Top.Mail.Ru

Как работают часы и история развития часов

Как работают часы и история развития часов

         Содержание

     Время или сколько километров в час

     Маятник для решения проблемы

     Изобретатели и мореплаватели

     Часы и усредненный механизм

     Ангренаж и камни часов

     Анкер и цилиндр

     Баланс часов

     Как часы работают

     Защита баланса часов и противоударное устройство

     Часы на новой основе

 

     Сегодня вопрос кажется абсурдным, а сто лет назад ученик получал бы «два», если не мог на него ответить: час был узаконенной мерой расстояния и равнялся четырем целым и восьми десятым километра.

Время или сколько километров в час

     Не стоит поражаться кажущейся абсурдности: с очень давних пор расстояние измеряется временем, которое необходимо пешеходу, чтобы пройти определенную дистанцию. Но насколько легко человек приспособил время для измерения расстояния, настолько трудно он искал точный и удобный измеритель времени.

     С теорией все было в порядке: час — это шестьдесят минут, минута — шестьдесят секунд. С практикой дело обстояло хуже: на протяжении многих веков измерители времени оставляли желать лучшего.

Маятник для решения проблемы

     Первые механические часы появились, вероятно, в VI веке нашей эры — во всяком случае первое упоминание о них относится к этому периоду.

     Но прошло тысячелетие, пока появился механизм, способный достаточно точно измерять и показывать текущее время. Тысяча лет ушла на поиск оптимальной конструкции измерителя. В решение проблемы немалую лепту вложил великий итальянец Галилео Галилей: он обратил внимание на маятник.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Если колебания маятника не затухают, периодичность их, амплитуда отличаются завидной постоянностью. Иными словами, маятник удобно использовать для отсчета времени: одно колебание происходит за строго определенный отрезок времени.

     Галилей попытался даже проектировать маятниковые часы, но довести дело до конца не успел. Над проектом затем работали сын Галилео — Винченцо и ученик — Вивиани. Удалось ли им материализовать часовой идею — сделать механизм, — не известно, но в музее Галилея экспонируется механизм часов, выполненный специально для музея по сохранившимся чертежам Вивиани.

     Тому, что сегодня существуют тысячи моделей карманных часов, наручных мини-часиков, вделанных в перстень, хронометров и прочих разновидностей механических и электромеханических часов, человечество обязано нидерландскому ученому Гюйгенсу и англичанину Гуку.

     Гюйгенс в середине XVII века в числе прочих научных открытий и изобретений разработал конструкцию маятниковых часов и произвел их расчет, создал механизм, обеспечивающий равномерный ход часов.

     Затем Гюйгенс и одновременно с ним Гук изобрели колебательную систему, «баланс — спираль», которая в отличие от маятника позволила создать точные переносные часы. И по сей день система эта по аналогии часто называется маятником.

     Баланс — это колесо с тяжелым ободом, укрепленное на тонкой стальной оси, а спиралью называется тонкая спиральная пружина, укрепленная одним концом на этой же оси, а другим — на неподвижной опоре.

     Если систему «баланс — спираль» вывести из состояния покоя, то в силу упругости спирали система начнет совершать равномерные колебания, подобные тем, которые совершает маятник под действием силы тяжести.

Изобретатели и мореплаватели

     Конец XVII — начало XVIII века остались в истории как период интенсивного развития мореплавания. Для определения местоположения корабля в открытом океане необходимы были точные часы: по ним определяется географическая долгота.

     Правительства, озабоченные морскими делами, объявляют премии за решение задачи определения долготы места, то есть фактически за изобретение хронометра, который не боится качки.

     Филипп III Испанский обещает заплатить десять тысяч талеров, голландские штаты назначили премию в тридцать тысяч гульденов, английский парламент — десять тысяч фунтов стерлингов.

     Многие пытались выиграть премию, но корабельная качка оказывалась гибельной для часов. Только двое изобретателей-часовщиков Леруа и Гаррисон, сделав серию хронометров с пружинным заводом и системой «баланс — спираль», стали победителями.

     Хронометр Леруа через сорок шесть дней плавания по бурному морю, где качка корабля превышала двадцать градусов, имел ошибку всего в семь секунд.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Итак, совершенство системы, жизнеспособность конструкции были доказаны на практике. Премии выиграны, но Гаррисон и Леруа с большим трудом, после долгих мытарств смогли получить лишь незначительную часть обещанного.

Часы и усредненный механизм

     Принцип устройства современных механических часов общий, поэтому мы познакомимся с «усредненным механизмом».

     Основные узлы часового механизма — это двигатель, колесная система, ход или спуск, регулятор, стрелочный механизм, механизм заводки часов и перевода стрелок.

     Двигатель (он может быть пружинным или электрическим) приводит в движение стрелки и регулятор — колебательную систему «баланс — спираль».

     Колесная система передает энергию регулятору и отсчитывает число колебаний. Делается это при посредничестве специального устройства, которое получило название хода, или спуска.

Как работают часы и история развития часов. Платина
Как работают часы и история развития часов. Платина

     Ход преобразует получаемую от двигателя энергию в импульсы и передает их колебательной системе. Она, в свою очередь, при помощи хода управляет вращением зубчатой передачи, двигающей стрелки.

     Регулятор управляет работой хода, регулирует распускание двигательной пружины. Колебания регулятора строго периодичны — этим и определяется точность часов.

     Все детали основного механизма монтируются на специальном основании — платине. Форма ее зависит от конструкции часов. На одной стороне платины располагаются двигатель, основная колесная система — ангренаж, спуск, система «баланс — спираль». На другой стороне крепятся стрелочный механизм, механизм заводки часов и перевода стрелок (ремонтуар).

     В сложных часах на этой же стороне платины устанавливаются календарные устройства. Поскольку вращающиеся детали должны иметь опору в двух точках, для установки второго подшипника служат специальные опоры — мосты.

     Количество мостов зависит от конструкции часового механизма, но обычно в часах бывает не больше четырех-пяти мостов. Понятно, что отверстия для одной и той же детали в платине и мосту строго соосны: если случится перекос часовых деталей, механизм работать не будет.

     Для защиты от коррозии и для красоты платину и мосты — в зависимости от цены часов — никелируют или покрывают тонким слоем золота.

Ангренаж и камни часов

     Ангренаж — основная колесная система — состоит из зубчатых колес, которые входят в зацепление с относительно широкими, но малозубыми колесиками — трибами.

     Трибы делаются как одно целое с осью, а на эти оси насаживаются зубчатые колеса. И одна из характерных примет триба — количество зубьев обязательно меньше двадцати. От числа и формы зубьев колес и трибов в определенной степени зависит правильность хода часов.

     В простейших и дешевых часах оси колес вставляются просто в отверстия платины и мостов и работают на одной смазке. Для хороших часов подобное исключается: оси вращаются в подшипниках.

     На заре часового мастерства подшипники делались из сапфира, алмаза, рубина и поэтому получили название их «камни». В морских хронометрах камни делались только алмазные. С изобретением искусственного рубина часовые камни стали делать только из него: он отлично удовлетворяет всем требованиям.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Чем больше камней в механизме, тем долговечнее часы, тем они точнее, так как оси не стираются. Правда, чем больше камней, тем дороже часы. С появлением различных пластмасс зарубежные часовые фирмы стали выпускать часы с пластмассовыми подшипниками — из тефлона.

     Оси часовых колес запрессовываются в тефлоновые втулки, которые стойки к истиранию и не требуют смазки. Такие часы длительное время — пока не износятся подшипники — идут достаточно точно (обычно пределах года-двух), а цена их невелика.

     Но, когда срок службы их заканчивается, отремонтировать невозможно, так как основные детали «заштампованы» в свои места. Эти часы называют нередко «штамповкой», причем презрительно.

     Последнее, вероятно, излишне. Часы «на год» тоже нужны: отработали свое, выбросил, купил другие в более модном оформлении.

Анкер и цилиндр

     Ход, или спуск, как уже говорилось, — один из важнейших узлов часового механизма. Он предназначен передавать энергию от двигателя к системе «баланс — спираль» для поддержания равномерных колебаний и одновременно обеспечивать превращение равномерных колебаний системы в равномерное вращение колес.

     Наиболее распространенный спуск получил название «анкерного», так как одна из главных деталей похожа на якорь, а по-немецки якорь — «анкер». И еще.

     Первоначально слово ««анкер» означало зацеп. В механизме деталь, напоминающая якорь, выполняет функцию зацепа.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Анкерный ход. 1 — анкерное колесо, 2 — палеты, или штифты, анкерной вилки, З — анкерная вилка, или анкер, 4 двойной ролик, 5 — импульсный камень, А — плоскость покоя зуба, Б — плоскость импульса зуба.

     При колебании баланса одна палета освобождает, а другая останавливает колесо. Через палеты с анкерного колеса импульсы передаются балансу. А баланс, совершив колебание, «дает разрешение» палете освободить очередной зуб колеса и привести в движение колесную систему.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     А – шум освобождения, Б – шум импульса, В – шум падения.

     «Тиканье» — это шум работы хода, удары импульсного камня о паз вилки. Первый удар происходит в начале хода анкерной вилки, когда импульсный камень ударяется о паз вилки.

     Звук слышен отчетливо и называется «шумом освобождения». Второй удар происходит при переходе зуба анкерного колеса с плоскости покоя палеты на плоскость импульса. Это «шум импульса». Одновременно возникает вторичный шум в пазу анкерной вилки.

     Третий шум возникает при падении зуба анкерного колеса на плоскость покоя палеты и одновременно при ударе анкерной вилки об ограничительный штифт. Это «шум падения».

     Принцип работы приборов, контролирующих точность хода часов, основан на прослушивании этих шумов или ударов. «Цилиндр», или, точнее, цилиндрический ход, отличается по устройству от акерного тем, что на оси баланса есть цилиндрическое отверстие, которое зацепляет и освобождает попадающие в него зубцы ходового колеса.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Схема работы спуска «цилиндр».

     Быстрый износ и большое трение кончиков зубьев колеса по цилиндру приводят к тому, что часы начинают идти не точно, требуют частых чисток и ремонта.

    Поэтому даже в начале века цилиндровый ход делался только в дешевых часах, так как он относительно прост в изготовлении. Их можно встретить, в основном, среди старых часов.

Баланс часов

     Регулятор — это узел часового механизма, который регулирует спуск пружины и создает колебания со строго определенным периодом, измеряющим отрезки времени. Регуляторы обычно бывают маятниковые и балансовые.

    Маятник может быть только в неподвижных часах, а в переносных часах, как уже говорилось, работают балансовые системы.

     Сейчас в бытовых часах наибольшее распространение получила система «баланс — спираль».

     Баланс — колесообразное тело, вращающееся на оси то в одну, то в другую сторону. С балансом соединена тонкая упругая спираль (или волосок), которая своей упругостью обеспечивает частоту колебаний баланса.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Регулятор типа «баланс — спираль». 1 – баланс; 2 — ось баланса; З — двойной ролик; 4 — импульсный камень; 5 — спираль; 6 — колодка; 7 — колонка; 8 — винт.

     Упругость спирали зависит от ее длины: короче спираль — выше упругость. А чем выше упругость, тем быстрее колеблется баланс. На этом принципе основано устройство градусника – «рюккера», который соединен со спиралью и может изменять действующую длину спирали.

     Больше эта длина — медленнее идут часы, короче — быстрее. Этот градусник позволяет «доводить» ход, вводить поправки. На мосту у стрелки «рюккера» обычно ставится обозначение, в какую сторону необходимо подвинуть стрелку градусника, когда часы спешат или отстают.

     Эти обозначения бывают знаками «+» или «-», а бывают буквенные: F (Fast) — быстрее и S (Slow) – медленнее, или А (avance) — быстрее и R (retard) — медленнее.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     С помощью этого градусника можно и самому отрегулировать ход часов до высокой точности, но, учитывая сложность устройства современных часов, лучше, если отрегулирует часы специалист.

Как часы работают

     Посмотрим на примере наиболее простых часов с боковой секундной стрелкой.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

     Кинематическая схема наручных часов с боковой секундной стрелкой. 1 — переводной рычаг, 2 — заводное колесо, 3 — барабанное колесо, 4 — заводная пружина, 5 — барабан, 6 — центральное колесо, 7 — триб центрального колеса, 8 — триб промежуточного колеса, 9 — промежуточное колесо, 10 — триб секундного колеса, 11 — секундное колесо, 12 — триб анкерного колеса, 13 — система «баланс — спираль», 14 — анкерная вилка, 15 — анкерное колесо, 16 — секундная стрелка, 17 — минутная стрелка, 18 — часовое колесо, 19 — триб минутной стрелки, 20 — часовая стрелка, 21 — вексельное колесо, 22 — большое переводное колесо, 23 — малое переводное колесо, 24 — заводной рычаг, 25 — кулачковая муфта, 26 — заводной триб, 27 — заводной вал, 28 — заводная головка.

     Заводная пружина (4) в барабане (5), раскручиваясь, вращает барабан. Вращение барабана передается на триб центрального колеса (7). Центральное колесо (6), через триб промежуточного колеса (8) вращает колесо (9), которое, в свою очередь, передает движение на триб (10) секундного (11), где укреплена секундная стрелка (16).

     С секундного колеса (11) движение передается через триб (12) анкерному колесу (15), а анкерное колесо через анкерную вилку (14) передает импульсы для поддержания колебаний баланса (13).

     На триб (7) центрального колеса фрикционно насажен триб (19) с минутной стрелкой (17). Триб минутной стрелки через колесо (21) и его триб движет часовое колесо (18) с часовой стрелкой (20). Заводится пружина с помощью заводной головки (28). А кинематика завода часов и перевода стрелок должна быть понятна из схемы.

     В современных переносных часах — карманных и наручных — стрелки можно переводить в любую сторону: часы от этого не портятся.

Защита баланса часов и противоударное устройство

     Надежность и точность хода зависят во многом от тщательности обработки оси баланса. Чем меньше диаметр цапфы оси, тем меньше потери на трение и, как следствие, выше точность хода.

     И, точно по пословице «где тонко, там и рвется», цапфы баланса — самая нежная и ломкая часть часового механизма.

    Достаточно даже легкого удара, чтобы цапфа деформировалась или сломалась. В часовых мастерских основная работа — ремонт сломанных осей баланса. Сложность этой работы в том, что в нестандартных часах нужно вручную вытачивать новую ось (ювелирная работа!), а в стандартных — заменять узел.

     Не так давно часовщики изобрели противоударное устройство, сберегающее ось баланса от повреждений при толчках и ударах. Устройство это довольно сложное, бывает различным по конструкции.

     Понятно, что часы с такой защитой оси баланса стоят много дороже, чем обычные, но, как говорится, «игра стоит свеч»: часы с противоударным устройством, если их, конечно, не бить кувалдой, служат безотказно многие годы и, кроме периодической чистки и смазки, ремонта не требуют.

     Противоударное устройство в часах (в разрезе).

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

1 — накладка, 2 — бушон, З — сквозной камень, 4 — накладной камень, 5 — фиксирующая пружина, 6 — ось баланса, 7- винт, 8 — нижняя накладка.

     Наиболее распространенная конструкция противоударного устройства — это запрессовка камней в специальных подвижных опорах.

     В накладку сложной геометрической формы 1 вставляется особая ступенчатая втулка — бушон 2, а в нее запрессовывается сквозной камень З.  

     В верхний уступ бушона устанавливается камень 4, который прижимается пружиной 5. Пружина одним концом входит в специальный паз накладки, а другим — скользит по направляющей накладки.

     У бушона — конические опорные фаски, которые упираются в коническое гнездо накладки. Это для того, чтобы при скольжении внутри гнезда происходило самоцентрирование бушона.

     При ударе в осевом направлении ось баланса давит на накладной камень, он, прижимая пружину, перемещается вверх, а затем пружина возвращает его в исходное положение.

     Деформации или поломки оси баланса, естественно, не происходит. В случае бокового удара ось баланса давит на камень с бушоном — этот комплекс называется шатоном — и опять остается целой, так как шатон, скользя по накладке, амортизирует удар.

Часы на новой основе

     Сейчас существуют и выпускаются массовыми партиями наручные часы с календарем, боем, с автоматическим подзаводом и т. д.

     Это отличные современные часы, в основе их лежат механизмы, описанные в этой статье. И хотя еще много лет эти часы будут производиться, будет улучшаться их качество, будут разрабатываться различные варианты их внешнего оформления, на смену им пришли часы, в основе которых уже нет привычного механизма.

     В 1927 году была выдвинута идея принципиально новых часов — так называемых кристаллических. В этих часах в качестве своеобразного маятника работает кварцевая пластинка — пьезокварц, а источник энергии — электрический.

     Пластинка кварца обеспечивает исключительную стабильность хода. Суточная погрешность кристаллических часов исчисляется в десятитысячных долях секунды. Иными словами, за три десятилетия работы такие часы ошибутся всего на одну секунду.

Как работают часы и история развития часов
Как работают часы и история развития часов

    Достоинство их и в том, что они не боятся толчков, сотрясений, резких перемен атмосферного давления и температуры воздуха. Первые такие часы в СССР, были сделаны в 1938 году, принималась во внимание немаловажная деталь — это их доступная цена.

     Кварцевые часы — это исключительно точные часы с привычными стрелками и календарем. Батарейка размером меньше копеечной монеты обеспечит им энергию, необходимую для работы в течение года. Кроме того, есть модели электронных часов с цифровой индикацией.

                                                                                    Н. Зыков

Часы Пантера

Видео: Загадка у коллекционера

 

 

You May Also Like