Подшипник с драгоценными камнями — это подшипник скольжения , в котором металлический шпиндель вращается в отверстии для поворота, облицованном драгоценными камнями . Отверстие обычно имеет форму тора и немного больше диаметра вала. Драгоценные камни обычно изготавливаются из минерального корунда , обычно синтетического сапфира или синтетического рубина . Подшипники с драгоценными камнями используются в точных приборах, где важны низкое трение, длительный срок службы и точность размеров. Их основное применение — в механических часах .
Ювелирные подшипники были изобретены в 1704 году для использования в часах Николя Фатио де Дюйе , Питером Дебофром и Якобом Дебофром, которые получили английский патент на эту идею. Первоначально использовались натуральные драгоценные камни, такие как алмаз , сапфир , рубин и гранат . В 1902 году Огюст Верней изобрел процесс получения синтетического сапфира и рубина (кристаллического оксида алюминия , также известного как корунд ) , что сделало ювелирные подшипники намного дешевле. Сегодня большинство ювелирных подшипников — это синтетические рубины или сапфиры.
Исторически сложилось так, что стержни для драгоценных камней изготавливались путем шлифования с использованием алмазного абразива. [1] Современные стержни для драгоценных камней часто изготавливаются с использованием мощных лазеров, химического травления и ультразвукового фрезерования .
Во время Второй мировой войны подшипники с драгоценными камнями были одним из видов продукции, на которую Управление военного производства правительства США наложило ограничения, поскольку они имели решающее значение для военных действий. [2]
Преимущества подшипников с драгоценными камнями включают высокую точность, очень малые размеры и вес, низкое и предсказуемое трение, хорошую температурную стабильность и способность работать без смазки и в коррозионных средах. Они известны своим низким кинетическим трением и очень постоянным статическим трением . [3] Статический коэффициент трения латуни по стали составляет 0,35, в то время как у сапфира по стали он составляет 0,10–0,15. [3] [4] Поверхности сапфира очень твердые и долговечные, с твердостью по Моосу 9 и твердостью по Кнупу 1800, [5] и могут сохранять гладкость в течение десятилетий использования, тем самым уменьшая изменчивость трения. [3] Недостатки включают хрупкость и недолговечность, ограниченную доступность и применимость в подшипниках средних и больших размеров и грузоподъемности, а также изменения трения, если нагрузка не осевая. Как и другие подшипники, большинство шарниров с драгоценными камнями используют масляную смазку для уменьшения трения. [6]
Подшипники с драгоценными камнями в основном используются в механических часах , где их низкое и предсказуемое трение улучшает точность часов, а также увеличивает срок службы подшипников. Производители традиционно указывают количество камней на циферблате или задней крышке часов в качестве рекламного материала. Типичные полностью драгоценные часы с индикацией времени имеют 17 камней: два колпачковых камня, два поворотных камня и импульсный камень для балансового колеса , два поворотных камня и два паллетных камня для паллетной вилки , и два поворотных камня для спускового, четвертого, третьего и центрального колес. В современных кварцевых часах хронометрист представляет собой кварцевый кристалл в электронной схеме, питающий небольшой шаговый двигатель . Из-за небольшого крутящего момента, необходимого для перемещения стрелок, на подшипники почти не оказывается давления и нет реального выигрыша от использования подшипника с драгоценными камнями, поэтому они не используются в большой части кварцевых механизмов.
Другое важное применение подшипников из драгоценных камней — в чувствительных механических измерительных приборах. Обычно они используются для деликатных связей, которые должны выдерживать очень малые силы, в таких приборах, как гальванометры , компасы , гироскопы , карданные подвесы , циферблатные индикаторы , циферблатные штангенциркули и турбинные расходомеры. В таких приборах подшипники из драгоценных камней часто используются в качестве шарниров для их игл, которые должны двигаться надежно и с низкой изменчивостью даже при измерении небольших изменений. Отверстия подшипников обычно меньше 1 мм и выдерживают нагрузки весом менее 1 грамма , хотя они изготавливаются размером до 10 мм и могут выдерживать нагрузки примерно до 500 г. [3] Их использование сократилось с популяризацией цифровых измерительных приборов.