Механические часы

Ручной намотки движения русского часов

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

Механические часы обычно не так точны, как кварцевые ^{[1] [2] [3],} и требуют периодической очистки и калибровки квалифицированным часовщиком. ^[3] С 1970-х годов кварцевые часы захватили большую часть часового рынка, и теперь механические часы в основном являются продуктом высокого класса, приобретаемым из-за их эстетических и роскошных ценностей, из-за высокого мастерства ^[2] или как символ статуса . ^[2]

Компоненты [ править ]

Механические наручные часы в разобранном виде

Внутренний механизм часов, за исключением циферблата и стрелок, называется механизмом . Все механические часы состоят из пяти частей:

• Движущая сила , ^[4] , который сохраняет механическую энергию к власти часов.
• Зубчатая передача , называется колесо поезда , ^[5] , который имеет двойную функцию передачи усилия пружины к балансиру и суммированию колебания балансового колеса , чтобы получить единица секунд , минут и часов . Отдельная часть зубчатой ​​передачи, называемая работой без ключа , позволяет пользователю заводить боевую пружину и позволяет перемещать стрелки для установки времени.
• Колесо баланса , который колеблется взад и вперед. Каждый поворот балансового колеса занимает одинаковое количество времени. Это элемент хронометража в часах.
• Анкерный механизм, который имеет двойную функцию поддержания баланса колесо вибрирует, давая ему толчок с каждым ходом, и позволяя шестерни Сторожевой к заранее или «убежать» на заданную величину при каждом колебании. Периодическая остановка зубчатой ​​передачи спусковым механизмом вызывает «тиканье» механических часов.
• Циферблат с индикатором, обычно традиционный циферблат с вращающимися стрелками, для отображения времени в удобочитаемой форме.

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

• Автоматический подзавод или автоподзавод - чтобы исключить необходимость заводить часы, это устройство заводит главную пружину часов автоматически, используя естественные движения запястья, с помощью вращающегося механизма.
• Календарь - отображает дату, а часто и день недели, месяц и год. Простые часы с календарем не учитывают разную длину месяцев, требуя от пользователя сбрасывать дату 5 раз в год, но часы с вечным календарем учитывают это и даже високосные годы. ^[6] ежегодный календарь не делает корректировку високосного года, и лечит февраля в 30-дневный месяц, так что дата должна быть сброшена на 1 марта каждый год , когда он неправильно говорит , что 29 февраля или 30.
• Будильник - звонок или зуммер, которые можно настроить на срабатывание в определенное время.
• Хронограф - часы с дополнительнымифункциями секундомера . Кнопки на корпусе запускают и останавливают секундную стрелку и сбрасывают ее на ноль, и обычно несколько дополнительных циферблатов показывают прошедшее время в больших единицах.
• Функция взлома - встречается на военных часах, механизм, останавливающий секундную стрелку во время настройки часов. Это позволяет синхронизировать часы с точностью до секунды. Сейчас это очень распространенная функция на многих часах.
• Циферблат фазы Луны - показывает фазы Луны с изображением лица Луны на вращающемся диске.
• Индикатор ветра или индикатор запаса хода - чаще всего встречается на автоматических часах, дополнительный циферблат, показывающий, сколько энергии осталось в заводной пружине, обычно в часах, оставшихся до работы.
• Ретранслятор - часы, которые отбивают часы при нажатии кнопки. Это редкое усложнение изначально использовалось перед искусственным освещением, чтобы проверить, сколько времени было в темноте. Эти сложные механизмы теперь можно найти только в качестве новинки в чрезвычайно дорогих роскошных часах.
• Турбийон - эта дорогостоящая функция изначально была разработана для повышения точности часов, но теперь это просто демонстрация виртуозности часового искусства. В обычных часах балансовое колесо колеблется с разной скоростью из-за гравитационного смещения, когда часы находятся в разных положениях, что приводит к неточности. В турбийоне балансовое колесо установлено во вращающейся обойме, так что оно одинаково воспринимает все положения. Механизм обычно выставлен на лицо, чтобы показать это.

Механизм [ править ]

Механические часы - это зрелая технология , и большинство обычных часовых механизмов имеют одинаковые детали и работают одинаково. ^[7]

Боевая пружина и движение [ править ]

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

Продолжительность работы, время работы или запас хода механических часов в основном зависит от размера используемой главной пружины, что, в свою очередь, является вопросом о том, сколько энергии требуется и сколько места доступно. Если механизм загрязнен или изношен, мощность может не передаваться от основной пружины к спуску. Служба может помочь восстановить ухудшенную среду выполнения. Большинство механических часовых механизмов имеют продолжительность хода от 36 до 72 часов. Некоторые механизмы механических часов могут работать в течение недели. Точная продолжительность пробега механического механизма рассчитывается по следующей формуле: ^[8]
n2 = (n1 * z1) / z2

z1 = количество зубьев цилиндра
z2 = количество лепестков центральной шестерни
n1 = количество оборотов цилиндра
n2 = количество оборотов центральной шестерни (продолжительность работы)

Колесный поезд [ править ]

Центральное колесо приводит в движение шестерню третьего колеса, а третье колесо приводит в движение шестерню четвертого колеса. В часах с секундной стрелкой на вспомогательном циферблате, обычно расположенном над положением «6 часов», четвертое колесо настроено на вращение один раз в минуту, а секундная стрелка прикреплена непосредственно к валу этого колеса.

Escapement [ править ]

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

Балансировочное колесо [ править ]

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

${\ displaystyle T = 2 \ pi {\ sqrt {\ frac {I} {\ kappa}}} \,}$

где - момент инерции колеса в килограмм-метрах ² и - жесткость (жесткость пружины ) его балансирной пружины в ньютон-метрах на радиан. Большинство часов балансируют со скоростью 5, 6, 8 или 10 ударов в секунду. Это соответствует 2,5, 3, 4 и 5 Гц соответственно, или 18000, 21600, 28800 и 36000 ударов в час (BPH). В большинстве часов на пружине баланса есть регулирующий рычаг, который используется для регулировки скорости хода часов. Имеет два бордюрных штифта${\ Displaystyle I \,}$${\ Displaystyle \ каппа \,}$которые охватывают последний виток пружины, удерживая деталь за штифтами неподвижно, поэтому положение штифтов бордюра определяет длину пружины. Перемещение рычага регулятора перемещает штифты бордюра вверх или вниз по пружине, чтобы контролировать ее эффективную длину. Сдвигая штифты вверх по пружине, укорачивая длину пружины, она становится более жесткой, увеличивается в приведенном выше уравнении, уменьшается период колеса, поэтому оно быстрее движется вперед и назад, заставляя часы работать быстрее.${\ Displaystyle \ каппа \,}$${\ Displaystyle T \,}$

Работа без ключа [ править ]

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

Центральные секунды [ править ]

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

Первоначально центральные секундные стрелки приводились в движение от третьего колеса, иногда через промежуточное колесо, с передачей на внешней стороне верхней пластины. Этот метод управления секундной стрелкой называется косвенной центральной секундной стрелкой. Поскольку зубчатая передача находилась за пределами пластин, это увеличивало толщину механизма, а поскольку вращение третьего колеса нужно было настроить так, чтобы секундная стрелка поворачивалась один раз в минуту, секундная стрелка двигалась дрожащими движениями. ^[9]

В 1948 году компания Zenith представила часы с модернизированной зубчатой ​​передачей, в которой четвертое колесо находилось в центре механизма и, таким образом, могло управлять центральной секундной стрелкой напрямую. Минутное колесо, которое раньше было в центре механизма, было сдвинуто с центра и косвенно приводило в движение минутную стрелку. Любые колебания, вызванные непрямым переключением передач, маскируются относительно медленным движением минутной стрелки. Этот редизайн перенес все зубчатые передачи между пластинами и позволил сделать движение более тонким. ^[10]

Смотреть драгоценности [ править ]

Ювелирные подшипники были изобретены и внедрены в часы Николя Фатио (или Фасио) де Дюйе, Пьером и Жакобом Дебофре около 1702 года ^{[11] [12]} для уменьшения трения. Они не получили широкого распространения до середины 19 века. До 20 века их вытачивали из крошечных кусочков природных драгоценных камней. Часы часто украшались гранатом , кварцем или даже стеклянными драгоценностями; только высококачественные часы использовали сапфир или рубин . ^[11] В 1902 году был изобретен процесс выращивания искусственных кристаллов сапфира, что сделало драгоценности намного дешевле. Все драгоценности в современных часах - это синтетический сапфир или (обычно) рубин, сделанный из корунда (Al ₂O ₃ ), одно из самых твердых известных веществ. Единственная разница между сапфиром и рубином заключается в том, что для изменения цвета были добавлены различные примеси; нет никакой разницы в их свойствах как подшипника. ^[13] Преимущество использования драгоценных камней в том, что их сверхтвердая гладкая поверхность имеет более низкий коэффициент трения с металлом. Статический коэффициент трения стали по стали составляет 0,58, в то время как сапфир-на-стали 0,10-0,15. ^[14]

Цели [ править ]

Драгоценные камни служат двум целям в часах. ^[15] Во-первых, уменьшение трения может повысить точность. Трение в подшипниках колесной передачи и спуске вызывает небольшие колебания импульсов, подаваемых на балансир., вызывая колебания в скорости отсчета времени. Низкое, предсказуемое трение поверхностей драгоценного камня уменьшает эти отклонения. Во-вторых, они могут увеличить срок службы подшипников. В подшипниках без украшений оси вращения колес часов вращаются в отверстиях в пластинах, поддерживающих механизм. Боковое усилие, прикладываемое ведущим механизмом, вызывает большее давление и трение с одной стороны отверстия. В некоторых колесах вращающийся вал может истирать отверстие до овальной формы, что в конечном итоге приводит к заклиниванию шестерни и остановке часов.

Типы [ править ]

В спусковом механизме драгоценные камни используются для деталей, работающих за счет трения скольжения: ^[15]

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

В подшипниках используются два разных типа:

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

Где они используются [ править ]

Количество драгоценных камней, используемых в часовых механизмах, увеличилось за последние 150 лет, поскольку драгоценности стали дешевле, а часы стали более точными. Единственные подшипники , которые действительно должны быть драгоценностями в часах являются те , в идущем поезде - зубчатая передача , который передает усилие от боевой пружины ствола на балансир - так как только они постоянно находятся под действием силы из горнила. ^[19] Колеса, которые вращают стрелки ( работа движения ), и колеса календаря не находятся под нагрузкой, в то время как те, которые заводят боевую пружину ( работа без ключа) используются очень редко, поэтому они не сильно изнашиваются. Трение оказывает наибольшее влияние на колеса, которые движутся быстрее всего, поэтому ювелирная обработка им выгоднее. Итак, первым механизмом, украшенным часами, были оси балансового колеса, а затем спусковой механизм . По мере того, как добавлялось больше подшипников с драгоценными камнями, они применялись к более медленным колесам, и ювелирное дело продвигалось вверх по ходу поезда к стволу. В часах с 17 драгоценными камнями все подшипники от балансового колеса до подшипников оси центрального колеса украшены драгоценными камнями, поэтому они считались «полностью украшенными драгоценностями». ^[16]В качественных часах, чтобы минимизировать ошибку позиционирования, к подшипникам рычага и спускового колеса были добавлены замковые камни, что составляет 21 камень. Даже оправка барабана заводной пружины иногда была украшена драгоценными камнями, в результате чего общее количество часов было 23. Когда в 1950-х годах были представлены часы с автоподзаводом, несколько колес в механизме с автоматическим подзаводом были украшены драгоценными камнями, увеличивая счет до 25–27.

«Драгоценная инфляция» [ править ]

Сомнительно, что добавление драгоценных камней в дополнение к перечисленным выше действительно полезно в часах. ^[20] Это не увеличивает точность, поскольку единственные колеса, которые влияют на балансир, в движущемся поезде , уже украшены драгоценными камнями. Морские хронометры , самые точные портативные часы, часто имеют всего 7 драгоценных камней. И установка дополнительных ступичных подшипников не увеличивает срок службы механизма; как упоминалось выше, большинство других колес не изнашиваются настолько, чтобы в них нуждаться.

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

Примерно в 1960-х годах это «увлечение драгоценностями» достигло новых высот, и производители стали выпускать часы с 41, 53, 75 или даже 100 драгоценными камнями. ^{[19] [20]} Большинство этих дополнительных драгоценных камней были полностью нефункциональными; они никогда не контактировали с движущимися частями и были включены только для увеличения количества драгоценных камней. Например, часы с драгоценными камнями Waltham 100 состояли из обычного механизма с 17 камнями и 83 крошечными кусочками рубина, установленными вокруг ротора с автоматическим подзаводом. ^[21]

В 1974 году Международная организация по стандартизации (ISO) в сотрудничестве со швейцарской организацией по стандартизации часовой промышленности Normes de l'Industrie Horlogère Suisse (NIHS) опубликовала стандарт ISO 1112, который запрещал производителям включать такие нефункциональные драгоценности в счетчик драгоценных камней. рекламная и торговая литература. Это остановило использование совершенно нефункциональных драгоценных камней. Тем не менее, некоторые эксперты говорят, что производители продолжают завышать количество драгоценных камней в своих часах, прибегая к «обновлению»; добавление функциональных подшипников с драгоценными камнями к колесам, которые на самом деле в них не нужны, используя лазейки в ISO 1112. ^[20] Приведенные примеры включают добавление замковых камней в подшипники третьего и четвертого колес, мелкие подшипники ступицы колеса и автоматический заводхраповые собачки . Пожалуй, ни одно из этих дополнений не увеличивает точность или долговечность часов.

Мировое время [ править ]

Некоторые прекрасные механические часы будут иметь функцию мирового времени , которая представляет собой безель города, а также часовой безель, который будет вращаться в соответствии с относительным часовым поясом города.

Обычно на лицевой панели расположены 27 городов (соответствующих 24 основным часовым поясам), начиная с GMT / UTC :

• UTC ± 00: 00 - Лондон
• UTC + 01: 00 - Амстердам
• UTC + 01: 00 - Берлин
• UTC + 01: 00 - Брюссель
• UTC + 01: 00 - Париж
• UTC + 02: 00 - Каир
• UTC + 03: 00 - Москва
• UTC + 04: 00 - Абу-Даби / Дубай
• UTC + 05: 00 - Карачи
• UTC + 06: 00 - Дакка
• UTC + 07: 00 - Бангкок
• UTC + 08: 00 - Тайбэй / Пекин / Гонконг
• UTC + 09: 00 - Сеул / Токио
• UTC + 10: 00 - Сидней / Мельбурн
• UTC + 11: 00 - Нумеа
• UTC + 12: 00 - Окленд
• UTC + 13: 00 - Самоа
• UTC − 10: 00 - Гонолулу
• UTC − 09: 00 - Анкоридж
• UTC − 08: 00 - Лос-Анджелес / Ванкувер
• UTC − 07: 00 - Денвер
• UTC − 06: 00 - Чикаго
• UTC − 05: 00 - Нью-Йорк / Торонто
• UTC − 04: 00 - Каракас / Пуэрто-Рико
• UTC − 03: 00 - Буэнос-Айрес
• UTC − 02: 00 - Южная Георгия и Южные Сандвичевы острова
• UTC − 01: 00 - Азорские острова

История [ править ]

Питера Генлейна часто называют изобретателем первых карманных часов , «Нюрнбергского яйца», в 1510 году, но это утверждение, похоже, является изобретением 19 века и не упоминается в более старых источниках. ^[22]

До кварцевой революции 1970-х все часы были механическими. Ранние часы были ужасно неточными; хороший вариант может варьироваться до 15 минут в день. Современная точность (несколько секунд в день) не была достигнута ни в каких часах до 1760 года, когда Джон Харрисон создал свои морские хронометры . Точность была достигнута с 1854 года первой компанией Waltham Watch Company , ^{[ цитата необходима ] за} счет индустриализации процесса производства детали механизма, чтобы достичь необходимой точности: они выиграли золотую медаль на выставке столетия в Филадельфии 1876 года.с множеством часов, произвольно снятых с производственной линии, показывая путь своим коллегам в США (например, Elgin Watch Company ) и мировой часовой индустрии. ^{[ необходима цитата ]}

Механические часы работают от боевой пружины . Современные механические часы в среднем требуют порядка 1 микроватта энергии . ^{[ необходимая цитата ]} Поскольку основная пружина обеспечивает неравномерный источник энергии (ее крутящий момент постоянно уменьшается по мере раскручивания пружины), часы с начала 16 века до начала 19 века имели предохранитель с цепным приводом, который служил для регулирования крутящего момента на выходе боевую пружину по всей ее заводе. К сожалению, предохранители были очень хрупкими, ^{[ необходима цитата ]} их очень легко сломать, ^{[ необходима цитата ]}и были источником многих проблем, особенно неточности хронометража, когда цепь фузеи ослаблялась или теряла скорость ^{[ необходима цитата ] из-} за отсутствия обслуживания.

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

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

Поскольку в 1970-е годы механические часы с ручным заводом стали менее популярными и менее популярными, дизайнеры и промышленники выпустили автоматические часы . В то время как часы с механическим заводом должны заводиться с помощью подвески или рычага, автоматические часы не должны заводиться с помощью подвески; просто вращая часы, они заводятся автоматически. Внутри автоматических часов находится поворотная металлическая или латунная «пластина», которая поворачивается вокруг своей оси, когда часы встряхивают в горизонтальном направлении. ^[23]

См. Также [ править ]

• Хронограф
• История часов
• Драгоценный подшипник
• Кварцевые часы
• Железнодорожные хронометры
• Часы-скелет
• Турбийон
• Морской хронометр
• ETA SA
• Лемания

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Видео сборки механизма механических часов Rolex 3135, Alliance Horlogere
• Разборка механизма механических часов с ручным заводом
• Разборка механических наручных часов, Horlogerie-Suisse
• Сборка механических наручных часов, Horlogerie-Suisse
• Работа простых механических часов Horlogerie-Suisse
• Объяснение механических движений в часах, TimeZone.com
• Автоматические движения механических часов, как работает материал
• Видео: Внутренняя работа механических часов
• Калибр Руководство