Краевой спусковой механизм ( или коронное колесо ) — это самый ранний известный тип механического спуска , механизм в механических часах , который контролирует их скорость, позволяя зубчатой передаче продвигаться вперед через регулярные промежутки времени или «тикать». Спусковые механизмы Verge использовались с конца 13 века до середины 19 века в часах и карманных часах . Название Verge происходит от латинского virga , что означает палка или жезл. [1]
Его изобретение имеет важное значение в истории техники , поскольку оно сделало возможным создание полностью механических часов. Это вызвало переход от измерения времени с помощью непрерывных процессов, таких как течение жидкости в водяных часах , к повторяющимся колебательным процессам, таким как качание маятников , которые потенциально могли быть более точными. [2] [3] В большинстве современных часов используются колебательные хронометры. [2] [4] [5]
Верхний спусковой механизм датируется Европой 13-го века, где его изобретение привело к разработке первых полностью механических часов. [3] [7] [8] Начиная с 13 века, большие башенные часы строились на европейских городских площадях, в соборах и монастырях. Они следили за временем, используя крайний спусковой механизм для приведения в движение фолиота , примитивного типа балансового колеса . [9] Фолиот представлял собой горизонтальную перекладину с грузами на концах, прикрепленными к вертикальной перекладине, называемой гранью, которая подвешивалась свободно и могла вращаться. Краевой спуск заставлял фолиот колебаться вперед и назад вокруг своей вертикальной оси. [10] Скорость часов можно было регулировать, перемещая гири внутрь или наружу по листу.
Верхний спусковой механизм, вероятно, произошел от сигнального механизма для звонка в колокол, который появился столетия назад. [11] [12] Было предположение, что Виллар де Оннекур изобрел крайний спусковой механизм в 1237 году с иллюстрацией странного механизма, позволяющего поворачивать статую ангела так, чтобы он следовал за солнцем с помощью пальца, [13] [14] , но консенсус таков: что это был не побег. [15] [16] [17] [18] [19] [20]
Считается, что где-то в конце 13 века механизм спускового механизма был применен к башенным часам , создав первые механические часы со спусковым механизмом. [9] Несмотря на то, что эти часы были прославленными объектами гражданской гордости, о которых писали в то время, возможно, никогда не будет известно, когда впервые был использован новый спусковой механизм. [11] Это потому, что оказалось трудно отличить по скудной письменной документации, какие из этих ранних башенных часов были механическими, а какие водяными ; для обоих использовалось одно и то же латинское слово horologie . [21] [9] Ни один из первоначальных механизмов не сохранился в неизменном виде. Источники расходятся во мнениях о том, какие часы были первыми механическими, в зависимости от того, какие рукописные свидетельства они считают убедительными. Одним из кандидатов являются часы монастыря Данстейбл в Бедфордшире , Англия, построенные в 1283 году, поскольку источники говорят, что они были установлены над перегородкой на крыше , где было бы трудно пополнить запас воды, необходимой для водяных часов. [22] [9] Еще одним примером являются часы, построенные во дворце Висконти в Милане, Италия, в 1335 году. [23] Астроном Робертус Английский писал в 1271 году, что часовщики пытались изобрести спусковой механизм, но пока не добились успеха. . [24] [9] Однако существует мнение, что механические часы существовали к концу 13 века. [3] [21] [25]
Самое раннее описание спуска в рукописи Ричарда Уоллингфорда « Tractatus Horologii Astronomici» 1327 года на часах, которые он построил в аббатстве Сент-Олбанс , было не гранью, а разновидностью, называемой «стробовым» спусковым механизмом. [26] [27] Он состоял из пары спусковых колес на одной оси с чередующимися радиальными зубьями. [9] Между ними был подвешен крайний стержень с короткой крестовиной, которая вращалась сначала в одном направлении, а затем в другом, когда смещенные зубцы проталкивались мимо. Хотя другой пример неизвестен, вполне возможно, что эта конструкция предшествовала более обычной грани в часах. [26]
В течение первых двухсот лет существования механических часов грань с фолиотом или балансовым колесом была единственным спусковым механизмом, использовавшимся в механических часах. В шестнадцатом веке начали появляться альтернативные спусковые механизмы, но край оставался наиболее используемым спусковым механизмом в течение 350 лет, пока достижения механики середины 17 века не привели к внедрению маятникового, а затем и якорного спускового механизма.[28] Поскольку часы были ценными, после изобретения маятника многие граничные часы были перестроены, чтобы использовать эту более точную технологию хронометража, поэтому очень немногие из ранних граничных и фолиотных часов сохранились в неизмененном виде до наших дней.
Насколько точны были первые граничные и фолиотные часы, является дискуссионным, при этом упоминаются оценки погрешности в один-два часа в день [29] [11] [2] , хотя современные эксперименты с часами этой конструкции показывают, что точность в несколько минут в день была достижима. с достаточной тщательностью в проектировании и обслуживании. [30] [31] Ранние краевые часы, вероятно, были не более точными, чем предыдущие водяные часы , [14] но они не требовали ручной транспортировки воды для заполнения резервуара, не замерзали зимой и были более многообещающей технологией. для инноваций. К середине 17 века, когда маятник заменил фолиот, лучшие часы на гранях и фолио достигли точности 15 минут в день.
Большая часть грубой неточности первых фронтальных и фолиотных часов была связана не с самим спусковым механизмом, а с фолиотным осциллятором. Первое использование маятников в часах около 1656 года внезапно увеличило точность граничных часов с часов в день до минут в день. Большинство часов были перестроены, а их листы заменены маятниками, [32] [33] до такой степени, что сегодня трудно найти неповрежденные оригинальные часы с краями и листами. Аналогичное увеличение точности часов Verge последовало за появлением балансовой пружины в 1658 году.
Верхний спусковой механизм состоит из колеса в форме короны, называемого спусковым колесом, с пилообразными зубьями, выступающими в осевом направлении вперед, а его ось ориентирована горизонтально. [11] [34] Перед ним находится вертикальный стержень, край, с двумя металлическими пластинами, поддонами, которые входят в зацепление с зубьями спускового колеса на противоположных сторонах. Поддоны не параллельны, а ориентированы под углом между ними, поэтому одновременно захватывает зубья только один из них. К грани наверху прикреплен инерционный генератор, балансовое колесо или, в самых ранних часах, фолиот , горизонтальная балка с гирями на обоих концах. Это хронометрист часов.
Когда шестерни часов вращают коронное колесо (см. анимацию) , один из его зубцов цепляется за поддон, толкая его. [11] При этом грань и лист вращаются в одном направлении, а второй поддон поворачивается на траекторию зубьев на противоположной стороне колеса до тех пор, пока зуб не соскользнет с конца поддона, освобождая его. Затем коронное колесо свободно вращается на небольшое расстояние, пока зуб на противоположной стороне колеса не коснется второго поддона, нажимая на него. Это меняет направление стержня и листа края, поворачивая край назад в другом направлении, пока этот зуб не пройдет мимо второго поддона. Затем цикл повторяется. В результате вращательное движение колеса меняется на колебательное движение грани и листа. Таким образом, каждое колебание балансового колеса позволяет пройти одному зубцу анкерного колеса, продвигая колесную систему часов на фиксированную величину, перемещая стрелки вперед с постоянной скоростью. Момент инерции фолиота или балансового колеса управляет скоростью колебаний, определяя ход часов. Зуб спускового колеса, прижимаясь к поддону при каждом повороте, создает импульс, который заменяет энергию, потерянную листом на трение, заставляя его колебаться вперед и назад.
В часах с граничным маятником (см. рисунок) , появившихся после изобретения маятника в 1656 году, спусковой механизм был повернут на 90 °, так что стержень вертикали был горизонтальным, а ось спускового колеса была вертикальной и располагалась под стержнем вертикали. В первых маятниковых часах маятник прикреплялся к концу стержня вместо балансового колеса или листа. В более поздних маятниковых часах маятник подвешивался на короткой прямой пружине из металлической ленты на корпусе часов, а вертикальный рычаг, прикрепленный к концу стержня края, заканчивался вилкой, охватывающей стержень маятника; это позволило избежать трения, возникающего при подвешивании маятника непосредственно на поворотном стержне края. Каждое колебание маятника освобождало зуб спускового колеса.
Чтобы спусковой механизм функционировал, спусковое колесо должно иметь нечетное количество зубьев. [34] При четном числе два противоположных зубца одновременно соприкасаются с поддонами, блокируя спусковой механизм. Обычный угол между поддонами составлял от 90° до 105°, [11] [34] , что приводило к повороту листа или маятника примерно от 80° до 100°. Чтобы уменьшить раскачивание маятника и сделать его более изохронным , французы использовали больший угол наклона поддона, превышающий 115°. [34] Это уменьшило поворот маятника примерно до 50 ° и уменьшило отдачу (ниже), но требовало, чтобы грань была расположена так близко к коронному колесу, чтобы зубья падали на поддоны очень близко к оси, уменьшая начальное рычаги и увеличивая трение. поэтому требуются более легкие маятники. [34] [35]
Как и следовало ожидать, учитывая его раннее изобретение, спусковой механизм является самым неточным из широко используемых спусковых механизмов. Он страдает от следующих проблем:
Спусковые механизмы Verge использовались практически во всех часах на протяжении 400 лет. Затем повышение точности благодаря внедрению маятника и балансовой пружины в середине 17 века привлекло внимание к ошибке, вызванной спусковым механизмом. К 1820-м годам на смену граням пришли более качественные спусковые механизмы, хотя недорогие часы грани продолжали производиться на протяжении всего 19 века.
В карманных часах , помимо неточности, вертикальная ориентация заводного колеса и необходимость в громоздком фузее делали грани механизма немодно толстыми. Французские часовщики приняли на вооружение более тонкий цилиндрический спусковой механизм , изобретенный в 1695 году. В Англии часы высокого класса использовали дуплексный спусковой механизм , разработанный в 1782 году, но относительно недорогие часы Verge Fusee продолжали производиться до середины 19 века, когда на смену пришел рычажный спусковой механизм. . [36] [37] Эти более поздние часы Verge в просторечии назывались «репами» из-за их громоздкой конструкции.
Грань использовалась в маятниковых часах лишь недолго , прежде чем она была заменена анкерным спусковым механизмом , изобретенным около 1660 года, вероятно, Робертом Гуком , и широко используемым, начиная с 1680 года . широкая дуга от 80° до 100°. Христиан Гюйгенс в 1674 году показал, что маятник, раскачивающийся по широкой дуге, является неточным хронометристом, поскольку период его качания чувствителен к небольшим изменениям движущей силы, обеспечиваемой часовым механизмом. [38]
Хоть грани и не славится точностью, но она на это способна. В первых успешных морских хронометрах , H4 и H5 , изготовленных Джоном Харрисоном в 1759 и 1770 годах , использовались спусковые механизмы с алмазными поддонами . . [40]
Сегодня грани можно увидеть только в старинных часах или их копиях. На многих оригинальных часах с кронштейнами были отменены преобразования анкерного спуска викторианской эпохи и восстановлен первоначальный стиль спускового механизма. Часовщики называют это реконверсией грани .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )крайний спуск.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )