stringtranslate.com

Механические часы

Механизм ручного завода российских часов.

Механические часы — это часы , в которых используется часовой механизм для измерения хода времени, в отличие от кварцевых часов , которые функционируют с использованием режимов вибрации пьезоэлектрического кварцевого камертона , или радиочасов , которые представляют собой кварцевые часы, синхронизированные с атомными часами через радиоволны . Механические часы приводятся в движение  ходовой пружиной , которую необходимо периодически заводить вручную или с помощью механизма с автоподзаводом . Его сила передается через ряд шестерен на балансовое колесо , утяжеленное колесо, которое колеблется вперед и назад с постоянной скоростью. Устройство, называемое спусковым механизмом , позволяет колесам часов двигаться вперед на небольшую величину при каждом повороте балансового колеса, перемещая стрелки часов вперед с постоянной скоростью. Спусковой механизм издает тикающий звук, который слышен при работе механических часов. Механические часы произошли в Европе в 17 веке из часов с пружинным приводом , появившихся в 15 веке.

Механические часы, как правило, не так точны, как кварцевые, [1] [2] [3] и со временем требуют периодической чистки, смазки и калибровки квалифицированным часовщиком. [3] С 1970-х и 1980-х годов, в результате кварцевого кризиса , кварцевые часы захватили большую часть часового рынка, а механические часы (особенно часы швейцарского производства ) теперь в основном продаются как предметы роскоши , покупаемые из-за их эстетики. и предметы роскоши, для оценки их тонкого мастерства [2] или в качестве символа статуса . [2]

Компоненты

Механические наручные часы в разобранном виде
Часы -хронограф с функцией секундомера.

Внутренний механизм часов, за исключением циферблата и стрелок, называется механизмом . Все механические часы состоят из следующих пяти частей:

Дополнительные функции часов помимо основных хронометрических традиционно называются усложнениями . Механические часы могут иметь следующие осложнения:

Механизм

Чертеж карманных часов в разрезе с маркировкой частей

Механические часы — это зрелая технология , и большинство обычных часовых механизмов состоят из одних и тех же деталей и работают одинаково. [9]

Ходовая пружина и ходовая работа

Как работают часы (познавательный фильм 1949 года)

Ходовая пружина , приводящая в движение часы, представляет собой спиральную ленту из пружинной стали и находится внутри цилиндрического цилиндра , причем внешний конец ходовой пружины прикреплен к барабану. Сила боевой пружины поворачивает ствол. Снаружи у барабана есть зубья, которые вращают центральное колесо один раз в час — у этого колеса есть вал, проходящий через циферблат. Со стороны циферблата пушечная шестерня прикреплена с помощью фрикционной посадки (что позволяет ей скользить при установке стрелок), а минутная стрелка прикреплена к пушечной шестерне. Шестерня пушки приводит в движение небольшую понижающую передачу с соотношением 12 к 1, называемую работой движения , которая поворачивает часовое колесо и стрелку один раз на каждые 12 оборотов минутной стрелки.

При одинаковой частоте колебаний продолжительность хода, время работы или запас хода механических часов в основном зависит от того, какой размер ходовой пружины используется, что, в свою очередь, является вопросом того, какая мощность необходима и сколько места доступен. Если механизм загрязнен или изношен, мощность может не эффективно передаваться от ходовой пружины к спусковому механизму. Сервис может помочь восстановить поврежденную среду выполнения. Большинство механических часовых механизмов имеют продолжительность хода от 36 до 72 часов. Некоторые механические часовые механизмы способны работать неделю. Точная продолжительность пробега механического движения рассчитывается по формуле [10] где – число зубьев барабана, – число лепестков центральной шестерни, – число оборотов ствола, – число оборотов вала. центральная шестерня — продолжительность пробега.

Колесный поезд

Центральное колесо приводит в движение шестерню третьего колеса, а третье колесо приводит в движение шестерню четвертого колеса. В часах с секундной стрелкой на вспомогательном секундном циферблате, обычно расположенном над отметкой «6 часов», четвертое колесо предназначено для вращения один раз в минуту, а секундная стрелка прикреплена непосредственно к оправке этого колеса.

Анимированный механизм часов. Для ясности на этой схеме шестерни часов расположены в линию, балансовое колесо находится слева, а стрелки на отдельных колесах, а не расположены концентрически, как в настоящих часах.
Механизм карманных часов с хронографом 1880-х годов.

Спусковой механизм

Четвертое колесо также приводит в движение спусковое колесо рычажного спуска . Зубья спускового колеса поочередно цепляются за два пальца, называемые поддонами, на рычагах рычага поддона , который качается вперед и назад. На другом конце рычага имеется вилка, которая входит в зацепление с вертикальным импульсным штифтом на валу балансового колеса . Каждый раз, когда балансовое колесо проходит через свое центральное положение, оно разблокирует рычаг, который освобождает один зуб спускового колеса, позволяя колесам часов продвигаться вперед на фиксированную величину, перемещая стрелки вперед. Когда спусковое колесо вращается, его зуб давит на рычаг, который кратковременно толкает балансовое колесо, заставляя его раскачиваться вперед и назад.

Балансовое колесо

Балансовое колесо позволяет отслеживать время часов. Он состоит из утяжеленного колеса, которое вращается вперед и назад и возвращается в центральное положение с помощью тонкой спиральной пружины, балансовой пружины или «волосковой пружины» . Колесо и пружина вместе составляют гармонический осциллятор . Масса балансового колеса в сочетании с жесткостью пружины позволяет точно контролировать период каждого качания или «биения» колеса. Период колебаний балансового колеса Т в секундах, время, необходимое для одного полного цикла (два удара), равен

где - момент инерции колеса в килограмм-метрах 2 и - жесткость ( постоянная пружины ) его балансовой пружины в ньютон-метрах на радиан. Балансовые колеса большинства часов колеблются со скоростью 5, 6, 8 или 10 ударов в секунду. Это соответствует 2,5, 3, 4 и 5 Гц соответственно, или 18 000, 21 600, 28 800 и 36 000 ударов в час (ДГПХ). В большинстве часов на балансовой пружине имеется рычаг -регулятор , который используется для регулировки хода часов. Он имеет два бордюрных штифта , которые охватывают последний виток пружины, удерживая часть позади штифтов неподвижно, поэтому положение бордюрных штифтов определяет длину пружины. Перемещение рычага регулятора перемещает штифты бордюра вверх или вниз по пружине, чтобы контролировать ее эффективную длину. Сдвинув штифты вверх по пружине, укорачивая ее длину, вы делаете ее жестче, увеличивая ее в приведенном выше уравнении, уменьшая период колеса, поэтому оно быстрее раскачивается вперед и назад, заставляя часы идти быстрее.

Бесключевая работа

Отдельный набор шестерен, называемый бесключевым механизмом , заводит ходовую пружину при вращении заводной головки , а когда заводная головка выдвигается на небольшое расстояние, позволяет повернуть стрелки для установки часов. Шток, прикрепленный к короне, имеет шестерню, называемую сцеплением или замковым колесом , с двумя кольцами зубьев, выступающими в осевом направлении на концах. Когда шток вставлен, внешние зубья поворачивают храповое колесо наверху цилиндра боевой пружины, которое поворачивает вал, к которому прикреплен внутренний конец боевой пружины, плотнее наматывая боевую пружину на вал. Подпружиненная собачка или щелчок прижимается к зубьям храпового механизма, не давая раскручиваться боевой пружине. Когда шток выдвигается, внутренние зубья замкового колеса входят в зацепление с шестерней, которая вращает минутное колесо. При повороте заводной головки фрикционная муфта шестерни пушки позволяет вращать стрелки.

Центральные секунды

Если секундная стрелка соосна минутной и часовой стрелкам, то есть она поворачивается в центре циферблата, такое расположение называется «центральными секундами» или «разверткой секунд», потому что секундная стрелка перемещается по минутной шкале. на циферблате.

Первоначально центральные секундные стрелки приводились в движение от третьего колеса, иногда через промежуточное колесо, причем зубчатая передача находилась снаружи верхней пластины. Этот метод управления секундной стрелкой называется непрямой центральной секундной стрелкой. Поскольку зубчатая передача находилась за пределами пластин, это увеличивало толщину механизма, а поскольку вращение третьего колеса должно было быть приспособлено для поворота секундной стрелки один раз в минуту, секундная стрелка совершала трепещущие движения. [11]

В 1948 году компания Zenith представила часы с модернизированной зубчатой ​​передачей, в которой четвертое колесо находилось в центре механизма и могло напрямую приводить в движение центральную секундную стрелку. Минутное колесо, которое раньше находилось в центре механизма, было смещено от центра и косвенно приводило в движение минутную стрелку. Любое колебание, вызванное непрямым зацеплением, скрыто относительно медленным движением минутной стрелки. Эта модернизация переместила все зубчатые колеса поезда между пластинами и позволила сделать движение более тонким. [12]

Часы-драгоценности

Ювелирный подшипник и замковый камень, используемые в шарнире балансового колеса
Обычный подшипник с дырочками

Ювелирные подшипники были изобретены и внедрены в часы Николя Фатио (или Фасио) де Дюйе , а также Пьером и Якобом Дебофром около 1702 года [13] [14] для уменьшения трения. Они не получили широкого распространения до середины 19 века. До 20 века их измельчали ​​из крошечных кусочков природных драгоценных камней. Часы часто имели драгоценные камни из граната , кварца или даже стекла; Только в часах высшего качества используется сапфир или рубин . [13] В 1902 году был изобретен процесс выращивания искусственных кристаллов сапфира, что сделало драгоценности намного дешевле. Все драгоценности в современных часах представляют собой синтетический сапфир или (обычно) рубин, изготовленный из корунда (Al 2 O 3 ), одного из самых твердых известных материалов. Единственная разница между сапфиром и рубином состоит в том, что для изменения цвета добавлены разные примеси; разницы в их свойствах как подшипника нет. [15] Преимущество использования драгоценных камней состоит в том, что их сверхтвердая гладкая поверхность имеет более низкий коэффициент трения с металлом. Статический коэффициент трения стали по стали составляет 0,58, а у сапфира по стали 0,10-0,15. [16]

Цели

Драгоценности в часах служат двум целям. [17] Во-первых, уменьшение трения может повысить точность. Трение в подшипниках колесной передачи и спусковом механизме вызывает небольшие изменения импульсов, прикладываемых к балансовому колесу , что приводит к изменениям в скорости отсчета времени. Низкое и предсказуемое трение поверхностей драгоценных камней уменьшает эти различия. Во-вторых, они могут увеличить срок службы подшипников. В недрагоценных подшипниках оси колес часов вращаются в отверстиях в пластинах, поддерживающих механизм. Боковая сила, приложенная ведущим механизмом, вызывает большее давление и трение на одной стороне отверстия. В некоторых колесах вращающийся вал может истирать отверстие до тех пор, пока оно не приобретет овальную форму, что в конечном итоге приводит к заклиниванию шестерни и остановке часов.

Типы

В спуске драгоценные камни используются для деталей, работающих за счет трения скольжения: [17]

В подшипниках используются два разных типа:

Где они используются

Количество драгоценных камней, используемых в часовых механизмах, увеличилось за последние 150 лет, поскольку ювелирные изделия стали дешевле, а часы стали более точными. Единственные подшипники, которые действительно нуждаются в украшении в часах, — это подшипники ходовой частизубчатой ​​передачи , которая передает усилие от барабана ходовой пружины к балансовому колесу , — поскольку только они постоянно находятся под действием ходовой пружины. [21] Колеса, которые вращают стрелки ( работа движения ) и календарные колеса не находятся под нагрузкой, тогда как те, которые заводят ходовую пружину ( работа без ключа ), используются очень редко, поэтому они не изнашиваются значительно. Трение оказывает наибольшее влияние на колеса, которые движутся быстрее всего, поэтому они получают наибольшую выгоду от драгоценных камней. Таким образом, первым механизмом, который стал украшением часов, были шарниры балансового колеса, за которыми последовал спусковой механизм . По мере того, как добавлялось больше подшипников с драгоценными камнями, они применялись к более медленно движущимся колесам, и драгоценные камни продвигались вверх по движущемуся поезду к бочке. В часах с 17 камнями все подшипники, от балансового колеса до опорных подшипников центрального колеса, украшены драгоценными камнями, поэтому они считались часами, «полностью украшенными драгоценными камнями». [18] В качественных часах, чтобы минимизировать ошибку позиционирования, к подшипникам рычага и спускового колеса были добавлены замковые камни, в результате чего получился 21 камень. Даже оправка заводной пружины иногда украшалась драгоценными камнями, всего их было 23. Когда в 1950-х годах были представлены часы с автоподзаводом, несколько колес в механизме автоматического завода были украшены драгоценными камнями, в результате чего количество часов увеличилось до 25–27.

«Драгоценная инфляция»

Сомнительно, действительно ли полезно в часах добавление камней помимо перечисленных выше. [22] Это не увеличивает точность, поскольку единственные колеса, которые влияют на балансовое колесо, — те, что находятся в движущемся поезде , — уже украшены драгоценными камнями. Морские хронометры , самые точные портативные часы, часто имеют всего 7 камней. Установка дополнительных ступичных подшипников также не увеличивает срок службы механизма; как упоминалось выше, большинство других колес не изнашиваются настолько, чтобы в них нуждаться.

Однако к началу 20-го века часовые механизмы были стандартизированы до такой степени, что между их механизмами не было большой разницы, не считая качества изготовления. Поэтому производители часов сделали количество драгоценных камней, один из немногих показателей, отличающих качественные часы, основным рекламным аргументом, указав его на видном месте на циферблате часов. Потребители, которым больше нечего было делать, научились приравнивать больше драгоценных камней к более высокому качеству часов. Хотя изначально это было хорошим показателем качества, это дало производителям стимул увеличивать количество драгоценностей.

Примерно в 1960-х годах это «увлечение драгоценностями» достигло новых высот, и производители начали производить часы с 41, 53, 75 или даже 100 камнями. [21] [22] Большинство этих дополнительных драгоценностей были совершенно нефункциональны; они никогда не контактировали с движущимися частями и были включены только для увеличения количества драгоценных камней. Например, часы Waltham 100 Jewel представляли собой обычный механизм с 17 камнями и 83 крошечными кусочками рубина, установленными вокруг ротора с автоподзаводом. [23]

В 1974 году Международная организация по стандартизации (ISO) в сотрудничестве со швейцарской организацией по стандартизации часовой промышленности Normes de l'Industrie Horlogère Suisse (NIHS) опубликовала стандарт ISO 1112, который запрещал производителям включать такие нефункциональные драгоценные камни в перечень драгоценных камней. рекламная и продающая литература. Это остановило использование совершенно нефункциональных драгоценностей. Однако некоторые эксперты говорят, что производители продолжают завышать количество камней в своих часах за счет «увеличения драгоценностей»; добавление функциональных подшипников с драгоценными камнями к колесам, которые на самом деле в них не нуждаются, используя лазейки в ISO 1112. [22] Приведенные примеры включают добавление замковых камней к подшипникам третьего и четвертого колес, украшение мелких подшипников колес и храповые собачки с автоматическим заводом . Вероятно, ни одно из этих дополнений не увеличивает точность или долговечность часов.

Мировое время

Некоторые прекрасные механические часы будут иметь функцию мирового времени , которая представляет собой безель города , а также часовой безель , который будет вращаться в соответствии с относительным часовым поясом города.

На безеле города обычно изображено 27 городов (соответствующих 24 основным часовым поясам), начиная с GMT/UTC :

История

Питера Генлайна часто называют изобретателем первых карманных часов , «Нюрнбергского яйца», в 1510 году, но это утверждение, по-видимому, является изобретением 19-го века и не встречается в более старых источниках. [24]

До кварцевой революции 1970-х годов все часы были механическими. Ранние часы были ужасно неточными; хороший может варьироваться до 15 минут в день. Современной точности (несколько секунд в день) не могли достичь ни одни часы до 1760 года, когда Джон Харрисон создал свои морские хронометры . Индустриализация процесса производства механизмов компанией Waltham Watch Company в 1854 году сделала возможной дополнительную точность; компания выиграла золотую медаль на выставке столетия в Филадельфии в 1876 году за качество производства. [25]

Механические часы приводятся в движение боевой пружиной . Современные механические часы требуют в среднем порядка 1 микроватта мощности [26]. Поскольку ходовая пружина обеспечивает неравномерный источник энергии (ее крутящий момент постоянно уменьшается по мере раскручивания пружины), часы с начала 16-го по начало 19-го века имели предохранитель с цепным приводом , который служил для регулирования крутящего момента боевой пружины на всем протяжении ее завода. К сожалению, предохранители были очень хрупкими, их было очень легко сломать и они были источником многих проблем, особенно неточности измерения времени, когда цепь предохранителей ослаблялась или теряла скорость из-за отсутствия технического обслуживания. [27]

Когда были созданы новые виды спусковых механизмов , которые служили для лучшей изоляции часов от источника времени, пружины баланса , часы можно было изготавливать без предохранителя и при этом сохранять точность. [28]

В 18 веке первоначальный верхний спусковой механизм , для которого требовался предохранитель, постепенно был заменен в лучших французских часах цилиндрическим спусковым механизмом , а в британских часах - с двойным спусковым механизмом . В 19 веке на смену им пришел рычажный спусковой механизм , который с тех пор используется почти исключительно. [29] Более дешевая версия рычага, штифтовый спусковой механизм , запатентованный в 1867 году Жоржем Фредериком Роскопфом, использовалась в недорогих часах до 1970-х годов.

Поскольку в 1970-х годах механические часы с ручным заводом стали менее популярными и менее популярными, дизайнеры часов и промышленники предложили автоматические часы . В то время как часы с механическим заводом необходимо заводить с помощью подвески или рычажной настройки, автоматические часы не нужно заводить с помощью подвески; простое вращение часов заводит часы автоматически. Внутри автоматических часов находится вращающаяся металлическая или латунная «пластина», которая поворачивается вокруг своей оси при горизонтальном встряхивании часов. [30]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хан, Эд; и другие. (Сообщество TimeZone) (04 октября 2003 г.). «Вопрос 1.5: Зачем мне покупать механические часы, если кварцевые часы намного дешевле и точнее?». Механические часы: часто задаваемые вопросы V1.0 . TimeZone.com . Проверено 20 февраля 2017 г.
  2. ^ abc Линч, Аннетт; Штраус, Митчелл (2007). Изменение моды: критическое введение в анализ тенденций и культурное значение. Берг. стр. 148–149. ISBN 978-1845203900.
  3. ^ аб Хейнс, Рейн (2010). Винтажные наручные часы. Публикации Краузе. п. 9. ISBN 978-1440214790.
  4. ^ Заводная пружина механического часового механизма с ручным заводом
  5. ^ Механические часы / Фотографии механизма часового механизма
  6. ^ Николет, JC (2008). «Что такое часы с вечным календарем?». Вопросы во времени . Архивировано из оригинала 18 декабря 2003 г. Проверено 7 июня 2008 г.
  7. Кателье, Мэтью (15 ноября 2020 г.). «Объяснение истории и функций современного турбийона». Форбс . Проверено 6 марта 2023 г.
  8. 10 января, Джек Форстер. «Эй, ХОДИНКИ!: Полная форма: турбийон - это «осложнение?»». Ходинки .{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  9. ^ Детали подробно показаны в книге Одетс, Уолт. «Иллюстрированный словарь деталей часов». Школа часового пояса . TimeZone.com . Проверено 5 июля 2008 г.
  10. ^ «Теория часового искусства», Шарль-Андре Реймонден и др., Швейцарская федерация технических колледжей, 1999, ISBN 2940025126 
  11. ^ ПОИСК ЦЕНТРАЛЬНЫХ СЕКУНД УОЛТА ОДЕТСА «Погоня за центральными секундами - Часть 1 - Часовой пояс». Архивировано из оригинала 14 сентября 2012 г. Проверено 4 января 2012 г.
  12. ^ ПОИСК ЦЕНТРАЛЬНЫХ СЕКУНД. Часть 2. УОЛТ ОДЕТС «Погоня за центральными секундами. Часть 2. Часовой пояс». Архивировано из оригинала 12 января 2012 г. Проверено 4 января 2012 г.
  13. ^ аб Милхэм, Уиллис И. (1945). Время и хронометристы . Нью-Йорк, США: Макмиллан. стр. 114–116.
  14. ^ «Драгоценность». Энциклопедия антиквариата . Старый и проданный антикварный рынок . Проверено 31 мая 2008 г.
  15. ^ Хан, Эд; и другие. (Сообщество TimeZone) (04 октября 2003 г.). «Вопрос 1.1.4: Почему используют синтетический рубин?». Механические часы: часто задаваемые вопросы V1.0 . TimeZone.com . Проверено 2 июля 2008 г.
  16. ^ Хан, Эд (31 января 2000 г.). «Коэффициенты трения различных часовых материалов». Классический форум ТЗ . TimeZone.com . Проверено 2 июля 2008 г.
  17. ^ аб Шлитт, Уэйн (2004). «Почему в часах есть драгоценности». Помощь . Сайт коллекционера часов Elgin . Проверено 2 июля 2008 г.
  18. ^ Аб Хан, Эд; и другие. (Сообщество TimeZone) (04 октября 2003 г.). «Вопрос 1.1.3: Что означают 17 драгоценностей?». Механические часы: часто задаваемые вопросы V1.0 . TimeZone.com . Проверено 2 июля 2008 г.
  19. ^ Милхэм, Уиллис И. (1945). Время и хронометристы . Нью-Йорк, США: Макмиллан. стр. 114–116. ISBN 0-7808-0008-7.
  20. ^ Что такое часы? Рекламный буклет. Иллинойс, США: The Elgin Watch Co., 1950 г. Архивировано из оригинала 28 декабря 2021 г. Проверено 2 июля 2008 г.на сайте коллекционера часов Элгина Уэйна Шлитта. Архивировано 19 августа 2010 г. на Wayback Machine , получено 2 июля 2008 г.
  21. ^ Аб Хан, Эд; и другие. (Сообщество TimeZone) (04 октября 2003 г.). «Вопрос 1.1.5: Чем больше драгоценностей, тем лучше?». Механические часы: часто задаваемые вопросы V1.0 . TimeZone.com . Проверено 2 июля 2008 г.
  22. ↑ abc Беркавичус, Боб (25 сентября 2002 г.). «83 драгоценности — это слишком много?». С верстака . TimeZone.com. Архивировано из оригинала 2 июля 2008 года . Проверено 2 июля 2008 г.
  23. ^ Фотографии можно увидеть в статье Беркавичюса.
  24. ^ стр. 121 и далее, История часа: часы и современные временные порядки , Герхард Дорн-ван Россум, University of Chicago Press, 1996, ISBN 0-226-15510-2
  25. ^ МакГлинси. «Первая выставка Америки: Столетняя выставка 1876 года». Выставка «Городские новости» . Проверено 8 октября 2023 г.
  26. Ян, Чжэнбао (18 апреля 2018 г.). «Высокопроизводительные пьезоэлектрические сборщики энергии и их применение». Джоуль . 2 (4): 642–697 . Проверено 8 октября 2023 г.
  27. ^ "На грани предохранителей" . Американский хронометрист . Проверено 8 октября 2023 г.
  28. ^ «История часового дела». Прекрасные часы Матеу . Проверено 8 октября 2023 г.
  29. ^ «Особый дуплекс». Голый часовщик . Проверено 8 октября 2023 г.
  30. ^ «Что такое разборка автоматического механизма часов - механизм даты с автоматическим заводом» . horologyzone.com . Проверено 11 января 2018 г.

Внешние ссылки