Механические часы - Mechanical watch

Ручной намотки движения русского часов

Механические часы это часы , которые используют часовой механизм для измерения времени прохождения, в отличии от кварцевых часов , которые функционируют в электронном виде через небольшую батарею , или радио - часы , которые являются кварцевыми часами , синхронизированных с атомными часами с помощью радиоволн . Механические часы приводятся в движение  заводной пружиной, которую необходимо периодически заводить вручную или с помощью механизма с автоподзаводом . Его сила передается через серию шестерен, приводя в движение балансир , взвешенное колесо, которое колеблется вперед и назад с постоянной скоростью. Устройство, называемое спусковым механизмом, освобождает колеса часов, чтобы немного двигаться вперед при каждом качании колеса баланса, перемещая стрелки часов вперед с постоянной скоростью. Спуск - это то, что издает тикающий звук, который слышен в работающих механических часах. Механические часы возникли в Европе в 17 веке из часов с пружинным приводом , появившихся в 15 веке.

Механические часы обычно не так точны, как кварцевые, и требуют периодической очистки и калибровки квалифицированным часовщиком. С 1970-х годов кварцевые часы захватили большую часть часового рынка, и теперь механические часы в основном являются продуктом высокого класса, приобретаемым из-за их эстетических и роскошных ценностей, для признания их высокого мастерства или в качестве символа статуса .

Компоненты

Механические наручные часы в разобранном виде
Так называемые « тайные часы » c. 1890 г., он оснащен цилиндровым спуском.

Внутренний механизм часов, исключая циферблат и стрелки, называется механизмом . Все механические часы состоят из пяти частей:

  • Движущая сила , которая сохраняет механическую энергию для питания часов.
  • Зубчатая передача , называется колесо поезда , который имеет двойную функцию передачи усилия пружины к балансиру и суммированию колебания балансового колеса , чтобы получить единица секунд , минут и часов . Отдельная часть зубчатой ​​передачи, называемая работой без ключа , позволяет пользователю заводить боевую пружину и позволяет перемещать стрелки для установки времени.
  • Колесо баланса , который колеблется взад и вперед. Каждый поворот балансового колеса занимает одинаковое количество времени. Это элемент хронометража в часах.
  • Анкерный механизм, который имеет двойную функцию поддержания баланса колесо вибрирует, давая ему толчок с каждым ходом, и позволяя шестерни Сторожевой к заранее или «убежать» на заданную величину при каждом колебании. Периодическая остановка зубчатой ​​передачи спусковым механизмом вызывает «тиканье» механических часов.
  • Циферблат с индикатором, обычно традиционный циферблат с вращающимися стрелками, для отображения времени в удобочитаемой форме.

Дополнительные функции на часах, помимо основных функций хронометража, традиционно называют усложнениями . Механические часы могут иметь следующие осложнения:

  • Автоматический завод или автоподзавод - для того, чтобы исключить необходимость заводить часы, это устройство заводит главную пружину часов автоматически, используя естественные движения запястья, с помощью вращающегося механизма.
  • Календарь - отображает дату, а часто и день недели, месяц и год. Простые часы с календарем не учитывают разную длину месяцев, требуя от пользователя сбрасывать дату 5 раз в год, но часы с вечным календарем учитывают это и даже високосные годы. Ежегодный календарь не делает корректировку високосного года, и лечит февраля в 30-дневный месяц, так что дата должна быть сброшена на 1 марта каждый год , когда он неправильно говорит , что 29 февраля или 30.
  • Будильник - звонок или зуммер, которые можно настроить на срабатывание в определенное время.
  • Хронограф - часы с дополнительнымифункциями секундомера . Кнопки на корпусе запускают и останавливают секундную стрелку и сбрасывают ее на ноль, и обычно несколько дополнительных циферблатов отображают прошедшее время в более крупных единицах.
  • Функция взлома - встречается на военных часах, это механизм, останавливающий секундную стрелку во время настройки часов. Это позволяет синхронизировать часы с точностью до секунды. Сейчас это очень распространенная функция на многих часах.
  • Циферблат фаз Луны - показывает фазы Луны с изображением лица Луны на вращающемся диске.
  • Индикатор ветра или индикатор запаса хода - чаще всего встречается на автоматических часах, дополнительный циферблат, показывающий, сколько энергии осталось в заводной пружине, обычно в часах, оставшихся до работы.
  • Ретранслятор - часы, которые отбивают часы при нажатии кнопки. Это редкое усложнение изначально использовалось перед искусственным освещением, чтобы проверить, сколько времени было в темноте. Эти сложные механизмы теперь можно найти только в качестве новинки в чрезвычайно дорогих роскошных часах.
  • Турбийон - эта дорогостоящая функция изначально была разработана для повышения точности часов, но теперь это просто демонстрация виртуозности часового искусства. В обычных часах балансир колеблется с разной скоростью из-за гравитационного смещения, когда часы находятся в разных положениях, что приводит к неточности. В турбийоне балансовое колесо установлено во вращающейся обойме, так что оно одинаково воспринимает все положения. Механизм обычно выставлен на лицо, чтобы показать это.

Механизм

Механические часы - это зрелая технология , и большинство обычных часовых механизмов имеют одинаковые детали и работают одинаково.

Чертеж карманных часов в разрезе с обозначенными деталями

Боевая пружина и работа движения

Движущая сила , что полномочия часов, спиральная лента из пружинной стали, внутри цилиндрического ствола , с наружным концом пружины , прикрепленной к бочке. Сила боевой пружины поворачивает ствол. Ствол имеет зубья шестерни вокруг внешней стороны, которые поворачивают центральное колесо один раз в час - у этого колеса есть вал, проходящий через циферблат. На циферблат стороны в пушечной шестерне крепятся с помощью посадки с трением ( что позволяет ему скользить при установке руки) и минутная стрелка крепятся к пушечной шестерне. Пушечная шестерня приводит в действие небольшую понижающую передачу 12: 1, называемую работой движения, которая поворачивает часовое колесо и стрелку один раз за каждые 12 оборотов минутной стрелки.

При одинаковой частоте колебаний продолжительность работы, время работы или запас хода механических часов в основном зависит от размера используемой пружины, что, в свою очередь, является вопросом о том, сколько мощности требуется и сколько места доступен. Если механизм загрязнен или изношен, мощность может не передаваться эффективно от главной пружины к спуску. Сервис может помочь восстановить ухудшившуюся среду выполнения. Большинство механических часовых механизмов имеют продолжительность хода от 36 до 72 часов. Некоторые механизмы механических часов могут работать в течение недели. Точная продолжительность хода механического механизма рассчитывается по формуле где - количество зубьев цилиндра, - количество лепестков центральной шестерни, - количество оборотов цилиндра, и - количество оборотов центральной шестерни: 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 циферблате, обычно расположенном над положением «6 часов», четвертое колесо настроено на вращение один раз в минуту, а секундная стрелка прикреплена непосредственно к валу этого колеса.

Анимированный часовой механизм. Для наглядности на этой схеме шестерни часов расположены в линию, балансовое колесо 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 управляет спусковым колесом из анкерный . Зубья спускового колеса поочередно зацепляются за два пальца, называемые поддонами, на рычаге поддона , который качается вперед и назад. Другой конец рычага имеет вилку, которая входит в контакт с вертикальным импульсным штифтом на валу балансира . Каждый раз, когда балансовое колесо проходит через свое центральное положение, оно разблокирует рычаг, который освобождает один зуб спускового колеса, позволяя колесам часов продвигаться на фиксированную величину, перемещая стрелки вперед. Когда спусковое колесо вращается, его зубец нажимает на рычаг, что дает балансовому колесу короткий толчок, заставляя его качаться вперед и назад.

Балансировочное колесо

Балансир отсчитывает время для часов. Он состоит из утяжеленного колеса, которое вращается вперед и назад, которое возвращается к своему центральному положению с помощью тонкой спиральной пружины, пружины баланса или «волосяной пружины» . Колесо и пружина вместе составляют гармонический осциллятор . Масса балансового колеса в сочетании с жесткостью пружины позволяет точно контролировать период каждого колебания или «биения» колеса. Период колебаний балансового колеса T в секундах, время, необходимое для одного полного цикла (два удара), составляет

где - момент инерции колеса в килограмм-метрах 2 и - жесткость (жесткость пружины ) его балансирной пружины в ньютон-метрах на радиан. Большинство часов балансируют с частотой 5, 6, 8 или 10 ударов в секунду. Это соответствует 2,5, 3, 4 и 5 Гц соответственно, или 18000, 21600, 28800 и 36000 ударов в час (ДГП). В большинстве часов на пружине баланса есть регулирующий рычаг, который используется для регулировки скорости хода часов. Он имеет два штифта бордюра, охватывающие последний виток пружины, удерживая часть за штифтами неподвижно, поэтому положение штифтов бордюра определяет длину пружины. Перемещение рычага регулятора перемещает штифты бордюра вверх или вниз по пружине, чтобы контролировать ее эффективную длину. Сдвигая штифты вверх по пружине, укорачивая длину пружины, она становится более жесткой, увеличивается в приведенном выше уравнении, уменьшается период вращения колеса, поэтому оно вращается вперед и назад быстрее, заставляя часы работать быстрее.

Работа без ключа

Отдельный набор шестерен, называемый работой без ключа, заводит боевую пружину, когда заводная головка вращается, а когда заводная головка выдвигается на небольшое расстояние, позволяет повернуть стрелки для установки часов. Шток, прикрепленный к короне, имеет шестерню, называемую муфтой или зубчатым колесом , с двумя кольцами зубцов, которые выступают в осевом направлении из концов. Когда шток вдвигается внутрь, внешние зубья вращают храповое колесо наверху цилиндра боевой пружины, что поворачивает вал, к которому прикреплен внутренний конец боевой пружины, более плотно наматывая боевую пружину на вал. Подпружиненная защелка или щелчок давит на зубцы храповика, предотвращая раскручивание боевой пружины. Когда шток выдвинут, внутренние зубья замкового колеса входят в зацепление с шестерней, которая вращает минутное колесо. Когда заводная головка повернута, фрикционная муфта шестерни пушки позволяет вращать руки.

Центральные секунды

Если секундная стрелка коаксиальна с минутной и часовой стрелками, то есть она поворачивается в центре циферблата, такое расположение называется «центральная секунда» или «секундная стрелка», потому что секундная стрелка перемещается по минутной шкале. на циферблате.

Первоначально центральные секундные стрелки приводились в движение от третьего колеса, иногда через промежуточное колесо, с передачей на внешней стороне верхней пластины. Этот метод управления секундной стрелкой называется косвенной центральной секундной стрелкой. Поскольку зубчатая передача находилась за пределами пластин, это увеличивало толщину механизма, а поскольку вращение третьего колеса нужно было настроить так, чтобы секундная стрелка поворачивалась один раз в минуту, секундная стрелка имела колеблющееся движение.

В 1948 году компания Zenith представила часы с модернизированной зубчатой ​​передачей, в которой четвертое колесо находилось в центре механизма и поэтому могло управлять центральной секундной стрелкой напрямую. Минутное колесо, которое раньше находилось в центре механизма, было смещено из центра и косвенно приводило в движение минутную стрелку. Любые колебания из-за непрямого переключения передач скрываются относительно медленным движением минутной стрелки. Этот редизайн перенес все зубчатые передачи между пластинами и позволил сделать движение более тонким.

Смотреть драгоценности

Драгоценный подшипник и замковый камень, используемые в оси балансира
Обычный подшипник с отверстиями

Ювелирные подшипники были изобретены и представлены в часах Николя Фатио (или Фасио) де Дуйе, Пьером и Жакобом Дебофре около 1702 года для уменьшения трения. Они не получили широкого распространения до середины 19 века. До 20 века их вытачивали из крошечных кусочков природных драгоценных камней. Часы часто украшались гранатом , кварцем или даже стеклянными драгоценностями; только высококачественные часы использовали сапфир или рубин . В 1902 году был изобретен процесс выращивания искусственных кристаллов сапфира, который значительно удешевил драгоценности. Все драгоценности в современных часах - это синтетический сапфир или (обычно) рубин, сделанный из корунда (Al 2 O 3 ), одного из самых твердых известных веществ. Единственная разница между сапфиром и рубином состоит в том, что для изменения цвета были добавлены различные примеси; нет никакой разницы в их свойствах в качестве подшипника. Преимущество использования драгоценных камней заключается в том, что их сверхтвердая гладкая поверхность имеет более низкий коэффициент трения с металлом. Статический коэффициент трения стали по стали составляет 0,58, в то время как сапфир-на-стали 0,10-0,15.

Цели

Драгоценные камни служат двум целям в часах. Во-первых, снижение трения может повысить точность. Трение в подшипниках колесной передачи и спусковом механизме вызывает небольшие колебания импульсов, подаваемых на балансир , вызывая колебания в скорости отсчета времени. Низкое, предсказуемое трение поверхностей драгоценных камней уменьшает эти отклонения. Во-вторых, они могут увеличить срок службы подшипников. В подшипниках без драгоценностей оси вращения колес часов вращаются в отверстиях в пластинах, поддерживающих механизм. Боковое усилие, прилагаемое ведущим механизмом, вызывает большее давление и трение с одной стороны отверстия. В некоторых колесах вращающийся вал может истирать отверстие до овальной формы, что в конечном итоге приводит к заклиниванию шестерни, останавливая часы.

Типы

В спусковом механизме драгоценные камни используются для деталей, которые работают за счет трения скольжения:

  • Поддоны - это угловые прямоугольные поверхности на рычаге , которые прижимаются зубьями спускового колеса. Они являются основным источником трения в часовом механизме и были одними из первых мест, где были применены драгоценные камни.
  • Импульсный штифт - Смещенный от центра штифт на диске балансира, который толкается вилкой рычага, чтобы балансирное колесо оставалось в движении.

В подшипниках используются два разных типа:

  • Дырчатые драгоценные камни - это подшипники скольжения в форме пончика, используемые для поддержки оправки (вала) большинства колес.
  • Замочные камни или драгоценные камни - когда вал колеса находится в вертикальном положении, плечо вала упирается в сторону драгоценного камня отверстия, увеличивая трение. Это приводит к изменению скорости хода часов, когда они находятся в разных положениях. Таким образом, в подшипниках, где трение критично, например, в шарнирах балансира, на каждом конце вала добавлены плоские замковые камни. Когда оправка находится в вертикальном положении, ее закругленный конец упирается в поверхность замкового камня, снижая трение.

Где они используются

Где драгоценности используются в часах
Наручные часы с 7 драгоценными камнями - есть эти драгоценности:
  • 1 импульсный штифт
  • 2 поддона
  • 2 опоры балансира
  • 2 замковых камня посоха баланса
11 jewel watch - добавляет:
  • 2 рычажных подшипника
  • 2 подшипника аварийного колеса
15 jewel watch - добавляет:
  • 2 четвертых ступичных подшипника
  • 2 третьих ступичных подшипника
17 jewel watch - добавляет:
  • 2 центральных ступичных подшипника
21 jewel watch - добавляет:
  • 2 рычажных замковых камня
  • 2 замковых камня аварийного колеса
23 jewel watch - добавляет:
  • 2 подшипника ствола боевой пружины
Часы с автоподзаводом добавляют 4 или более

в заводном механизме, всего 25-27

Количество драгоценных камней, используемых в часовых механизмах, увеличилось за последние 150 лет, поскольку драгоценности стали дешевле, а часы стали более точными. Единственные подшипники , которые действительно должны быть драгоценностями в часах являются те , в идущем поезде - зубчатая передача , который передает усилие от боевой пружины ствола на балансир - так как только они постоянно находятся под действием силы из горнила. Колеса, которые вращают стрелки ( работа движения ), и колеса календаря не находятся под нагрузкой, в то время как колеса, которые заводят боевую пружину ( работа без ключа ), используются очень редко, поэтому они не сильно изнашиваются. Трение оказывает наибольшее влияние на колеса, которые движутся быстрее всего, поэтому ювелирная обработка им выгоднее. Итак, первым механизмом, украшенным часами, были оси балансового колеса, а затем спусковой механизм . По мере того, как добавлялось больше подшипников с драгоценными камнями, они применялись к медленно движущимся колесам, и ювелирное дело продвигалось вверх по движущемуся составу к стволу. В часах с 17 драгоценными камнями каждый подшипник от балансового колеса до подшипников оси центрального колеса украшен драгоценными камнями, поэтому они считались «полностью украшенными драгоценными камнями» часами. В качественных часах, чтобы свести к минимуму погрешность позиционирования, к подшипникам рычага и спускового колеса были добавлены замковые камни, что составляет 21 камень. Даже оправка барабана заводной пружины иногда была украшена драгоценными камнями, в результате чего общее количество часов было 23. Когда в 1950-х годах были представлены часы с автоподзаводом, несколько колес в механизме автоматического подзавода были украшены драгоценными камнями, в результате чего счетчик увеличился до 25–27.

'Драгоценная инфляция'

Сомнительно, что добавление драгоценных камней в дополнение к перечисленным выше действительно полезно в часах. Это не увеличивает точность, поскольку единственные колеса, которые влияют на балансир, в движущемся поезде , уже украшены драгоценными камнями. Морские хронометры , самые точные портативные часы, часто имеют всего 7 камней. Кроме того, установка дополнительных ступичных подшипников не увеличивает срок службы механизма; как упоминалось выше, большинство других колес не изнашиваются настолько, чтобы в них нуждаться.

Однако к началу 20 века часовые механизмы были стандартизированы до такой степени, что между их механизмами почти не было различий, кроме качества изготовления. Поэтому производители часов сделали количество драгоценных камней, один из немногих показателей, определяющих качество часов, основным рекламным аргументом, поместив его на видном месте на циферблате часов. Потребители, которым больше нечего было делать, научились приравнивать больше драгоценных камней к более качественным часам. Хотя изначально это был хороший показатель качества, он побудил производителей увеличить количество драгоценных камней.

Примерно в 1960-х годах это «увлечение драгоценностями» достигло новых высот, и производители стали выпускать часы с 41, 53, 75 или даже 100 драгоценными камнями. Большинство из этих дополнительных драгоценных камней были совершенно нефункциональными; они никогда не контактировали с движущимися частями и были включены только для увеличения количества драгоценных камней. Например, часы с драгоценными камнями Waltham 100 состояли из обычного механизма с 17 камнями и 83 крошечными кусочками рубина, установленными вокруг ротора с автоматическим подзаводом.

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 драгоценности в счетчик драгоценных камней в ювелирных изделиях. рекламная и торговая литература. Это прекратило использование совершенно нефункциональных драгоценных камней. Тем не менее, некоторые эксперты говорят, что производители продолжают завышать количество драгоценных камней в своих часах, прибегая к «совершенствованию»; добавление функциональных подшипников с драгоценными камнями к колесам, которые на самом деле не нужны, используя лазейки в стандарте ISO 1112. Приведенные примеры включают добавление замковых камней в подшипники третьего и четвертого колес, мелкие ступичные подшипники с драгоценным камнем и собачки с храповым механизмом с автоматическим заводом . Пожалуй, 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.

Обычно на лицевой панели города расположено 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, похоже, является изобретением 19 века и не упоминается в более ранних источниках.

До кварцевой революции 1970-х все часы были механическими. Ранние часы были ужасно неточными; хороший может варьироваться до 15 минут в день. Современная точность (несколько секунд в день) не была достигнута ни одними часами до 1760 года, когда Джон Харрисон создал свои морские хронометры . Индустриализация процесса производства механизмов компанией Waltham Watch в 1854 году сделала возможной дополнительную точность; компания выиграла золотую медаль на выставке столетия в Филадельфии 1876 года за качество своей продукции.

Механические часы работают от боевой пружины . Современные механические часы в среднем требуют порядка 1 микроватта энергии . Поскольку основная пружина обеспечивает неравномерный источник энергии (ее крутящий момент постоянно уменьшается по мере раскручивания пружины), в часах с начала 16 века до начала 19 века использовался предохранитель с цепным приводом, который служил для регулирования крутящего момента заводной пружины на всем ее заводе. . К сожалению, предохранители были очень хрупкими, их было очень легко сломать, и они были источником многих проблем, особенно неточности хронометража, когда цепь предохранителя ослаблялась или теряла скорость из-за отсутствия обслуживания.

По мере создания новых видов спуска, которые служили для лучшей изоляции часов от источника времени, пружины баланса , часы могли быть построены без предохранителя и при этом быть точными.

В 18-м веке оригинальный спусковой механизм , для которого требовался предохранитель, постепенно был заменен в более совершенных французских часах с цилиндрическим спуском и в британских часах с двойным спуском . Затем, в 19 веке, обе модели были заменены рычажным спуском, который с тех пор используется почти исключительно. Более дешевая версия рычага, спусковой механизм со штифтом , запатентованный в 1867 году Жоржем Фредериком Роскопфом, использовался в недорогих часах до 1970-х годов.

Поскольку механические часы с ручным заводом стали менее популярными и менее популярными в 1970-х годах, дизайнеры и промышленники выпустили часы с автоматическим подзаводом . В то время как часы с механическим заводом должны заводиться с помощью подвески или рычага, автоматические часы не должны заводиться с помощью подвески; просто вращая часы, они заводятся автоматически. Внутри автоматических часов находится поворотная металлическая или латунная «пластина», которая поворачивается вокруг своей оси при горизонтальном встряхивании часов.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки