简单机械手表原理

一直对机械手表内部的结构有些好奇,直到今天看到了一个精美的视频——基础机械表内部工作原理才明白。

要设计一个机械手表,我们的目标是:

  • 得到一个固定的转动周期。
  • 机械手表的动力来自发条(main spring),将存储在发条中的能量缓慢地释放出来,才能维持手表长时间地运转。

为了得到一个固定的转动周期,发明机械手表的人设计了一个部件叫摆轮(balance wheel),摆轮中的游丝(hair spring)可以让摆轮以固定的频率来回摆动。由此可见,游丝是机械手表的心脏,很大程度上决定了机械手表的精度。为什么是来回摆动而不是转动?个人理解是因为游丝本质是一根极细的发条,只能保证在上紧后在相对固定的时间内恢复。

接下来解决能量释放的问题。

在机械手表中,能量从发条开始,通过一级级的齿轮传递下去。在传递的过程中,从动轮总是比主动轮转得更快——也就是说离发条越远的齿轮,转动一格时,发条消耗的能量越少。通过控制离发条最远处齿轮的转动,就可以最细粒度地控制发条中能量消耗的速度。

擒纵(escapement )是专门来控制最后一级齿轮的转动和停止的。擒纵的设计非常巧妙(名字也翻译得十分精妙),配合摆轮可以让最后一级齿轮以固定的速度转动。

最后,只要设计好各级齿轮之间的比例,就可以用不同级的齿轮来表示时分秒了。

因为摆轮、游丝会被地球重力影响,因此有一位宝玑先生发明了陀飞轮:

陀飞轮的原理基本上是把游丝、叉式杠杆和擒纵系统设计在同一轴上运作,陀飞轮在运行时会不断旋转,以减少地心引力所造成的影响。

另外还有两项黑科技:三问和万年历,都是名表才有的配置。

这些精妙绝伦的设计和加工工艺令人叹为观止,是人类不断追求完美的精神象征,其价值更多的还是体现在文化层面,注定要成为历史。

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