Часы. От гномона до атомных часов
Шрифт:
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. Главная передача часов: а — с минутным колесом (1 — ведущее колесо, 2 — барабан пружины, 3 —
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
Несущий элемент часового механизма — каркас — встречается в двух основных видах: колончатом и консольном. Цилиндровый каркас с поперечными горизонтальными плитами типичен для железных настенных часов XVII и XVIII вв. Деревянные «шварцвальдки» или английские люцерновые часы относятся к тому же периоду. Коромысловые часы имели простой каркас консольной формы, состоящий из деревянных балок или из плоского кованого железа. У астрономических маятниковых часов, у настольных часов, у некоторых настенных и малых портативных часов каркас имел две несущие плиты — платины, соединенные несколькими короткими, иногда резными, а позднее — гладкими обточенными колонками. У карманных и у большинства наручных часов платины имели круглую форму. Нижняя (задняя) платина часто бывала декорирована гравюрами и резными орнаментами.
Размер платин был руководящим для определения величины карманных, а позднее — и наручных часов. В часовом производстве издавна установился обычай указывать размер часов во французских (парижских) линиях. Одна линия, которая обозначалась тремя черточками, соответствовала 2,256 мм. У часов с круглыми платинами обычно указывался диаметр в линиях, например, десятилинейные часы имели платину диаметром 10 x 2,256 мм = 22,56 мм. И у наручных часов с прямоугольной платиной указывалась длина и ширина платин, например: 6''' x 4''' = 13,536 мм x 9,024 мм, т.е. 13,5 x 9 мм.
Все разъемные соединения сначала бывали клиновидными. В конце эпохи Возрождения появились первые ручные резаные и пиленые винты с четырехгранными гайками. В ту пору стали в часовом деле применять наряду с железом хорошо поддающиеся обработке латунь и бронзу, особенно подходящие для резьбовых и гравировальных работ. Производство более точных винтов началось лишь во второй половине XVI в., когда француз Бессон в 1569 г. предложил первый проект механического устройства для производства винтов. Много лет позднее, в 1741 г., часовщик Хиндли из Йорка использовал идею Бессона на практике. В Англии первый патент на нарезание винтов получили в 1860 г. Джоб и Уилльям Уайты. Однако клиновидные соединения остались в часовом промысле и впредь весьма популярными, так что и после усовершенствования метода нарезки витков все еще и теперь такие соединения служат, например, для закрепления волосков в колодке на мостике баланса.
У настольных и карманных часов колончатый каркас не привился. Здесь преобладала двухплатинная рама с тремя, четырьмя и большим количеством распорок, соединяющих обе круглые или квадратные, а у настольных ренессансных и барочных будильников — еще и многоугольные платины. Некоторые часовщики эпохи Возрождения во Франции и в Швейцарии строили часы с ярусной рамой, имеющие ходовой механизм в верхней части и механизм боя и будильника в нижней.
По мере развития механических часов уменьшалась толщина механизма между его платинами. Механизм малых настольных будильников в стиле барокко первоначально имел толщину около 60 мм, а толщина карманных часов того времени значительно превышала 30 мм. В XVIII в. эти размеры еще более существенно уменьшились. Сократились длины валов и уменьшилась ширина пружин, что одновременно сопровождалось существенным повышением их нагрузок. Высшей точки это направление достигло в первой половине XIX в., когда в моду вошли очень плоские часы. Тогда швейцарские часовщики Дахерон, Вухен и братья Юноды из Женевы, а также Роберт Теурер со своими сыновьями из Ля Шо-де-Фондс, братья Ботте и другие стали экспортировать малые карманные и подвесочные часы филигранной работы с толщиной механизма от 1,7 до 1,9 мм. Корпуса этих часов бывали декорированы прекрасными гравированными орнаментами с эмалью.
Объяснялось это тем, что Швейцария наряду с Францией, Германией и Голландией относилась к странам с развитой техникой обработки эмали. Художественная эмаль стала применяться и в эстетическом оформлении часовых корпусов. Зрелость тогдашнего гравировального искусства доказывается украшением плат, мостов, крышек корпусов и особенно мостов баланса, прикрывающего у так называемых «шпиндлевок» старого происхождения основную часть нижнего основания. Первоначально этот мостик имел форму буквы S, а позднее ему стали придавать форму овала с большой крепежной пятой клиновидной формы. Примерно в середине XVIII в. овал уступил свое место круглому мостику. Обе эти формы заменил позднее сравнительно стройный мостик с узкой пятой, открывающей венец баланса с его перекладиной.