Часовой механизм относится к внутреннему устройству механических устройств, называемых часами ( где он также называется движением ), или других механизмов, которые работают аналогичным образом, используя ряд шестерёнок, приводимых в движение пружиной или грузом. [1] [2] [ 3]
Часовой механизм часто приводится в действие заводным двигателем [4], состоящим из главной пружины , спиральной торсионной пружины из металлической ленты. Энергия хранится в главной пружине вручную, путем ее завода , поворачивая ключ, прикрепленный к храповому механизму , который закручивает главную пружину сильнее. Затем сила главной пружины вращает часовые шестерни, пока накопленная энергия не будет израсходована. Прилагательные заводной и пружинный относятся к часовым устройствам с главным пружинным приводом, к которым относятся часы, кухонные таймеры , музыкальные шкатулки и заводные игрушки .
Самый ранний известный пример часового механизма — Антикитерский механизм , аналоговый компьютер с зубчатой передачей первого века до нашей эры, несколько похожий на астролябию , для расчета астрономических положений и затмений , найденный на месте кораблекрушения в Греции. Существует много других сообщений о часовых механизмах в Древней Греции, даже в ее мифологии , и сам механизм достаточно сложен, чтобы указывать на значительную историю меньших устройств, предшествовавших его созданию. [5]
В какой-то момент этот уровень сложности в технологии часовых механизмов был утерян или забыт в Европе, и вернулся только когда был привезен из исламского мира после крестовых походов , вместе с другими знаниями, ведущими к эпохе Возрождения . Часовые механизмы наконец восстановили эквивалент доримских технологических уровней в 14 веке. [6]
Как и в греческой мифологии , в легендах других культур есть амбициозные заявления об автоматизации. Например, в еврейской легенде Соломон использовал свою мудрость, чтобы спроектировать трон с механическими животными, которые приветствовали его как царя, когда он взошел на него; когда он садился, орел возлагал корону на его голову, а голубь приносил ему свиток Торы . Также говорится, что когда царь Соломон ступал на трон, механизм был приведен в действие. Как только он ступил на первую ступеньку, золотой бык и золотой лев каждый протянули одну ногу, чтобы поддержать его и помочь ему подняться на следующую ступеньку. С каждой стороны животные помогали царю подняться, пока он не оказался удобно усаженным на своем троне. [7]
В древнем Китае любопытный рассказ об автоматизации можно найти в тексте «Ли Цзы» , написанном в 3 веке до нашей эры. В нем есть описание гораздо более ранней встречи между королем Му из Чжоу (1023-957 до нашей эры) и инженером-механиком, известным как Янь Ши, «ремесленником». Последний с гордостью подарил королю фигуру в натуральную величину, имеющую форму человека, своего механического творения ( орфография Уэйда-Джайлса ):
Король в изумлении уставился на фигуру. Она шла быстрыми шагами, двигая головой вверх и вниз, так что любой мог бы принять ее за живое человеческое существо. Мастер коснулся ее подбородка, и она начала петь, идеально подстраиваясь под ритм. Он коснулся ее руки, и она начала позировать, сохраняя идеальный такт... Когда представление подходило к концу, робот подмигнул и сделал авансы присутствовавшим дамам, после чего король пришел в ярость и приказал бы казнить Йен Ши [Ян Ши] на месте, если бы последняя, в смертельном страхе, немедленно не разобрала робота на части, чтобы показать ему, что это на самом деле. И, действительно, это оказалось всего лишь сооружение из кожи, дерева, клея и лака, разноцветно окрашенное в белый, черный, красный и синий цвета. Внимательно осмотрев его, король обнаружил, что все внутренние органы целы — печень, желчный пузырь, сердце, легкие, селезенка, почки, желудок и кишечник; и поверх них снова мускулы, кости и конечности с их суставами, кожа, зубы и волосы, все они искусственные... Король попробовал эффект удаления сердца и обнаружил, что рот больше не может говорить; он удалил печень, и глаза больше не могут видеть; он удалил почки, и ноги потеряли способность двигаться. Король был в восторге. [8]
Другие известные примеры включают голубя Архита , упомянутого Авлом Геллием . [9] Похожие китайские рассказы о летающих автоматах написаны о философе- моисте Моцзы V века до н. э. и его современнике Лу Бане , которые делали искусственных деревянных птиц ( ма юань ), которые могли успешно летать, согласно Хань Фэй Цзы и другим текстам. [10]
К XI веку часовой механизм использовался как для часов, так и для отслеживания астрономических событий в Европе. Часы не показывали время очень точно по современным стандартам, но астрономические приборы тщательно использовались для предсказания положения планет и других движений. Та же временная шкала, по-видимому, применима и в Европе, где к тому времени в часах использовались механические спусковые механизмы.
До 15 века часовой механизм приводился в движение водой, грузами или другими обходными, относительно примитивными способами, но в 1430 году Филиппу Доброму , герцогу Бургундскому , были представлены часы, которые приводились в движение пружиной. Это стало стандартной технологией наряду с механизмами, приводимыми в движение грузом. В середине 16 века Христиан Гюйгенс взял идею у Галилео Галилея и развил ее в первый современный маятниковый механизм. Однако, в то время как пружина или груз обеспечивали движущую силу, маятник просто контролировал скорость высвобождения этой силы через некий спусковой механизм (спусковой механизм) с регулируемой скоростью.
В коллекции Смитсоновского института есть часовой монах высотой около 15 дюймов (380 мм), возможно, датируемый 1560 годом. Монах приводится в движение пружиной с ключом и ходит по квадратной траектории, ударяя себя в грудь правой рукой, одновременно поднимая и опуская небольшой деревянный крест и четки в левой руке, поворачивая и кивая головой, закатывая глаза и безмолвно произнося погребальные молитвы. Время от времени он подносит крест к губам и целует его. Считается, что монах был изготовлен Хуанело Турриано , механиком императора Священной Римской империи Карла V. [ 11]
Часто энергия для устройства хранится внутри него, через заводное устройство, которое прикладывает механическое напряжение к механизму хранения энергии, такому как главная пружина , таким образом, включая некоторую форму спуска ; в других случаях может использоваться ручная сила. Использование колес, связанных трением или зубьями шестерен , для перенаправления движения или увеличения скорости или крутящего момента , является типичным; многие часовые механизмы были сконструированы в первую очередь для того, чтобы служить видимыми или неявными tours de force механической изобретательности в этой области. Иногда часы и механизмы времени используются для приведения в действие взрывчатых веществ, таймеров, будильников и многих других устройств.
Наиболее распространенными примерами являются механические часы и наручные часы. Другие применения, большинство из которых, но не все, устарели, включают:
