Часы. От гномона до атомных часов - Станислав Михаль

Изменчивость приводной силы можно также ограничивать удлинением пружины и увеличением запаса ее энергии. Однако удлинение пружины идет за счет ее толщины. Для тонких пружин требуются также специальные сплавы, лучше выдерживающие нагрузку и усталость. Приводная сила современных пружин несравненно выше, чем у пружин старых часов. Исключительно благоприятные особенности современных пружинных сталей с высоким пределом упругости и особой технологией производства привели к созданию так называемых S-пружин (названных так по их форме в развернутом состоянии), — которые имеют повышенный срок службы и более равномерную приводную силу.

Однострелочные пружинные часы XVI и XVII вв. первоначально заводились ключиком спереди через отверстие в циферблате, а позднее заводной четырехгранник вала пружинного барабана был выведен на заднюю сторону. В отдельных случаях, например у некоторых часов Бреге, четырехгранник находится в оси вала часовой стрелки.

Примерно около 1800 г. некоторые часовщики пытались создать часы с бесключевым заводом. Один из первых вариантов таких часов имел заводной механизм в шейке подвесного кольца карманных или подвесочных часов. Пружина заводилась несколькими нажиманиями и вытягиванием кольца.

Рис. 26. Корончатая заводка: а — зазодка, б — перевод стрелок

1 — коронка, 2 — муфтовое колесо, 3 — триб муфты, 4 — заводной вал, 5 — заводное колесо, 6 — храповое колесо, 7 — барабан пружины, 8 — установочный рычаг, 9 — муфтовый рычаг, 10 — колесо для управления стрелками, 11 — сменное колесо

Механизм завода с корончатой передачей, которую используют и теперь, запатентовал в 1820 г. англичанин Т. Прест. Его идею усовершенствовал в 1842 г. до нынешнего вида Адриен Филипп (рис. 26). Несколько позднее производством таких механизмов завода начала заниматься известная швейцарская фирма «Патек Филипп и компания». В английской часовой промышленности, консервативно придерживающейся стабилизатора приводной силы типа улитки, для которого такой механизм завода не подходил, не могли использовать этот способ.

Лишь в последние десятилетия XIX в. и в начале нашего века большинство английских часовых фирм тоже перешли на корончатый механизм завода с коронной передачей и передвижным рычажным механизмом для передвижения стрелок, управляемым небольшой кнопкой на боковой стороне футляра часов. Однако система Патека была самой простой: стрелки перемещались и пружина заводилась одной заводной головкой, которая перемещалась на две позиции. У старых часов стрелки передвигались вручную ключом, насаживаемым на четырехгранник минутного колеса или же рукой (у «роскопфок»). Вращение стрелок независимо от всего остального механизма часов было возможно благодаря наличию специально для этого приспособленной муфты.

Рис. 27. Автоматический заводной механизм: 1 — рабочее колесо, 2 — преобразователь, 3 — понижающая передача. 4 — ограничитель натяжения при заводке коронкой, 7 — пружина, 8 — барабан пружины, 9 — коронка

Механизм для автоподзавода часов, схема которого приведена на рис. 27, относится теперь к основному оснащению современных наручных часов. Его главные составные части: ротор, заводимый в обе стороны, в виде сегмента, отлитого из тяжелого металла, преобразователь вращения для изменения двухстороннего вращения ротора в однонаправленное движение заводки и передаточный механизм, увеличивающий малую силу заводки сегмента. Автоподзавод не являлся новинкой, его изобрел еще в XVIII в. швейцарец Перрелет, позднее усовершенствовал Бреге, а в 1780 г. на нее получил в Лондоне патент Рекордон. В период 1780-1800 гг. Бреге изготовил ряд карманных часов с автоподзаводом, у которых заводной элемент был не вращающимся сегментом, а имел сбалансированные рычаги. Швейцарский патент на автоматический заводной механизм получил в 1924 г. англичанин Джон Гарвуд, изготовивший одним из первых так называемые автоматические наручные часы. Главное значение этого решения заключается в сохранении сравнительно постоянной приводной силы пружины, если часы носят регулярно, а это обеспечивает повышенную точность их хода. Однако и то, что отпала ручная заводка, является большим удобством, которым нельзя пренебречь.

Зубчатые передачи механических часов всегда имели двойную задачу — подавать энергию осциллятору и подсчитывать его колебания. Сохранилось много конструктивных вариантов — от простой трехколесной системы с валами в одной плоскости (у балансирных часов) и обычным расположением и системы с центральной секундной стрелкой до сложных механизмов, указывающих дату и другие календарные и астрономические данные.

Рис. 28. Главная передача часов: а — с минутным колесом (1 — ведущее колесо, 2 — барабан пружины, 3 — минутное колесо, 4 — минутный триб, 5 — промежуточный триб, 6 — промежуточное колесо, 7 — секундный триб, 8 — секундное колесо, 9 — спусковой триб, 10 — спусковое колесо); б — без минутного колеса (1 — барабан пружины, 2 — ведущее колесо, 3 — сменное колесо, 4 — второе промежуточное колесо, 5 — второй промежуточный триб, 6 — первый промежуточный триб, 8 — триб спускового колеса)

На рис. 28а приведены два основных типа часовых зубчатых передач. Первый из них проще, и с ним мы встречаемся у дешевых часов с шварцвальдским, или штифтовым, спусковым механизмом. Для привода стрелочного механизма здесь служит специальное колесо на пружинном барабане. Несколько сложнее второй механизм (рис. 28б) с минутным колесом, от которого в этом случае выводится движение часовой стрелки. Еще более сложен механизм часов с центральной секундной стрелкой. Уже при беглом осмотре этих механизмов можно видеть, на какой срок хода с одной заводкой часов рассчитывал производитель этих часов. (На механизмах, приведенных на рис. 28, видно, что это механизмы с односуточным ходом.) Чтобы часы при одинаковой длине пружины шли дольше, необходимо увеличить общее передаточное отношение и поместить между ведущим колесом вала барабана пружины и трибом на валу минутного колеса еще одно или два дополнительных колеса с трибами.

Часовые зубчатые колеса сильно отличаются от эвольвентных зубчатых передач, используемых в машиностроении общего назначения, так как в часовом деле привилась циклоидная зубчатая передача. Производство зубчатых деталей относилось в ранний период часового производства к самым трудным ручным работам. После прорезания зазоров на окружности колеса оставляли ровные боковые стороны зубьев и слегка закругляли их головки. За небольшим исключением речь шла о производстве колес с торцовыми зубьями.

У крупных башенных часов обод с зубьями склепывался или наваривался на лучевидные плечи ступицы. Малые колесики с несколькими зубьями (как правило, меньше 15) — трибы — вырабатывались несколькими способами. Для средних и крупных часов это были главным образом трубчатые трибы, а трибы малых часов имели циклоидальную зубчатую передачу. Доводов в пользу циклоидальной зубчатой передачи было несколько. Вспомним, что у часовых передач всегда чередуется зацепление пары колес и триба. Поскольку трибы обычно имеют очень малое количество зубьев, то при зацеплении с большим зубчатым колесом с эвольвентными зубьями возникают большие колебания приводной силы. У циклоидальной зубчатой передачи условия передачи силы более благоприятны тогда, когда тщательно поддерживаются предписанные расстояния между осями зубчатых колес. Для дальнейшего улучшения зацепления полезна коррекция зубьев понижением их головок и упрощением их профильных кривых, что позволяет приблизиться к идеальному состоянию, при котором пара зубчатых колес переносит одинаково большую силу в начале и в конце своего зацепления. Следующим достоинством циклоидального зубчатого зацепления является большая простота изготовления его.

У башенных часов и у первых напольных, настенных и переносных часов зубчатые колеса были железными. Позднее стали использовать более выгодные качества бронзовых колес. Трибы всегда были стальными, причем в местах наибольшей нагрузки их закаливали. Поверхности зубьев, особенно у трибов, всегда полировали, чтобы понижать потери от трения. Наряду с трубчатыми трибами, у лучших малогабаритных часов делали фрезерованные трибы (зачастую из прутковых полуфабрикатов). Для больших колес трибы склепывали, а для меньших часов склепанный комплект обычно лишь насаживался на рифленую поверхность вала. Поскольку трибы всегда относились к самым напрягаемым деталям часов, то можно по степени их износа определить время, до которого данные часы были в ходу, и степень их эксплуатационной надежности.