01
每秒八次嘀嗒，全靠一根发条
你看到的是一块机械表，它侧立着，就像放在展示架上。表壳里有表盘、三根指针，侧面还有一个用来上链的表冠。真正干活的部分藏在表盘后面，制表师把它叫作机芯。它没有电池，也没有芯片。一切都靠一根盘绕的钢制发条、一串小齿轮，以及一个来回摆动的小轮子。
机芯要做三件事。首先是储存能量：转动表冠，发条就会上紧。然后，它把能量一小步一小步均匀地放出来，这是擒纵机构和摆轮的活。最后，它数出这些步子，再通过轮系和指针显示成时间。打开能量路径，可以看到动力怎样从发条经过齿轮传到摆轮。下面每一章讲其中一个部分。
整块表之所以会走，全是因为摆轮每次只放擒纵轮前进半个齿。每放开一次就是一振，你听到的就是一声“嘀”或“嗒”。这块表每小时振动28800次：每秒8次，每天69.12万次。摆轮每秒来回摆动4次。每次完整摆动用时250毫秒，包含两振：摆轮朝一个方向经过中心时是“嘀”，摆回来时是“嗒”。模型下方的时间轴展示的就是一次完整摆动。
这些章节里的数字来自ETA 2801-2这类手动上链机芯，也就是靠转动表冠上链的机芯。它直径25.6毫米，厚3.35毫米，有17颗宝石。模型采用同类机芯的教科书式布局，还把层层叠放的零件拉开，让你看清每一层。拖动模型可以旋转，转过去看看表盘那一面。按实际速度播放时，摆轮快得只剩一片模糊。把播放放慢，就能看清它怎样摆动。
02
四十二小时，藏在一卷钢带里
能量储存在发条里，它是一条长长的钢带，盘绕在一个叫发条盒的圆筒中。转动表冠会带动柄轴，再经过几个小齿轮，带动小钢轮和装在发条盒中心轴上的大钢轮。发条轴把发条的内端卷得更紧，而发条盒保持不动。每当大钢轮的齿转过，一个小棘爪就卡进齿间，所以发条没法把轴倒转回去。
把这根发条拉直，它长420毫米，却只有0.125毫米厚、1.23毫米高。它的转动力，也就是扭矩，上满时约为11.3mN·m。一天后降到约9.1mN·m，少了大约19%，所以驱动手表的推力从来不是完全恒定的。上满一次储存约三分之一焦耳的能量，手表用得很省，功率只有约2到3微瓦。
发条放松时会带动发条盒转动，盒边的齿再带动齿轮。上满一次，这款机芯能走42小时，这就是它的动力储存。在模型的教科书式轮系里，发条盒每8小时转一圈，所以上满一次大约相当于发条的五又四分之一圈。把滑块往“走完”那头拖：发条圈慢慢向外松开，贴到发条盒壁上，扭矩下降，摆轮的摆幅也变小。
在手动上链表里，棘爪把发条卡住，上满以后表冠就再也转不动了。自动表靠摆陀上链，而摆陀不知道什么时候该停。所以自动表的发条末端装有一段打滑片，上满后它会沿着发条盒壁打滑，不会把发条上得过紧。这款机芯的自动版本ETA 2824-2厚4.6毫米（手动版是3.35毫米），能走38小时。把模型重新上满，就能从头开始。
03
齿轮用来加速，而不是减速
能量从发条盒出发，经过一串叫作走时轮系的齿轮。每个大轮都带动下一根轴上的小齿轴，一级比一级转得快。发条又慢又有力，而擒纵机构需要又快又轻的动作，所以轮系是在加速，而不是减速。到了轮系末端，发条盒缓慢的转动已经变成擒纵轮每分钟12圈。
制表师把被带动的小齿轮叫作齿轴。模型用的是教科书式的轮系。发条盒的80个齿带动一个10齿的齿轴，加速8倍，后面几级再分别乘以8、7.5和12。于是中心轮每小时转一圈，四轮每分钟转一圈，擒纵轮每分钟转12圈。擒纵轮有20个齿，每个齿产生两振：12×20×2，就是每分钟480振，也就是每小时28800振。
在这个教科书式布局里，中心轮位于机芯正中，每小时转一圈，所以它带着分针。四轮每分钟转一圈，带着6点位置的小秒针。擒纵轮平均每分钟转12圈，但大部分时间都停着不动，每振才向前跳9°。在下面选一个齿轮，镜头就会跟着它。
齿轮的轴尖在宝石轴承里转动，那是用人造红宝石在工厂里做成的小轴承，并不是珍贵的宝石。钢轴尖在红宝石里转动，摩擦只有金属对金属的一小部分，而且还要上油。这款机芯有17颗宝石。它的自动版本有25颗，但多出来的8颗都在上链机构里，对走时毫无帮助。所以，宝石多并不等于表更好。琥珀色的小点显示能量从发条盒流向摆轮。
04
每次只放开半个齿
发条一直在推擒纵轮，要是没有东西拦着，它转眼就会飞转起来。擒纵叉把它拦住。擒纵叉上有两颗红宝石，叫作进瓦和出瓦，它们横跨两个半齿。在两振之间，总有一颗叉瓦挡住一个齿。叉瓦的锁接面是斜的，这叫牵引：齿的压力把擒纵叉往里拉，让它贴紧一根限位钉。擒纵轮被锁住了。
接着摆轮摆回来。摆轮圆盘上有一根红宝石小钉，叫作圆盘钉。它进入擒纵叉的叉口，推动擒纵叉，直到叉瓦从齿上滑开：擒纵轮解锁了。齿沿着叉瓦的斜面滑过，推动擒纵叉，擒纵叉再推动圆盘钉。这一推就是传冲，由棒头形齿的斜面和叉瓦共同完成。随后擒纵轮自由跌落，下一个齿锁在另一颗叉瓦上，擒纵轮一共转了9°。用下面的按钮一步步看。
圆盘钉只在中心附近50°的摆动范围内接触擒纵叉，这叫升角。当摆轮向每边摆动约280°时，这次接触只占每振125毫秒中的约7毫秒。约94%的时间里，摆轮都在自由摆动，而牵引让擒纵叉停靠在限位钉上。这就是自由式擒纵机构。如果圆盘钉不在叉口时表受到撞击，擒纵叉想跟着动，叉上的保险钉就会碰到小圆盘，把它挡住。
你听到的嘀声其实是三次快速的撞击，而不是一次：圆盘钉撞上擒纵叉；一个齿落到叉瓦的斜面上；最响的是第三下，齿被锁住，擒纵叉撞上限位钉。回程的“嗒”也一样。托马斯·马奇在18世纪50年代发明了这种杠杆擒纵机构，大约从1900年起，几乎每块机械表都在用它。慢慢拖动时间轴经过“嘀”，看擒纵轮怎样等待、跳动、停下。
05
决定一秒有多长的轮子
摆轮是一个直径10.6毫米的圆环，在只有0.08毫米粗的轴尖上来回转动。一根螺旋形的游丝总把它拉回中心，于是它冲过中心，再摆向另一边，就像荡秋千的孩子。一次摆动要多久，只由两样东西决定：一是轮缘有多重、这些重量离中心有多远，二是游丝有多硬。重量越多、离中心越远，摆得越慢；游丝越硬，摆得越快。这里一次完整摆动用时250毫秒。克里斯蒂安·惠更斯在1675年设计了螺旋形的摆轮游丝。
摆轮摆得多远，就是它的摆幅：上满链时每边约280°，所以从一边到另一边超过一整圈。按同一设计生产机芯的Sellita规定，上满时最多315°，一天后至少200°。超过约335°时，圆盘钉会绕过一整圈，撞到擒纵叉的背面。摆轮带着约12µJ的能量，而每一振只补充其中的百分之几。
要调整走时，制表师会移动快慢针。它上面的两个小挡块，一根小钉和一个小夹片，夹住游丝最外一圈，决定游丝有多长可以自由伸缩。把这段有效长度缩短，表就走快；加长，表就走慢。小小的改变影响很大：游丝只要硬1%，表每天就会快约7分钟。轻轻推动滑块，看看只需多小的改变，就能让表每天差上几分钟。
热、磁和撞击都会干扰摆轮。Nivarox合金是20世纪30年代专为游丝研制的，用它做的游丝几乎不随温度变化；硅游丝则没有磁性。为了防撞，支撑摆轮轴尖的宝石装在避震器里：一根小弹簧让宝石能移开，摆轴较粗的轴肩承受撞击，然后弹簧再把轴尖推回中心。20世纪30年代初出现的Incabloc就是其中一种。在这个机芯家族里，只有较高档次的版本才用它，其余用ETA自己的Etachocs。
06
从振动到小时
现在看表盘这一侧。表盘下面有一小组齿轮，叫作指针轮系，它让分针转十二圈时，时针只转一圈。在这个教科书式布局里，10齿的分轮带动30齿的跨轮，跨轮上8齿的齿轴再带动32齿的时轮：3乘4，得到12比1。分轮只靠摩擦固定，所以你调时间时，指针会转，而走时轮系保持不动。
四轮带着6点位置的小秒针。它每秒走6°，但不是连续地走，而是分8小步，每振一步。所以机械表的秒针看起来像在滑行。ETA 2801-2本身的结构不同：它的秒轮位于机芯中心，带动中心秒针，分针则套在秒针外面的一根管子上。
并不是每块表都每秒振8次。20世纪70年代以前，每小时18000振很常见，如今21600振很普遍。Grand Seiko在1968年做到了36000振，Zenith的El Primero在1969年也做到了。更高的振频能让走时在受撞击和改变姿势时更稳定。代价是能量：摆轮和摆幅相同时，能量随频率的平方增长，所以发条会更早走完，或者零件磨损更快。切换振频，比较下面的数字。
多准才算准？在COSC的测试中，经过认证的天文台表平均日差必须在−4到+6秒之间。这只是七项标准中的一项。测试对象是未装壳的机芯，历时15天，涵盖5个方位和3种温度。METAS测试的是装好壳的整只表，甚至在经过1.5万高斯的磁场之后还要再测。它允许每天0到+5秒，这种尺寸的机芯则放宽到0到+6秒。石英表在COSC的上限约为每天±0.07秒。即便如此，2025年瑞士仍出口了520万只机械表，占其手表出口总值的86%。