Из Википедии, бесплатной энциклопедии
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 для управления фолиотом , примитивным типом балансового колеса . Лист представлял собой горизонтальную планку с грузами на концах, прикрепленную к вертикальной планке, называемой краем, которая была подвешена для свободного вращения. Торцевой спуск заставлял лист колебаться вперед и назад вокруг своей вертикальной оси. [7] Скорость часов можно регулировать, перемещая гири внутрь или наружу на листе.

Торцевой спуск, вероятно, произошел от будильника , который использовал тот же механизм для звонка в колокол и появился столетия назад. [8] [9] Было предположение, что Вильяр де Оннекур изобрел спусковой механизм в 1237 году с иллюстрацией странного механизма, который поворачивал статую ангела, чтобы она следовала за солнцем пальцем, [10] [11], но все согласны с этим. что это не спусковой крючок. [12] [13] [14] [15] [16] [17]

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. [8] Это связано с тем, 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 . [18] Ни один из первоначальных механизмов не сохранился в неизменном виде. Источники различаются по поводу того, какие первые часы были «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, поскольку, по свидетельствам, они были установлены над решеткой , где было бы трудно пополнить запас воды, необходимой для водяных часов. [19] Другой пример - часы, построенные во дворце Висконти в Милане, Италия, в 1335 году. [20] Астроном Робертус Англикус писал в 1271 году, что часовщики пытались изобрести спусковой механизм, но пока не добились успеха. [21] Однако существует мнение, что механические часы существовали к концу 13 века. [3] [18] [22]

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 Валлингфорда 1327 года Tractatus Horologii Astronomici о часах, которые он построил в аббатстве Сент-Олбанс , было не граничным, а разновидностью спуска, названным «стробовым» спуском. [23] [24] 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. [23]

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. [25] 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 с границами и листами, остается спорным, при этом упоминаются оценки погрешности от одного до двух часов в день [26] , хотя современные эксперименты с часами этой конструкции показывают, что точность в несколько минут в день была достижима при достаточно тщательном проектировании и проектировании. Обслуживание. [27] [28] Ранние часы на грани, вероятно, были не более точными, чем предыдущие водяные часы , [29] 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 фолиотом была связана не с самим спусковым механизмом, а с осциллятором с фолиотом . 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 [30] [31] до такой степени, что сегодня трудно найти оригинальные часы с гранями и листами нетронутыми. 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, имеющего форму короны, называемого спусковым колесом, с зубцами в форме пилообразных зубов, выступающими в осевом направлении вперед, и осью, ориентированной горизонтально. [8] [32] 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. К грани наверху прикреплен инерционный осциллятор, балансовое колесо или, в самых ранних часах, фолиот , горизонтальная балка с грузами на обоих концах. Это хронометрист часов.

Когда шестерни часов вращают коронное колесо (см. Анимацию) , один из его зубцов зацепляется за поддон, давя на него. [8] Это поворачивает край и пластину в одном направлении, а второй поддон поворачивает на пути зубцов на противоположной стороне колеса, пока зуб не соскользнет с конца поддона, освобождая его. Затем коронное колесо свободно вращается на короткое расстояние, пока зуб на противоположной стороне колеса не коснется второго поддона, давя на него. Это меняет направление стержня кромки и стержня, поворачивая кромку в обратном направлении, пока этот зуб не протолкнется мимо второй паллеты. Затем цикл повторяется. В результате вращательное движение колеса меняется на колебательное движение грани и фолиота. Таким образом, каждое качание балансового колеса позволяет пройти одному зубцу спускового колеса, продвигая колесную передачу часов на фиксированную величину, перемещая стрелки вперед с постоянной скоростью. ВМомент инерции листа или колеса баланса контролирует частоту колебаний, определяя ход часов. Зуб спускового колеса, прижимаясь к поддону при каждом повороте, выдает импульс, который заменяет энергию, потерянную листом на трение, поддерживая его колебания вперед и назад.

В часах с граничным маятником (см. Рисунок), появившихся после изобретения маятника в 1656 году, спусковой механизм был повернут на 90 °, так что граничная штанга была горизонтальной, а ось спускового колеса была вертикальной, расположенной под граничной штангой. В первых часах с маятником маятник был прикреплен к концу стержня грани вместо балансового колеса или фолиота. В более поздних маятниковых часах маятник подвешивался на короткой прямой пружине из металлической ленты к корпусу часов, а вертикальный рычаг, прикрепленный к концу стержня грани, оканчивался вилкой, охватывающей стержень маятника; это позволило избежать трения, связанного с подвешиванием маятника непосредственно на поворачиваемой штанге. Каждое движение маятника освобождает зуб аварийного колеса.

Для того, чтобы спусковой механизм работал, спусковое колесо должно иметь нечетное количество зубцов. [32] При четном числе два противоположных зубца будут касаться поддонов одновременно, заедая спусковой механизм. Обычный угол между поддонами составлял от 90 ° до 105 ° [8] [32], 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 °. [32] 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.[32] [33]

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 . [32] 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. [34] Причина этой проблемы заключается в том, что зубья коронного колеса всегда давят на поддоны, приводя в движение маятник или балансир на протяжении всего цикла; элемент хронометража никогда не должен свободно качаться. [32] 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. [8] [32] 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. [8] Таким образом, у маятниковых часов 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. Для достижения 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 ]

Спуск с гранью использовался 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 часовщики использовали более тонкий цилиндрический спусковой механизм , изобретенный в 1695 году. В Англии высококачественные часы 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 . [35] [36] Эти более поздние часы назывались «репой» из-за их громоздкой конструкции.

Граница использовалась в маятниковых часах лишь ненадолго, прежде чем она была заменена анкерным спуском , изобретенным около 1660 года и широко использовавшимся с 1680 года. Проблема с гранью 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 , сделанный Джон Харрисон в 1759 и 1770, используются для обочин спусков с алмазными поддонами., [8] [37] [38] В ходе испытаний они были с точностью до одной пятой секунды в сутки . [39]

Сегодня граница встречается только в старинных часах или старинных репликах. Во многих оригинальных настольных часах отменены преобразования анкерного спуска викторианской эпохи и восстановлен оригинальный стиль спуска с граничным спуском. 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. ^ Du, Ruxu; Се, Лунхань (2012). Механика механических часов и часов . Springer Science and Business Media. С. 7–9. ISBN 9783642293078.
  8. ^ a b c d e f g h Хедрик, Майкл (апрель 2002 г.). «Происхождение и эволюция спуска якорных часов» . Журнал "Системы управления" . Inst. инженеров по электротехнике и электронике. 22 (2). Архивировано из оригинального (PDF) 25 октября 2009 года . Проверено 6 июня 2007 .
  9. ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1996). История часа: часы и современные временные порядки . Univ. Чикаго Пресс. ISBN 0-226-15511-0., с.103-104
  10. ^ MS. 19093 г., 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
  11. ^ 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= CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ^ 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
  13. ^ Барнс, Карл Ф. (2009). Портфолио Виллара де Оннекура (Париж, Национальная библиотека Франции, MS Fr 19093) . ООО "Ашгейт Паблишинг" с. 159. ISBN. 978-0754651024.
  14. ^ 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
  15. ^ Нидхэм, Джозеф (1965). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии, Часть 2, Машиностроение . Издательство Кембриджского университета. п. 443. ISBN. 0521058031.
  16. ^ Уайт, Линн Таунсенд (1964). Средневековые технологии и социальные изменения . Oxford Univ. Нажмите. п. 173. ISBN. 0195002660.
  17. ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1996). История часа: часы и современные временные порядки . Издательство Чикагского университета. С. 105–106. ISBN 0226155102.
  18. ^ a b Белый 1966, стр.124
  19. ^ Luxford, Джулиан М. (2005). Искусство и архитектура английских бенедиктинских монастырей, 1300-1540 гг . Бойделл Пресс. С. 209–210. ISBN 1843831538.
  20. Перейти ↑ Usher, Abbot Payson (1988). История механических изобретений . Курьер Дувр. ISBN 0-486-25593-X., стр.196
  21. Перейти ↑ White, 1966, pp. 126-127.
  22. ^ Уитроу 1989, с.104
  23. ^ 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.
  24. ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1996). История часа: часы и современные временные порядки . Univ. Чикаго Пресс. С. 50–52. ISBN 0-226-15511-0.
  25. ^ Фрейзер, Джулиус Томас (1987). Время, знакомый незнакомец . Univ of Massachusetts Press. С.  53 . ISBN 0870235761. краевой спуск.
  26. ^ Милхэм, Уиллис I. (1945). Время и хронометристы . Нью-Йорк: Макмиллан. п. 83. ISBN 0-7808-0008-7.
  27. ^ W. Houtkooper "Точность Foliot" Antiquarian Horology Vol. 20 No. One, весна 1992 г.
  28. ^ М. Мальтин "Некоторые заметки о средневековых часах в соборе Солсбери" Antiquarian Horology Vol. 20 No. 5, весна 1993 г.
  29. ^ 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 )
  30. ^ "Большие часы" . Музей науки, Великобритания. 2007 . Проверено 6 июня 2007 .
  31. ^ Milham 1945, с.144
  32. ^ a b c d e f g h Глазго, Дэвид (1885). Часы и изготовление часов . Лондон:. Cassell & Co. С.  124 -126.
  33. ^ Бриттен, Фредерик Дж. (1896). Справочник часовщика и часовщика, 9-е изд . Лондон: EF & N. Spon., с.391-392
  34. Перейти ↑ Perez, Carlos (2001). «Артефакты Золотого века, часть 1» . Журнал Карлоса . Часовой пояс. Архивировано из оригинала на 2007-02-18 . Проверено 6 июня 2007 .
  35. ^ Perez 2001 архивации 2007-02-18 в Wayback Machine , pp.8
  36. ^ Второй раз около 2007 г.
  37. ^ Perez 2001 архивации 2007-02-18 в Wayback Machine , pp.11
  38. ^ 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
  39. ^ «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.