Главная Статьи Почему часы тикают
 

Почему часы тикают

Мы продолжаем рассказ о том, как устроены и работают часы различных типов. Сегодня мы рассмотрим наручные механические часы.


Кинематическая схема наручных часов с боковой секундной стрелкой

С гирей по жизни?

      Рассказывая про маятниковые часы, мы обращали внимание на общий принцип их работы: в часах есть двигатель (гиря на цепи), который через систему зубчатых колес заставляет крутиться стрелки, и есть устройства (маятник и спуск), которые сдерживают их вращение, обеспечивая равномерных ход часов в течение длительного времени. Гиря непрерывно старается повернуть стрелки, но маятник и спуск только в некоторые моменты разрешают системе колес повернуться на небольшие, точно рассчитанные углы.
      Маятниковые часы можно сделать достаточно точными, с большим запасом хода, независящими от воздействия погоды, но их нельзя избавить от главного недостатка: их нельзя переносить, они работают, только будучи неподвижными. Чтобы сделать часы переносными, необходимо заменить маятник и гирю какими-то другими устройствами.
      Принцип работы наручных часов такой же, как и гиревых маятниковых: есть двигатель (пружина), который заставляет вращаться зубчатые колеса и стрелки, и есть устройство, которое регулирует скорость их вращения. Расскажем об этих устройствах подробнее.

Двигатель часов

Освобождение от цепей

      Чтобы стрелки часов двигались, нужна энергия.
      В наручных часах в качестве источника энергии используют скрученную пружину, которая и движет колеса и стрелки часов. Пружину, в отличие от гири, можно переносить, трясти, вращать и даже переворачивать, ее энергия при этом не меняется.
      Пружина в часах представляет собой ленту из стали или специального сплава, свернутую внутри металлического барабана На корпусе барабана нарезаны зубья, и он является одним из зубчатых колес механизма часов. Барабан надет на вал, относительно которого может свободно вращаться. Внутренний конец пружины зацеплен за крючок на валу, а внешний - тем или иным способом закреплен на внутренней стенке барабана.
      Общий вид двигателя наручных часов показан на рисунке 2, а детали - на рисунке 3.
      Если вращать вал при неподвижном барабане, пружина будет закручиваться. Если затем зафиксировать вал, пружина, раскручиваясь, будет стремиться вращать барабан.
      Это вращение передается на центральный триб, а через триб минутной стрелки, вексельное колесо и триб вексельного колеса - на часовое колесо, на втулке которого закреплена часовая стрелка. Число зубьев в этой колесной передаче подобрано так, что часовая стрелка вращается в 12 раз медленнее минутной.
      Система зубчатых колес, обеспечивающая нужное соотношение скоростей вращения минутной и часовой стрелок называется стрелочным механизмом.
      По опыту с детскими заводными машинками каждый знает, что если пружину завести и отпустить, она раскрутится почти моментально. Но от часов мы хотим получить равномерный и точный ход в течение продолжительного времени.

Детали двигателя

А вместо сердца...

      Для точного хода часов необходимо устройство, которое за равные промежутки времени будет разрешать барабану (и соответственно стрелкам) поворачиваться на строго определенный угол. Устройство, задающие эти промежутки времени, в часах называют регулятором. В настенных часах им обычно является маятник. В наручных и карманных часах регулятором является система баланс-спираль (рис.4).
      Баланс - это тяжелый круглый обод, маховик, закрепленный на оси с помощью нескольких спиц. Как и любой маховик, он обладает определенной инерцией. Винтами обод очень точно балансируют, добиваясь равномерного распределения массы по окружности. Отсюда и название - баланс.
      Спираль - это узкая полоска специальной пружинной стали, свернутая в форме спирали Архимеда. Из-за очень малой толщины ее иногда называют волоском. Внутренний конец спирали крепится на оси баланса, а внешний - к одной из деталей каркаса часового механизма.
      Если баланс повернуть в какую-либо сторону, то в спирали возникнет напряжение, которое тем сильнее, чем больше угол поворота. Если теперь отпустить баланс, он под действием упругой спирали повернется обратно, в положение равновесия. В этом положении напряжение спирали исчезнет, но баланс по инерции повернется дальше почти на такой же угол, на который он был отклонен, снова напрягая пружину. Если бы не было трения и других внешних воздействий, то эти колебания повторялись бы бесконечно. Более того, теоретически, частота колебаний системы баланс-спираль не зависит от амплитуды, т.е. максимального угла, на который был отклонен баланс. Про такую систему говорят, что она изохронна. Время, за которое баланс совершает полное колебание, зависит только от упругости спирали, диаметра и веса самого баланса.
      Таким образом, так же, как и маятник, система баланс-спираль совершает колебания с постоянной частотой. Следовательно, мы можем использовать ее для стабилизации скорости вращения колесной передачи. Предположим, за одну секунду баланс совершает три полных колебания. Если мы приспособим к балансу какое-либо устройство, которое за 180 колебаний будет передвигать минутную стрелку на одно деление, то в сумме со стрелочным механизмом мы получим часы.
      К сожалению, в реальной жизни возникает ряд проблем. Во-первых, из-за трения и других факторов баланс со временем остановится. Для поддержания колебаний необходимо периодически "подталкивать" баланс, передавая ему энергию.
      Вторая проблема - колебательные движения баланса необходимо как-то превратить во вращательное движение колес.
      Для решения этих проблем служит устройство, называющееся спуском, или ходом.

Регулятор баланс-спираль

Отпустите меня...

      Ход, или спуск - это часть механизма часов, у которой две задачи: превращение равномерных колебаний баланса во вращение со стабильной скоростью системы зубчатых колес, включая стрелочный механизм, и передача энергии от двигателя балансу для поддержания его колебаний.
Почему часы тикают       При помощи хода регулятор управляет вращением зубчатой передачи так, что за одно колебание баланса колеса поворачиваются на определенные малые углы.
      Известно множество конструкций спусковых механизмов, но в настоящее время почти все механические наручные часы снабжены спуском одного типа, называемого швейцарским свободным анкерным спуском.
      Характерной чертой этого спуска является наличие элемента, похожего на корабельный якорь, называемого анкерной вилкой (поз. 14 рис.1), которая расположена между балансом и последним из зубчатых колес.
      Детали и работа спуска изображены на рисунке 5. Анкерная вилка имеет два плеча, в которых закреплены рубиновые камни, называемые палетами, и раздвоенный хвост, концы которого называют рожками. Вилка насажена на ось, которая позволяет ей поворачиваться из стороны в сторону.
      В состав спуска входят также колесо с зубьями особой формы, называемое анкерным колесом, и импульсный ролик с импульсным камнем, находящиеся на оси баланса.
      Заводная пружина через зубчатую передачу постоянно стремится повернуть анкерное колесо против часовой стрелки. Но этому препятствует анкерная вилка. Большую часть времени одна из палет анкерной вилки "запирает" зуб анкерного колеса, не давая тому повернуться.
      Баланс большую часть времени двигается свободно и не имеет контакта с анкерной вилкой (рис. 5-1). Возвращаясь в своем колебании из мертвой точки, он бьет импульсным камнем по рожку и поворачивает анкерную вилку, этом палета, запиравшая зуб анкерного колеса, поднимается и освобождает зуб (рис. 5-2).
      Как только зуб оказывается свободным, анкерное колесо под влиянием заводной пружины начинает поворачиваться, и теперь уже зуб анкерного колеса "подталкивает" палету и поворачивает анкерную вилку. Рожок анкерной вилки догоняет импульсный камень и бьет по нему, сообщая балансу дополнительную энергию (рис. 5-3).
      Анкерное колесо поворачивается еще на некоторый угол, и теперь уже другой его зуб упирается в противоположную палету анкерной вилки (рис. 5-4). При обратном движении баланса все повторится снова, но с другой стороны вилки.
Почему часы тикают       За одно полное колебание баланса анкерная вилка разрешает анкерному колесу повернуться на один зуб. В момент, когда анкерное колесо поворачивается и ударяется зубом о палету анкерной вилки, мы слышим звуки "тик-так".
      Чем выше частота колебаний баланса, тем меньше на него влияют тряска и прочие внешние воздействия. В настоящее время в наручных часах используются балансы, совершающие колебание за 0,4 сек, 0,33 сек, а в особо точных - 0,2 сек.
      Частота колебаний баланса в несколько тысяч раз больше скорости вращения барабана. Чтобы согласовать скорости их движения, между барабаном и анкерным колесом помещают еще ряд колес и трибов, называемых основной колесной системой.
      Зубчатая передача от барабана к анкерному трибу увеличивает число оборотов, пропорционально снижая передаваемую мощность. Основную колесную систему обычно проектируют так, чтобы первый после барабана триб совершал оборот за 1 час, а его ось проходила через центр часов, поэтому он получил название "центральный триб" (поз. 7 рис. 1). На ось центрального триба устанавливают триб минутной стрелки с закрепленной на нем минутной стрелкой. Ось триба, совершающего один оборот за одну минуту, часто выводят на циферблат выше отметки "6 часов" и крепят к ней секундную стрелку.

Работа анкерного хода

Переведи часы назад...

      Как происходят перевод стрелок и завод пружины часов?
      В обычном, утопленном положении заводной головки (поз. 25 рис. 1, рис. 6А), кулачковая муфта, находящаяся на заводном валу, сцеплена с заводным трибом. Вращая головку, мы через заводной триб и заводное колесо вращаем барабанное колесо, закрепленное на валу барабана, и закручиваем пружину. Собачка не дает валу барабану вращаться в обратном направлении.
      Когда мы вытягиваем заводную головку (рис. 6Б), кулачковая муфта под действием рычагов передвигается по заводному валу, расцепляется с заводным трибом и входит в зацепление с переводным колесом.
      Триб минутной стрелки сделан так, что он держится на валу центрального триба фрикционно, т.е. с небольшим трением. Этого трения достаточно для того, чтобы при обычной работе часов он и закрепленная на нем минутная стрелка вращались вместе с центральным трибом. Но если приложить к трибу минутной стрелки небольшое усилие, то его можно повернуть относительно центрального вала. А часовое колесо с часовой стрелкой может свободно вращаться на втулке триба минутной стрелки.
      Вращая головку в вытянутом положении, мы через переводное колесо вращаем вексельное колесо, а с ним - минутную и часовую стрелки.

Работа механизма заводки и перевода стрелок (ремонтуара)





Часовой бизнес №4/2000


СМИ о нас
Пресса о нас
Мы в сети

Frederique Constant Heart Beat Manufacture FC-915 Впервые Heart Beat Manufacture показал и "оборотную сторону" - компания полностью открыла взорам механизм, мосты которого покрыты вручную гравировкой Cotes de Geneve.
Ника. Впереди новые вершины Новый год в деловой среде — это не только праздник, но и своего рода итоговая черта. И оттого, с каким багажом подойдет компания к этой черте, будут зависеть ее успехи в наступающем году.
6 шагов к покупке Элементарный процесс покупки на самом деле состоит из шести этапов. И на каждом из них поведение продавца должно быть безошибочным и разным.
Страсть к деталям Тому, кто видел в Базеле Masterpiece Double Retrograde и новинки компании Maurice Lacroix, больше никогда не придет в голову назвать этот успешный швейцарский брэнд лидером среди производителей часов так называемого среднего класса.
© 2007 «TimeWay»