Спусковой механизм с верге (или коронным колесом ) является самым ранним известным типом механического спуска , механизмом в механических часах , который контролирует свою скорость, позволяя зубчатой передаче двигаться с регулярными интервалами или «тиками». Спусковые механизмы с верге использовались с конца 13-го века до середины 19-го века в настенных и карманных часах . Название «верге» происходит от латинского слова virga , что означает палка или стержень. [1]
Его изобретение имеет важное значение в истории технологий , поскольку оно сделало возможным создание полностью механических часов. Это вызвало переход от измерения времени с помощью непрерывных процессов, таких как поток жидкости в водяных часах , к повторяющимся колебательным процессам, таким как качание маятников , которые могли быть более точными. [2] [3] Колеблющиеся хронометристы отсчитывают время для всех современных часов. [4] [2] [5] [6] [7]
Спусковой механизм с верге датируется 13-м веком в Европе, где его изобретение привело к разработке первых полностью механических часов. [3] [9] [10] Начиная с 13-го века, большие башенные часы были построены на европейских городских площадях, в соборах и монастырях. Они отсчитывали время, используя спусковой механизм с верге для приведения в действие фолиота , примитивного типа балансирного колеса . [11] Фолиот представлял собой горизонтальный стержень с грузами около его концов, прикрепленными к вертикальному стержню, называемому верге, который был подвешен для свободного вращения. Спусковой механизм с верге заставлял фолиот колебаться вперед и назад вокруг своей вертикальной оси. [12] Скорость хода часов можно было регулировать, перемещая грузы внутрь или наружу фолиота.
Веревочный спуск, вероятно, произошел от сигнального механизма, звонившего в колокол, который появился столетиями ранее. [13] [14] Было высказано предположение, что Виллар де Оннекур изобрел веревочный спуск в 1237 году, проиллюстрировав странный механизм, поворачивающий статую ангела, чтобы тот следовал за солнцем с помощью пальца, [15] [16] но консенсус заключается в том, что это не был спусковой механизм. [17] [18] [19] [20] [21] [22]
Считается, что где-то в конце 13 века механизм спуска был применен к башенным часам , создав первые механические часы спуска. [11] Несмотря на то, что эти часы были отмечены как предметы гражданской гордости, о которых писали в то время, возможно, никогда не будет известно, когда новый спуск был впервые использован. [13] Это связано с тем, что оказалось трудно отличить из скудной письменной документации, какие из этих ранних башенных часов были механическими, а какие — водяными ; одно и то же латинское слово, horologe , использовалось для обоих. [23] [11] Ни один из оригинальных механизмов не сохранился в неизменном виде. Источники расходятся во мнениях относительно того, какие часы были первыми «известными» как механические, в зависимости от того, какое рукописное свидетельство они считают убедительным. Одним из кандидатов являются часы монастыря Данстейбл в Бедфордшире , Англия, построенные в 1283 году, потому что, как говорят, они были установлены над экраном кровли , где было бы трудно пополнять воду, необходимую для водяных часов. [24] [11] Еще один пример — часы, построенные во дворце Висконти в Милане, Италия, в 1335 году. [25] Астроном Роберт Англикан писал в 1271 году, что часовщики пытались изобрести спусковой механизм, но пока безуспешно. [26] [11] Однако все согласны с тем, что механические часы уже существовали к концу 13 века. [3] [23] [27]
Самое раннее описание спускового механизма в рукописи Ричарда Уоллингфорда 1327 года Tractatus Horologii Astronomici о часах, которые он построил в аббатстве Сент-Олбанс , было не гранью, а разновидностью, называемой «строб» спускового механизма. [28] [29] Он состоял из пары спусковых колес на одной оси с чередующимися радиальными зубцами. [11] Стержень грани был подвешен между ними, с короткой перемычкой, которая вращалась сначала в одном направлении, а затем в другом, когда ступенчатые зубцы проталкивались мимо. Хотя никаких других примеров не известно, возможно, что эта конструкция предшествовала более обычному граню в часах. [28]
В течение первых двухсот лет существования механических часов единственным спусковым механизмом, использовавшимся в механических часах, был верж с фолиотом или балансирным колесом. В шестнадцатом веке начали появляться альтернативные спусковые механизмы, но верж оставался наиболее используемым спусковым механизмом в течение 350 лет, пока достижения механики в середине XVII века не привели к принятию маятника, а позднее и анкерного спуска. [30] Поскольку часы были ценными, после изобретения маятника многие вержевые часы были перестроены для использования этой более точной технологии измерения времени, поэтому очень немногие из ранних вержевых и фолиотных часов сохранились неизменными до наших дней.
Насколько точными были первые часы с верге и фолиотом, является спорным вопросом, упоминаются оценки погрешности в один-два часа в день [31] [13] [2] , хотя современные эксперименты с часами этой конструкции показывают, что точность в несколько минут в день была достижима при достаточной тщательности в проектировании и обслуживании. [32] [33] Ранние часы с верге, вероятно, были не точнее предыдущих водяных часов , [16] но они не требовали ручной подкачки воды для заполнения резервуара, не замерзали зимой и были более перспективной технологией для инноваций. К середине 17 века, когда маятник заменил фолиот, лучшие часы с верге и фолиотом достигли точности 15 минут в день.
Большая часть грубой неточности ранних часов Verge и foliot была связана не с самим спусковым механизмом, а с осциллятором foliot . Первое использование маятников в часах около 1656 года внезапно увеличило точность часов Verge с часов в день до минут в день. Большинство часов были перестроены с заменой foliot на маятники, [34] [35] до такой степени, что сегодня трудно найти оригинальные часы Verge и foliot в целости и сохранности. Аналогичное увеличение точности часов Verge последовало за введением пружины баланса в 1658 году.
Спусковой механизм состоит из колеса, имеющего форму короны, называемого спусковым колесом, с пилообразными зубьями, выступающими аксиально вперед, и с его осью, ориентированной горизонтально. [13] [36] Перед ним находится вертикальный стержень, грань, с двумя металлическими пластинами, паллетами, которые зацепляют зубья спускового колеса с противоположных сторон. Паллеты не параллельны, а ориентированы под углом между ними, так что только одна захватывает зубья за раз. К грани на ее вершине прикреплен инерционный осциллятор, балансовое колесо или в самых ранних часах фолиот , горизонтальная балка с грузами на обоих концах. Это хронометрист часов.
Когда шестерни часов вращают коронное колесо (см. анимацию) , один из его зубцов зацепляется за поддон, толкая его. [13] Это вращает грань и фолиот в одном направлении и вращает второй поддон в путь зубцов на противоположной стороне колеса, пока зуб не соскользнет с конца поддона, освободив его. Затем коронное колесо свободно вращается на короткое расстояние, пока зуб на противоположной стороне колеса не коснется второго поддона, толкая его. Это меняет направление стержня грани и фолиота, вращая грань обратно в другом направлении, пока этот зуб не протолкнется мимо второго поддона. Затем цикл повторяется. Результатом является изменение вращательного движения колеса на колебательное движение грани и фолиота. Таким образом, каждое колебание балансира позволяет пройти одному зубцу спускового колеса, продвигая колесную передачу часов на фиксированную величину, перемещая стрелки вперед с постоянной скоростью. Момент инерции фолиота или балансирного колеса контролирует скорость колебаний, определяя ход часов. Зуб анкерного колеса, толкая паллету при каждом качании, обеспечивает импульс, который восполняет энергию, потерянную фолиотом на трение, заставляя его колебаться вперед и назад.
В маятниковых часах с вертигом (см. рисунок) , которые появились после изобретения маятника в 1656 году, спуск был повернут на 90°, так что стержень вертиго был горизонтальным, а ось спускового колеса была вертикальной и располагалась под стержнем вертигом. В первых маятниковых часах маятник был прикреплен к концу стержня вертиго вместо балансира или фолиота. В более поздних маятниковых часах маятник был подвешен короткой прямой пружиной из металлической ленты к раме часов, а вертикальный рычаг, прикрепленный к концу стержня вертиго, заканчивался вилкой, которая охватывала стержень маятника; это позволяло избежать трения, возникающего при подвешивании маятника непосредственно к поворотному стержню вертиго. Каждое колебание маятника освобождало зуб спускового колеса.
Спусковое колесо должно иметь нечетное количество зубцов для функционирования спуска. [36] При четном количестве два противоположных зубца будут одновременно соприкасаться с поддонами, заклинивая спусковой механизм. Обычный угол между поддонами составлял от 90° до 105°, [13] [36] что приводило к колебанию фолиота или маятника примерно от 80° до 100°. Чтобы уменьшить колебание маятника и сделать его более изохронным , французы использовали большие углы наклона поддонов, свыше 115°. [36] Это уменьшало колебание маятника примерно до 50° и уменьшало отдачу (внизу), но требовало, чтобы край был расположен так близко к коронному колесу, чтобы зубцы попадали на поддоны очень близко к оси, уменьшая начальное плечо и увеличивая трение, таким образом требуя более легких маятников. [36] [37]
Как и следовало ожидать от его раннего изобретения, верге является самым неточным из широко используемых спусковых механизмов. Он страдает от следующих проблем:
Спусковые механизмы Verge использовались практически во всех часах и наручных часах в течение 400 лет. Затем повышение точности из-за введения маятника и балансировочной пружины в середине 17 века привлекло внимание к ошибке, вызванной спусковым механизмом. К 1820-м годам Verge был заменен лучшими спусковыми механизмами, хотя недорогие часы Verge продолжали производиться вплоть до 19 века.
В карманных часах , помимо его неточности, вертикальная ориентация коронного колеса и необходимость в громоздкой фузее делали механизм верже немодно толстым. Французские часовщики переняли более тонкий цилиндрический спуск , изобретенный в 1695 году. В Англии часы высокого класса перешли на дуплексный спуск , разработанный в 1782 году, но относительно недорогие часы верже с фузеей продолжали производиться до середины 19 века, когда на смену пришел рычажный спуск . [38] [39] Эти более поздние часы верже в разговорной речи называли «репами» из-за их громоздкой конструкции.
Верге использовался в маятниковых часах недолгое время , прежде чем его заменил анкерный спусковой механизм , изобретенный около 1660 года, вероятно, Робертом Гуком , и широко используемый с 1680 года. [40] Проблема с верге заключалась в том, что он требовал, чтобы маятник качался по широкой дуге от 80° до 100°. Христиан Гюйгенс в 1674 году показал, что маятник, качающийся по широкой дуге, является неточным хронометристом, потому что период его качания чувствителен к небольшим изменениям движущей силы, обеспечиваемой часовым механизмом. [40]
Хотя верж не славится точностью, он способен на это. Первые успешные морские хронометры , H4 и H5 , изготовленные Джоном Харрисоном в 1759 и 1770 годах, использовали спусковые механизмы верж с алмазными поддонами., [13] [38] [41] В испытаниях они показали точность в пределах одной пятой секунды в день. [42]
Сегодня verge можно увидеть только в старинных часах или копиях старинных часов. Многие оригинальные настольные часы имеют анкерные спусковые механизмы викторианской эпохи, которые были демонтированы, и оригинальный стиль спускового механизма verge восстановлен. Часовщики называют это реконструкцией verge .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )спусковой механизм.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )