手表原理知识——手表是怎么动起来的，写给小白看的，老鸟可绕道

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看贴子的人儿，写这个贴子只是闲的无聊，写的不好，不要见笑。
这贴子里面讲的都是一些很基本的东西，老鸟就绕道吧，不能耽误了大家宝贵的时间。
如果你不介意浪费自己的时间，也对手表很有兴趣却不知道这玩意儿是怎么动起来的，更不明白为什么屁大一块玩意能卖上几十万上百万块钱的，也不知道为什么手表有什么天文台认证才牛逼的话，那么请你带上小板凳，来听我慢慢跟你讲。
为了让大家能看明白，这个贴子会用上很多图片，很多图片是用某度搜来的，如果有侵权请及时告知，而不是去告我，我一介屁民，也没钱赔偿，谢谢。
如果你看完以上文字仍然不愿离去的话，那我就开始了。
首先来推扒一扒手表的基本原理，如果不明白基本原理，后面的图片只能看个热闹，你不会明白这些零件是怎么动起来的。
在说原理之前，还要说一下手表发明的初衷，这一点和人生一样重要，人从哪里来，到哪里去，活着总是要有目的，听着很哲学，但这世上的每一件事都逃不过这些追问的嘛，那我们在扒手表的时候，就得先扒一扒手表之前的计时工具——怀表，当然，在怀表之前，人类也有很多计时工具，比如中国的日晷，还有什么滴水计时啦，不过这些都和手表八杆子打不着，就不说了，有兴趣的可以自行搜索，很长姿势的哦。
手表的近亲是怀表，手表和怀表唯一的差别大概就是一个带在手上，一个挂在身上这么简单，那么为什么人类要发明怀表呢，如果让大家臆测一下，我想可能大部份人都觉得因为要随时看一下时间这些道理吧，但我告诉你，事情绝对不是你想的那样。
在怀表正式出现之前（我说的是准确计时怀表，实际上最早的怀表可能比摆钟发明的要早，只是计时的准确性和普及性不如摆钟），人类就有了比较可靠的计时工具，那就是——摆钟，1582～1583年，意大利物理学家和天文学家伽利略发现了摆的等时性，1657年，荷兰物理学家和天文学家C.惠更斯利用摆的等时性原理发明了摆钟。摆钟在当时来说完全可以满足人们对精确计时的需求。不过那时的人们对精确时间的需求并不强烈，只要想想就知道，如果你生活在几百年前，不会有哪个变态老板要求你在上午10：05分完成某项工作，你的女性朋友也不会说晚上8：10分前如果你出现你就看着办之类的要求，男人向朋友吹牛时也不会说我可以坚持40分钟之类的话，最多也就说说坚持几柱香，所以那时纯朴的人民并不需要有一块可以随身携带，随时看时间的计时器。那为什么还要发明一块挂在身上滴答作响像催命一样的小家伙呢，答案是——航海。
对，你没看错，就是航海，说到这里，又要扯远了，为什么航海要怀表呢，大家都知道，摆钟计时的准确性依靠的是摆的等时性，可是在颠簸的船上，摆的等时性大打折扣，还不如手搭眼上看一下太阳来的准，聪明如你看到这里肯定又觉得我胡扯了，既然那时人们没什么准确的时间需求，难道在船上就有人要求你一定要在几点几分干什么事吗，答案是：也没有！但是请不要认为我在胡扯，浪费你的宝贵时间，大航海时代在茫茫大海上漂流最主要的就是要知道自己的位置，那个时候可没有导航和定位这些玩意，你从欧洲往美洲穿洋过海的航行，你怎么确定自己的方向是正确的，自己到了哪里？还要多少天才能靠岸补给？这就需要准确的时间，外加6分仪观察天像，才能推算出自己大概的经纬度，这样就知道船的位置，具体怎么算的请自行某度。所以没有一个准确的定位，死在茫茫大洋的可能性几乎是百分百。所以在那个时代当海盗的人都是有相当知识和航海经验的人，不是一副人字拖加一把A&K47就可以当海盗的。话归正传，人命关天的大事当然不能不用心，既然摆钟在船上不靠谱，那就换个不用摆的东西来计时吧，所以就有了不用摆的航海钟。

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当然，在不用摆的航海钟之前，人们也改进了摆钟来适应航海，最普遍的就是双摆钟和多摆钟，但是这些都与我要说的无关，就此略过，有兴趣可以自己查查，我要说的航海钟就是现代手表的原型——游丝摆轮计时器。

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下面才是我们开始真正进入正题的时候，以上都是一些闲话，下面开始真正的、枯燥的原理讲解啦。
现代手表的基本原理就是摆轮计时的原理。
其实把手表简化后来看，手表就是利用弹簧的弹力来驱动齿轮转动的机器，但是关键在于怎么让这组齿轮的转动能够以定速均匀规律的转动，只要这组齿轮能够匀速转动，就具有计时效果。但我们知道弹簧的力量释放过程是一个递减过程，它所驱动的齿轮系也会因为弹力的释放越来越慢，与匀速运动差远了，所以就得有一组控制机构来控制，让齿轮系近似（不可能完全）匀速运动，这样就可以来计时了。
在游丝摆轮出现前，当然是用钟摆来控制了，但基于以上所说的原因，人类必须发明一种在颠簸的船上也不受影响的控制机构来适应航海计时，所以就有了游丝摆轮的设计。1675年惠更斯宣布发明了游丝，并制成了靠游丝驱动的表，轰动一时。但胡克却宣称他早在1658年就设计出了一种用游丝驱动的表，惠更斯的发明纯属抄袭之作。具体是谁发明的，我们并不关心，只要知道游丝其实就是一根有弹性的小弹簧就可以了，当然，在游丝摆轮之前，还有几十类其它的控制机构，但是与现代手表关系不大，我就不一一说明了。
说了半天，上一张图片给大家看看什么是游丝摆轮。

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下面我们来用文字描述一下这个控制系统是怎么控制一组齿轮匀速运动的，在描述之前，请注意马轮，它并不是图上显示那样单独放在那里，它的下面还有齿轮相接到发条盒，为了描述方便，大家可以想象一下马轮一直受一个旋转力的驱动，处于一种发力的状态，只不过被卡瓦卡住转不动了。如果拿掉其它零件只看摆轮的话，是这样的

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再上一张

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游丝最外面的头是固定在下面白色的板子上的，最里面的头焊在摆轮轴上，摆轮现在停的位置是一个平衡点，往左往右推动摆轮都会使游丝受力，游丝会拉扯摆轮停到平衡点上，如果我们现在往右推动摆轮并放手会发生什么情况呢？摆轮会因为游丝的拉扯又往左转，由于摆轮自身有重量，回转的过程中摆轮产生的惯性会使往左转并超过平衡点，但游丝又会拉扯摆轮往右转，同样由于惯性会使摆轮转过平衡点并再一次被游丝拉向左边，这个过程是重复的，但是摆轮轴有摩擦力，所以每转一个过程都会因摩擦力而损失一点能量并最终停了下来，注意这个摩擦力，如果没有摩擦力这个摆轮会永远动不停。所以摆轮轴都做的非常非常非常细，因为越细摩擦力越小，摩擦力越小表走的时间就越长越精确，这个后面讲机芯的时候我如果能记得还会再讲的。
也许你看了上面讲的话会觉得非常啰嗦，这不就是个破弹簧吗，上过幼儿园的都能明白弹簧掰过去再放手肯定会“duang”的一声弹几下啊，可是就是这个简单的原理，几百年了都还在用，现在的手表和几百年前的没有原理上的区别，当然，现在已经发明了新的不用弹簧的擒纵系统，这个暂时不说。
再上一张图说明整个擒纵系统的运动过程。

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忘了说一下，马叉在实际应用中两边是有限位钉的，来控制马叉的动作幅度，补上这张图，大家看一下马叉以轴为点运动时，限位钉的作用：它限制了叉头的动作幅度。
现在来说擒纵系统是怎么工作的，在讲的时候大家要注意，马轮（擒纵轮）并不是不受力的，大家要想像一下它一直在受到向右旋转的力（顺时针方向），只是由于叉瓦卡住了所以转不了，如果拿掉马叉，它将飞快的向右（顺时针）旋转。下图省略了摆轮和游丝，只留下了摆轮圆盘，大家要知道圆盘下还有游丝对它作用。想像力不行的可以结合前面的摆轮系统图片体会，下面我们来讲过程，看图能明白的就不要听我啰嗦了。直接可以跳过。

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A、        锁接：马轮一直在向右（顺时针旋转），但被左叉瓦卡住转不动，右叉瓦处于未接触状态，这时叉头是靠在左边的，注意限位钉的作用，这时在游丝摆轮的带动下圆盘要开始往左转动了，注意圆盘钉（圆盘上的黑点）的位置。
B、        释放：在摆轮游丝的带动下，圆盘钉进入了叉头，由于游丝的拉扯作用，圆盘钉要继续向右走，这就迫使叉头也随着圆盘钉向右运动到中心线游丝弹力零点，注意这时游丝的弹力已到尽头，不再提供向右的弹力，叉头向右运动时左叉瓦会不断的升高，右叉瓦会不断的下降。
C、        1、冲击：在摆轮惯性的作用下（这时游丝会向相反方向拉扯摆轮，只是摆轮此时惯性较大，所以整个摆轮会继续向右旋转）圆盘钉的带动下，叉头继续向右越过平衡点，越过平衡点后，右叉瓦继续下降，注意左叉瓦已完全提起，再也挡不住马轮了，于是马轮开始向右旋转，这时我们要注意叉瓦与马轮相接处，知道为会叉瓦端面不是直角了吧，马轮齿尖在顶着左叉瓦迫使其继续抬升，为了更形像一点，我们可以想像马轮齿尖就像一个甩起来的锤子，砸在了可怜的左叉瓦端面上。
2、冲击：左叉瓦由于受到马轮齿的冲击，继续抬升，使叉头越过中线继续向右，叉关此时反过来推动圆盘钉，使整个摆轮逆时针旋转，注意游丝的平衡点这时已经过了，在摆轮逆时针旋转过程中游丝开始收紧储力，这时摆轮旋转的动力完全靠着叉头来推动，而左叉瓦的抬升也使右叉瓦下降到可以与马轮齿接触的位置，只是因为马轮齿与齿之间有较大间隙，所以这时马轮齿还未与右叉瓦接触。
D、垂落：左叉瓦与马轮齿脱离，右叉瓦完全落下，马轮继续旋转，直到马轮齿与右叉瓦接触被卡停，此时圆盘钉开始运动到脱离叉头的位置，叉头不再向圆盘钉提供动力，摆轮开始依靠自身惯性继续旋转。
E、牵引：摆轮在自身动能耗尽后，受到游丝的拉扯作用，开始往回旋转直到进入叉头位置带动叉头提起右叉瓦，开始了方向相反的动作过程，就不细说了。
如果看完以上描述，你还是一头雾水，也没关系，毕竟咱又不干机芯设计，了解个大概就行，可以大致想像一下其实马叉就是一个翘翘板或者杠杆，一头是发条提供动力的马轮在锤打它，让它翘动摆轮，摆轮又因为游丝提供的动力反过来用它释放卡住马轮的力量，总之就是两头翘动。
我想如果用手表比喻这个世界，那么马叉就是这个世界的好男人，一头承载着社会给予的压力，用工作挣来衣食，一头又要把挣得的带回家里，维持小家庭的幸福生活，而随着成家立业，子女的到来以及白发渐生的双亲，家庭又对我们提出更高的要求，让我们必须更加努力的工作来获得社会回报用以养家糊口，这不正和手表里小小的马叉是一样的吗，所以我觉得的一个真正的好男人，就应该是像马叉一样生活的男人，家庭和社会的连接，只有像马叉一样的好男人才能维持着这个社会的和谐发展，所以，下次有异性再问你什么才是好男人，你可以回答，和马叉一样的男人就是好男人（夏至之日语，版权所有），如果她不明白，你就可以和她深入的探讨一下马叉的作用及原理，当然，这么复杂的事情就是从白天说到晚上也说不清楚，得找个地方住下来慢慢说，细细说，所以这个问题必会让你们的感情有更深层次的发展。
以上就是游丝摆轮擒纵系统的工作原理，它通过一停一走的方式控制了发条弹簧的释放的压力，使整个齿轮组均匀规律的动了起来，所以手表才可以计时，这部分是整个手表的心脏，当然，随着技术的发展，70年代又出现了新的擒纵系统，我们都知道游丝是金属，是金属就会疲劳，也容易被磁化，所以游丝摆轮系统的运转随着时间的推移，会慢慢变的不那么可靠，所以70年代出现了以磁铁的磁力代替游丝的磁摆技术，但是我没见过，然后有位日本科学家又推出了一种不用摆轮的双齿轮联动的擒纵机构，那叫一个精巧，看的我都惊呆了，据说雅典表用的就是这种技术，有兴趣的可以自行搜索，如果你看明白了这种机构的工作原理，你会觉得惊奇，人类有如此的智慧，怎么就解决不了贫穷，疾病和一系列的社会问题呢？

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下面上一张简化的原理图，来说明一下整个手表的工作原理。

还是从右边的擒纵系统开始来说，为什么这组齿轮可以计时。首先是游丝，游丝是一卷弹簧，但并非是看上去的同心圆，而是阿基米德曲线展开，制作时通过对游丝弹力和长度的计算和摆重的配合，它和钟摆的原理是一样的，摆动周期是固定的，现在一般设计的慢摆表的话每秒是摆动5次，快摆表的话每秒是8次，折算成小时的话慢摆18800次每小时，快摆是28800次每小时，当然也有其它的频率，频率是手表的一个重要性能指标，你要是买表的话，可以问问每小时的频率是多少，手表所发出的滴答声就是擒纵系统产生的，摆的越快，震动对手表产生的影响就越小，计时精度就越高，但缺点就是磨损也越快。
慢摆表马轮通常是15齿，马轮上的副齿轮通常是6齿，如果这是一块慢摆表的话，那马轮每转过去5齿就会过去一秒，马轮转动一圈的话就是3秒钟，也即副齿轮转过6齿就是3秒，秒轮的转速直接受马轮副齿轮控制，秒轮转动一周为60秒，所以秒轮齿数应该为多少呢，大家可以自己算算。
这就完成了秒的计时显示，分针和时针的道理是一样的，加上一个齿数比不一样的齿轮即可。
原理说完了，可是一块表想要走起来，即使是最简单的三针手动上条手表，也得有上百个的零件配合，实现显示时、分、秒和调时、上条两项基本功能才能算是手表，如果大家有兴趣，我可以继续讲讲这些零件是怎么动作的给大家听听。

Mr朗格

生马必须指路者，老马更有迷津时

Girasol77

楼主太厉害了，我竟然一个字一个字地看完了

FunJing1

呵呵 大家好奇嘛 来观看下~~~~

德国战车

学习了，看明白不等于会了。

sunboy

好文新番，推荐到今日爱表族公众号

手扶拖拉司机

牛叉啊