Текст книги "Часы. От гномона до атомных часов"

Автор книги: Станислав Михаль

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 12 страниц)

Приводные механизмы часов

Часы приводимые в действие грузами

Из привода с грузом выработался первоначальный принцип колесных часов. Кроме бесспорной простоты и надежности, этот принцип обладал еще и преимуществом, которого долго не было у прежнего пружинного привода, а именно неизменностью (постоянством) приводной силы. Вес тел, зависящий от местного ускорения силы тяжести, несколько изменяется с географической широтой, но в отношении часов с грузом это не является помехой. Дело в том, что «непортативность» обрекала их стоять на одном месте. При изучении свойств и работы спускового механизма мы встретились с неблагоприятным последствием скачка спускового механизма в виде бесцельно затраченной потенциальной энергии груза. Чтобы нагляднее представить силовые отношения в передаточном механизме часов, будем исходить из схемы простых бамперных часов (рис. 23). Из этой схемы видно, что первоначальная сила тяжести Q, передаваемая зубчатыми механизмами, падает по направлению к спуску, что сопровождается, с другой стороны, ростом числа оборотов приводимых валов. Если зубья спускового колеса опираются на палеты силой Р₁, то при указанных передачах на ведущем колесе будет действовать сила Р₃, в 28 раз большая. Отсюда видно, какое большое количество энергии необходимо иметь в приводном механизме часов, чтобы обеспечить их ход.

Рис. 23. Схема передачи силы в механических часах

Другим неприятным фактором является понижение груза при каждом скачке спускового колеса, сопровождаемое потерей его потенциальной энергии. Это особенно чувствительно проявлялось у больших башенных часов, где масса груза составляла 100 кг и больше. Поднимание таких тяжелых грузов являлось физически тяжелым делом, и, кроме того, большие силы, которые возникают при этом в зубьях передачи, вызывают их быстрый износ.

Кроме своей простоты, грузовой привод имел перед пружинным приводом то большое преимущество, что в первом можно было сравнительно легко накапливать большое количество энергии. Сам приводной механизм образовывался ведущим валом с канатным барабаном или цепным колесом (рис. 24), храповиком и свободно вращающимся ведущим колесом с защелкой, предотвращающей возвратное движение. У самых старых часов цепные барабаны первоначально были деревянными, гладкими. На них наматывались пеньковые канаты с каменными, а позднее – металлическими грузами. Для более поздних часов XIX в. применялись металлические цепи. В таких случаях часы имели металлические канатные барабаны с пазами для витков каната. Меньшие настенные часы имели груз, подвешенный на струнах из овечьих кишок, а дешевые часы XIX и XX вв. имели грузы на металлических звеньевых цепочках. Цепные звездочки были, правда, намного уже, чем канатные барабаны, но передача силы на них была несовершенной ввиду непрерывно изменяющегося трения между зубьями звездочки и звеньями цепи при ее неудачной отмотке. Для удлинения хода часов между двумя заводками приходилось размещать часы на большой высоте, в самых высоких этажах зданий, в башнях или же применять системы роликов. Правда, одного ролика было недостаточно для увеличения продолжительности хода вдвое, но для развития нужной приводной силы был необходим груз удвоенной массы.

Рис. 24. Привод грузом: а – струнный (1 – ведущее колесо, 2 – защелка, 3 – храповое колесо, 4 – струнный цилиндр); б – цепной (1 – ведущее колесо, 2 – храповое колесо, 3 – защелка, 4 – пружина защелки, 5 – цепное колесо-звездочка)

Хорошие маятниковые часы, приводимые грузом, имели точный ход. Их суточная погрешность колебалась в пределах нескольких секунд или даже десятых долей секунды. Для точного измерения времени необходимо было, чтобы ход часов был абсолютно равномерным. Приводная сила должна была быть постоянной, не изменяться даже в течение тех коротких моментов, когда часы заводились. Поэтому у старых астрономических регуляторов мы встречаемся со специальным дополнительным механизмом, в задачу которого входило обеспечение постоянства приводной силы во время заводки часов.

Стремление к приоритету побуждало некоторых часовщиков создавать интересные конструкции привода, некоторые до сих пор привлекают внимание коллекционеров старых часов. Одной из таких конструкции являются пилообразные часы, в которых часовой механизм вместе с футляром, заполненным свинцом, является грузом. Приводную силу здесь передает длинная зубчатая рейка через триб и передаточный механизм на спусковой механизм часов. Известны так называемые цилиндровые часы, также приводимые собственным весом. Против момента силы тяжести, приводящей цилиндрическую втулку часов в движение по наклонной поверхности, действует силовой момент массивного сегмента внутри часов. Эти часы называли также гравитационными, и мы возвратимся к ним в главе, посвященной необычным типам часов.

Часы с пружинным приводом

Пружинный привод, который стали применять в часовом ремесле в XV и XVI вв., открыл путь к всестороннему использованию механических часов. Этот вид привода до сих пор преобладает у массовых часов, но в последнее время он постепенно вытесняется иными источниками энергии в электрических и электронных часах.

Пружинный привод механизма возник вне области часового дела. Уже в средние века кузнецы и слесари изготовляли подвижные фигурки. Пожалуй, самым старым примером их может быть железный петух, установленный на первых башенных часах в 1354 г. в Страсбурге. Возрождение принесло повышенный интерес к полуавтоматическим приборам и, конечно, побудило тогдашних часовщиков заняться идеей использования стальной пружины для привода часового механизма. В некоторых литературных источниках говорится о том, что первые пружинные часы появились примерно около 1430 г. К этому времени относятся сообщения о часах, изготовленных Пьерром Ломбартом из Монза и Еганом Паулином из Брюгге для герцога Филиппа III Доброго, о которых мы уже упоминали.

Пружины часов XVI в. нельзя ни в какой степени сравнивать с современными пружинами, изготовляемыми из катаной стали с содержанием углерода чуть более 1%, и с пружинами из специальных сплавов с добавками кобальта, хрома, никеля и т.п. Высокие нагрузки материала сопровождаются у каждой пружины стойкими деформациями, которые влияют на точность хода часов. В отличие от грузов (гирь) здесь приводная сила пружины изменяется также с изменением числа ее витков. Приводная сила после резкого начального падения через несколько часов хода начинает понижаться медленнее и более равномерно, за исключением короткого периода перед тем, как часы останавливаются из-за того, что приводная сила снова начинает быстро понижаться. Эта характеристика относится главным образом к пружинам, изготовляемым в настоящее время. У старых часов кривая приводной силы была еще менее равномерной, поскольку качество и обработка стали были тогда значительно хуже. И, кроме того, сравнительно грубая поверхность пружины, всаженной в неподвижный держатель пружины (барабан), вызывала большое трение и понижала эффективность пружины. Поэтому простейшие старые пружинные часы и не могли обходиться без вспомогательного механизма для выравнивания приводной силы.

Рис. 25. Компенсатор силы заводной пружины «улитка»: 1 – барабан пружины, 2 – завиток, 3 – струна (цепочка), 4 – пружина завитка, 5 – рычаг завитка, 6 – палец завитка

Самым распространенным компенсатором приводной силы пружины была так называемая «улитка» (рис. 25), размещаемая между барабаном пружины и часовым механизмом. Сила привода барабана пружины переносилась на улитку струной из овечьих кишок или тонкой плоской металлической цепочкой, состоящей из многих склепанных звеньев. При заведенной пружине струна обматывала все витки завитка и при разматывании наматывалась на гладкий барабан держателя пружины. Радиус отматывания на улитке постепенно увеличивался по мере уменьшающейся силы пружины, так что конечная приводная сила оставалась примерно одинаковой. Изготовление цепочек к улиткам относилось к самым тонким профессиональным операциям у часовщиков и зачастую поручалось только женщинам. Одна такая цепочка имела от 500 до 800 звеньев. Однако в целом между струнным и цепочечным стабилизаторами не было существенного различия. Вначале струнные стабилизаторы старого типа имели закругленные пазы на завитке, а у цепочечных компенсаторов профиль паза был граненым. Изобретение улитки приписывалось многим часовщикам, в том числе, явно несправедливо, и Якубу Цеху, по всей вероятности, первому чешскому производителю портативных пружинных часов. Однако эта идея безусловно более стара, мы с ней встречаемся, например, у нюрнбергского часовщика Петра Генлейна. По форме улитки можно также приближенно определить возраст тех или иных часов. Ранние конструкции XVI и XVII вв. имели стройные высокие улитки, а по мере уменьшения толщины часового механизма в целом становилась более плоской и улитка и возрастал угол вершины ее конуса. Формы улиток зависели также от качества тогдашних пружин. Пружины дешевых часов XVIII в. не отличались высоким качеством, их приводная сила подвергалась значительным изменениям, и для компенсации этой силы требовалась плоская улитка с большим сужением.

Стабилизаторы силы привода в виде улитки можно найти в старых часах французского, английского и немецкого происхождения. Вероятно, несколько старше другой стабилизатор в виде особого кулачка, который встречается иногда у некоторых немецких карманных и настольных часов. Для компенсации приводной силы здесь достаточна сравнительно малая сила плоской пружины, прижимающей тормозной палец к окружности плоского кулачка, насаженного на вал барабана пружины (здесь тормозной момент действует против приводного момента пружины). Форма кулачка подбиралась так, чтобы равнодействующая приводная сила была постоянной. По сравнению с улиткой кулачок занимал меньше места, а поэтому его применяли прежде всего для карманных часов. Однако в целом он не слишком привился и был вытеснен улиткой и для плоских часов, где она удерживалась примерно до конца XVIII и начала XIX в., когда заканчивавшаяся эра «шпиндлевок» сменялась новыми типами часов с современными спусковыми механизмами. У этих часов с анкерными спусковыми механизмами стабилизаторы силы привода быстро отпадали, они сохранились лишь у морских хронометров.

Однако на работу самой совершенной пружины постоянно влияют некоторые факторы, например потери от трения между витками, которые теперь понижаются путем полирования поверхности пружины и смазкой. Ослабление приводной силы, вызываемое усталостью материала, существенно уменьшали тем, что делали пружины из нержавеющей стали или из особых сплавов. Однако, несмотря на это, каждая пружина в ходе своего разматывания изменяет свою приводную силу. Для устранения этого недостатка применяли несколько способов.

Самый старый способ исходил из стремления исключить в работе пружины ее начальную и конечную фазу, поскольку приводная сила пружины резко падает именно при полной заводке и при окончании завода. Для карманных часов использовали в целях ограничения рабочего диапазона пружины кулачковый механизм. На практике встречались различные кулачковые механизмы, самым известным из которых является мальтийский механизм, далее идут кольцевидные кулачковые механизмы, или же пальцевые. Кулачковые механизмы должны были ограничить натяжение и разматывание пружины до нескольких оборотов вала держателя пружины (как правило, до четырех). Как и улитка, кулачковый механизм сохранился до сих пор лишь в конструкции морских хронометров. При дозаводке цепочка наматывается на последние суженные витки компенсатора до того момента, когда боковая сторона цепочки нажимает на кулачок кулачкового механизма и ставит его на пути пальца на завитке. Кулачковый механизм одновременно сохраняет от разрыва не только саму пружину, но и филигранную цепочку или струну.

У малых карманных часов роль кулачкового механизма позднее взяла на себя реверсивная защелка, которая обеспечивает малое обратное движение пружины и связанное с этим ослабление ее натяжения. Кулачковый механизм и реверсивная защелка защищали пружину от перетяжки. Реверсивная защелка, правда, исключает перетяжку пружины и использование быстро уменьшающейся приводной силы при полностью заведенной пружине, но не мешает тому, чтобы пружина дошла до конца и вызывала замедление хода в последние часы. Этому можно воспрепятствовать только ежедневной регулярной заводкой пружины в одно и то же время, чтобы пружина могла развиваться лишь в оптимальный период своей приводной силы.

Изменчивость приводной силы можно также ограничивать удлинением пружины и увеличением запаса ее энергии. Однако удлинение пружины идет за счет ее толщины. Для тонких пружин требуются также специальные сплавы, лучше выдерживающие нагрузку и усталость. Приводная сила современных пружин несравненно выше, чем у пружин старых часов. Исключительно благоприятные особенности современных пружинных сталей с высоким пределом упругости и особой технологией производства привели к созданию так называемых S-пружин (названных так по их форме в развернутом состоянии), – которые имеют повышенный срок службы и более равномерную приводную силу.

Заводной и переводной механизмы часов

Однострелочные пружинные часы XVI и XVII вв. первоначально заводились ключиком спереди через отверстие в циферблате, а позднее заводной четырехгранник вала пружинного барабана был выведен на заднюю сторону. В отдельных случаях, например у некоторых часов Бреге, четырехгранник находится в оси вала часовой стрелки.

Примерно около 1800 г. некоторые часовщики пытались создать часы с бесключевым заводом. Один из первых вариантов таких часов имел заводной механизм в шейке подвесного кольца карманных или подвесочных часов. Пружина заводилась несколькими нажиманиями и вытягиванием кольца.

Рис. 26. Корончатая заводка: а – зазодка, б – перевод стрелок

1 – коронка, 2 – муфтовое колесо, 3 – триб муфты, 4 – заводной вал, 5 – заводное колесо, 6 – храповое колесо, 7 – барабан пружины, 8 – установочный рычаг, 9 – муфтовый рычаг, 10 – колесо для управления стрелками, 11 – сменное колесо

Механизм завода с корончатой передачей, которую используют и теперь, запатентовал в 1820 г. англичанин Т. Прест. Его идею усовершенствовал в 1842 г. до нынешнего вида Адриен Филипп (рис. 26). Несколько позднее производством таких механизмов завода начала заниматься известная швейцарская фирма «Патек Филипп и компания». В английской часовой промышленности, консервативно придерживающейся стабилизатора приводной силы типа улитки, для которого такой механизм завода не подходил, не могли использовать этот способ.

Лишь в последние десятилетия XIX в. и в начале нашего века большинство английских часовых фирм тоже перешли на корончатый механизм завода с коронной передачей и передвижным рычажным механизмом для передвижения стрелок, управляемым небольшой кнопкой на боковой стороне футляра часов. Однако система Патека была самой простой: стрелки перемещались и пружина заводилась одной заводной головкой, которая перемещалась на две позиции. У старых часов стрелки передвигались вручную ключом, насаживаемым на четырехгранник минутного колеса или же рукой (у «роскопфок»). Вращение стрелок независимо от всего остального механизма часов было возможно благодаря наличию специально для этого приспособленной муфты.

Рис. 27. Автоматический заводной механизм: 1 – рабочее колесо, 2 – преобразователь, 3 – понижающая передача. 4 – ограничитель натяжения при заводке коронкой, 7 – пружина, 8 – барабан пружины, 9 – коронка

Механизм для автоподзавода часов, схема которого приведена на рис. 27, относится теперь к основному оснащению современных наручных часов. Его главные составные части: ротор, заводимый в обе стороны, в виде сегмента, отлитого из тяжелого металла, преобразователь вращения для изменения двухстороннего вращения ротора в однонаправленное движение заводки и передаточный механизм, увеличивающий малую силу заводки сегмента. Автоподзавод не являлся новинкой, его изобрел еще в XVIII в. швейцарец Перрелет, позднее усовершенствовал Бреге, а в 1780 г. на нее получил в Лондоне патент Рекордон. В период 1780-1800 гг. Бреге изготовил ряд карманных часов с автоподзаводом, у которых заводной элемент был не вращающимся сегментом, а имел сбалансированные рычаги. Швейцарский патент на автоматический заводной механизм получил в 1924 г. англичанин Джон Гарвуд, изготовивший одним из первых так называемые автоматические наручные часы. Главное значение этого решения заключается в сохранении сравнительно постоянной приводной силы пружины, если часы носят регулярно, а это обеспечивает повышенную точность их хода. Однако и то, что отпала ручная заводка, является большим удобством, которым нельзя пренебречь.

Зубчатые передачи в часах

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 – 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.

Каркас часов

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 × 2,256 мм = 22,56 мм. И у наручных часов с прямоугольной платиной указывалась длина и ширина платин, например: 6''' × 4''' = 13,536 мм × 9,024 мм, т.е. 13,5 × 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.

Хорошо помогает в определении возраста часов также форма распорных колонок между основаниями. У самых старых карманных и настольных часов эти распорки имели форму простых гладких колонок круглого сечения. Около 1650 г. появились колонки с тюльпановым орнаментом, а в конце этого же века стал преобладающим египетский орнамент. К сравнительно широкому диапазону времени относятся вазообразные колонки квадратного сечения. Помимо часов, отличающихся орнаментальным украшением корпуса и механизма, некоторые часовщики (особенно в Англии) производили часы, бросающиеся в глаза своей простотой и несложным внешним видом. Эти часы называли пуританскими.

Развитие плоского часового механизма началось задолго до его расцвета в XIX в. Почти до конца XVIII в. в карманных часах баланс располагали преимущественно вне механизма над нижним основанием. Эта компоновка была также одной из причин несколько большей толщины механизма. Английские часовщики сохраняли «луковичный» внешний вид часов еще в ту пору, когда Франция начала отказываться от классического типа с двумя полными круговыми платинами и ввела новый тип с нижней платиной сегментной формы. Баланс у этих часов нового типа оставил свое прежнее место над нижним основанием и переместился в пространство часовых передаточных механизмов между основаниями. В 1770 г. Антуан Лепине ввел новый тип часов, у которых он заменил нижнее основание отдельными мостами для каждой оси. Идея Лепине получила неожиданный отклик у французских часовщиков и повлияла на дальнейшее развитие карманных, а позднее и наручных часов в Европе и заморских странах.

Опоры

Точность хода часов зависит от многих факторов, причем не в последнюю очередь – от величины пассивных сопротивлений в передаточном механизме и от их изменений. Одним из источников этих сопротивлений является трение в опорах. Со времени изобретения первых механических часов часовое ремесло использовало исключительно опоры скольжения, причем эксперименты с миниатюрными шариковыми подшипниками, появившимися лишь в последнее время, были единичными[13]13
  Опоры качения с шариковыми подшипниками широко используются в механизмах автоподзавода наручных часов. (Прим. науч. ред.)


[Закрыть]. Поскольку качество рабочих поверхностей сильно влияет на величину фрикционных сил в подшипниках скольжения, то стальные цапфы осей стали полировать до высокой чистоты поверхности. В часовом производстве используют преимущественно двустороннюю посадку валов. Консольное крепление барабанов пружин относится уже к прошлому, а если такая посадка осей еще встречается, то во всех случаях речь идет о вспомогательных незагруженных передаточных механизмах стрелочной передачи и т.п.

Опоры первых часов были примитивными, цапфы осей вращались непосредственно в раме. У башенных и железных настенных часов вкладывались в отверстия латунные втулки, чтобы они улучшали скользящие свойства опор и уменьшали износ цапф. У большинства часов, изготовленных во второй половине XVIII в., встречаются углубления вокруг отверстий опор, так называемые масляные чашечки.

У некоторых башенных часов чехословацкого происхождения конца XVIII в. и первой половины XIX в. иногда встречается совершенно необычная форма опор скольжения с квадратными отверстиями для цапф. Эту неудачную форму применяли в свое время и некоторые чешские часовщики, к которым относится и строитель башенных часов Франтишек Зуммерэкер.

Подшипники скольжения были усовершенствованы тогда, когда Николае Фатио (1664-1753) в начале XVIII в. открыл способ производства камневых подшипников. Благодаря ему Англия вплоть до 1790 г. была единственной страной, в которой имелось право производить сверленые камневые опоры. Новое изобретение дало возможность улучшить работу баланса, цапфы которого должны иметь как можно меньший диаметр, чтобы ограничить трение. Камневые опоры изготовляли из натуральных драгоценных камней, мягкого граната и агата, а накладные камни у баланса бывали иногда алмазными.

Рис. 29. Амортизатор ударов – система «Инкаблок»

Цилиндрическая форма цапфы баланса стала преобладать как более выгодная, цапфа редко ломалась, в то время как у малых часов с другими формами цапф, например коническими, цапфы ломались чаще всего. Для наг ручных часов, подвергавшихся сотрясениям и ударам, требовалось понизить опасность такого повреждения до минимума. Часовщики боролись с этим, применяя различные амортизаторы ударов, задачей которых было обеспечение надежной посадки вала баланса. На рис. 29 показана работа наиболее часто применяемой теперь конструкции камневых опор часового баланса с амортизатором системы «Инкаблок». Амортизатор позволяет валу баланса вместе с подшипниковым камнем совершать небольшое боковое смещение в направлении удара, при котором утолщенная часть оси баланса упирается, после чего баланс снова возвращается в свое первоначальное положение.

В производстве опор теперь уже не используются натуральные камни; камни изготовляют из синтетического корунда с помощью сложных технологических процессов, а в последнее время – и с помощью лазерной техники. Наручные часы среднего качества имеют 15 камней: два камня палетных, один камень импульсный на импульсном ролике баланса, два сквозных камня с отверстиями для оси баланса и углублением в форме маслины для масла, а также два опорных камня-подпятника для оси баланса. Анкер, спусковое секундное и промежуточное колесо также имеют по два сквозных камня с цилиндрическим отверстием. Все эти камни также имеют масляные чашечки. Дорогие и более точные часы имеют по 17, 21 и больше камней. Прекрасные швейцарские хронометры 80-х годов прошлого века имели до 32 камней.