Механизм механических часов состоит из основных и дополнительных узлов.

К основным узлам относят: механизм заводки двигателя и перевода стрелок (ремонтуар); двигатель (пружинный или гиревой); колесную (зубчатую) передачу, или ангренаж (от франц. engrenage); ход (спуск); регулятор (маятник или баланс); стрелочный механизм.

К дополнительным узлам относят: противоударное устройство (амортизатор); механизм автоматического подзавода пружины (автоподзавод); сигнальное устройство; календарное устройство; секундомерное устройство; подсвет циферблата; антимагнитное устройство; водо-, пыле-, влагонепроницаемое и другие защитные устройства корпусов.

Узлы "механизма собирают на металлическом основании - платине, изготовленной из специальной латуни (JIC-бЗ-ЗГ). Она может быть круглой, прямоугольной или другой формы. Для крепления узлов к платине применяют мосты (отдельные фигурные детали) и винты (15). Платина в сборе с мостами называется комплектом.

Для уменьшения трения, а следовательно, для улучшения точности хода часов и уменьшения износа оси зубчатых колес передаточного механизма, баланса и других узлов их устанавливают на специальных опорах или камнях из синтетического рубина. От числа камней, которые выполняют роль подшипников, зависит долговечность часов и стабильность хода.

Надежность часов - это их способность выполнять свои основные функции и сохранять эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени. Она характеризуется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Безотказность - свойство часов непрерывно сохранять работоспособность при заданных режимах в установленных для них условиях эксплуатации.

Долговечность - свойство часов длительно сохранять работоспособность при заданных режимах в определенных условиях эксплуатации до разрушения (учитываются перерывы на ремонт).

Ремонтопригодность - способность часов к восстановлению и поддержанию заданных технических качеств или устройство механизма, позволяющее предупреждать и обнаруживать перебои в работе, а также устранять дефекты деталей и узлов.

Основные узлы механических часов

Механизм заводки двигателя и перевода стрелок (ремонтуар) служит для установки стрелок в нужное положение, заводки пружины двигателя или поднятия гири. Он состоит из заводной головки, заводного вала, заводного триба, кулачковой муфты, заводного колеса, барабанного колеса, заводного и переводного рычагов, фиксатора, или моста, ремонтуара, собачки с пружинкой переводных колес.

Двигатель является источником, который приводит в движение механизм часов. В механических бытовых часах применяют двигатели двух типов: пружинный и гиревой.

Пружинный двигатель (16) благодаря малым размерам и компактности широко применяют в наручных, карманных, настольных и частично в настенных часах, а также в секундомерах, хронометрах, шахматных и сигнальных часах. Источником механической энергии в нем служит спиральная пружина, которая непрерывно работает в течение 30-40 лет. Недостаток ее в том, что по мере раскручивания (роспуска) сила энергии падает. Поэтому часы с пружинным двигателем менее точны, чем гиревые.

Пружинные двигатели бывают с барабаном (в часах более сложной конструкции - наручных, карманных, настольных и др.) и без барабана (в часах упрощенной конструкции - будильниках, настенных и частично настольных). Пружинный двигатель с барабаном состоит из заводной плоской пружины с накладкой, корпуса барабана (цилиндрической формы), вала и крышки барабана. Пружина внутренним витком крепится за крючок к валу барабана, а внешним витком с помощью накладки - к внутренней поверхности корпуса барабана; затем барабан закрывается крышкой, которая предохраняет от попадания пыли в барабан и между витками пружины.

Продолжительность хода часов зависит от толщины и длины пружины. Она должна быть рассчитана так, чтобы ее изгибающий момент (М) был оптимальным на всю заданную продолжительность хода. Изгибающий момент определяют по формуле

Колесная (зубчатая) передача, или ангренаж (17), состоит из нескольких зубчатых пар (в наручных, карманных часах и будильниках - из четырех), входящих в зацепление с другими зубчатыми колесами, называемыми трибами. Зубчатые колеса передают энергию от двигателя 1 всему механизму. Трибы изготовляют как одно целое с осью, они имеют меньше 20 зубьев. Колесо наглухо закрепляют на трибе и в таком виде его называют узлом. На-ходящиеся в зацеплении колесо и триб составляют зубчатую пару. Колеса называют ведущими, а трибы - ведомыми. Так как колесо имеет больший диаметр по сравнению с трибом, то при движении колеса триб делает во столько раз больше оборотов, во сколько раз его диаметр меньше диаметра колеса.

В часовой промышленности отношение числа зубьев ведущего колеса (Zn) к числу зубьев триба (ZT), или отношение числа оборотов триба (пт) к числу оборотов колеса (/?к), называют передаточным числом (/) и определяют по формуле

Количество зубчатых пар зависит от типа часового механизма. Так, в состав основной колесной системы наручных часов входят следующие пары: центральное колесо с три- бом 2, промежуточное колесо с трибом 3, секундное колесо с трибом 4 и анкерное колесо с трибом 5. Часы-ходики имеют только два узла - центральный и промежуточный и триб ходового колеса. Колесную передачу собирают на платине. Нижние цапфы трибов свободно входят в отверстия в платине, а верхние цапфы - в отверстия мостов. Для уменьшения трения в колесной передаче при эксплуатации в отверстия платины и мостов запрессовывают подшипники - синтетические рубиновые камни (см. с. 148-149).

Скорость вращения отдельных осей зубчатой передачи выбирают таким образом, чтобы использовать ее для отсчета времени в часах и минутах. Так, ось центрального колеса совершает один оборот в час, тогда как ось секундного колеса - один оборот в минуту.

Ход (спуск)- это наиболее сложный и характерный узел часового механизма, расположенный между колесной передачей и регулятором. Ход бывает несвободным и свободным, а в зависимости от конструкции и принципа действия каждый из них может быть анкерным, хронометровым, цилиндровым и др. Ход периодически передает энергию двигателя балансу для поддержания его колебания и управляет движением колес, т. е. равномерное колебание регулятора превращает в равномерное вращение колес. В бытовых часах чаще всего применяют анкерный (от нем. Anker - якорь) несвободный или свободный ход (18).

Несвободный анкерный ход применяют в механизмах с маятниковым регулятором, и он все время находится в контакте с маятником. Ход состоит из анкерного колеса и закрепленной на валике анкерной вилки (скобы) с изогнутыми палетами, одна из которых - входная - на левом конце, а другая - выходная - на правом. В процессе хода часов при отклонении маятника влево приподнимается левая (входная) палета за счет энергии, передаваемой зубом анкерного колеса, и одновременно опускается правая (выходная) между зубьями анкерного колеса; при этом анкерное колесо поворачивается на один зубец и так до нового отклонения маятника влево. Создается непрерывный цикл равномерного хода часового механизма. Если маятниковые часы не двигаются, то для их пуска необходимо маятник качнуть рукой, так как энергии, передаваемой от ходового колеса к маятнику, достаточно только для поддержания его колебаний.

Свободный анкерный ход применяют в механизмах наручных, карманных, настольных, настенных, шахматных и других часов. Он бывает двух видов: штифтовой и палетный. Свободный анкерный ход периодически передает момент (импульс) балансу для поддержания его колебаний, запирает и освобождает колесную систему для остановки и вращения.

Штифтовой свободный анкерный ход применяют в будильниках, а также в настольных часах с механизмом будильников. У него изготовленная из латуни анкерная вилка с входной и выходной палетами и стальные штифты.

Палетный свободный анкерный ход состоит из анкерного колеса, анкерной вилки с осью, копьем и палетами, двойного ролика с импульсным камнем и ограничительных штифтов. Детали хода монтируются между платиной и мостами, двойной ролик напрессован на ось баланса и состоит из импульсивного ролика, несущего рубиновый импульсный камень, и предохранительного ролика с вилкой. Импульсный камень служит для освобождения анкерной вилки и передачи энергии от вилки к балансу.

Анкерное колесо имеет 15 зубьев. Зуб колеса состоит из плоскости импульса и плоскости покоя. С боковой стороны поверхности импульса снята фаска. Анкерное колесо напрессовано на ось анкерного триба.

Анкерная вилка имеет два плеча, в которые вставлены две палеты из искусственного рубина; палета входа и палета выхода. Палеты имеют рабрчие плоскости импульса и покоя. Анкерная вилка напрессована на ось.

Принцип действия анкерного палетного хода заключается в том, что энергия, поступающая от пружинного двигателя, приводит в движение анкерное колесо, которое посредством зуба оказывает давление на входную палету, а хвостовик прижимается к ограничительному штифту. Баланс под действием спирали совершает свободное колебание и, войдя в паз анкерной вилки, создает удар эллипса о внутреннюю поверхность правого рожка хвостика. В результате анкерная вилка поворачивается на угол покоя, а зуб анкерного колеса переходит с покоя на плоскость импульса входной палеты. Левый рожок вилки отходит от ограничительного штифта, что приводит к передаче импульса от анкерного колеса через вилку на баланс. Поворот анкерного колеса на один зуб происходит за полный период колебания баланса.

Регулятор - это основная часть часового механизма, представляющая собой колебательную систему - осциллятор (от лат. oscillare - колебаться). Его особенность состоит в строгой периодичности колебаний. Таким регулятором в бытовых механических часах является маятник (настенные и напольные часы) или баланс-спираль (наручные, карманные часы, будильники и др.).

Периодические колебания регулятора с помощью узла хода преобразуются в одностороннее прерывистое вращательное движение анкерного колеса, а от него через секундное колесо передаются стрелками для подсчета этих колебаний.

Маятниковый регулятор - это маятник, масса которого сосредоточена в одной точке - центре тяжести стержня и линзы, на значительном расстоянии от оси подвеса. В состоянии покоя маятник занимает вертикальное, т. е. равновесное, положение. Если маятник отклонить вправо или влево под определенным углом, то под действием силы тяжести он возвращается в первоначальное положение, т. е. в положение равновесия. Отклонение маятника в одно из крайних положений на определенный угол называется а м- плитудой колебания, а полное колебание маятника от одного крайнего положения до другого и обратно называется периодом колебания (7) и определяется в секундах по формуле

Балансовый регулятор (19) - это осциллятор в виде баланса со спиралью. Баланс состоит из обода с винтами (12 или 16 шт.) или без них, оси, спирали (волоска) с колодкой и колонкой. Вся система баланс-спираль через ось баланса закрепляется в четырех рубиновых опорах, а опоры закреплены в мосту и платине. Таким образом, ось баланса своими цапфами будет вращаться в этих рубиновых опорах. При этом баланс-спираль будет колебаться, т. е. делать повороты то в одну, то в другую сторону. Амплитудой колебания баланса будет угол в градусах отклонения баланса от положения равновесия в одну из сторон, а периодом колебания баланса - время в секундах, необходимое для совершения полного колебания от крайне правого отклонения в крайне левое и обратно. В покое баланс-спираль занимает равновесное положение; в это время спираль полностью спущена и на балансе не оказывается усилия.

Под действием поступающей от двигателя энергии (импульсов) баланс, совершая колебательное движение, либо заводит, либо раскручивает волосок. Равномерные, периодические колебания баланса через анкерную вилку преобра-

зуются в одностороннее вращательное движение анкерного колеса и через него передаются на стрелочный механизм. При этом колесная передача часового механизма то запирается, то освобождается, т. е. движется периодически. Это можно заметить в часах по скачкообразному движению секундной стрелки (0,01 сек она движется, а 0,01 сек находится в покое). Период колебания (сек) балансового регулятора (Г) определяют по формуле

У наручных часов период колебания обычно равен 0,4 сек (бывает и 0,33 сек), у часов-будильников малогабаритных - 0,4 сек, а у крупногабаритных - 0,5 или 0,6 сек. В течение часа в наручных часах баланс совершает 9000 полных колебаний.

Изменяя длину спирали, можно регулировать период колебания балансового регулятора. Для этого на плоскости моста системы баланс-спираль имеется специальная шкала с делением « +» или «п » (прибавить) и «-» или «у » (убавить). Там же на балансовом мосту закреплен градусник (стрелка- указатель). Если передвинуть градусник по шкале «+», то действующая длина спирали сократится, и часы пойдут быстрее. Если же требуется замедлить ход часов, то градусник передвигают по шкале к «-», действующая длина спирали увеличится, и часы пойдут медленнее (так называемый вялый ход).

Широко распространено название спусковой регулятор, который характеризует совокупность колебательной системы - осциллятора и системы хода. При этом колебательная система является основным элементом, так как определяет точность работы часов.

Стрелочный механизм расположен с внешней стороны платины под циферблатом и служит для передачи движения

от основной колесной системы к стрелкам часов. Он считает колебания регулятора и выражает их сумму в установленных единицах времени - секундах, минутах и часах. Стрелки часов, двигаясь по циферблату, отсчитывают время в тех же единицах.

Состоит стрелочный механизм из триба минутной стрелки, узла минутного колеса и часового колеса. Таким образом, стрелочный механизм состоит из двух зубчатьк пар, вращающих минутную и часовую стрелки. На втулку часового колеса насаживают часовую стрелку, а на выступающую часть втулки триба минутной - минутную, которая располагается над часовой и при движении не задевает ее. Чтобы при работе механизма часовое колесо, прижимаясь к трибу минутной стрелки, не выходило из зацепления с трибом минутного колеса, применяют фольгу из тонкой латунной ленты.

Стрелочный механизм, как известно, получает вращение от оси центрального колеса. Часовая стрелка вращается в 12 раз медленнее, чем минутная, а отсюда передаточное отношение (iCTp) от триба минутной стрелки до часового колеса

В отличие от колесной передачи вращательное движение в стрелочном механизме замедляется, так как ведущими являются трибы, а ведомыми - колеса, поэтому передаточное число (iCTp) выражается дробью, а не целым числом.

Дополнительные узлы механических часов

Дополнительные узлы (устройства) механизма часов значительно улучшают их качество и увеличивают информативность.

Противоударное устройство (амортизатор) применяют для предохранения наручных часов от повреждения при резких толчках или при падении. Для этого балансовые камни не запрессовывают в платину или мосты, а монтируют на подвижных опорах, которые и предохраняют цапфы оси баланса от воздействия ударов.

Механизм автоматической подзаводки пружины (автоподзавод) пока применяют только в наручных часах. Он расположен над мостами часов и позволяет при движении руки автоматически подзаводить пружинный двигатель часов.

Механизм автоподзавода состоит из четырех основных узлов: грузового сектора, переключателя, редуктора и подзавода пружины. Конструкция автоподзавода: механизмы с центральным и боковым расположением, с односторонним и двусторонним вращением грузового сектора, с ограниченным и неограниченным углом поворота сектора. Когда часы лежат на плоскости, автоподзавод не работает, и расход энергии для работы механизма компенсируется во время ношения часов на руке. В будущем автоподзавод будет основным, а не дополнительным узлом наручных часов.

Сигнальное устройство (механизм боя) применяют в часах наручных, карманных, будильниках, настольных.

В наручных, карманных часах и будильниках звуковой сигнал подается в заранее установленное время. Для этого на циферблате часов имеется специальная сигнальная стрелка. В настольных, настенных и напольных часах звуковые сигналы подаются автоматически ударами одного или нескольких молоточков по звучащим пружинам (тонфедерам), при этом выбиваются часы, получасы и четверти часа, а в некоторых - воспроизводится мелодия. Механизмы боя имеют самостоятельный двигатель - пружину или гирю.

В наручных часах («Полет» 2612 и др.) заводку сигнального пружинного двигателя и установку сигнальной стрелки производят с помощью второй заводной головки на корпусе часов. Сигнал воспроизводится посредством удара молоточка о звуковую пружину или стержень.

Сигнальный механизм часов-ходиков «кукушка» устроен так, что каждый удар боя сопровождается появлением «кукушки» и кукованием. Достигается это с помощью двух деревянных свистков, в верхней части которых имеются меха с крышками, и ударами молоточков.

Календарные устройства применяют в часах очень давно. За последнее время они получили широкое распространение в наручных часах и частично в будильниках.

Механизм устройства не имеет автономного питания, на его работу затрачивается часть энергии пружинного двигателя. Он монтируется на платине часов с циферблатной стороны, что приводит к увеличению толщины часового механизма. По эксплуатационному признаку календарные.устройства подразделяют на устройства нормального, ускоренного и мгновенного действия, а по функциональному - на одинарные календари с показанием чисел месяца кги дней недели, двойные - с показанием чисел месяца и дней недели или названия месяцев и тройные - с поЙЙйнием трех упомянутых дат.

По конструкции простейшим является календарное устройство, которое представляет собой оцифрованный диск, вмонтированный в циферблат. Внутренний венец диска состоит из 31 зубца трапецеидальной или треугольной формы. Суточное колесо, сопряженное с часовым, совершает в сутки один оборот и своим ведущим пальцем раз в сутки входит в зацепление с зубьями оцифрованного диска, перемещая его на одно деление. Нужная цифра дня месяца появляется в миниатюрном отверстии циферблата. Иногда для облегчения чтения показаний календаря монтируется миниатюрная линза. Корректировка показаний устройства производится заводной головкой часов в период перевода минутной и часовой стрелок. Имеются наручные часы с календарным устройством и автоподзаводом.

Секундомерное устройство применяют в некоторых моделях наручных и карманных часов для измерения коротких промежутков времени. Это устройство может быть п р о- с т о г о или суммирующего действия, одно- стрелочным или двухстрелочным.

Конструкция таких часов более сложная, чем обычных: имеются две дополнительные стрелки, а на циферблате для них две дополнительные шкалы: левая - малая секундная и правая - счетчик на 45 делений. Секундомер суммирующего действия, цена деления 0,2 сек. Секундомерным устройством можно измерить отдельные интервалы времени в пределах от 0,2 до 45 сек с точностью ±0,3 сек в течение минуты, в течение 45 мин с точностью ± 1,5 сек.

Секундомерное устройство не имеет своего двигателя, при его работе используется энергия пружинного двигателя часов, что значительно сокращает продолжительность их работы от полной заводки пружины. На корпусе часов с секундомерным устройством, кроме головки механизма заводки и перевода стрелок, имеются две кнопки (по бокам головки): одна для пуска и останова секундомерного устройства, другая для перевода стрелок секундомерного устройства на нуль.

Йодсвет циферблата применяют в некоторых моделях наручных часов нормального калибра. Внутри таких часов расположена миниатюрная электрическая лампочка, которая при нажатии специальной кнопки на корпусе часов освещает циферблат и стрелки. Лампочка получает энергию от малогабаритного дискового аккумулятора, вмонтированного в крышку корпуса.

Антимагнитное устройство применяют для защиты наручных часов от воздействия сильных магнитных полей. Обычные часы, помещенные в сильное магнитное поле, могут изменить показание времени либо остановиться вследствие намагничивания волоска или других стальных деталей. Чтобы этого не произошло, применяют экранирующее устройство - кожух из тонкой электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Магнитное поле, концентрируясь на магнитопроницаемом металле, не проникает внутрь кожуха. Для уменьшения влияния магнитного поля на спираль (волосок) баланса ее изготовляют из слабомагнитного сплава Н42ХТ.

Наиболее простым дополнительным устройством секундной стрелки является боковая стрелка, имеющаяся в большинстве моделей карманных и некоторых моделях наручных часов. В последнее время большое распространение в наручных часах получила центральная секундная стрелка. Часы с такими стрелками очень удобны для врачей, физкультурников, преподавателей, так как наличие большой секундной стрелки облегчает различные подсчеты. Кроме того, расположение секундной стрелки в центре улучшает внешний вид часов.

Водонепроницаемый корпус защищает механизм часов, циферблат и другие детали от проникновения воды. Такие часы могут долго находиться в воде и предназначены для подводных работ, в том числе для спорта (часы «Амфибия»).

Влагонепроницаемый корпус предохраняет механизм часов от коррозии во влажном климате или помещении с повышенной влажностью.

Пыленепроницаемый корпус защищает механизм часов от проникновения пыли и пылеобразных частиц (муки, цемента и др.)

В корпусе часов имеются три соединения, через которые могут проникнуть пыль, грязь и влага: между стеклом и корпусным кольцом; между заводной головкой и корпусным кольцом; между нижней крышкой и корпусным кольцом. Все эти три соединения необходимо надежно герметизировать. Основными мерами герметизации являются прокладка между крышкой и корпусом поливинилхлоридиой и резиновой пленок, установка в заводную головку сальника из поливинилхлорида, а также плотное укрепление стекла в корпусе и проклеиванпе специальным клеем. Защитные свойства тем выше, чем надежнее уплотнение.

Кинематическая схема наручных часов нормального калибра с центральной секундной стрелкой

Размещение основных и дополнительных механических узлов, а также действие механизма этих часов видно на кинематической схеме наручных часов нормального калибра (26 мм) с центральной секундной стрелкой (20, а).

Заводная пружина двигателя закреплена в барабане 1. Сжатая пружина, пытаясь восстановить свое первоначальное положение, разжимается и приводит в движение барабан двигателя, который в свою очередь заставляет двигаться триб центрального колеса 5, и далее движение передается на триб промежуточного колеса 3 и триб секундного колеса 4. На конце секундного триба расположена секундная стрелка. От секундного колеса движение передается трибу анкерного колеса б, а последнее передает движение анкерной вилке 7, где вращательное движение превращается в колебательное и подается в виде импульса на баланс регулятора 8. Эти импульсы поддерживают колебание баланса.

На трибе центрального колеса фрикционно посажен триб минутной стрелки 10, который вращается вместе с ним. Кроме того, на этом трибе укреплена минутная стрелка. Через вексельное колесо 12 и триб вексельного колеса 11 от триба минутной стрелки движение передается часовому колесу 9, на котором находится часовая стрелка.

Чтобы завести часы, надо вращать заводную головку 77, которая навинчена на заводной вал 16 и вращает его. Это вращение передается заводному трибу 18. С заводного триба движение передается заводному колесу 20 и далее на заводное колесо барабана двигателя 2. При вращении заводного колеса пружина, закрепленная внутри барабана, накручивается на вал барабана. Когда часы заведены, пружина раскручивается и крутящий момент передается барабану, а через него далее на колесную передачу. Узел заводки пружины остается без движения.

Для перевода и установки стрелок необходимо вытянуть заводную головку и вращать стрелки, при этом переводной рычаг 19 повернется вокруг своей оси и повернет заводной рычаг 14, который передвинет кулачковую муфту 15 вдоль заводного вала. Кулачковая муфта при этом войдет в зацепление с переводным колесом 13. Через переводное колесо, вексельное колесо и триб минутной стрелки движение передается минутной стрелке. Так как триб минутной стрелки насажен на ось центрального триба фрикционно, то при переводе стрелок триб минутной стрелки поворачивается относительно центрального триба. Триб вексельного колеса вращает часовое колесо, которое свободно сидит на трибе минутной стрелки, следовательно, часовая стрелка также совершает движение.

Коль скоро мы хотим знать чуть больше о предмете нашего увлечения, часах, необходимо оперировать базовыми определениями, встречающимися в часовой литературе. И если неискушенный читатель без труда может представить себе, что такое «корпус» или «прозрачная задняя крышка», то содержание внутренней начинки часов, часового механизма, может ввести в затруднение даже человека, понимающего, о чем идет речь. Но тем не менее, слабо представляющего, как же это все работает хотя бы в первом приближении. Итак, из чего состоит часовой механизм (разумеется, речь пойдет в первую очередь о механических часах) и каковы его основные компоненты.

Платина (англ. – Bottom Plate ; франц. – Platine (châssis du mouvement) ) – основание часового механизма, на котором крепятся его различные части. Снабжена определенным количеством отверстий, часть из которых предназначена для винтов, крепящих к платине части механизма, а часть – для установки (запрессовывания) камней. Каждый камень служит опорой для нижней цапфы оси зубчатого колеса, располагаемого между платиной и мостом.

Мост (англ. – Bridge , франц. – Pont ) – деталь механизма, привинчивающаяся к платине и служащая опорой для крепления верхней цапфы оси зубчатого колеса (нескольких колес) или вала. Как правило, его название происходит от типа функции, для выполнения которой он задействован, например, мост спускового колеса, мост баланса, мост заводного барабана и т.п. Материалом для платин и мостов в большинстве случаев выступает латунь, но нередки случаи примененения нейзильбера и даже золота. Любопытно, что большие по площади мосты, занимающие значительную площадь механизма, получили название трехчетвертных платин.

Камень (англ. – Jewel ; франц. – Rubis ) – твердый синтетический материал, разновидность корундов. Незаменим в качестве опор для вращающихся элементов механизма, до минимума сводя трение между деталями. На заре часового дела для этих целей повсеместно использовались натуральные рубины, однако сейчас они полностью вытеснены искусственными камнями. При этом камни могут как вырезаться целиком из кристалла, так и прессоваться из порошка в более бюджетном варианте.

Важным компонентом для защиты осей баланса и избранных зубчатых колес от деформации в момент ударных нагрузок является система амортизации в виде пружин, расположенных поверх камней. Наиболее популярными на сегодняшний день являются системы Incabloc, KIF Parechoc и их аналоги.

Зубчатое колесо (англ. – Wheel, Toothed Wheel ; франц. – Roue ) – компонент круглой формы, который вращается вокруг своей оси и служит для передачи энергии. Зубчатое колесо оснащено определенным количеством зубьев, предназначенных для зацепления с трибом соседнего зубчатого колеса. В основной массе изготавливается из латуни.

Триб (англ. – Pinion ; франц. – Pignon ) – часовая деталь, часть колесной передачи. Состоит из оси, цапф, посадочного места под зубчатое колесо и зубьев («листьев») триба. Количество последних может колебаться от 6 до 14 единиц. Материал – закаленная нержавеющая сталь.

Цапфа оси (англ. – Pivot ; франц. – Pivot ) – окончание оси, расположенное в месте контакта с опорой (рубиновым камнем). Тщательно полируется с целью снижения трения между соприкасающимися поверхностями. Качественная полировка этого элемента является признаком высочайшего уровня финишной отделки механизма.

Колесная передача (англ. — Gear Train ; франц. – Engrenage ) – система взаимосвязанных между собой зубчатых колес и трибов, служащая для передачи потока энергии. Так, основная колесная передача осуществляет передачу энергии от заводного барабана через спусковой механизм и колебательную систему баланс-спираль. В простейшем случае она включает в себя заводной барабан, центральный триб, центральное колесо, третье колесо с трибом, четвертое колесо с трибом и триб спускового колеса.

Заводной барабан (англ. – Barrel ; франц. – Barillet ) – полый цилиндр с крышкой и расположенной внутри заводной пружиной, которая одним концом крепится к внешней части цилиндра, а вторым – к валу заводного барабана. Зубчатая часть устройства находится в зацеплении с первым трибом основной колесной передачи. Заводной барабан характеризуется очень медленным вращением вокруг своей оси (полный оборот от 1/9 до 1/6 часа).

Спусковой механизм (англ. – Escapement; франц. – Échappement) – механизм, расположенный между колебательной системой баланс-спираль и основной колесной передачей. В его задачи входит дискретизация непрерывного потока энергии на равные интервалы и ее передача на импульсный камень баланса. Подавляющий процент современных механизмов оснащен швейцарским анкерным спуском как наиболее неприхотливым и надежным. Он состоит из спускового (анкерного) колеса и анкерной вилки, которая входит с ним в зацепление посредством двух рубиновых паллет. Все большее число производителей считает своим долгом использовать кремниевые детали спуска вместо традиционных компонентов из закаленной стали.

Благодаря развитию материаловедения и современных технологий, нередко часовые марки экспериментируют с внедрением более совершенных одноимпульсных спусков, таких, как спуск Audemars Piguet или изометрический спуск Jaeger-LeCoultre. Их доля невысока, но они являются пусть и не дешевой, но весьма интересной альтернативой швейцарскому анкерному спуску.

Отдельных слов заслуживает коаксиальный спуск, изобретенный Джорджем Дэниэлсом и в настоящее время выведенный маркой Omega на промышленный уровень.

Баланс (англ. – Balance ; франц. – Balancier) – движущаяся часть механизма, которая колеблется вокруг своей оси с определенной частотой, благодаря чему появляется возможность делить время на строго равные интервалы. Колебание баланса состоит из двух полуколебаний. Наиболее типичным значением частоты колебаний баланса в механизмах современных наручных часов выступают значения 18’000 пк/ч, 21’600 пк/ч, 28’800 пк/ч. Признаком высокого класса считается баланс из Глюсидура (Glucidur), сплава бериллиевой бронзы, однако нередко использование и других материалов – титана, золота, платино-иридиевого сплава.

Главной качественной характеристикой баланса, влияющей на изохронность (однородность) колебаний, является момент инерции, величина которого тесно связана с диаметром баланса и его массой. Тяжелый и крупный баланс – залог высокой точности механизма, однако в таком виде он наиболее сильно подвержен механическим воздействиям, поэтому поиск разумного компромисса между размерами баланса и высоким моментом инерции всегда является непростой задачей для инженера-конструктора.

Спираль баланса (англ. – Balance-Spring ; франц. – Spiral ) – второй неотъемлемый компонент колебательной системы баланс-спираль, «сердце» механических часов. Производится считанными фабриками, а точный секрет сплава держится за семью замками. Наибольшее распространение получил сплав Ниварокс (Nivarox), впрочем эксперименты с другими материалами, например, с кремнием, обретают в последнее время все большую популярность.

Важно отметить, что период колебания, а следовательно и точность хода механизма, можно отстроить как с помощью спирали (путем изменения ее эффективной длины), так и с помощью балансового колеса. В последнем случае речь идет о набравших популярность балансах с изменяемой инерцией (free-sprung balance), что осуществляется с помощью регулируемых винтов, расположенных на ободе балансового колеса.

Стрелочный механизм (англ. – Motion Works ; франц. – Minuterie ) – колесная передача, расположенная со стороны циферблата и ответственная за передачу движения от основной колесной системы на часовую и минутную стрелки. Состоит из триба минутной стрелки (Cannon Pinion ), минутного (вексельного) колеса с трибом и часового колеса.

Механизм завода и перевода стрелок (англ. – Time-setting and Winding mechanism ; франц. – Remontoir ) – система взаимосвязанных компонентов, предназначенная для выполнения двух важных функций: установки времени посредством перевода стрелок и ручного завода пружины заводного барабана. Большинство деталей механизма предназначены для выполнения как той, так и другой функции.

При ручном заводе механизма вращение заводного вала (Winding stem) через заводной (Winding pinion) и скользящий (Sliding pinion) трибы передается на коронное колесо (Crown wheel), непосредственно связанное с храповым колесом (Ratchet wheel), расположенным на валу заводного барабана. Вращение вала затягивает заводную пружину, наделяя ее энергией, необходимой для работы часового механизма.

В случае перевода стрелок вытягивание заводного вала приводит к тому, что коромысло (Yoke) под действием установочного рычага (Setting lever) приводит скользящий триб в зацепление с промежуточным колесом (Intermediate wheel), которое, в свою очередь, взаимосвязано с минутным колесом стрелочного механизма.

Важно отметить, что помимо механизмов с ручным заводом существует отдельный и весьма обширный класс механизмов с заводом автоматическим. В этом случае пополнение энергией заводного барабана осуществляется посредством ротора автоподзавода и специализированной колесной передачи.

Ротор автоподзавода – полукруглый сегмент, вращающийся вокруг центральной оси механизма (в случае с центральным ротором). Как правило, сам ротор либо его периферийный груз выполнены из материала с большой плотностью (золото, платина и др.) для улучшения эффективности работы системы автоподзавода. Помимо центрального ротора существуют решения с микро-ротором, а также ряд разработок с периферийным ротором.

В заключение важно упомянуть, что наряду с определением «механизм» в часовом деле широко распространен термин Калибр (англ., франц. – Calibre ), в настоящее время по сути являющийся синонимом механизма у часовщиков. Также следует отметить, что диаметр круглых по форме калибров очень часто указывают в линиях и обозначают символом тройного апострофа после числа (‘ ‘ ‘), например 11 ½ ‘ ‘ ‘ (11 c половиной линий). Для перевода в привычную метрическую систему измерений следует руководствоваться соотношением 1 линия = 2.2558 мм (зачастую значение округляется до 2.26 мм).

Устройство и расчет передаточного механизма часов

К передаточному механизму часов относится система колес и трибов, осуществляющая передачу движения от двигателя к регулятору. Каждая пара зацепления отличается своими размерами и количеством зубьев. Колесо обычно имеет больше 15 зубьев, а триб до 15 зубьев.

Колесная система, общая для всех часов, состоит из следующих колес и трибов:

1. Барабан. В часах с гиревым заводом на барабан наматывают шнур, струну или цепь, а в часах с пружинным заводом пружина преимущественно помещается в барабан.

2. Колесо добавочное (преимущественно в часах с продоложительным заводом).

3. Колесо среднее (центральное).

4. Колесо промежуточное.

5. Колесо секундное.

6. Колесо спусковое (анкерное, цилиндрическое).

7. Минутник (триб минутной стрелки)

8. Колесо вексельное.

9. Колесо часовое

Во время каждого полуколебания регулятора колесная система часового механизма поворачивается на строго определенный угол, после чего останавливается на какую-то долю секунды - до конца полуколебания. При обратном движении регулятора колесная система вновь поворачивается на тот же определенный угол и снова останавливается на такой же отрезок времени. Это движение повторяется непрерывно.

Зубчатая передача часового механизма увеличивает скорость передачи во столько раз, во сколько раз число зубьев ведущих колес больше числа зубьев ведомых трибов.

Зубчатое зацепление передаточного механизма часов называется ангренажем.

Колесо (или триб), передающее движение, называется ведущим, а получающее движение - ведомым. В часовом механизме обычно колесо является ведущим, а триб - ведомым.

Передаточным числом называется отношение количества зубьев ведущего колеса к зубьям ведомого. Оно показывает, сколько оборотов сделает ведомое колесо за один оборот ведущего, т. е. за один и тот же промежуток времени колесо сделает меньшее число оборотов, чем триб.

Баланс карманных и наручных часов с анкерным ходом обычно делает 18 000 колебаний в час, т. е. 300 колебаний в минуту. Анкерное колесо почти всегда имеет 15 зубьев. Следовательно за один оборот анкерного колеса баланс сделает 30 колебаний (каждому зубу колеса соответствует два колебания баланса).

Число оборотов анкерного колеса панк найдем из следующего соотношения:

панк =300/15*2=10 об/мин

Т. е. анкерное колесо за одну минуту сделает 10 оборотов.

Секундное колесо, на ось которого насаживается секундная стрелка, делает один оборот в минуту, а центральное колесо (с минутной стрелкой) делает один оборот в час, или его оборота в минуту.

Общее передаточное число от центрального колеса до анкерного триба равно произведению передаточных чисел отдельных сцепляющихся пар:

Следовательно передаточное число показывает отношение количества зубьев ведущих колес к количеству зубьев ведомых трибов или отношение количества оборотов ведомых трибов к количеству оборотов ведущих колес. Обычно передаточное число в карманных и наручных часах от центрального колеса к анкерному трибу равно 600.

Вариантов соотношения числа зубьев колес и трибов много, ко практически уже выработаны определенные нормы (табл. 1).

Таблица 1
Количество зубьев, колес и трибов карманных и наручных часов, делающих 18 000 колебаний баланса в час

При подборе нового колеса или триба можно руководствоваться табл. 1 или нижеследующим способом.

Если в часах отсутствует одно колесо, а все остальные колеса имеются, а также известно количество колебаний баланса в часах, то недостающее колесо можно найти, пользуясь расчетом, указанным в следующем примере.

Пример. Найти число зубьев утерянного промежуточного колеса, если известно, что центральное колесо имеет 80-12 зубьев, секундное - 80-10 зубьев, анкерное - 15-8 зубьев; 80; 80 и 15 - числа зубьев колес; 12; 10 и 8 - числа зубьев триба. Баланс делает 18 000 колебаний в час.

Допустим, что Триб промежуточного колеса имеет 10 зубьев, тогда число зубьев промежуточного колеса будет:

Чтобы найти количество оборотов анкерного колеса за 1 час, надо количество колебаний баланса за 1 час разделить на удвоенное число зубьев анкерного колеса:

18 000 /2*15 = 600 оборотов

Число зубьев барабана можно найти следующим образом: обычно центральное (среднее) колесо делает I оборот в час, продолжительность хода часов - 36 часов. Следовательно за 36 часов центральное (среднее) колесо сделает 36 оборотов. Такое же количество оборотов сделает центральный (средний) триб.

Зная, что барабан должен обеспечить до 5,5 оборота, можно найти передаточное число:

Чтобы обеспечить большое передаточное число (10: 1; 9:1 и т. д.), в зубчатой передаче часов применяют циклоидальное зацепление, которое благодаря особой форме зубьев позволяет применять трибы с малым числом зубьев.

Передачу вращения и усилий зубчатая пара осуществляет в месте соприкасания зубьев колес и трибов по так называемой начальной окружности (рис. 39). Каждое колесо или триб имеет три окружности: окружность выступов, начальную окружность it окружность впадин.

Окружностью выступов называется окружность, описанная из центра колеса и ограниченная головками зубьев колеса.

Начальной окружностью называется окружность, по которой проходит зацепление колеса и триба.

Окружностью впадин называется окружность, проходящая через основания зубьев колеса или триба.

Правильным зацепление между трибом и колесом будет тогда, когда начальные окружности колеса и триба соприкасаются в одной точке (рис. 39). При глубоком зацеплении (рис. 40) начальные окружности колеса и триба пересекаются. При мелком зацеплении (рис. 41) начальные окружности колеса и триба не соприкасаются и не пересекаются. Колесо и триб должны иметь одинаковый шаг зацепления. Зубчатая передача работает правильно, если величина передаваемой силы не меняется и потери на трение сведены до минимума. Изменение величины передаваемой силы зависит от правильного профиля зубьев.

В часах упрощенной конструкции фрезерованные трибы заменены цевочными (штифтовые наборные трибы). Число штифтов должно быть 8-12, но не меньше 6. Цевочные трибы просты в изготовлении, мало чувствительны к ошибкам в расстояниях осей и легче переносят загрязнение. Штифты цевочных трибов должны вращаться, чтобы обеспечить меньшее трение во время работы и меньший их износ. Ошибки в зубчатых зацеплениях вызывают увеличение трения.

В каждой паре зубчатого зацепления надо иметь достаточный зазор между зубьями, иначе попадание незначительной

рязи между зубьями может вызвать остановку часов. Это особенно важно в колесах, двигающихся с маленьким усилием (секундное, анкерное). Колеса, находящиеся ближе к источнику энергии - пружине, должны быть толще и по мере удаления от него - тоньше. В среднем боковой зазор между зубьями должен быть в пределах 0,1-0,17 шага, а радиальный зазор -

0,4 модуля. Боковой зазор осуществляется за счет уменьшения толщины зуба триба. При правильном зацеплении вращение происходит легко, без толчков и ударов. Правильность зацепления зависит также от правильно подобранного числа зубьев триба: с увеличением числа зубьев триба зацепление улучшается и, наоборот, чем меньше число зубьев триба, зацепление ухудшается, ибо каждый зуб триба дольше находится в зацеплении с зубчатым колесом. При правильном зацеплении зубья колес должны касаться друг друга в тех точках, где их головки переходят в закругления, т. е. должны касаться начальные окружности колес и триба.

Рис. 39. Правильная практическая форма зубьев колеса и триба

Рис. 40. А-глубокое зацепление; Б-зацепление с малым трибом В-исправление глубокого зацепления вельцеванием; Г-исправление зацепления при малом трибе

Рис. 41. А-мелкое зацепление; Б-исправление мелкого зацепления

Шагом зубчатого зацепления t называется расстояние между вершинами двух соседних зубьев, измеренное по начальной окружности в линейных мерах.

Модуль зубчатого зацепления

Диаметр начальной окружности колеса или триба меньше его наружного диаметра на удвоенную высоту головки зуба.

Наружные диаметры колес и трибов можно измерять микрометрами, диаметры начальных окружностей определяют при помощи таблиц или соответствующими вычислениями (диаметр начальной окружности равен модулю, умноженному на число зубьев).

Зубчатые передачи механических часов всегда имели двойную задачу – подавать энергию осциллятору и подсчитывать его колебания. Сохранилось много конструктивных вариантов – от простой трехколесной системы с валами в одной плоскости (у балансирных часов) и обычным расположением и системы с центральной секундной стрелкой до сложных механизмов, указывающих дату и другие календарные и астрономические данные.

Рис. 28.
а – с минутным колесом (1 – ведущее колесо, 2 – барабан пружины, 3 – минутное колесо, 4 – минутный триб, 5 – промежуточный триб, 6 – промежуточное колесо, 7 – секундный триб, 8 – секундное колесо, 9 – спусковой триб, 10 – спусковое колесо);
б – без минутного колеса (1 – барабан пружины, 2 – ведущее колесо, 3 – сменное колесо, 4 – второе промежуточное колесо, 5 – второй промежуточный триб, 6 – первый промежуточный триб, 8 – триб спускового колеса)

На рис. 28а приведены два основных типа часовых зубчатых передач. Первый из них проще, и с ним мы встречаемся у дешевых часов с шварцвальдским, или штифтовым, спусковым механизмом. Для привода стрелочного механизма здесь служит специальное колесо на пружинном барабане. Несколько сложнее второй механизм (рис. 28б) с минутным колесом, от которого в этом случае выводится движение часовой стрелки. Еще более сложен механизм часов с центральной секундной стрелкой. Уже при беглом осмотре этих механизмов можно видеть, на какой срок хода с одной заводкой часов рассчитывал производитель этих часов. (На механизмах, приведенных на рис. 28, видно, что это механизмы с односуточным ходом.) Чтобы часы при одинаковой длине пружины шли дольше, необходимо увеличить общее передаточное отношение и поместить между ведущим колесом вала барабана пружины и трибом на валу минутного колеса еще одно или два дополнительных колеса с трибами.

Часовые зубчатые колеса сильно отличаются от эвольвентных зубчатых передач, используемых в машиностроении общего назначения, так как в часовом деле привилась циклоидная зубчатая передача. Производство зубчатых деталей относилось в ранний период часового производства к самым трудным ручным работам. После прорезания зазоров на окружности колеса оставляли ровные боковые стороны зубьев и слегка закругляли их головки. За небольшим исключением речь шла о производстве колес с торцовыми зубьями.

У крупных башенных часов обод с зубьями склепывался или наваривался на лучевидные плечи ступицы. Малые колесики с несколькими зубьями (как. правило, меньше 15) – трибы – вырабатывались несколькими способами. Для средних и крупных часов это были главным образом трубчатые трибы, а трибы малых часов имели циклоидальную зубчатую передачу. Доводов в пользу циклоидальной зубчатой передачи было несколько. Вспомним, что у часовых передач всегда чередуется зацепление пары колес и триба. Поскольку трибы обычно имеют очень малое количество зубьев, то при зацеплении с большим зубчатым колесом с эвольвентными зубьями возникают большие колебания приводной силы. У циклоидальной зубчатой передачи условия передачи силы более благоприятны тогда, когда тщательно поддерживаются предписанные расстояния между осями зубчатых колес. Для дальнейшего улучшения зацепления полезна коррекция зубьев понижением их головок и упрощением их профильных кривых, что позволяет приблизиться к идеальному состоянию, при котором пара зубчатых колес переносит одинаково большую силу в начале и в конце своего зацепления. Следующим достоинством циклоидального зубчатого зацепления является большая простота изготовления его.

У башенных часов и у первых напольных, настенных и переносных часов зубчатые колеса были железными. Позднее стали использовать более выгодные качества бронзовых колес. Трибы всегда были стальными, причем в местах наибольшей нагрузки их закаливали. Поверхности зубьев, особенно у трибов, всегда полировали, чтобы понижать потери от трения. Наряду с трубчатыми трибами, у лучших малогабаритных часов делали фрезерованные трибы (зачастую из прутковых полуфабрикатов). Для больших колес трибы склепывали, а для меньших часов склепанный комплект обычно лишь насаживался на рифленую поверхность вала. Поскольку трибы всегда относились к самым напрягаемым деталям часов, то можно по степени их износа определить время, до которого данные часы были в ходу, и степень их эксплуатационной надежности.

Автокварцевый механизм (Autoquartz movement) - сочетание автоматического и кварцевого механизма. В следствие повседневных движений руки, генератор заряжает мини-аккумулятор часов. Энергии полностью заряженной батарейки-аккумулятора хватает на 50-100 суток бесперебойной работы часов.

Автоматический механизм (Automatic movement) - часы с таким механизмом заводятся автоматически. В простых механических часах пружина заводится с помощью вращения заводной головки. Система автоподзавода сводит почти на нет такую необходимость. Металлический груз в виде сектора, закрепленный на оси, вращается при любых движениях часов в пространстве, заводя пружину. Груз должен быть достаточно тяжелым, чтобы преодолеть сопротивление пружины. Чтобы избежать перезавода и поломки механизма, ставится специальная защитная муфта, которая проскальзывает, когда пружина достаточно заведена.

Автоматическая регулировка равномерности хода (Automatic adjustment of movement steadiness) - термин, обозначающий автоматическое регулирование положения анкера относительно спускового колеса в случае колебаний маятника с повышенной амплитудой. За счет точной подборки трения между анкером, осью анкера и дополнительным диском удается добиться равномерного звука «тик-так», после окончания периода колебаний маятника с повышенной амплитудой.

Автоматическое ночное отключение мелодии и боя (Automatic night delivery sound) - функция на часах с боем, репетирах, либо карильонах, позволяющая отключать звуковое оповещение времени на ночной период. Представляет собой дополнительный механизм, прерывающий мелодию или бой.

Автоматическое переключение мелодий (Automatic tune changer) - дополнительная функция в часах-репетирах или карильонах, меняющая играющую мелодию по прошествии каждого часа.

Академия независимых производителей часов (Académie Horlogère des Créateurs Indépendants (AHCI) - общество, основанное Свендом Андерсеном (Svend Andersen) и Винсентом Калабрезе (Vincent Calabreseв 1985 году. Целью этого сообщества являлось желание возродить традиционное ремесленное искусство часового дела, равносильное индустриальному изготовлению механических часов. Месторасположением сообщества является коммуна Вихтрах в кантоне Берн. AHCI является интернациональной организацией и насчитывает в настоящий момент 36 членов и 5 кандидатов из более чем 12 различных стран, которые изготавливают самые разнообразные виды механических часов (наручные, карманные, настольные, музыкальные, а также часы с маятником)

Алмаз (diamond) - кристаллизированный углерод, самое твердое вещество в мире. Впоследствие специальной огранки приобретает уникальный блеск и называется бриллиантом. Часто используется для украшения наручных часов верхней ценовой категории.

Альтиметр (Altimeter) - прибор, определяющий высоту над уровнем моря за счет изменения атмосферного давления. Уровень атмосферного давления оказывает влияние на точность хода часов. При увеличении высоты и понижении давления снижается сопротивление воздуха в корпусе часов, увеличивается частота колебаний и часы начинают работать с опережением, «спешить».

Амортизаторы (Shock reducer) - детали противоударной системы часового механизма, предназначенные для защиты осей деталей механизма от поломки при импульсных нагрузках.

Аналоговый дисплей (Analogue Display) - Дисплей, время при помощи относительного перемещения маркера и пластинки (как правило, стрелок и циферблата).

Аналоговые часы (Analogue watch) - часы, в которых индикация времени осуществляется при помощи стрелок.

Анкерный механизм (анкер) (Escapement) - часть часового механизма, состоящая из анкерного колеса, вилки и баланса и преобразующая энергию заводной пружины в импульсы, передаваемые балансу для поддержания строго определенного периода колебаний, что необходимо для равномерного вращения шестереночного механизма.

Антимагнитные свойства (Antimagnetic) - Вид часов, которые неподвержены магнитному воздействию.

Антимагнитные часы (Nonmagnetic watch) - часы, в которых для изготовления корпуса используется специальный сплав, защищающий часы от намагничивания.

Апертура (Aperture) - небольшое окно в циферблате, в котором показывается текущая дата, день недели и т.д.

Аппликация (Applique) - цифры или символы, вырезанные из металла и прикрепленные к циферблату.

Астрономические часы (Astronomical watch) - часы с дополнительными индикациями на циферблате, показывающие фазы Луны, время восхода и захода Солнца либо схему движения планет и созвездий.

Атмосфера (Atm.) - единица измерения давления. Часто применяется в часовой сфере для обозначения уровня водонепроницаемости часов. 1 атмосфера (1 ATM) соответствует глубине в 10,33 метра.