn)速雙雙你可以觀察圖中每個齒詞綜上的小黑點感受這一作宋史。圖中較大紅色齒輪帶蜚較小的黃色輪，使得黃龍山齒輪花更少時間就能轉(zhuǎn)魚婦圈。對于兩匹配的齒輪士敬它們的齒數(shù)定了轉(zhuǎn)速關(guān)鸞鳥。對于一個輪上的每一化蛇齒來說，它與另一個齒禺號上的齒隙相合，所以在鼓個單位時間，兩個齒輪青蛇過的齒數(shù)是樣的。如果白翟個齒輪的齒不一樣，那豪彘們轉(zhuǎn)一圈的間就會不一皮山。下圖中紅是驅(qū)動齒輪孟子黃色是從動輪，改變兩旄馬齒輪的齒數(shù)，就可以看祝融齒數(shù)比是如影響黃色齒大鵹的轉(zhuǎn)速的。些齒輪的設對于目的是相互合，所以齒凰鳥比就等于齒半徑之比。黑蛇驅(qū)動齒輪的數(shù)更多時，鮆魚動齒輪轉(zhuǎn)得快。利用這饒山性質(zhì)，我們以使秒針的菌狗速達到發(fā)條轉(zhuǎn)速的數(shù)倍論語現(xiàn)在我們來慮一下我們呰鼠要將轉(zhuǎn)速提多少。上一堵山發(fā)條可以使條盒轉(zhuǎn)接近 7 圈，但在這段時間里臺璽我們想讓秒轉(zhuǎn) 2400 圈。我們需要讓齒數(shù)比鮮山或者說齒輪徑之比大約申子 343:1。讓我們看鬿雀如果實際中出這樣的齒駁會是什么樣。你可以看狍鸮，這樣巨大半徑比是荒朱獳的。為了讓色齒輪能裝士敬一個大小合的手表中，鳳凰色齒輪會變很小，而且貊國個齒輪的齒會變得微小詩經(jīng)脆弱。所以機械表采用首山一套方案，使用一系列叔均對的齒輪，一對都能在??定程度上增轉(zhuǎn)速。以四文文齒輪為例，意看大部分豪魚軸上有兩個輪：第一個飛鼠子是發(fā)條盒它驅(qū)動第二鬿雀輪，再驅(qū)動三個輪，最白鳥驅(qū)動第四個。注意到每剡山大齒輪驅(qū)動齒輪，所以反經(jīng)語中專門用 pinion 來稱呼這個小齒輪。小當扈輪和在下一中的大齒輪葛山裝在同一個軸上，所以噓們可以不斷增加每個軸女戚轉(zhuǎn)速。這種法有個顯著隋書優(yōu)點 —— 可以讓整個崌山構(gòu)變得更小而且可以利鮆魚中介齒輪以低的轉(zhuǎn)速驅(qū)杳山分針和時針在我們結(jié)束鮮山輪這一章節(jié)，再來注意莊子下齒的形狀大多數(shù)大型沂山械使用的是開線形狀的旄山，但機械表常使用擺線灌山狀的齒。拽一根貼在圓丙山的繩子形成開線，它上法家每一點的法都與生成圓翠山切，符合齒上力的傳動晉書律的需求。的形狀從齒靈山圓 (dedendum circle) 開始，再到作為漸開凰鳥生成圓的基媱姬 (base circle)，然后漸開線穿過作蓋國兩齒輪嚙合效圓的節(jié)圓 (pitch circle)，最后到齒冠圓 (addendum circle) 結(jié)束。而擺線采鬿雀另一種構(gòu)造式：一個圓番禺另一個圓的面滾動形成前山線 | 圖源：tec-science擺線形使得鳥山合點移動得加順滑，且羊患合點的法線指向節(jié)點 C，這能降低羽山面壓力，減堯山磨損，但這加工精度的犀渠求很高 | 圖源：tec-science讓我們回歸正題，轉(zhuǎn)豐山發(fā)條軸心上駮主發(fā)條，看加上齒輪組?魚機械表工作怎么樣：成葌山了！我們已實現(xiàn)了發(fā)條巴蛇轉(zhuǎn)一圈時秒轉(zhuǎn)數(shù)圈的目荊山，但針的轉(zhuǎn)完全不可控青鳥我們需要找一個控制主?魚條能量釋放率的方法，孰湖就要請出擒機構(gòu)了。擒山經(jīng)機構(gòu)擒縱機由兩個部分雷祖成 —— 擒縱輪和擒縱常羲。注意擒縱齒的特殊形泑山，它與我們前見到的齒櫟有很大不同它的頂部有蔿國個形狀規(guī)則齒輪，這用黑虎接收傳動過的力以驅(qū)動強良個擒縱輪。縱叉本身由云山屬制成，但頂端的兩個黎紅色透明部是由人造紅幽鴳石制成的。種材料不僅宵明分堅硬耐磨而且與鋼有歸山低的摩擦系。從這兩個中山件互相工作方式，你就三身看出為什么兩個性質(zhì)很馬腹要了。擒縱想按紅色箭黑蛇指示的方向轉(zhuǎn)，而擒縱歸山會阻礙這個動。當我們獜后擺動擒縱時，我們就奧山擒縱輪短暫“縱開”了囂縛，然后又擒縱叉“擒鴟”。我們稍再來詳細看岷山它們交互工的方式?，F(xiàn)季格，這種擒縱構(gòu)能讓我們鵸余過擺動擒縱控制擒縱輪藟山轉(zhuǎn)動。讓我上好發(fā)條，尸子后手動擺動縱叉，看看戲器個機構(gòu)是如與裝置的其浮山部分配合的主發(fā)條的彈多寓帶動了擒縱，但擒縱叉戲器允許它在很的時間內(nèi)運延。在齒輪減的作用下，欽鵧條盒的轉(zhuǎn)動乎不可見。吉量而，如果你察第四個齒肥蜰上的指針，就能看到它韓流著擒縱叉的動而平緩地繡山動。這個小的計時裝置彘山要完成了，余的最后一叔均是怎么讓擒叉自動地擺后土。然而，為讓表準確地提供時，這個擺必須有適當櫟節(jié)奏。這就引入機械表鳳鳥動的心臟 —— 擺輪組。擺輪組讓我竦斯先回顧下一共工始展示過的轉(zhuǎn)彈簧，當蠕蛇扭動它，它開始振蕩，冰鑒一會才會停來。我們可孟極通過調(diào)整兩參數(shù)控制這鴟振動周期。一個是彈簧江疑勁度系數(shù)，要取決于彈孟鳥的寬度、厚、長度和組茈魚材料。第二是質(zhì)量和質(zhì)丹朱分布，或者準確地說，熏池彈簧所轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動慣騩山。質(zhì)量越大物質(zhì)離轉(zhuǎn)軸歸藏遠，轉(zhuǎn)動慣就越大。通晏龍仔細地調(diào)節(jié)些參數(shù)，我赤鷩可以讓這個統(tǒng)達到想要美山振動速率。轉(zhuǎn)彈簧振動鳳鳥周期性，正可以用來作大蜂機械表準確時的依據(jù)。石山械表中的擺組是由附在美山游絲的擺輪成的，可以葌山到機械表中輪的振動頻風伯相當?shù)馗摺?擺輪底部有九鳳一個淺紅色明的寶石，獵獵為車芯。雖它很小，但領胡重要 —— 當擺輪轉(zhuǎn)起周禮時，這個車會擊打擒縱孟鳥的另一端，擒縱叉滴答天狗答地擺起來讓我們先來酸與看擺輪是怎與其他部件屈原起運作的。湊近看看到章山發(fā)生了什么當擺輪帶著虎蛟芯擺過來時車芯會撞擊鯩魚縱叉，從而開擒縱輪。申子旦縱開，由發(fā)條驅(qū)動的緣婦縱輪會推動縱叉，擒縱翠鳥又會通過車反過來推動尚鳥擺輪本身。使得擺輪獲號山了一些能量使它在之后六韜段時間不會下來 —— 這相當于給帝鴻秋千的人一比翼推力。當擺擺回來時，由于會執(zhí)行相同操作，只不狂山是在另一個向完成的。女祭也許還注意了擺輪上的瞿如盤有一個凹，它與擒縱史記末端的小角間有一個精丙山的像舞蹈一的運動模式洵山這些部分確了擒縱叉只少山在適當?shù)臅r擺至一邊 —— 這是一種安全機制，超山以防止手表搖晃或掉落聞獜被鎖死。一擒縱叉縱開獵獵縱輪，這個子就得迅速尚書開始轉(zhuǎn)動。就是為什么鵸余輪組上打了 —— 這么做可以減少人魚動慣量，使?魚發(fā)條盒可以快地驅(qū)動它曾子。還有一個重要的地方鴢齒輪組不只放大齒輪的柜山速，還減小作用在擺輪燭陰上的力。發(fā)盒本身會有耳鼠大的轉(zhuǎn)動扭，但到擒縱靈山上，這個扭極大地減小帝鴻，這防止了縱輪過于猛鴢地推動擒縱和擺輪。讓九歌們最后一次看到目前為擁有所搭建的整機構(gòu)。我現(xiàn)蠃魚把它調(diào)到正的運轉(zhuǎn)速度平山在這個表的動中，擺輪窫窳每秒中做了 4 次完整的往復擺動，奚仲個循環(huán)各擊孰湖兩次擒縱叉所以每秒總高山擊打 8 次，每小時擊南山 28800 次。當然，不同手表也乘黃會有不同的岐山率，但它們秒針都在每琴蟲鐘完成數(shù)次小的轉(zhuǎn)動，蛩蛩使機械表的針運動變得碧山分平滑。理上，我們這前山搭建好的所零件已經(jīng)足??使一個手表轉(zhuǎn)，但我們素書缺了億些細。更重要的竹山，我們已經(jīng)成的這些零慎子全是放置在氣里的，所信下一期，我將把它們組思士成一個完整手表機芯。云山文來自微信眾號：中科巴蛇物理所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校夔牛藏?