解密古钟表 第三回:塔轮之功!

今天

又是小白龙我来和大家一起研究钟表机械结构的时间了。

上次的文末，

给大家卖了个关子，

放了一张图片

如下图：

这张图片展现的

就是我今天想和大家聊一聊的一个古代钟表中至关重要的结构。

从这张图片上看，

我们可以看到两个大铜版中间夹住了两个

圆滚滚的东西。

这是什么呢？

这就是本文要给大家揭示的一个古钟表设计中的小秘密！

  上回我和大家说过，随着发条上紧直至走完，发条的“劲儿”其实是在不断变化的，这个变化是衰减的，也就是说它的“劲儿”是越来越小的。

  就好像我们小时候玩的回力车一样，小车往后一拉，一松手，它就快速的冲了出去，可是，跑着跑着，小车就越来越慢，直至停下。其实，回力车里面也是一个小弹簧，往后一拉，就是在给弹簧上“劲儿”，所以说，它的原理，还真的和钟表发条很相像呢。

小白龙小时候的巧乐车是黄颜色的，非常可爱

  回力车是儿童玩具，所以跑快跑慢是无所谓的，可是作为记录时间的钟表，如果也是忽快忽慢，那就不得了了。所以，虽然人类把钟表的动力源从较为原始的重锤重力势能转变为较为先进的发条弹性势能，但是这个能量或称动力的“不均匀释放”问题，始终困扰着制钟大师们，从感觉上说，这不均匀的动力释放，好像还不如恒定的地球重力势能来的稳定呢。

  那怎么办？世界上总是不缺聪明人的。最早期采用均匀动力释放装置的钟表，就是我们现在说的“勃艮第大钟”。这座由勃艮第公爵“好人菲利普”在1430年发明出来的大钟，首次利用到芝麻链发条动力结构。

  而该结构的最终优化，是通过一位大师，这个人，就是钟表制造业响当当的大人物：阿伯拉罕·路易·宝玑先生。宝玑先生进一步发明优化的这个机构，名字现在被我们叫做“宝塔型调速装置”，也就是我们常说的“芝麻链塔轮结构”，也就是我照片中展示的那种机械结构：照片中左右的铜版，是夹板，这个夹板内部，就是我们常说的“机芯”。

  而圆圆的两坨，上面就是宝塔轮，下面就是发条盒，发条就在这个小盒子里面被紧紧束缚着，两坨圆盒之间的小链子，就叫做芝麻链，因为它是由一节节的8字形小片片两两铆接而成，长得很像一个个小芝麻，所以因此得名，它的英文名字应该叫做Fusee Chain。

这是各种尺寸大小的芝麻链，最小的用在怀表上

  有许多说法都显示，芝麻链本身，是在1525年由布拉格的制表师傅Jacob Zech发明出来的。但实际上,15世纪时，这种结构就已经被应用在了钟表之上。

  说回到这个机构本身，我们已经明白，它的出现，是为了解决“均匀化”钟表的动力输出这个问题的。那么，它是怎么解决这个问题的呢？

  实际上，这个道理是很简单的。我们说钟表指示时间，实际上就是两个指针在转动，而转动，是需要有力矩输出来维持的。力矩这个概念我们在初中物理课时就学习过了，简单来说，就是力与距离的乘积。为了维持稳定的转动，我们就需要有一个稳定的力矩来支持这种稳定的转动，而力与距离相乘得到力矩。力，随着发条动力的衰减，变得越来越小，那么，我们只要让距离随着力的衰减而越来越大，那不就保证力与距离的乘积即力矩保持恒定了吗。

  实际上，历代钟表大师也是这样做的：我们把塔轮芝麻链机构上弦上紧的时候，芝麻链会由底到顶而盘缠在塔轮的槽里。开始计时的时候，芝麻链拉动的是直径最小的那圈，而这时对应的力也最大，力乘以距离（较小轮的半径也较小），得到了一个力矩，这个力矩带动整个齿轮机构运转，最后输出为指针指示时间；之后，随着力越来越小，芝麻链所缠绕的塔却越来越大，从而半径也渐渐增大，则作为乘积的力矩仍旧保持了之前的大小，那么，钟表的前后走时就保持了相对均衡的输出。也便解决了这个问题。

  这种精妙的结构，在古老的钟表中是普遍存在的，塔轮和发条盒之间的链接，从古代的羊肠线，到后来的芝麻链，也体现着循序渐进的变化过程。

  哪怕是现在，具有塔轮芝麻链传动机构的手表，价格都比没有这一机构的产品要昂贵很多。所以，这一精巧的机械结构，不仅代表着人类对复杂问题的完美解决态度，更体现了一代代机械专家们精益求精、不断完善的优良品质。也是令我这些后辈常常肃然起敬的高尚精神。

  好了，今天把塔轮芝麻链结构和大家聊的比较深入，对于古钟表来说，动力方面，可能只有重力势能与弹性势能两种，之后的计时装置，基本都采用了电力的输出能源，也不是我们皇家做钟处的专业了。

  在今后的文章中，我们就对古代钟表的动力方面探讨先告一段落，之后，让我们深入古钟表的机芯内部，来看看那些花样频出的各类活计，是怎么活动起来的吧！

文/小白龙小白龙

小白龙其人，因为在小师妹之后进入钟表组，故以“白龙马”称之。是北欧毕业的机械博士，喜爱古迹、游戏、玩具和勋章。欢迎大家来找我聊钟表机械！