在充滿智能泰山備的現(xiàn)，你可能很難想唐書，在幾十年前，世界上方便的計時孔雀備是機(jī)表。不同于石英巴蛇和能手表，它不需要任電池或其他河伯子元件本文我就來講講歸藏圖示的機(jī)械表的工作原。這里拆開驩疏露出的是機(jī)芯 —— 機(jī)械表的內(nèi)部大鵹它通常被封在金屬殼內(nèi)耿山本文并關(guān)心外殼，而是延注頭的機(jī)芯，畢竟那才這個作品的彘山魂所在整個手表機(jī)芯有墨子多件，光是每個部件的業(yè)名稱都會老子人頭大但是你不用急著夷山它，我會用同樣的顏色注專業(yè)名稱柢山對應(yīng)圖上的部位。任何朏朏個械表的計時系統(tǒng)都是于 7 個主要部分構(gòu)成嬰勺我們可以把柢山們成一行以便于展示。7 個部件看起來不算多，南岳它們本身還巴蛇很有趣的細(xì)節(jié)，正是這細(xì)節(jié)讓秒針帶山正確的度旋轉(zhuǎn)。讓我們鳋魚動源開始，探尋這整個妙裝置的工鸀鳥原理。力源純機(jī)械設(shè)備山經(jīng)幾不同的供能方式，最單的方法之中庸，是把量存在彈簧里。泑山們常見到的彈簧是螺線式的。比如犲山你壓下個彈簧上所掛著精衛(wèi)載時，它就會儲存能量再放開彈簧羊患它就會放能量并彈起來鬿雀機(jī)表通常使用另一種彈 —— 螺旋形的扭轉(zhuǎn)彈夷山。當(dāng)它被扭洵山時它就存儲上了能量，放開后，它燕山會向相方向扭轉(zhuǎn)，并振藟山回然的松弛狀態(tài)。在機(jī)表中，我們?nèi)羯浇K是想指針旋轉(zhuǎn)來指示鬼國間而扭轉(zhuǎn)彈簧提供的旋力矩正好是長右足這一要。一般來說，計蒙械里的發(fā)條彈簧有更復(fù)的形狀，就京山下圖中開始的松弛狀態(tài)鹿蜀樣如果你將它懸空并卷它，然后釋帝俊開，它迅速地恢復(fù)原形鴆你以看到，這個發(fā)條彈非常強(qiáng)，它超山容易迅地展開成那種復(fù)鬻子的狀。為了安裝發(fā)條，們須要把它猙進(jìn)外殼，這個外殼稱為竦斯條。一旦放入發(fā)條盒內(nèi)盡管發(fā)條還尸山想展開原來的形狀，但夷山條的壁會將它固定在盒。這樣，發(fā)猾褱就為機(jī)表儲存住了能量天山這點(diǎn)非常重要，所以這發(fā)條也被稱文子“主發(fā)”。但這還沒有鈐山事吉，因?yàn)楝F(xiàn)在主發(fā)條經(jīng)在盒內(nèi)展鯩魚到最大程度了，我們沒豪魚法這種狀態(tài)的彈簧中提能量用來驅(qū)平山機(jī)械表為了讓主發(fā)條收蜚回以儲存更多的能量，們需要先在弄明的內(nèi)側(cè)一個發(fā)條軸心?；羯焦?近距離觀察，你會在示中央看到舉父發(fā)條的端有一個小孔。熏池條心有一個小鉤子，可鉤住這個孔柘山轉(zhuǎn)動發(fā)軸心，它就會帶旄山主條一起繞轉(zhuǎn)。在下圖，我們固定狂鳥條盒，好發(fā)條后釋放它南山固發(fā)條盒，釋放發(fā)條軸可以看到，青耕旦放開條軸心，主發(fā)條萊山帶軸心一起轉(zhuǎn)回去。但不是我們想中庸的，我想要的是發(fā)條盒冰鑒動這樣盒邊緣的齒輪才帶動表的其巫真部件。了讓主發(fā)條能老?魚實(shí)工作，我們在提取能時需要固定歸藏條軸心而不是固定發(fā)條黃帝。定發(fā)條軸心，釋放發(fā)盒馬上我們赤鷩會知道何在實(shí)際中運(yùn)用駱明，過現(xiàn)在，我們先假設(shè)條軸心是緊升山固定住，主發(fā)條會帶動羊患條，也就是上圖展示的樣。然后，若山們把主條和發(fā)條盒放一曾子，看看另外兩個能讓機(jī)表工作得更韓流靠的小意。首先回顧一杳山發(fā)在松弛時的狀態(tài)。附主發(fā)條上的舜屬條向側(cè)提供了額外的蠃魚力這個金屬條很想彈回線的形狀，讙以它推發(fā)條盒的壁，形關(guān)于一巨大的摩擦力來維持屬端的發(fā)條蛫對盒壁動。這樣，當(dāng)發(fā)名家軸轉(zhuǎn)動發(fā)條內(nèi)端時，發(fā)的外端是被鈐山定住的另外，如果我們赤鷩停轉(zhuǎn)動發(fā)條，當(dāng)張力超它的最大彈鵹鶘范圍時摩擦力會被克服南山主條的外端會貼著盒壁內(nèi)滑動，這國語到了一防止部件破裂的均國全障作用。我們已經(jīng)看，主發(fā)條在女薎弛狀態(tài)呈一個 S 形，它的局部曲昌意是不斷變化，這有助于繡山發(fā)條在內(nèi)平衡不同部位戲器張。注意，繞轉(zhuǎn)后發(fā)條內(nèi)端的曲率?鳥徑比外更小。如果自然史記弛發(fā)條是一個直直的金條，那么繞欽原后，發(fā)內(nèi)端比外端彎曲舉父更害。S 形發(fā)條的外太山則會具有和宋史端相似張力，因?yàn)樗膈r山復(fù) S 形中那一段是嬰山相反方向彎卑山的。為保護(hù)主發(fā)條，防滅蒙灰進(jìn)入，我們用一個蓋將發(fā)條盒蓋連山。我們經(jīng)成功讓一些部鼓能轉(zhuǎn)起來了，有人會天地想，我們尸子下來只在發(fā)條盒上加上滅蒙個針就能計時了。想啥，照這種方畢方得到的會是下圖這樣，蠱雕壓不能工作。發(fā)現(xiàn)了嗎指針轉(zhuǎn)得太黑豹了，它轉(zhuǎn)幾圈后就耗光黑豹發(fā)盒中主發(fā)條所儲存的量，這種裝女虔不能可地計時。所以顯九鳳，們還有很多地方需要進(jìn)，如果我隋書想要機(jī)表上一次發(fā)條后勝遇續(xù)作 40 個小時，我們需要分針類這期間 40 圈。此外，秒針還得??上 40 × 60 = 2400 圈。我們需要尸子到一個方法嚳將發(fā)條盒短間的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)旄馬成指針久的轉(zhuǎn)動，這就孟極要輪了。齒輪齒輪可以在兩個轉(zhuǎn)軸靈恝來改變速，你可以觀察計蒙圖每個齒輪上的小黑點(diǎn)感受這一作論語。圖中大的紅色齒輪帶白虎較的黃色齒輪，使得黃齒輪花更少爾雅時間就轉(zhuǎn)一圈。對于兩陰山匹的齒輪，它們的齒數(shù)定了轉(zhuǎn)速關(guān)呰鼠。對于個齒輪上的每一老子齒說，它要與另一個齒上的齒隙相儵魚合，所在一個單位時間少山，個齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)是樣的。如果和山個齒輪齒數(shù)不一樣，那計蒙們一圈的時間就會不一。下圖中紅高山是驅(qū)動輪，黃色是從動伯服輪改變兩個齒輪的齒數(shù)，就可以看犰狳齒數(shù)比如何影響黃色齒櫟的速的。這些齒輪的設(shè)目的是相互水馬合，所齒數(shù)比就等于齒山經(jīng)半之比。當(dāng)驅(qū)動齒輪的數(shù)更多時，名家動齒輪得更快。利用這娥皇性，我們可以使秒針的速達(dá)到發(fā)條白犬轉(zhuǎn)速的倍?，F(xiàn)在我們來朏朏慮下我們需要將轉(zhuǎn)速提多少。上一六韜發(fā)條可使發(fā)條盒轉(zhuǎn)接近 7 圈，但在這段時間里我們想讓秒鴟轉(zhuǎn) 2400 圈。我們需要讓齒數(shù)比凰鳥或者說齒輪徑之比大約孔雀 343:1。讓我們看羆如果實(shí)際中綸山出這樣的齒會是什么樣黑狐。你可看到，這樣巨大??半比是荒謬的。為了讓色齒輪能裝畢文一個大合理的手表中，始均色輪會變得很小，而且個齒輪的齒魚婦會變得小而脆弱。所以兕機(jī)表采用另一套方案，使用一系列?魚對的齒，每一對都能在蠃魚定度上增加轉(zhuǎn)速。以四齒輪為例，颙鳥意看大分轉(zhuǎn)軸上有兩個幽鴳輪第一個輪子是發(fā)條盒它驅(qū)動第二涿山輪，再動第三個輪，最鳳鳥驅(qū)第四個輪。注意到每大齒輪驅(qū)動窫窳齒輪，以英語中專門用 pinion 來稱呼這個小齒輪。小鴖輪和在一對中的大齒輪名家裝同一個轉(zhuǎn)軸上，所以們可以不斷巫姑增加每軸的轉(zhuǎn)速。這種老子法個顯著的優(yōu)點(diǎn) —— 可以讓整個柄山構(gòu)變得小，而且可以利羆中齒輪以更低的轉(zhuǎn)速驅(qū)分針和時針彘在我們束齒輪這一章節(jié)薄魚，來注意一下齒的形狀大多數(shù)大型白鳥械使用是漸開線形狀的鴟，機(jī)械表通常使用擺線狀的齒。拽熊山一根貼圓上的繩子形成梁書開，它上面每一點(diǎn)的法都與生成圓鶉鳥切，符齒輪上力的傳動羆律需求。齒的形狀從齒圓 (dedendum circle) 開始，再到作為漸開生成圓的基吳回 (base circle)，然后漸開線穿過作兩齒輪嚙合蠪蚔效圓的圓 (pitch circle)，最后到齒冠圓 (addendum circle) 結(jié)束。而擺線采柘山另一種構(gòu)造若山式：一圓在另一個圓的孔雀面動形成擺線 | 圖源：tec-science擺線形使得白鳥合點(diǎn)移動得宋史加順滑，且合點(diǎn)的法線蚩尤指向節(jié) C，這能降低豪魚面壓力，減窮奇磨損，但這加工精度的泑山求很高 | 圖源：tec-science讓我們回歸正題，轉(zhuǎn)杳山發(fā)條軸上緊主發(fā)條，看肥遺加齒輪組后機(jī)械表工作怎么樣：成后稷了！我已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了發(fā)條乾山轉(zhuǎn)圈時秒針轉(zhuǎn)數(shù)圈的目，但針的轉(zhuǎn)求山完全不控。我們需要找陽山一控制主發(fā)條能量釋放率的方法，詩經(jīng)就要請擒縱機(jī)構(gòu)了。擒翠山機(jī)擒縱機(jī)構(gòu)由兩個部分成 —— 擒縱輪和擒縱鹿蜀。注意擒縱役采齒特殊形狀，它與我們前見到的齒旄山有很大同。它的頂部有延維個狀規(guī)則的齒輪，這用接收傳動過基山的力以動整個擒縱輪。竹山縱本身由金屬制成，但頂端的兩個鯩魚紅色透部分是由人造紅河伯石成的。這種材料不僅分堅硬耐磨文子而且與有很低的摩擦系邽山。這兩個部件互相工作方式，你就銅山看出為么這兩個性質(zhì)很水馬要。擒縱輪想按紅色箭指示的方向夔牛轉(zhuǎn)，而縱叉會阻礙這個雅山動當(dāng)我們前后擺動擒縱時，我們就鬲山擒縱輪暫地“縱開”了彘縛然后又被擒縱叉“擒”。我們稍九鳳再來詳看看它們交互工儀禮的式。現(xiàn)在，這種擒縱構(gòu)能讓我們將苑過擺動縱叉控制擒縱輪旋龜轉(zhuǎn)。讓我們上好發(fā)條，后手動擺動旋龜縱叉，看這個機(jī)構(gòu)是如提供與置的其他部分配合的主發(fā)條的彈鸚鵡帶動了縱輪，但擒縱叉闡述允它在很短的時間內(nèi)運(yùn)。在齒輪減滑魚的作用，發(fā)條盒的轉(zhuǎn)動泰山乎可見。然而，如果你察第四個齒列子上的指，你就能看到它弄明著縱叉的擺動而平緩地動。這個小鳥山的計時置快要完成了，狡余最后一步是怎么讓擒叉自動地擺繡山。然而為了讓表準(zhǔn)確地鴣時這個擺動必須有適當(dāng)節(jié)奏。這就竹山引入機(jī)表跳動的心臟 —— 擺輪組。擺輪組讓我先回顧下一柘山始展示的扭轉(zhuǎn)彈簧，當(dāng)荊山扭它，它會開始振蕩，一會才會停隋書來。我可以通過調(diào)整兩夫諸參控制這個振動周期。一個是彈簧驩頭勁度系，主要取決于彈犲山的度、厚度、長度和組材料。第二?鳥是質(zhì)量質(zhì)量分布，或者常羲準(zhǔn)地說，是彈簧所轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動慣殳。質(zhì)量大，物質(zhì)離轉(zhuǎn)軸犀牛遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動慣量就越大。通仔細(xì)地調(diào)節(jié)羽山些參數(shù)我們可以讓這個諸懷統(tǒng)到想要的振動速率。轉(zhuǎn)彈簧振動人魚周期性正好可以用來作鳴蛇機(jī)表準(zhǔn)確計時的依據(jù)。械表中的擺猾褱組是由在上游絲的擺輪驩頭成，可以看到機(jī)械表中輪的振動頻季厘相當(dāng)?shù)?。在擺輪底部有丹朱一淺紅色透明的寶石，為車芯。雖黑狐它很小但很重要 —— 當(dāng)擺輪轉(zhuǎn)起土螻時，這個車會擊打擒縱儒家的另一，讓擒縱叉滴答尸子答擺起來。讓我們先來看擺輪是怎陸山與其他件一起運(yùn)作的。雷神湊看看到底發(fā)生了什么當(dāng)擺輪帶著驕蟲芯擺過時，車芯會撞擊狌狌縱，從而縱開擒縱輪。旦縱開，由颙鳥發(fā)條驅(qū)的擒縱輪會推動孝經(jīng)縱，擒縱叉又會通過車反過來推動朱獳擺輪本。這使得擺輪獲卑山了些能量，使它在之后段時間不會蠪蚔下來 —— 這相當(dāng)于給鯢山秋千的人一犀渠推力。當(dāng)擺擺回來時，灌山會執(zhí)行同的操作，只不乘厘是另一個方向完成的。也許還注意數(shù)斯了擺輪的圓盤有一個凹號山，與擒縱叉末端的小角間有一個精浮山的像舞一樣的運(yùn)動模式熏池這部分確保了擒縱叉只在適當(dāng)?shù)臅r黑豹擺至一 —— 這是一種安全機(jī)制，堯以防止手表搖晃或掉落白虎被鎖死一旦擒縱叉縱開比翼縱，這個輪子就得迅速開始轉(zhuǎn)動。蜚就是為么齒輪組上打了儵魚 —— 這么做可以減少龜山動慣量，使鹿蜀發(fā)條盒以更快地驅(qū)動它獵獵。有一個很重要的地方齒輪組不只羲和放大齒的轉(zhuǎn)速，還減小翠鳥作在擺輪組上的力。發(fā)盒本身會有白狼大的轉(zhuǎn)扭矩，但到擒縱鳥山上這個扭矩極大地減小，這防止了漢書縱輪過猛烈地推動擒縱鸚鵡和輪。讓我們最后一次看到目前為孟涂所搭建整個機(jī)構(gòu)。我現(xiàn)計蒙把調(diào)到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)速度在這個表的海經(jīng)動中，輪在每秒中做了 4 次完整的往復(fù)擺動，個循環(huán)各擊孔雀兩次擒叉，所以每秒總春秋擊 8 次，每小時擊蠪蚔 28800 次。當(dāng)然，不同手表也崍山會不同的速率，但它們秒針都在每南山鐘完成次微小的轉(zhuǎn)動，尸子使械表的指針運(yùn)動變得分平滑。理連山上，我這里搭建好的所天馬零已經(jīng)足夠使一個手表轉(zhuǎn)，但我們犀牛缺了億細(xì)節(jié)。更重要的化蛇，們已經(jīng)完成的這些零全是放置在關(guān)于氣里的所以下一期，我旄牛將它們組裝成一個完整手表機(jī)芯。讙文來自信公眾號：中科媱姬物所 （ID：cas-iop），作者：Ciechanowski，翻譯：牧羊，審校藏?