Часовой механизм относится к внутренней работе либо механических устройств, называемых часами ( где его также называют механизмом ) , либо других механизмов, которые работают аналогичным образом, используя ряд шестерен , приводимых в движение пружиной или грузом. [1] [2] [3]
Часовой механизм часто приводится в действие часовым двигателем [4], состоящим из боевой пружины — спиральной торсионной пружины из металлической ленты. Энергия накапливается в ходовой пружине вручную путем ее заводки поворотом ключа, прикрепленного к храповому механизму , который закручивает ходовую пружину сильнее. Затем сила ходовой пружины поворачивает шестерни часового механизма до тех пор, пока запасенная энергия не будет израсходована. Прилагательные заводной и пружинный относятся к часовым механизмам с приводом от пружины, к которым относятся часы, кухонные таймеры , музыкальные шкатулки и заводные игрушки .
Самым ранним известным примером часового механизма является Антикиферский механизм , аналоговый компьютер первого века до нашей эры, напоминающий астролябию , для расчета астрономических положений и затмений , обнаруженный после кораблекрушения в Греции. Есть много других упоминаний о часовых механизмах в Древней Греции, даже в ее мифологии , а сам механизм достаточно сложен, чтобы указать на значительную историю меньших механизмов, приведших к его созданию. [5]
В какой-то момент этот уровень сложности в технологии часового механизма был утерян или забыт в Европе и вернулся только тогда, когда был привезен из исламского мира после крестовых походов вместе с другими знаниями, ведущими к эпохе Возрождения . Часовой механизм наконец восстановил эквивалент доримского технологического уровня 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 сконструировать трон с механическими животными, которые приветствовали его как царя, когда он взошел на него; садясь, орел возлагал ему на голову корону, а голубь приносил ему свиток Торы . Говорят также, что когда царь Соломон взошел на трон, механизм был приведен в движение. Как только он ступил на первую ступеньку, золотой бык и золотой лев протянули по одной ноге, чтобы поддержать его и помочь подняться на следующую ступень. С каждой стороны животные помогали королю подняться, пока он удобно не уселся на трон. [7]
В древнем Китае любопытное описание автоматизации можно найти в тексте Ли Цзы , написанном в III веке до нашей эры. В нем есть описание гораздо более ранней встречи между королем Чжоу Му (1023–957 до н. э.) и инженером-механиком, известным как Ян Ши, «ремесленником». Последний с гордостью подарил королю фигуру своей механической работы в форме человека в натуральную величину ( орфография Уэйда-Джайлса ):
Король в изумлении уставился на фигуру. Оно шло быстрыми шагами, двигая головой вверх и вниз, так что любой мог принять его за живого человека. Мастер коснулся его подбородка, и он начал петь совершенно в такт. Он коснулся его руки, и он начал позировать, сохраняя идеальный ритм... Когда представление подходило к концу, робот подмигнул глазом и заигрывал с присутствующими дамами, после чего король пришел в ярость и хотел, чтобы Йен Ши [Янь Ши] был казнен на месте, если бы последний в смертельном страхе не разобрал робота на куски, чтобы тот увидел, что же это такое на самом деле. И действительно, это оказалась всего лишь конструкция из кожи, дерева, клея и лака, окрашенная в разные цвета: белый, черный, красный и синий. Внимательно осмотрев его, царь нашел все внутренние органы целыми: печень, желчь, сердце, легкие, селезенку, почки, желудок и кишечник; и снова над ними мускулы, кости и конечности с их суставами, кожей, зубами и волосами, все они искусственные... Король попробовал эффект удаления сердца и обнаружил, что рот больше не может говорить; он отнял печень, и глаза уже не могли видеть; он отобрал почки, и ноги потеряли способность передвигаться. Король был в восторге. [8]
Другие известные примеры включают голубя Архита , упомянутого Авлом Геллием . [9] Подобные китайские рассказы о летающих автоматах написаны философом -мохистом Моцзы V века до нашей эры и его современником Лу Банем , которые создали искусственных деревянных птиц ( майюань ), которые могли успешно летать, согласно Хань Фэй Цзы и другим текстам. [10]
К 11 веку часовой механизм в Европе использовался как для часов, так и для отслеживания астрономических событий. Часы не очень точно показывали время по современным стандартам, но астрономические приборы тщательно использовались для предсказания положения планет и другого движения. Похоже, что та же временная шкала применима и к Европе, где к тому времени в часах использовались механические спусковые механизмы.
До 15 века часовой механизм приводился в движение водой, гирями или другими обходными, относительно примитивными средствами, но в 1430 году Филиппу Доброму , герцогу Бургундскому , были подарены часы, приводившиеся в движение пружиной. Это стало стандартной технологией наряду с движениями с использованием веса. В середине 16 века Христиан Гюйгенс взял идею 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 некоторый спусковой механизм (спусковой механизм) с регулируемой скоростью.
В коллекции Смитсоновского института есть заводной монах высотой около 15 дюймов (380 мм), возможно, датируемый 1560 годом. Монах приводится в движение пружиной с ключевым заводом и идет по квадратной дорожке, ударяя себя в грудь правую руку, поднимая и опуская небольшой деревянный крест и четки в левой руке, поворачивая и кивая головой, закатывая глаза и произнося тихие похороны. 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 оказывает механическое воздействие на механизм накопления энергии, такой как ходовая пружина , тем самым включая некоторую форму спуска ; в других случаях можно использовать силу рук. Типичным является использование колес, соединенных между собой фрикционными или зубчатыми колесами, для изменения направления движения или увеличения скорости или крутящего момента ; Многие часовые механизмы были сконструированы в первую очередь для того, чтобы служить видимым или неявным проявлением механической изобретательности в этой области. Иногда часы и механизмы времени используются для срабатывания взрывчатых веществ, таймеров, сигнализаций и многих других устройств.
Наиболее распространенными примерами являются механические часы и наручные часы. Другие варианты использования, большинство из которых, но не все, устаревшие, включают:
