Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Verge и foliot )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Грани и створчатый спуск башенных часов Де Вика , построенных Анри де Виком в Париже в 1379 году.

Грани (или зубчатое колесо ) необлавливаемый является самым ранним известным типом механического спуска , механизм в механических часах , которые контролируют его скорость, позволяя зубчатую передачу к заранее через регулярные промежутки время или «клещ». Его происхождение неизвестно. С конца 13 до середины 19 века в часах и карманных часах использовались краевые спусковые механизмы . Название грани происходит от латинского virga , что означает палка или жезл. [1]

Его изобретение важно в истории техники , поскольку сделало возможным развитие полностью механических часов. Это вызвало переход от измерения времени с помощью непрерывных процессов, таких как поток жидкости в водяных часах , к повторяющимся колебательным процессам, таким как качание маятников , которые потенциально могли быть более точными. [2] [3] Качающиеся хронометры используются во всех современных часах.

Часы Verge и Foliot [ править ]

Одна из самых ранних существующих чертежей [4] одного грани спуском, в Жуан - де - Dondi «s астрономические часы , в Astrarium, построенный 1364, Падуя, Италия. У него было колесо баланса (в форме короны вверху) вместо листа. Спуск находится чуть ниже. Из его трактата о часах 1364 года Il Tractatus Astrarii .

Торцевый спуск датируется Европой 13-го века, где его изобретение привело к разработке первых полностью механических часов. [3] [5] [6] Начиная с 13 века, большие башенные часы были построены на европейских городских площадях, соборах и монастырях. Они сохранили время, используя торцевой спуск, чтобы управлять фолиотом , примитивным типом балансового колеса , заставляя его колебаться взад и вперед. Фолиот представлял собой горизонтальную планку, прикрепленную к вертикальной грани стержня с грузами на концах, и скорость часов можно было регулировать, перемещая гири внутрь или наружу на планке.

Грани , вероятно, произошли от будильника , который использовал тот же механизм для звонка в колокольчик и появился столетия назад. [7] [8] Было предположение, что Вильяр де Оннекур изобрел спусковой механизм в 1237 году с иллюстрацией странного механизма, который поворачивал статую ангела, чтобы следовать за солнцем своим пальцем, [9] [10] но все согласны с этим. что это не спусковой крючок. [11] [12] [13] [14] [15] [16]

Считается, что где-то в конце 13 века механизм краевого спуска был применен к башенным часам , создав первые часы с механическим спуском. Несмотря на то, что эти часы были знаменитыми объектами гражданской гордости, о которых писали в то время, возможно, никогда не будет известно, когда впервые был использован новый спусковой механизм. Это потому, что оказалось трудно отличить от скудной письменной документации, какие из этих ранних башенных часов были механическими, а какие - водяными ; для обоих использовалось одно и то же латинское слово horologe . [17] Ни один из первоначальных механизмов не сохранился в неизменном виде. Источники различаются по поводу того, какие часы были первыми, «известными» как механические, в зависимости от того, какие рукописные свидетельства они считают убедительными. Одним из кандидатов являются часы из монастыря Данстейбл в Бедфордшире , Англия, построенные в 1283 году, потому что, по свидетельствам, они были установлены над решеткой на стойке , где было бы трудно пополнить запас воды, необходимой для водяных часов. [18] Другой пример - часы, построенные во дворце Висконти в Милане, Италия, в 1335 году. [19] Астроном Робертус Англикус писал в 1271 году, что часовщики пытались изобрести спусковой механизм, но пока не добились успеха. [20] Однако существует мнение, что механические часы существовали к концу 13 века. [3] [17] [21]

Часы Солсберийского собора , 1386?, Англия, показывают, как выглядели первые часы на грани. У него не было циферблата, но он был построен так, чтобы показывать часы. Несколько оригинальных часовых механизмов, подобных этому, сохранившихся со времен средневековья, были значительно изменены. Этот пример, как и другие, был найден с заменой оригинальной грани и листа на маятник; Обрезка репродукции и лист, показанные на правом снимке, были отреставрированы в 1956 году.

Самое раннее описание спуска в рукописи Ричарда Уоллингфорда 1327 года Tractatus Horologii Astronomici о часах, которые он построил в аббатстве Сент-Олбанс , было не грани, а разновидностью спуска, названной «стробовым» спуском. [22] [23] Он состоял из пары спусковых колес на одной оси с чередующимися радиальными зубьями. Между ними подвешивалась граничная штанга с короткой перемычкой, которая вращалась сначала в одном направлении, а затем в другом по мере того, как зубья проходили в шахматном порядке. Хотя никаких других примеров не известно, вполне возможно, что эта конструкция предшествовала более привычной грани в часах. [22]

В течение первых двухсот лет существования механических часов граница с листвой или балансовым колесом была единственным спусковым механизмом, используемым в механических часах. В шестнадцатом веке начали появляться альтернативные спусковые механизмы, но граница оставалась наиболее часто используемым спусковым механизмом в течение 350 лет, пока достижения в механике середины 17-го века не привели к появлению маятника, а затем и анкерного спуска. [24] Поскольку часы были ценными, после изобретения маятника многие часы с границами были перестроены, чтобы использовать эту более точную технологию хронометража, поэтому очень немногие из ранних часов с границами и фолиотами сохранились в неизменном виде до наших дней.

Насколько точны были первые часы на грани и листе, остается спорным, при этом упоминаются оценки ошибки в 1-2 часа в день [25] , хотя современные эксперименты с часами этой конструкции показывают, что точность в несколько минут в день была достижимой. [26] [27] Ранние часы на грани, вероятно, были не более точными, чем предыдущие водяные часы , [28] но они не замерзали зимой и были более многообещающей технологией для инноваций. К середине 17 века, когда маятник заменил фолиот, лучшие часы с границами и фолиотами достигли точности 15 минут в день.

Маятниковые часы Verge [ править ]

Большая часть грубейшей неточности ранних часов с границами и фолиотами была связана не с самим спусковым механизмом, а с осциллятором фолиот . Первое использование маятников в часах около 1656 года внезапно увеличило точность хода часов с часов в день до минут в день. Большинство часов было перестроено, их листы были заменены маятниками [29] [30] до такой степени, что сегодня трудно найти оригинальные часы с гранями и листами в целости и сохранности. Подобное повышение точности в часах Verge последовало за появлением в 1658 году пружины баланса .

Как это работает [ править ]

Торцевой спуск, показывающий ( c ) коронное колесо, ( v ) кромку, ( p, q ) поддоны
Спуск грани в движении
Маятниковые часы на второй грани, построенные Христианом Гюйгенсом, изобретателем маятниковых часов, в 1673 году. Гюйгенс утверждал, что точность составляет 10 секунд в день. В маятниковых часах спусковой механизм повернут на 90 градусов так, чтобы коронное колесо было обращено вверх (вверху).

Торцевой спуск состоит из колеса в форме короны, называемого спусковым колесом, с зубцами в форме пилообразных зубов, выступающими в осевом направлении вперед, и осью, ориентированной горизонтально. [31] Перед ним вертикальный стержень, граница, с двумя металлическими пластинами, поддонами, которые входят в зацепление с зубьями спускового колеса с противоположных сторон. Поддоны не параллельны, а ориентированы под углом между ними, так что только один захватывает зубья за раз. Гребень прикреплен к осциллятору, например, маятнику, балансовому колесу или, в его самой ранней форме, листу. Приводя в движение, граница колеблется вокруг своей оси, поочередно останавливая и отпуская спусковое колесо, чтобы двигать шестерни поезда с постоянной скоростью, таким образом обеспечивая эталон хронометража. Кромка останавливает спусковое колесо, зацепившись за один из его зубцов поддоном, скажем, верхним поддоном для целей следующего объяснения. Движение кромки впоследствии отсоединяет верхний поддон от спускового колеса,позволяя последнему свободно вращаться в течение короткого промежутка времени, пока он не войдет в контакт с нижним поддоном, который будет двигаться на своем пути, чтобы поймать другой из своих зубцов, тем самым снова останавливая его. Затем вращение грани изменяет направление и на обратном пути отключает нижний поддон от спускового колеса, которое затем свободно вращается, пока снова не войдет в контакт с верхним поддоном, завершая цикл. Спасательное колесо, в свою очередь, подает импульс на границу каждый раз, когда оно освобождается от поддона, заменяя энергию, потерянную последним из-за трения, и, таким образом, позволяя ему продолжать колебательное движение.Затем вращение грани изменяет направление и на обратном пути отключает нижний поддон от спускового колеса, которое затем свободно вращается, пока снова не войдет в контакт с верхним поддоном, завершая цикл. Спасательное колесо, в свою очередь, подает импульс на границу каждый раз, когда оно освобождается от поддона, заменяя энергию, потерянную последним из-за трения, и, таким образом, позволяя ему продолжать колебательное движение.Затем вращение грани изменяет направление и на обратном пути отключает нижний поддон от спускового колеса, которое затем свободно вращается, пока снова не войдет в контакт с верхним поддоном, завершая цикл. Спасательное колесо, в свою очередь, подает импульс на границу каждый раз, когда оно освобождается от поддона, заменяя энергию, потерянную последним из-за трения, и, таким образом, позволяя ему продолжать колебательное движение.

Для того, чтобы спусковой механизм работал, спусковое колесо должно иметь нечетное количество зубцов. [31] При четном числе два противоположных зубца будут касаться поддонов одновременно, заедая спусковой механизм. Обычный угол между поддонами составлял от 90 ° до 105 ° [31], что приводило к раскачиванию листа или маятника примерно от 80 ° до 100 °. Чтобы уменьшить качание маятника и сделать его более изохронным , французы использовали большие углы наклона поддонов, превышающие 115 °. [31] Это уменьшило качание маятника примерно до 50 ° и уменьшило отдачу (см. Ниже), но потребовало, чтобы кромка была расположена так близко к зубчатому колесу, чтобы зубья падали на поддоны очень близко к оси, уменьшая начальное усилие рычага и увеличивая трение, Таким образом, требуются более легкие маятники. [31][32]

Недостатки [ править ]

Как и следовало ожидать от его раннего изобретения, граница является наиболее неточным из широко используемых спусковых механизмов. Он страдает следующими проблемами:

  • Часы и часы Verge чувствительны к изменениям движущей силы; они замедляются по мере раскручивания главной пружины . [31] Это называется отсутствием изохронности. Это было намного хуже в часах с границами и фолиотами из-за отсутствия балансира, но это проблема во всех движениях грани. Фактически, стандартным методом регулировки скорости ранних часов было изменение силы ходовой пружины. [33] Причина этой проблемы в том, что зубья коронного колеса всегда толкают поддоны, приводя в движение маятник или балансир на протяжении всего цикла; элемент хронометража никогда не должен свободно качаться. [31] Таким образом, уменьшение движущей силы заставляет маятник или балансовое колесо более медленно раскачиваться вперед и назад. Во всех часах Verge и часах с пружинным приводом требовались предохранители, чтобы уравновешивать силу боевой пружины для достижения даже минимальной точности.
  • Спуск имеет « отдачу », что означает, что импульс ствола или маятника на мгновение толкает коронное колесо назад, заставляя колесный ход часов двигаться назад во время части своего цикла. [31] Это увеличивает трение и износ, что приводит к неточности. Один из способов узнать, есть ли у старинных часов спусковой механизм, - это внимательно осмотреть секундную стрелку; если они немного сдвигаются назад во время каждого цикла, часы на грани. Это не обязательно так в часах, поскольку есть некоторые другие маятниковые механизмы спуска, которые показывают отдачу.
  • В маятниковых часах широкие углы поворота маятника 80 ° -100 °, необходимые для грани, вызывают дополнительное отсутствие изохронности из-за круговой ошибки .
  • Широкие колебания маятника также вызывают сильное трение воздуха , снижая точность маятника и требуя большой мощности для его поддержания, увеличивая износ. [7] Таким образом, у часов с маятником на грани были более легкие качки, что снижало точность.
  • Часы Verge имеют тенденцию к ускорению из-за износа коронного колеса и поддонов. Это особенно заметно в часах Verge, начиная с середины 18 века. В этих часах нет ничего необычного, когда они работают сегодня, они набирают много часов в день или просто вращаются, как если бы не было баланса. Причина этого в том, что с изобретением новых спусковых механизмов стало модным иметь тонкие часы. Чтобы добиться этого в часах с граничными характеристиками, необходимо, чтобы заводная коронка была очень маленькой, что усиливает эффект износа.
Современная репродукция ранних часов грани и листа. Видно остроконечное зубчатое колесо с деревянным стержнем и подвешенным над ним грузом.

Отклонить [ править ]

Спусковые механизмы Verge использовались практически во всех часах и наручных часах в течение 400 лет. Затем повышение точности из-за появления маятника и пружины баланса в середине 17 века привлекло внимание к ошибке, вызванной спусковым механизмом. К 1820-м годам на смену Verge пришли более совершенные спусковые механизмы, хотя недорогие часы Verge продолжали производиться и в 19 веке.

В карманных часах , помимо неточности, вертикальная ориентация коронного колеса и необходимость в громоздком предохранителе делали механизм грани немодно толстым. Французские часовые мастера использовали более тонкий цилиндровый спуск , изобретенный в 1695 году. В Англии наручные часы высокого класса перешли на дуплексный спусковой механизм , разработанный в 1782 году, но недорогие часы с граничным фузеем продолжали производиться до середины 19 века, когда на смену пришел рычажный спуск . [34] [35] Эти более поздние часы были в просторечии названы «репой» из-за их громоздкой конструкции.

Гребень недолго использовался в маятниковых часах, прежде чем его заменил анкерный спуск , изобретенный около 1660 года и широко использовавшийся с 1680 года. Проблема с краем заключалась в том, что маятник должен был качаться по широкой дуге от 80 ° до 100 °. °. Христиан Гюйгенс в 1674 году показал, что маятник, раскачивающийся по широкой дуге, является неточным хронометром, потому что его период поворота чувствителен к небольшим изменениям движущей силы, создаваемой часовым механизмом.

Хотя грань не славится точностью, она способна на это. Первые успешные морские хронометры , H4 и H5 , сделанные Джоном Харрисоном в 1759 и 1770 годах, использовали краевой спуск с алмазными поддонами. [7] [36] [37] В ходе испытаний они были точны с точностью до одной пятой секунды в день. . [38]

Сегодня граница встречается только в старинных часах или старинных репликах. Во многих оригинальных настольных часах отменены преобразования анкерного спуска викторианской эпохи и восстановлен первоначальный стиль спуска с краями. Часовщики называют это реконверсией на грани .

См. Также [ править ]

  • Спуск Галилея - первый предложенный Галилео Галилей спусковой механизм с маятниковыми часами .
  • Часы Солсберийского собора - самые старые из известных действующих часов с торцовым спуском и лицевым спуском.
  • Dover Castle Clock старые известные рабочие часы с оригинальной гранью и лицевым спуском.

Заметки [ править ]

  1. ^ Харпер, Дуглас (2001). «Грани» . Интернет-словарь этимологии . Проверено 22 июня 2008 .
  2. ^ Маррисон, Уоррен (1948). «Эволюция кварцевых хрустальных часов» . Технический журнал Bell System . 27 (3): 510–588. DOI : 10.1002 / j.1538-7305.1948.tb01343.x . Архивировано из оригинала на 2007-05-13 . Проверено 6 июня 2007 .
  3. ^ a b c Чиполла, Карло М. (2004). Часы и культура, 13: 00-17: 00 . WW Norton & Co. ISBN 0-393-32443-5., стр.31
  4. ^ Норт, Джон Дэвид (2005). Божий часовщик: Ричард Уоллингфордский и изобретение времени . Лондон, Великобритания: Hambledon & London. С. 179, рис.33. ISBN 1-85285-451-0.
  5. ^ "Escapement" . Британская энциклопедия онлайн. 2007 . Проверено 26 октября 2007 .
  6. ^ Уайт, Линн младший (1962). Средневековые технологии и социальные изменения . Великобритания: Oxford Univ. Нажмите. п. 119.
  7. ^ a b c Хедрик, Майкл (2002). «Происхождение и эволюция спуска якорных часов» . Журнал "Системы управления" . Inst. инженеров по электротехнике и электронике. 22 (2). Архивировано из оригинала на 2009-10-25 . Проверено 6 июня 2007 .
  8. ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1996). История часа: часы и современные временные порядки . Univ. Чикаго Пресс. ISBN 0-226-15511-0., с.103-104
  9. ^ MS. 19093, лист 44, французское собрание, Национальная библиотека, Париж (Библиотека № 1104 Сен-Жермен-де-Пре до 1800 г.). Villard_de_Honnecourt _-_ Sketchbook _-_ 44.jpg - изображение страницы на Викискладе
  10. ^ Джон Х. Линхард (2000). «Первые механические часы». Двигатели нашей изобретательности . Эпизод 1506. NPR. KUHF-FM Houston http://www.uh.edu/engines/epi1506.htm отсутствует заголовок ( справка ) . |transcript-url=
  11. ^ Шеллер, Роберт Уолтер (1995). Образец: "Рисунки из модельной книги и практика художественной передачи в средние века" (ок. 900 - ок. 1470 г.) . Издательство Амстердамского университета. п. 185. ISBN 9053561307., сноска 7
  12. ^ Барнс, Карл Ф. (2009). Портфолио Виллара де Оннекура (Париж, Национальная библиотека Франции, MS Fr 19093) . ООО "Ашгейт Паблишинг" с. 159. ISBN. 978-0754651024.
  13. ^ Нидхэм, Джозеф; Ван, Линг; де Солла Прайс, Дерек Джон (1986). Небесный часовой механизм: великие астрономические часы средневекового Китая . КУБОК Архив. п. 195. ISBN 0521322766., сноска 3
  14. ^ Нидхэм, Джозеф (1965). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение . Издательство Кембриджского университета. п. 443. ISBN. 0521058031.
  15. ^ Уайт, Линн Таунсенд (1964). Средневековые технологии и социальные изменения . Oxford Univ. Нажмите. п. 173. ISBN. 0195002660.
  16. ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1996). История часа: часы и современные временные порядки . Издательство Чикагского университета. С. 105–106. ISBN 0226155102.
  17. ^ a b Белый 1966, стр.124
  18. ^ Luxford, Джулиан М. (2005). Искусство и архитектура английских бенедиктинских монастырей, 1300-1540 гг . Бойделл Пресс. С. 209–210. ISBN 1843831538.
  19. Перейти ↑ Usher, Abbot Payson (1988). История механических изобретений . Курьер Дувр. ISBN 0-486-25593-X., стр.196
  20. Перейти ↑ White, 1966, pp. 126-127.
  21. ^ Уитроу 1989, с.104
  22. ^ a b Север, Джон Дэвид (2005). Божий часовщик: Ричард Уоллингфордский и изобретение времени . Великобритания: Хэмблдон и Лондон. С. 175–183. ISBN 1-85285-451-0.
  23. ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1996). История часа: часы и современные временные порядки . Univ. Чикаго Пресс. С. 50–52. ISBN 0-226-15511-0.
  24. ^ Фрейзер, Джулиус Томас (1987). Время, знакомый незнакомец . Univ of Massachusetts Press. С.  53 . ISBN 0870235761. краевой спуск.
  25. ^ Милхэм, Уиллис I. (1945). Время и хронометристы . Нью-Йорк: Макмиллан. п. 83. ISBN 0-7808-0008-7.
  26. ^ W. Houtkooper "Точность Foliot" Antiquarian Horology Vol. 20 No. One, весна 1992 г.
  27. ^ М. Мальтин "Некоторые заметки о средневековых часах в соборе Солсбери" Antiquarian Horology Vol. 20 No. 5, весна 1993 г.
  28. ^ Линхард, Джон Х. "№ 1506: Первые механические часы" . Двигатели нашей радиопрограммы "Изобретательность" . Houston Public Media, Univ. Хьюстона, Хьюстон, Техас . Проверено 23 июля 2014 года . Внешняя ссылка в |work=( помощь )
  29. ^ "Большие часы" . Музей науки, Великобритания. 2007 . Проверено 6 июня 2007 .
  30. ^ Milham 1945, с.144
  31. ^ a b c d e f g h Глазго, Дэвид (1885). Часы и изготовление часов . Лондон:. Cassell & Co. С.  124 -126.
  32. ^ Бриттен, Фредерик Дж. (1896). Справочник часовщика и часовщика, 9-е изд . Лондон: EF & N. Spon., с.391-392
  33. Перейти ↑ Perez, Carlos (2001). «Артефакты Золотого века, часть 1» . Журнал Карлоса . Часовой пояс. Архивировано из оригинала на 2007-02-18 . Проверено 6 июня 2007 .
  34. ^ Perez 2001 архивации 2007-02-18 в Wayback Machine , pp.8
  35. ^ Второй раз около 2007 г.
  36. ^ Perez 2001 архивации 2007-02-18 в Wayback Machine , pp.11
  37. ^ Хирд, Джонатан Р., Беттс, Джонатан Д. и Пратт, Д. Алмазные поддоны хронометриста долготы Джона Харрисона – H4. Анналы науки, том 65, выпуск 2, апрель 2008 г., стр. 171-200
  38. ^ «Прогулка во времени, часть 3: Революция в хронометрии» . NIST. 2002. Архивировано из оригинала на 2007-05-28 . Проверено 6 июня 2007 .

Внешние ссылки [ править ]

  • В статье Британской энциклопедии часов с приводом от веса есть анимация, показывающая действие грани и листа.
  • Рисунок грани и фолиота на коммерческом сайте
  • Дизайн надкрылий, схема спуска кромки и створки на коммерческом сайте
  • Марк Франк (2005), Эволюция механизмов башенных часов. Бумага с большим количеством технической информации о ранних часах, созданной реставратором башенных часов, с множеством уникальных изображений механизмов, ссылок.