Часы - одно из древнейших изобретений человечества в области техники. (Мы не преуменьшаем приобретенные навыки и умение человека добывать огонь, плавить бронзу и железо, изобретение письменности,пороха, бумаги, паруса).

Некоторые исследователи ставили изобретение часов на второе место. Первое место отводилось колесу. Предполагалось, что самое древнее колесо появилось в Бронзовом веке в 3500 - 1000 году до нашей эры в Месопотамии. (Там же были найдены и первые повозки). Сколоченные вместе доски и бревна обрезались по кругу, и получался сплошной диск. Со временем колесо усовершенствовалось. Это уже был обод со спицами.

Такая конструкция имела значительно меньший вес. Около 3000 лет назад у колеса появился металлический обод. Жизнь колеса весьма продлилась.

*** ***** ***

Трудно переоценить значение и влияние на развитие человеческой цивилизации изобретение часов. Первые приборы для определения Времени и его интервалов мы сейчас называем «примитивными».

Первоначально это были солнечные, затем водяные, а с появлением стекла, люди придумали часы песочные. Но прорывом в измерении времени стало изобретение механических часов.

Этот инструмент контроля времени не зависел от пасмурной погоды, сумерек и ночи, равно как и от забывчивости слуги, ответственного за долив - перелив воды или переворот емкости с песком. Ученые, занятые установлением времени и авторства изобретения механических часов, не имеют по этому вопросу общего мнения.

Данная тема является предметом научных дискуссий.По одним данным, первенство в изобретении механических часов, отдают ученому из города Верона по имени Пацификус. Механические часы он изобрел еще в началеIX века.

Но наиболее широко распространено мнение, что это изобретение было сделано в конце Х века, и принадлежало оно монаху Герберту из местечка Оверни. Этот человек был воспитателем будущего императора Германии ОттонаIII. Да и сам Герберт сделал весьма успешную карьеру, став римским папой Сильвестром II. Его папство длилось с 999 по 1003 год.

Как изобретенный им часовой механизм был устроен ничего не известно. Но потому, что он был забыт, косвенно можно сделать вывод, что должного признания современниками и соответствующего применения это изобретение не получило.

История развития часового дела на Руси была изучена мало. Но имя искусного мастера, кото-рый в 1404 году установил на Спасской башне Кремля первые механические часы в Москве известно. Его звали Лазарь. И был он монахом. Он пришел из Афонского монастыря, расположенного на греческом острове Айон-Орос. Лазарь родился в Сербии, поэтому он получил прозвище Сербин.

Сохранилась миниатюра, изображающая пуск башенных механических часов в Москве. На миниатюре Лазарь рассказывает князю Василию Первому, как устроены часы. Судя потому, что у этих часов были три гири, можно говорить о сложности их механизма.

Одна гиря могла служить для привода основного механизма, молот, ударявший по колоколу, приводился в действие другой гирей, а третья служила для привода механизма, показывающего фазы Луны. На миниатюре диска Луны не видно, но в одной из летописей указывалось, что часы умели это делать. Стрелки на циферблате отсутствуют, можно предположить, что двигался сам диск циферблата.

Хотя точнее было бы придумать для диска слово типа «буквоблат». Вместо цифр стояли старославянские буквы: аз-1, буки-2, веди-3, глаголь-4, добро-5 и далее. Часы с боем совершенно приводили москвичей и гостей Москвы в восторг и изумление. Василий Iзело оценил шедевр и заплатилталантливому Лазарю более полутора сотен рублей. По курсу начала XX века эта сумма составила бы 20 000 золотых рублей.

Первые механические часы были башенными. Механизм башенных часов приводился в дви-жение тяжестью груза.

Груз, камень или позднее гиря, на канате крепился к гладкому, перво-начально деревянному, а позднее металлическому, валу. Чем выше башня, тем длиннее канат и, соответственно, больше запас хода часов.(Поэтому они и были названы «башенные часы»).

Сила тяжести заставляла гирю опускаться, канат или цепь разматывалась и вращала вал. Через посредство промежуточных колес, вал соединялся с храповым колесом. Последнее в свою очередь приводило в движение стрелку. Изначально стрелка была одна.

Подобие своему «родственнику» - шесту солнечных часов гномону. Собственно и направление движения стрелки, привычное и не вызывающее вопросов сейчас (просто: «по часовой стрелке») было выбрано по направлению движения тени, отбрасываемой гномоном. Равно, как и деления на циферблате механических часов, по делениям на круге часов солнечных.

Следует добавить, что высота башни должна была быть не ниже 10 метров, а вес гири порой достигал двухсот килограммов. Со временем деревянные детали часового механизма были замещены деталями, изготовленными из металла

В первых часовых механизмах можно было выделить шесть основных компонентов:

1. Двигатель;
2. Передаточный механизм зубчатых колес;
3. Билянец. Устройство, которое должно было обеспечить равномерность движения;
4. Спусковой распределитель;
5. Стрелочный механизм;
6. Механизм перевода стрелок и заводки пружины.

- О двигателе. Использование вместо гравитационной силы, воздействующей на вес груза, энергии пружины, привело к значительному уменьшению габаритов часового механизма. Пружина предствляла собой эластичную ленту, изготовленную из стальной закаленной полосы. Пружины была свернута вокруг вала внутри барабана. Один ее конец крепился к валу, а второй, внешний, крючком цеплялся за барабан. Стремясь развернуться, закрученная эластичная и упругая пружина заставляла вращаться барабан, а с ним и зубчатое колесо и весь набор зубчатых колес - шестеренок.Изобретение пружинного двигателя открыло путь к созданию в будущем миниатюрных часов, которые можно было бы носить на руке.(гиревой двигатель используется до сих пор. Пример «Часы с кукушкой». Напольные часы).

- Передаточный механизм зубчатых колес принципиальных изменений не приобрел и сегодня (только он сталболее миниатюрным). Количество зубчатых колес в часовом механизме было многочисленным. К примеру, итальянскому часовых дел мастеру Джунелло Турриано для своих башенных часов потребовалось таковых - 1 800 штук.Усложненный часовой механизм этих часов показывалне только текущее время, а дополнительно еще движение Солнца, Луны, Сатурна и других планет, как это представлялось по системе мироздания Птоломея. Полдень, полночь, каждый час и каждая четверть часа отбивалась разным колокольным боем. Базовый принцип устройства передаточного механизма зубчатых колес сохранился и в миниатюрных механизмах современных наручных часов.

А вот неравномерность хода часов, связанная с ускорением движения вала при получении энергии от двигателя, и, в конечном итоге, ускорение вращения шестерен всего механизма, должно было компенсироватьустройство, позволяющее сдерживать ускорение храпового колеса. Оно называлось билянец , (коромысло).Регулятор - билянец представлял собой стержень, расположенный параллельно плоскости храпового колеса.

Под прямым углом к нему крепилось коромысло с двумя подвижными регулировочнами грузиками, как правило шарообразной формы.

При работе билянец раскачивался. Каждое полное качение передвигало храповое колесо на один зубец. Регулируя расстояние грузиков от оси можно было изменять скорость движения храпового колеса, так как частота качения, в этом случае, изменялась. Но и это качение, во избежание его угасания надо было подпитывать энергией.

Постоянная передача энергии для обеспечения колебаний билянца возлагалась на спусковой распределитель . Это устройство являлось своеобразным промежуточным звеном между регулятором и передаточным механизмом.

Оно передавало энергию от двигателя к билянцу, с одной стороны, и подчиняло себе и контролировало движение шестеренок передаточного механизма, с другой стороны.

Это изобретение увеличило точность хода механических часов. Хотя она, по нонешним меркам, оставляла желать лучшего. Суточная погрешность порой превышала 60 минут в сутки.Что вполне приемлимо для средневековья. В 1657 году голландец Христиан Гюйгенс применил в механических часах как регулятор не коромысло, а маятник.

Суточная погрешность таких часов с маятником составлла уже не более 10 секунд.

В 1674 году Христиан Гюйгенс доусовершенствовал регулятор. К колесику-маховику он прикрепил тончайшую спиральную пружинку. Когда колесико отклонялось от нейтрального положения и проходило точку равновесия, пружинка заставляла его возвращаться назад.

Такой балансовый механизм обладал свойствами маятника. Большим достоинством подобного устройства балансового механизма стало то, что такая констукция могла функционировать в любом своем положении в пространстве.

Это весьма способствовало применению такого балансового устройства в механизмах карманных и далее наручных часов. Справедливости ради, следует упомянуть имя англичанина Роберта Гука, который независимо от Гюйгенса изобрел балансовый механизм, основанный на колебаниях подпружиненного колеса.

Упрощенный часовой механизм приведен на рисунке

Базовые принципы работы часового механизма сохранились и в современных часах.

Основные узлы и детали наручных часов и принципы работы

Как наружний скелет насекомых и головогрудых и внутренний скелет млекопитающих служат для крепления внутренних органов, так основой механизма часов служит платина или плата .

Платина - самая большая деталь каркаса часового механизма. На ней крепятся мосты, детали и опоры часовых колес.

Форма платины может быть круглой или некруглой. Эта деталь чаще изготавливается из латуни марки ЛС63-3Т. Для кварцевых часов платина обычно делается из пластмассы. Калибр часов определяется по диаметру платины. Если диаметр платины составляет 18 миллиметров и меньше, то часы причисляют к женским.

Если ее диаметр 22 миллиметра и более, то часы считаются мужскими.

- ангренаж (набор шестиренок, маленьких и побольше).

Эта система шестеренок включает в себя:

1. Центральное колесо;
2. Промежуточное колесо;
3. Анкерное колесо;
4. Секундное колесо.

- двигатель.

Служит для накопления энергии и последующей ее передачи в ангренж.Двигатель состоит из пружины, вала (корэ) и барабана. Пружина может иметь S-образную форму или же быть спиральной. Пружины изготавливают из специального железо-кобальтого сплава или углеродистой стали, подвергнутой специальной термообработке. Продолжительность хода часов зависит от толщины пружины и ее длины. Рабочей и расчетной характеристикой заводной пружины является ее крутящий момент (произведение ее упругой силы на число оборотов).

1. Барабан нужен для защиты, находящейся внутри пружины-спирали, от попадания на нее пыли или влаги.

2. Баланс- спираль является одним из основных узлов часового механизма. Баланс представляет собой круглый тонкий обод с поперечной перекладиной, посаженной на стальную ось. Балансы бывают винтовыми и без винтовыми. У винтового баланса в обод ввинчены винты, которые служат для уравновешивания обода и регулировки частоты его колебаний.

3. Спираль - волосок изготавливают из никелевого сплава. Это упругая пружина, конец которой заделан в латунную втулочку. Под действием энергии, поступающей от двигателя, баланс совершает колебательные движения, вращаясь делает повороты то в одну, то в другую стороны - либо заводит либо раскручивает спираль. В результате, то запираемая, то освобождаемая спусковым распределителем колесная передача часового механизма периодически двигается. Это движение можно наблюдать по скачкообразному движению секундной стрелки. В большинстве наручных часов баланс совершает 9 000 колебаний в час. Период колебания баланса регулируется путем изменения длины спирали.

4.Турбийон (фр.tourbillon - вихрь). Механизм, компенсирующий земное притяжение. Колесо баланса и спусковой механизм устанавливаются на специальную вращающуюся платформу. Платформа вращаясь вокруг собственной оси(как правило, один оборот за одну минуту) меняет центр тяжести всего механизма. При вращении платформы, часы то полминуты спешат, то пол минуты отстают. Таким образом и компенсируется погрешность хода, связанная с воздействием гравитации.

В часовых механизмах повышенного качества и высокими требованиями к точности хода часового механизма, и с целью уменьшения трения и износа осей шестеренок механизма, в качестве опорных подшипников применяются рубиновые камни или синтетический корунд.

Такие камни имеют наименьший коэффициент трения и наибольшую твердость (по шкале Мооса - 9)

- Мосты . Все детали часового механизма: двигатель, баланс, ангераж и другие фиксируются к плате мостами

- стрелочный механизм. Стрелочный механизм расположен с подциферблатной стороны платины. Он состоит из часового колеса, вексельного колеса и минутного триба. Стрелочный механизм входит составной частью в общую кинематическую схему механических наручных часов: 1. Заводной барабан; 2. Центральное колесо; 3. Центральный триб;4. Промежуточный триб; 5. Промежуточное колесо; 6. Секундный триб. (триб - зубчатое колесо, составляющее единое целое с собственной осью вращения,кроме часовых механизмов применяется в других точных механизмах).

- механизм перевода стрелок и заводки пружины .(ремонтуар ) Этот механизм обеспечивает зацепление заводного вала со стрелочным механизмом (при переводе стрелок) или вводит заводной вал в зацепление с узлом завода пружины. Минутный триб обеспечивает движение всего стрелочного механизма. Часовое колесо установлено на втулке минутного триба. На выступающей части втулки часового колеса установлена часовая стрелка, а на выступающей части минутного триба - минутная стрелка. Таким образом минутная стрелка расположена над часовой.Вексельное колесо имеет сцепление с минутным трибом, а триб вексельного колеса сцепляется с часовым колесом. Эта кинематика и обеспечивает перевод обеих стрелок в желаемое положение на циферблате. Для перевода стрелок заводная головка вытягивается. Для завода пружины головка (коронка ) должна быть утоплена. Завод осуществляется ее вращением по часовой стрелке.

Это основные детали и узлы часового механизма и краткое описание припципов их работы.

Современные наручные часы часто имеют еще функции автоподзавода, снабжены противоударным механизмом, имеют водо или влагонепроницаемый корпус, конструкция механизма может иметь календарь.

NB Часы, имеющие календарь, лучше подзаводить на ночь - до 19 часов. В период с 22:00 до 01:00 происходит изменение календарного значения. часовая пружина должна находиться в ее максимально возможном энергетическом состоянии.

Приступая к ремонту зубчатой передачи прежде всего проверяют фрикционную посадку минутного триба, которая должна быть достаточно плотной, чтобы вести вексельную передачу. Колеса передачи проверяют, держа механизм мостами вверх; взаимная параллельность осей и плоскостей колес определяется визуально. Необходимо, чтобы оси центрального и секундного колес были строго перпендикулярны к плоскости платины и мостов. Если в этом нет уверенности, то производят сборку часового механизма, включая установку циферблата, часовой и минутной стрелок. Вращая заводной вал, поворачивают минутную стрелку на полный оборот, следя за тем, чтобы ее конец свободно проходил над всем полем циферблата. Если же, проходя над одной стороной циферблата, конец стрелки поднимается, а над другой — опускается, то это показывает, что центральное колесо установлено с перекосом. Ту же операцию проделывают с секундной стрелкой, пуская часы на одну минуту. Промежуточное колесо и анкерное колесо также не должны иметь перекоса в опорах, однако это не столь существенно, так как оба эти колеса не сопряжены со стрелками и выполняют свои функции правильно, даже при некотором перекосе. Если же минутная стрелка’идет правильно, а часовая перемещается рывками, то это показывает, что погнут верхний конец центрального вала. Вал проверяют на изгиб вращением центрального колеса в кронциркуле. Исправление вала производится на плоской наковальне (фиг. 69), на которую вал кладут изгибом вниз и, слегка ударяя молотком, выправляют изгиб.

Устранить перекос колеса несложно. Например, исправляя перекос центрального колеса, следует вначале расширить одно из отверстий (в мосту или платине), запрессовать в него латунную пробку и просверлить в ней новое отверстие. Лучше всего эту операцию производить с верхним отверстием (в мосту), так как в данном случае не изменится высота установки центрального триба относительно барабана. Если в верхнем отверстии имеется камень, следует провести обработку нижнего отверстия (в платине), внимательно следя за тем, чтобы высота центрального триба и барабана остались неизменными. При обработке верхнего отверстия до запрессовки пробки следует проверить соосность верхнего

(рассверленного) и нижнего отверстий. Для этого вставляют платину в патрон токарного станка, вводя конусообразный конец центрирующего стержня патрона в центральное отверстие платины и устанавливают подручник широкой стороной параллельно платине (фиг. 70). Затем заостряют пуцгольц, вставляют его в рассверленное отверстие моста и быстро вращают, пока конец пуцгольца не примет форму отверстия. После этого на конец пуцгольца надевают кусачки (как показано на фигуре) и осторожно вращая платину наблюдают за биением пуцгольца. По окончании проверки платину снимают с оправки и производят запрессовку пробки и ее сверление. Возможно также использовать пробку с заранее изготовленным отверстием. Для этого подготавливают кусочек проволоки с отверстием диаметром меньше диаметра цапфы оси; в это отверстие вставляется цапфа оси. Затем, запрессовав эту пробку в отверстие, кладут мост на наковальню потанса и производят легкую расклепку пробки с обеих ее сторон (фиг. 71). Расклепку следует провести сперва с внутренней стороны моста, затем с его лицевой стороны. Если при точении пробку сделали

слишком длинной, то для сохранения требующегося осевого зазора ее следует укоротить до толщины моста. После закрепления пробки отверстие доводят до нужного размера и полируют. Следует с обеих сторон отверстия снять фаски для удаления заусенцев, для чего применяют инструмент, показанный на фиг. 72. Для выправления перекоса оси секундного колеса рекомендуется смещать то отверстие, которое расположено подальше от триба, с тем чтобы не изменять глубину зацепления секундного колеса с трибом ходового колеса. Если в отверстия запрессованы камни, их вынимают, а затем снова вставляют. При обработке отверстия в мосту платину зажимают в оправке, направляя центрирующий стержень потанса в отверстие (фиг. 73). Не снимая платины с оправки, устанавливают мост секундного колеса. Затем опускают центрирующий стержень на мост и намечают место нового отверстия; вращая центрирующий стержень, можно сделать достаточно глубокую отметку. Вначале отверстие сверлят несколько меньшего диаметра, чем требуется. Отверстие просверливают на том же потансе, не снимая платины, как показано на фиг. 74. После проверки соосности колес проверяют все осевые зазоры, следя одновременно, чтобы радиальные зазоры не были слишком большими. Вопрос о допуске для осевых и радиальных зазоров спорный. Основное что следует учитывать, это то, чтобы все детали были свободными в своих движениях, так как в часах, в отличие от другого вида приборов, установлены очень жесткие допуски. Следует отметить, что осевые зазоры центрального, промежуточного и секундного колес должны быть больше зазоров ходового колеса, осей баланса и вилки. Для механизма калибром 13 линий осевой зазор центрального, промежуточного и секундного колес должен быть примерно 0,03 мм. Зазор ходового колеса будет около 0,02 мм. Примерно таким же должен быть осевой зазор вилки. Радиальный зазор не должен быть излишне большим. Проверку его проводят, держа механизм в левой руке параллельно верстаку. Каждое колесо приподнимают пинцетом. Такая проверка помогает установить, что цапфы свободно вращаются в своих отверстиях. Следующим важным вопросом является глубина зацепления. Рассматривая этот вопрос, следует отметить, что все приводимые ниже способы могут быть использованы для зацеплений с
. зубьями любой конфигурации. Если в размерах зубьев появляются сомнения, то проверку следует производить с помощью мерительного сектора (фиг. 75). При проверке колесо зажимают в секторе на делении, соответствующем количеству зубьев.. Если, например, колесо имеет 64 зуба, то плечики сектора устанавливают так, что колесо вставляется около цапфы 64 на делениях шкалы (фиг. 76). В нижней части сектора имеется Шкала для измерений триба Закрепив сектор винтом, вынимают колесо и помещают триб между плечами, наблюдая, у какой цифры он остановится. Если триб правильной формы, он остановится на отметке, соответствующей числу его зубьев. При проверке нужно убедиться, что измеряется самая широкая часть триба, т. е. по вершинам противолежащих
Раздвитание сторон сектора до отметки 64 по количеству зубьев колеса.
зубьев (фиг. 77).

Если триб не опустится до нужного деления шкалы, он слишком велик и должен быть заменен другим, надлежащего размера. Если триб проскальзывает ниже нужного деления, он мал по размеру. . Необходимо указать, что сектор не может считаться абсолютно точным мерительным инструментом; он не учитывает различие в конфигурации трибов. Более того, мерительный сектор не годится для больших передаточных чисел, как-то: 12: 1 и др. В этом случае триб оказывается но размеру больше, чем показывает отметка на шкале. Для меньшего передаточного числа, например 4:1, триб будет меньшим, чем число, указанное на шкале. Сектор рассчитан на измерение трибов с передаточным отношением порядка 7: 1 и 8: 1. При измерении колес микрометром необходимо держать инструмент вертикально в правой руке (фиг. 78). Примеры отсчетов по шкалам микрометра и штангенциркуля показаны на фиг. 79, 80. Диаметр колеса показан равным 9,55 мм. Следовательно, когда мы имеем колесо с 64 зубьями и диаметр его равен 9,55 мм, тогда диаметр триба при передаточном отношении 8: 1 будет приблизительно равен 1,2 мм (от 0,50 до 0,15 мм — в зависимости от формы триба). Для определения глубины зацепления всегда надо начинать с промежуточного колеса и секундного триба. Заостренную чурку прижимают к верхней цапфе оси секундного колеса. Другой чуркой покачивают промежуточное колесо и проверяют зазор зубьев промежуточного колеса в трибе. Другие колеса проверяют так же (фиг. 81). При такой проверке большую роль играет опытность мастера. Если после проверки все же имеются сомнения, следует воспользоваться мерительным инструментом, показанным на фиг. 82. Колеса, подлежащие про-

верке, вынимают из механизма. Один из пуансонов зажимают винтом 2, другой оставляют свободным. Наружный острый конец зафиксированного пуансона помещают в отверстие платины для цапфы секундного колеса. Затем, удерживая инструмент вертикально, регулируют винт 1 таким образом, чтобы второй, параллельный первому пуансон вошел своим острым концом в отверстие для оси ходового колеса. При этом нужно следить за правильностью положения пуансонов, которые должны быть перпендикулярны к платине. Если пуансоны отклоняются в какую-либо сторону, то это приведет к установке неправильного расстояния между центрами колес. После этого секундное колесо и ходовое колесо помещают в мерительный инструмент и регулируют пуансоны таким образом, что колесо входит в зацепление с трибом, и затем проверяют их глубину зацепления (фиг. 83). Если глубина зацепления недостаточна, колесо подлежит обработке на приспособлениях для увеличения диаметра колеса (фиг. 84, 85). После обработки колес на этих приспособлениях они поступают в машину для формирования зубьев (фиг. 86). Часто при обработке на этой машине конфигурация зубьев несколько изменяется. Фрезу необходимо выбирать до того, как был изменен диаметр колеса. Чтобы избежать ненужного утонения зубьев, толщина

1 — винт регулировки глубины зацепления; 2 — винты для зажима центров; 3 -центр с острием; 4- центр с коническим отверстием; 5 — пружина, приводящая в движение шкалу.

выбранной фрезы должна быть точно равна расстоянию между двумя зубьями. Держа колесо в левой руке, правой вводят фрезу между зубьями, как показано на фиг. 87 и 88. На фиг. 89 показан заход фрезы. Пружинящая часть 1 регулируется винтом. Некоторые фрезы бывают и без пружины. В этом случае колесо устанав-

ливают на латунную подставку, которая имеет пружинный поводок (фиг. 90). Подставку с колесом устанавливают на станке (фиг. 86), где колесо зажимают между центрами, так что оно лишь слегка опирается на подставку. Индикатор 1 позволяет установить колесо на нужную высоту. Винтом 2 поднимают или опускают колесо. Центрирование колеса осуществляется с помощью регулирующего


1 — индикатор для установки колеса по высоте; 2 — регулировка высоты колеса; з — центр; в — индикатор для центрирования колеса; 5 — фреза; 4 — подставка под колесо; 7 — центр; s — регулировка центричности колеса; 9 — салааки, несущие колесо; ю — рукоятка для удержания салазок в переднем положении; 11 — винт регулирования глубины резания.

Фрезерование зубьев колеса с правильной последовательностью обработки зубьев.

винта, соединенного с салазками 9. Салазки 4 обеспечивают радиальное углубление фрезы, гарантируя правильное нарезание зубьев. Регулирующий вин г 8 центрирует фрезу в соответствии с центром колеса. Упор 11 предназначен для регулировки нужного межцентрового расстояния при обработке колеса. По окончании обкатки зубьев колесо отводят от фрезы при помощи рукоятки 10. Смазка во время нарезания зубьев не требуется. Окончание операции резания определяется свободным прохождением фрезы в зубьях колеса. Если встретится необходимость уменьшить диаметр колеса в случае большой глубины зацепления, то обработку зубьев ведут той же фрезой, с той только разницей, что фрезу нужно заводить глубже в колесо (фиг. 91). Другим видом операции будет уменьшение толщины зубьев (фиг. 92). Во время этой операции нужно следить, чтобы фреза была расположена строго по центру колеса, т. е. чтобы зубья нарезались без наклона, а также избегать значительного трения при вращении колеса и излишней игры, так как г. этом случае фреза будет нарезать зубья с искаженным профилем. После проверки зацепления секундного триба и промежуточного колеса проверяют глубину зацепления центрального колеса с промежуточным трибом, зацепление часового колеса с минутным трибом и т. д. Часовое колесо должно сидеть на минутном трибе совершенно свободно.

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.

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.

Устройство часов схоже со строением автомобиля. В них также есть «кузов», «двигатель», «регулятор», «счетчик», «индикатор» и другие схожие понятия о технических моментах строения механизма. Разбор строения будет проходить, так же как и в других сложносоставных механизмах, по «ключевым местам».

Двигатель – эта часть механизма отвечает за движение стрелок на циферблате.

Двигатель часов в разрезе.

Регулятор – отвечает за скорость вращения двигателя и за точность показаний времени.

Счётчик – ведёт считывание показаний колебаний (колебательная система) и «переводит» данные в движение стрелок или показания дисплея (электронные часы).

Индикатор - внешняя часть часов, на которую выводятся показания времени (циферблат или дисплей).

В некоторых типах устройств будут видоизменяться некоторых части механизма, но общий принцип работы колебательной системы не претерпит существенных изменений. В некоторых как в устройстве настенных часов регулятором будет маятник и сложная система шестерёнок. Такая же система шестерёнок (колёс) и микросхема (считывает колебания кристалла кварца) присутствует в кварцевых устройствах. Данная схема присутствует даже в квантовых часах (атомных), просто она считывает показания не с маятника или кварца, а с колебания атомов.

Общий принцип работы схож для всех видов устройств, и он не претерпел серьёзных видоизменений на протяжении всей истории создания механизмов такого типа.

Виды часовых механизмов.

Исходя из особенности «ключевого места» часы можно поделить на два класса. В основном по тому, какой регулятор там используется, они расходятся на две категории кварцевые и механические.

Механические часы – работа таких устройств базируется на основе колебаний маятника или балансира. Источником питания обычно служит пружинный механизм или гиревой.

В кварцевых часах – механика работы строится на колебаниях кварцевого генератора. В таких устройствах элементом питания в большинстве случаев является батарейка.

Так же механические часы распределяются по классу регулятора и приводу, а кварцевые по типу индикатора и источнику питания.

В то время как история существования механических часов насчитывает более 1000 лет, то история кварцевых насчитывает всего лишь чуть более 40 лет и с момента появления кварцевого механизма не утихают споры о том, какой же всё-таки лучше. Адекватного ответа на этот вопрос ещё ни кто не дал.

Сравнительные характеристики механических и кварцевых часов.

Сравниваться они будут по ряду основных характеристик.

• Первое (1). Точность хода (нормальная/максимальная)
• Второе (2). Время до завода/смены элемента питания.
• Третье (3). Ударопрочность.
• Четвёртое (4). Чувствительность к перепадам температуры.
• Пятое (5). Срок эксплуатации.
• Шестое (6). Ремонтопригодность

Механические часы.

• от +40 до -20 секунд в сутки/±7 секунд в день.
• 40 часов/20 дней.
• низкая (из-за возможного выхода из строя части шестерёнок).
• очень высокая (по причине свойств материалов, из которых состоят некоторые детали).
• от 10 лет.
• очень высокая (возможность замены некоторых элементов конструкции механизма).

Кварцевые часы.

1. ±20 секунд в календарный месяц/±5 секунд в календарный год.
2. от 2 до 10 лет.
3. высокая (такое возможно по причине особенностей конструкции).
4. низкая (так же связанно с особенностями конструкции).
5. от 5 до 10 лет.
6. весьма низкая (замене обычно подлежит весь блок механизма).

Преимущества кварцевых часов.

Точность – В связи с маленькими показателями в отставании/опережении заданного времени. Надёжность – В таком виде механизма очень мало деталей и это обеспечивает постоянную надёжную работу. Ударопрочность – Из-за особенностей конструкции и отсутствия сложносоставных деталей эти часы не боятся обычных механических повреждений, что могут произойти в повседневной жизни. Долговечность элемента питания – Срок службы батарейки в часах составляет в среднем 2 – 3 года.

Простота и надёжность механизма – Так как механизм таких часов в основном своём виде состоит из разных видов пластика и его производство полностью автоматизировано, эти свойства дают долговечность и понижают стоимость продукции на выходе.

Достоинства механических часов.

Отсутствие необходимости замены элемента питания – Не требуется тратить деньги на замену батареек и замену оной.

Ремонтопригодность – Возможность замены любой части механизма в условиях часовой мастерской.

Срок эксплуатации – Данное условие зависит только от хорошего отношении к часам в процессе эксплуатации.

Стиль, определённый временем – Такие часы не утратят своей актуальности и через 100 лет.

Даже после такого анализа вопрос о том, что лучше не возможен по причине того что каждый сам определяет, что ему нужнее, приятнее и выгоднее. Выбор всегда зависит от индивидуальных предпочтений.

Устройство и принципы работы часовых механизмов.

Основные принципы работы механических наручных часов.

Способ работы часов с балансирным механизмом такой же, как у гиревых и маятниковых часов. В механизме такого типа тоже есть пружина (двигатель) которая вращает зубчатые колёса и стрелки.

Такой тип часов можно перемещать в пространстве как угодно, трясти, вертеть и им ничего от этого не будет.

Пружина в часах, будучи лентой из стали или иного специализированного сплава находится в свёрнутом виде в металлическом барабане. На внешне цилиндрической поверхности барабана сделаны зубья и по этой причине он является одним из зубчатых колёс внутри часов. Это колесо-барабан одето на определенный вал, на котором может свободно крутиться вокруг его оси. Один конец пружин закреплён внутри барабана, а другой закреплён за крючок на валу.

Общая схема и детали двигателя наручных часов показаны на рисунке ниже.

Схематическое изображение стандартных наручных часов с боковой секундной стрелкой.

Когда вращаешь вал, а барабан не двигается, пружина закручивается. Если после этого зафиксировать вал, то пружина, раскручиваясь, будет стараться провернуть барабан. Это движение переходит на центральный триб и с него на триб минутной стрелки, вексельное колесо и триб вексельного колеса на часовое колесо, на втулке которого закреплена часовая стрелка. На этой колёсной передаче число зубцов подобранно таким образом, что часовая стрелка в 12 раз вращается медленней минутной.

Если взвести пружину, а потом отпустить то она развернётся почти мгновенно.

Но от часового механизма требуется совсем другое, равномерное вращение стрелок на определённый срок времени. Для такого нужно устройство, которое будет за равные временные промежутки позволять барабану (так же и стрелкам) двигаться под строго определённый угол расположения на циферблате. Такое устройство, которое задаёт такие промежутки времени в часовом механизме, называется регулятором. В наручных и карманных часах используется система движения балансир - спираль.

Во время поворота балансира в любую сторону в спирали нарастает напряжение, увеличивающееся прямо пропорционально углу поворота. После этого отпущенный балансир под воздействием спирали начнёт обратное движение в положение равновесия. В таком положении нарастающее напряжение спирали исчезает, но балансир по закону инерции продолжает движение дальше на почти такой, же угол, какой был до этого и продолжит рост напряжения в спирали. Без трения и других факторов внешнего воздействия балансир продолжал бы колебания системы до бесконечности. Частота колебательной системы балансир – спираль не зависит от амплитуды движения (максимального угла поворота) на который был перемещен балансир. Такая система называется изохронной.

Время полного колебания (движения) балансира которое он совершает, зависит от напряжения спирали, размера и массы самого балансира. По этой причине он, так же как и маятник совершает колебательные движения с не изменой частотой. Значит, возможно, использование такой системы для нормализации скорости движения колёсной передачи. К реалиям повседневной жизни это имеет малое отношение, но по ряду причин это не возможно. Трение и другие факторы работы балансира с течением времени приводят к полной остановке механизма. Для постоянной работы колебательной системы необходимо в определённый промежуток времени «сдвигать» балансир этим давая ему энергетический толчок. Так же движение баланса нужно превращать в равномерное вращение стрелочной передачи. Для разрешения таких проблем служит определённое устройство, называемое спуском или ходом.

Анкерный спуск (ход).

Анкерный ход (спуск) будучи частью часового механизма служащей одновременно для двух определённых целей, превращения постоянных и не изменчивых колебаний балансира во вращение зубчатых колёс с неизменной скоростью движения, включающую в себя так же стрелочную передачу и перемещение «энергии» от «двигателя» балансиру для продолжения его работы. Данный ход помогает системе балансир – спираль руководить работой зубчатой передачи таким образом, что за один такт колебания балансира шестерёнки перемещались под определённые углы.

Так же есть большое количество известных конструкций спускового механизма, но на данный момент большинство наручных часов имеет в своём «содержании» определённый тип который носит название швейцарский анкерный спуск.

Отличительной характеристикой данного спуска приходится наличие определённого элемента имеющего вид корабельного якоря, который называется анкерной вилкой, имеющей место постоянного пребывания между балансиром и последним зубчатым колесом.

У анкерной вилки имеется два плеча, на которых закреплены рубиновые камни которые имеют название палета. А так же у неё есть раздвоенный хвост, концы которого называют рожками. Вилка надевается на ось, на которой она может двигаться в любую сторону. Так же в состав данного спуска входят шестерёнки особой формы, из-за чего носит название анкерное колесо, а также имеется импульсный ролик с импульсными камнями, находящиеся на оси балансира. Детали и устройство механизма приведены ниже на рисунке.

Работа анкерного хода в схематическом изображении.

Балансир (баланс) основную часть времени перемещается «независимо» и не соприкасается с анкерной вилкой. Переходя в своём движении на исходную точку, он ударяет импульсным камнем по рожку и проворачивает анкерную вилку. От такого движения палета запирающая «зуб» анкерного колеса приподнимается и разблокирует его. (часть рисунка под номером 1)

В момент освобождения «зуба», анкерное колесо под воздействием пружины начинает проворачиваться и после этого уже «зуб» анкерного колеса сдвигает палету и приводит в движение анкерную вилку. Рожок анкерной вилки догоняя импульсный камень бьёт по нему, передавая балансиру (балансу) добавочную энергию. (часть рисунка под номером 2)

Анкерное колесо сдвигается на небольшой угол и после этого уже другой зуб опирается в противостоящую палету анкерной вилки. Во время обратного движения балансира (баланса) вся процедура повторяется в той же последовательности что и до этого но с противоположной стороны вилки. (часть рисунка под номером 3)

В одно полное колебание балансира (баланса) анкерная вилка даёт возможность анкерному колесу продвинуться только на один «зуб». В то время когда анкерное колесо двигается и бьётся «зубом» о палету анкерной вилки происходит определённый звук «тик-так». (часть рисунка под номером 4)

Чем выше частота колебаний, тем меньше он реагирует на негативные проявления вроде встряхивания. На данный момент в наручных часах применяется балансир (баланс) имеющий частоту колебаний 0.4 секунды 0.33 секунда, а в наиболее точных всего 0.2 секунды.

Скорость колебания балансира (баланса) в тысячи раз превышает скорость вращения барабана для того чтобы синхронизировать скорости их перемещения между барабаном и анкерным колесом вставляют ещё ряд колёс и трибов имеющих название основной колёсной системы.

Зубчатая передача от барабана к анкерному трибу повышает число оборотов и в таком же количестве снижает передачу мощности. Основную колёсную систему создают, так чтобы первый после барабана триб сделал один оборот за час, и его ось прошла через центральную часть часов, от этого он получил своё название «центральный триб». На оси центрального триба размещают триб минутной стрелки, где и располагается минутная стрелка. Ось триба делающего один полный оборот в одну минуту почти всегда ставят выше шести часовой метки и закрепляют на ней секундную стрелку.

Принцип работы кварцевых часов (включая в себя электронные).

За тысячелетие существования наручных часов (механических) люди продолжали совершенствовать их механизм. Следование по пути развития высоких технологий отразилось и на механических часах в лучшую сторону, так как люди смогли добиться точности хода равной ± 5ти секундам за 24 часа. Но такие механизмы, будучи весьма сложными в производстве и имеющими весьма непомерную цену не пользовались популярностью. Этот аспект повлиял на появление принципиально нового механизма, кварцевого. Кварцевый механизм, имея весьма высокую точность хода, обладает весьма низкой стоимостью. Он стал весьма популярен среди населения именно из-за своих качеств. Подавляющее количество выпускаемых в мире устройств на сегодняшний день несут в себе кварцевый механизм.

Общее схематическое устройство кварцевых часов

Главными узлами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду передаёт импульс двигателю, а тот следом поворачивает часовые стрелки.

Часы получили своё название из-за того что источником колебаний является кристалл кварца. Кристалл кварца выдаёт большую стабильность вырабатываемых импульсов, следовательно, большую точность хода. Источником питания механизма энергией является батарейка, от неё получает необходимый заряд электронный блок и двигатель. Такие элементы питания рассчитаны на срок эксплуатации равный примерно двум годам. Основным достоинством батарейки является отсутствие нужды в заводе часов каждый день. Исходя из характеристик данного устройства, можно заключить, что такой сплав точности и простоты эксплуатации достаточно удобен большинству людей.

В некоторых случаях за место циферблата устанавливают электронный дисплей. В России такой вид часов называют Электронными, а во всём остальном мире данные устройства называют кварцевыми с электронной индикацией. Такое определение должно указывать на то, что данный механизм сконструирован на основе кварцевого генератора и время выводится на дисплей.

По основному своему содержанию они являются крошечным компьютером с запрограммированной микросхемой. Такие часы легко превратить в универсальное устройство, несущее в себе функции хронографа, секундомера, будильника, календаря и многие другие функции всего лишь добавив новый код в микрочип. Так же кварцевые часы отличает от механических то, что после интеграции этих функций, стоимость повышается на очень незначительную сумму.

Кристалл кварца, обладая пьезоэлектрическими свойствами при сжатии, вырабатывает электрическое поле, но если на него воздействовать электричеством, то кристалл «сожмётся». Таким образом, можно заставить кристалл колебаться (на этом свойстве данного минерала и построена вся система кварцевого генератора). Все кристаллы имеют разную частоту резонанса. Длительным подбором размера кварца находят нужный с частотой в 32768 герц.

В электронном блоке наручных кварцевых часов находится генератор электрических колебаний. Данное устройство выдаёт электрические колебания и для его стабилизации используют кристалл кварца на резонансной частоте. По вытекающим из этого особенностям у нас есть генератор электрических колебаний с постоянной частотой колебаний. После всего этого остаётся предать равномерные колебания для движения стрелок.

Генератор производит 32768 колебаний в секунду, а это приблизительно в 10000 раз превосходит колебания балансира. Не один механизм в мире не сможет работать на таких скоростях. И по этой причине в них дополнительно стоит часть называемая двигателем, она отвечает за преобразование колебаний такой мощности в импульс с частотой всего лишь 1 герц. Импульсы такой мощности подаются на обмотку шагового двигателя.

Устройство шагового двигателя.

В двигатель входят, статор с находящейся на нём закреплённой катушкой с обмоткой и ротором является магнитом, насаженным на ось. Когда через катушку проходит электрический импульс возникает электромагнитное поле, которое сдвигает ротор на пол-оборота. Ротор по системе зубчатых колёс двигает стрелки на циферблате.

Подробная схема кварцевых часов.

Автоподзавод

Первые механизмы с автоподзаводом были выпущены в 18 веке, а в 1931г появились первые наручные часы с такой функцией. Основной массовый выпуск таких устройств начался на 20 лет позже. И после этого часы с автоподзаводом стали завоёвывать всё большую популярность и уважение, связанные с их удобством и функциональностью.

Принципы работы автоподзавода.

Основным источником получения энергии в механических устройствах является пружина. Она взводится при помощи вращения заводной головки и через систему шестерёнок переходит на вал барабана. Каким же образом часы могут заводить себя сами?

Устройство подобного механизма весьма похоже на то если положить камень в коробку и поболтать, то камень начнёт стучаться об стенки коробки. Это возможно из-за закона всемирного тяготения и инерции. Часы с автоподзаводом построены по такому же принципу. В их механизме есть свой «камень», будучи закреплённым на оси грузом похожим на сектор со смещённым центром тяжести он при любом движении руки поворачивается вокруг своей оси и дозаводит пружину через систему специальных зубчатых колёс.

Для того чтобы данный сектор смог пересилить сопротивление пружины и подзавести механизм он должен иметь превосходящую инерцию. По этой причине сектор производят из двух разных частей, тонкой и легкой верхней пластины, полукольца из вольфрамового тяжёлого сплава. Диаметр сектора пытаются по возможности сделать максимальным.

Сектор автоподзавода двигается от любого движения руки носящего человека, его вращение не зависит от степени завода пружины. От возможного разрыва из-за сильного завода пружины такие устройства снабжают тем или иным механизмом защиты. В основном устройства с автоподзаводом снабжают пружиной прикреплённой к барабану таким образом, что она не крениться полностью, а при помощи фрикционной накладки. Упругость рассчитана таким образом, что при полном заводе внешний конец пружины с фрикционной насадкой проскальзывал, защищая, таким образом, пружину от разрыва. В некоторых случаях, когда заводишь часы можно слышать щелчки, такой звук означает, что пружина проскальзывает.

Плюсы и минусы часов с автоподзаводом.

Плюсы. Часы с автоподзаводом не надо заводить каждый день. Так же помимо удобства в них есть ещё и два дополнительных преимущества. Сектор держит пружину в постоянном «тонусе» что благоприятно сказывается на точности. Водозащита таких часов гораздо выше в связи с тем что в таком механизме практически не используется заводная головка и это даёт дополнительные гарантии что грязь и влага не попадут внутрь механизма.

Минусы. Устройства с такой функцией являются весьма сложным механизмом, что в разы увеличивает вероятность поломок. Часы с авто подзаводом имеют весьма не маленькие размеры что практически переводит их в разряд чисто мужских часов. Из-за того что основным компонентом сектора является вольфрамовый сплав стоимость таких часов весьма велика. И главным минусом таких устройств является низкая ударопрочность. Некоторые особо сильные удары приводят к тому что опора сектора ломается под его весом и это приводит к полной не годности механизма.

На сегодняшний день основная масса производимых механических часов в мире имеет комплектацию включающую автозавод, исключение составляет лишь самый дешевый или очень дорогой модельный ряд. В бюджетном варианте автоподзавод не предусмотрен исходя из целей снижения стоимости продукции, а дорогом (элитном) варианте часов из-за сложности конструкции (дополнительные функции) в большинстве случаев не возможно поставить автоподзавод. Большое количество дополнительных функций делает механизм более массивным, тяжелым, а после добавления автоподзавода произойдёт неминуемое увеличение массы и объема что является неразумным. Дополнительные функции требуют для нормальной работы большего количества энергии и мощной пружины и из-за этого сектор автоподзавода не в силах её подзавести.

"Самозаряжающиеся" кварцевые часы.

Один из основных недостатков кварцевых часов можно считать необходимость замены элемента питания. Для облегчения жизни человека носящего такое устройство были разработаны несколько способов подзарядки элемента питания. Основные используемые технологии, применяемые в кварцевых наручных часах это Kinetic/Autoquartz и EcoDrive. Такие технологии базируются на том, что подзарядка элемента питания происходит извне. EcoDrive – Использует для подзарядки энергию солнечных лучей попадающих на циферблат. Kinetic/Autoquartz – Подзарядка происходит посредством движения руки человека (закон о кинетической энергии движущегося тела).

Технология Kinetic.

Кварцевые часы с технологией Kinetic являются механизмом, которому не требуется замена элемента питания (батарея). В таких устройствах кинетическая энергия от движения руки видоизменяется на электрическую, которая питает батарею. Такой механизм является сплавом Кварцевых и механических часов с автоподзаводом. От движения руки груз, похожий на используемый в часах с автоподзаводом, двигается по кругу вокруг оси и по системе зубчатых колёс приводит в движение ротор генератора. Электричество, вырабатываемое генератором, подзаряжает накопитель энергии – конденсатор.

Для вырабатывания электрического тока генератором необходимо чтобы ротор вращался с очень большой скоростью. В устройствах с механической начинкой колёсная передача уменьшает обороты от груза до барабана, а в часах с технологией Kinetic всё с точность также, но наоборот. Часы с такой технологией имеют колёсную передачу, которая выдаёт скорость вращения ротора до 100.000 оборотов за 60 секунд. Из-за такой скорости главной проблемой механизма становится трение в опорах ротора.

Для снижения трения в опорах генератор построен таким образом, что ротор находится в магнитном поле обеспечивающим как бы невесомость и почти не касается опор. Из-за магнитной подвески ось, у которой диаметр на концах всего лишь 0.10-0.15 миллиметра (что является размером, который в 3-4 раза меньше человеческого волоса) может выдерживать вес ротора который в среднем в 20 раз больше весит ротора шагового двигателя. Высшим достижением этой технологии можно назвать изготовление с максимально возможной точностью оси ротора (имеющей мизерный размер). Так же для уменьшения трения изготовили уникальную смазку для опор ротора имеющую малую вязкость.

От резких движений и допустим от удара руки о стену, груз начнёт вращаться с возросшей скоростью превосходящую нормальную во много раз. Для предохранения от разрушения центральной оси ротора требуется ограничить скорость во время вращения. Поэтому в передаче используют фрикционную муфту. Внешний вид такой муфты – обычное колесо с трибом, но оно сидит на оси не плотно, а с небольшим трением. Когда скорость нормальна триб вращается вместе с колесом, но когда происходит резкое ускорение, триб муфты поворачивается отдельно от колеса, предохраняя ротор. Ротор генератора вращается с грандиозной скоростью и из этого следует, что баланс должен быть выверенным с очень большой точностью иначе он просто сломает часы./p>

Технология Eco-Drive

Данная технология появилась в 1995г. Основные принципы работы её составляют: получение энергии из солнечного света посредством трансформации оного фотоэлементами в обычный электроток нужного напряжения.