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标题:
没有电池,呆板表怎样准确走时?(中)
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作者:
挖机维修
时间:
2023-7-25 20:20
标题:
没有电池,呆板表怎样准确走时?(中)
#00958C
<span />
认真阅读下面的文章,并思考文末互动提出的题目,严酷按照
互动:你的答案
格式在评论区留言,就有机会得到由
人民邮电出书社图灵文化
提供的优质科普册本
《神奇的连接组
》
<span /><span />
上期我们先容了呆板表的发条、齿轮、擒纵机构和摆轮组,本期我们继续先容呆板表的机芯。
<span />夹板
我们先从
主夹板
开始,它构成了机芯的主体:(编辑注:原文附上的是交互控件,你可以在控件上拖拽来改变观察视角。受限于微信平台,这里用图片或动图更换,感兴趣的读者可以点击结尾原文链接体验交互控件)
留意看,主夹板有很多不同的开口——我们将在本节利用它们安装之前搭好的部件。图中的粉色部分也是
红宝石
(与上期先容的擒纵叉顶端的马仔石和摆轮的车芯一样)。它们作为轴承,使各部件的轴可以旋转起来。让我们近距离地看看它:
宝石
里面有一个小腔。为了进一步淘汰旋转部件的能量丧失,腔内涂有少量的特别润滑油。润滑油会粘在
宝石
和在宝石孔内旋转的轴上,以进一步淘汰摩擦,延伸手表单次上发条后的运行时间,同时淘汰细密呆板部件间的磨损。
前两个我们要安装到
主夹板
上的零件是
擒纵轮
和
擒纵叉
:
安装好这两个零件后,我们再用
擒纵夹板
盖住
擒纵叉
。夹板固定住
擒
纵叉
转轴的另一端,并通过两个螺丝钉固定在主夹板上:
留意看,这个
擒纵叉
的摆动被
擒纵夹板
中央的两个凸起的形状限制住了:
这包管了
擒纵轮
推动
擒纵叉
的幅度只能到这里,再推就会被这些凸起拦住。
接着,我们可以把剩下的齿轮安装进去。这四个齿轮的位置都是精心安排的,这使得它们只会占据一小部分空间。
留意看,
第四个齿轮
穿过了手表的正中央——你可以在主夹板的另一面看到它穿已往的转轴。在整个组装过程的末了,我们将把秒针装在这个长轴上。为了包管全部齿轮都被固定住,我们用
齿轮组夹板
把它们盖上,这也为齿轮转轴的另一端提供了固定点。
齿轮组夹板
也被螺丝固定在主夹板上,如许全部东西都被固定好了。
焦点零件中,只剩下摆轮组还没装上去了。它很特别,必要专门计划的固定机构。让我们先把全部的部件装上
摆轮组夹板
。
留意看,作为均衡弹簧的游丝非常精细,它的末端连接着摆轮。游丝的名字正是取自于它的精细,在英文中,它也因此被称为hairspring。
黄色
和
青色
的部位用来调节游丝的振动频率。让我们看看它们实际是怎么工作的:
黄色
部位紧紧地固定着
游丝
,通过转动它,我们可以调节
摆轮
和它上边的
车芯
在自由松懈状态时的位置。这包管了
摆轮
“滴”和“答”的摆动相位会履历雷同的时间。
青色
部位可以在
游丝
上自由地滑动,它可以阻止
游丝
尾部的自由振动,从而改变
游丝
振动的有用长度。通过调节
青色
部位,我们可以调节摆轮摆动的周期,从而让表走得稍微快些或慢些。我们还能通过调节顶部的
螺丝
,对走表的速度进行精调——螺丝的头并不居中,以是转动它也会微微地转动青色部位的
小叉子
。
游丝是由特别合金制成的,例如尼瓦洛克斯合金(Nivarox),它的劲度系数在不同温度下保持不变,这提高了呆板表走时的精度。
安装摆轮组的末了一步,是装上防震机构,它包含一个
套子
,两块
宝石
和一个固定用的
小弹簧
。
当手表突然被震时,这个机构能保护摆轮轴脆弱的尖端不会被震破。让我们看看当摆轮轴摇摆时,这些零件是怎样一起起到保护作用的。
当表被震惊,
摆轮轴
运动的能量会被弹簧吸取,这点和汽车的悬架系统很像。如果震惊很强烈,那么
摆轮轴
更厚更强的部位将通过
盖子
将负荷传导出去,从而保护脆弱的轴尖。
经过这末了一步,我们终于把上期漂在空中的零部件完全地组装成了手表机芯。但是,你大概还记得我曾略过了怎样把
主发条
上紧的题目。如果我们直接用
发条轴心
来上紧发条,那么它会发生什么呢?为了清楚地解答这个题目,下图我打开
发条盒
的盖子,让你能看清里面的
发条
:
只要
发条轴心
被固定着,
主发条
就能驱动呆板表——你可以在另一面看到附在
第四个齿轮
上的秒针转了起来。然而,当我们松开
发条轴心
,
主发条
就会“摆烂”——通过把
轴心
反向转归去以释放扭矩,如许的话,
发条
会快速地丢失所储存的能量,呆板表也会停下来。
为了防止
主发条
自发地反向转动,我们必要防止
发条轴心
逆时针转动,但与此同时还要答应它顺时针转动,如许我们才能上发条。这个题目看似复杂,但可以通过很简朴的装置来解决,它就是棘爪,让我们看看它是怎么工作的。
<span />棘爪
为了继续改进我们的装置,我们首先得装上一个
发条盒上夹板
作为牢固的基板,它能固定
发条盒
,并且为其他部件提供固定布局。由于这个
夹板
会遮住部分地区,我们先把一个
小杠
杆
一起装进去,下期我们再回过来讲讲它的作用。
接着,我们用螺丝钉将一个
棘轮
固定在
发条轴心
上。
棘轮
有一个方形孔,这和
发条轴心
顶部的方形是相吻合的。
这个匹配的方形使
棘轮
可以带着
发条轴心
一起转动。我先临时把螺丝去掉让各人看得更清楚些:
如今装上三个重要的零件。第一个零件是个小小的
棘爪
,我们先把它装在
发条盒上夹板
敞开的顶部。
在它有限的角度内,
棘爪
可以绕着它的轴转动:
第二个零件是
棘爪簧
。这个金属小玩意弹劲很强,当我们
压紧
它时,它会产生很强的复兴力。
我们稍微压紧点
棘爪簧
,然后把它放进
发条盒上夹板
。
当我们转动
棘爪
并松开时,
棘爪簧
会在一刹时把它推归去。
第三个零件是
冠状齿轮
,它也安装在
发条盒上夹板
上。它是被左手螺丝钉固定住的,这不同于大部分通例的齿轮,逆时针旋转它才会上紧:
留意看
冠状齿轮
的齿是怎样啮合
棘轮
的。虽然
冠状齿轮
看起来每隔一个齿就缺一个齿,但它和
棘轮
依然可以啮合并正常工作。
冠状齿轮
的齿隙可以容纳
棘爪
上的小杆子落入其中。如果我们
逆时针转动
冠状齿轮
,他会啮合
棘轮
并上紧发条。留意观察
冠状齿轮
的齿是怎样将
棘爪
推开,而当转到齿隙,棘爪又是怎样敏捷弹回的。
当
棘爪
弹回并撞击
冠状齿轮
时,它会发出咔哒声,以是英文中它也叫“click”。逆时针转动
冠状齿轮
会上紧主发条,那反过来
顺时针转
会发生什么呢?在下面的模仿演示中,留意看
冠状齿轮
的齿是怎样被
棘爪
卡住的,这就能防止
冠状齿轮
倒转:
这个简朴的装置能让我们通过转动冠状齿轮来上发条,你可以看看下图的演示。这个棘爪还能防止主发条本身反转松开——这也是为什么你不能反着拖动滑条的缘故原由,除非你重启整个演示控件。
手表另一面的秒针展示了怎样计秒,但一个完备的表应该同时显示分钟和时钟。让我们看看呆板表是怎样用一系列传动齿轮完成这个目标。
<span />传动齿轮
在我们的这个机芯里,秒针是装在第四个传动齿轮上的,因为它恰好每分钟准确地转一圈。为了让分针也能以正确的速度转动,我们必要一个比秒针齿轮转速慢60倍的转轴。幸亏,呆板表机芯的计划者已经用了一个绝妙的办法,从另一个齿轮上“套”出了所必要的转速。
如果你从表的正面凑近看看,你会看见
第三个轮
上的小齿轮从一个小敞口暴露来了一些。我们可以在表的中央套上一个
轮管
(因为它有个像加农炮cannon一样的管子,以是英文是cannon pinion),
轮管
带有一个
驱动轮
,我们把它啮合到之条件到的
小齿轮
上:
当
第三个轮
子
转动,它会带动
驱动轮
和
轮管
。把分针装在
轮管
上,我们就能纪录分钟了——其中所涉及到的齿轮都准确地设定好了齿数,以实现比秒针慢60倍的目的。我们可以从下图看到秒针和分针是怎样运转的。下面的滑条模仿时间的流速,可以滑动它来控制演示时间的快慢。
时针要转得比分针再慢12倍,但我们只用再加两个齿轮就能实现它。将
分针轮
作为中介与
轮管
啮合,然后
时针轮
与
分针轮
上的小齿轮啮合:
时针轮松松地装在轮管上,它们可以互相独立地转动。将时针装在时针轮上,我们就完成了驱动表针的装置。我还加上了一个刻度表盘,上面标记了12个小时,它能让我们准确地读出指针所指示的时间。
<span />计日功能
这个表的计日装置由四个主要部分组成——
定位杆簧
,
指示齿轮
,日期夹板与附在上面的
齿轮
,和印有全部大概的31个日期的日期环:
为了表明它是怎样工作的,我先把无关的零件隐蔽掉。我还会去掉
指示齿轮
的盖子,就能看到下面有一个小小的
扭转弹簧
。让我们看看这些零件是怎样在
时针轮
的带动下运转的。
当
时针轮
转动,它会带动日期夹板的
齿轮
。另一面的
小齿轮
会带动
指示齿轮
和它上面的
扭转弹簧
。这个
弹簧
会被日期环上的齿绊住并变弯,但在某一刻,它会开始推动日期板。当日期环转动得富足多时,
定位杆簧
会突然松开日期环,并让它跳到下一个位置。
你大概好奇为什么我们要计划这么复杂的装置。有读者大概会天真地想,我们只必要直接让
时针轮
带着日期环转起来就好了,就像我们之前让分针轮带着
时针轮
转动那样。非常歉仄,那样会导致表盘小窗显示出的“当前日期”连续地转动,这会让人很难读出究竟是哪一天。你可以在下图左侧看到如许的效果。
在右侧,你可以看到我们刚刚搭建的装置所指示的日期——它只会在半夜附近变革。你大概已经意识到了,我们这个机芯的计日功能并不那么智能,它总是把每月计成31天,以是我们必须在小月份的末了一天竣事后把表上的日期向后拨一天。别的,如果呆板表有一阵子没有运行,那它的时间就会出错。我们必要找到一个给它校正日期和时间的方法。
万幸的是,驱动分针、时针和日期环的齿轮都是连接在一起的,以是我们只用调解其中
一个齿轮
,就能调解全部齿轮。我将短暂地在图中隐蔽
时针轮
以便于分析:
留意看,当我转动
分针轮
时,只有
轮管
转动了。这个
轮管
紧紧地插在
驱动齿轮
里,以是它通常可以被
驱动齿轮
带动。然而,因为齿轮组中的其他齿轮只能按发条盒的节奏转动,设置时间的同时
驱动齿轮
会被其他齿轮阻碍而无法跟着一起转,但
轮管
可以克服与
驱动齿轮
的摩擦,从而本身转起来。这让我们在不影响齿轮组的情况下设置时间,并且防止对细密部件造成粉碎。
安装好
时针轮
,我们会看到转动
分针轮
也会带着调解时针,而且如果我们转得富足多,也能一起调解日期:
跟着一步步下来,我们的呆板表变得越来越美满,但它还有一些不便之处。为了调解时间以及上发条,我们必须转动机芯内部的齿轮,而它们一般是被安全地放置在表壳内的。
别的,在每个少于31天的月份,我们如今都只能通过调解时间来调解日期,因为这是如今调解日期的唯一方式。抱负情况下,我们应该找到一种将设置日期独立于设置时间的方法。
为相识决这些题目,下一期我们将给呆板表装上转柄,敬请等候。
作者:Ciechanowski
翻译:牧羊
审校:*0
原文链接:mechanical watch
<hr/>翻译内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
<hr/>
编辑:藏痴
<hr/>
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