2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

Потребность в измерении времени появилась у людей уже на первых этапах развития человеческого общества.

Основой для измерения и указания времени служили небесные явления — видимое движение солнца, луны и звезд по небосводу. Такой способ измерения времеии был, естественно, весьма несовершенен, но на первых порах развития человечества вполне приемлем. Затем от непосредственного измерения времени по солнцу перешли к измерению и указанию времени по положению и длине тени, отбрасываемой местными предметами или человеком. Длина тени от дерева или от шеста, вбитого в землю, была мерилом времени, известным еще жителям древней Мессопотамии и Египта.

От использования тени местных предметов люди пришли к созданию солнечных часов, в которых вследствие вращения Земли

изменялись положение и длина тени. Таким образом, первыми часами, т. е. прибором, предназначенным для измерения времени, были солнечные часы. В Китае научились определять дневное время по солнечным часам типа гномона (вертикального шеста) за 2700 лет до нашей эры. Время определялось по длине тени, отбрасываемой гномоном. В древнем Египте наиболее распространенными были солнечные часы. Они представляли собой горизонтальный циферблат со стержнем в центре, тень от которого выполняла роль стрелки. Циферблатные солнечные часы сохранились до нашего времени на многих старинных зданиях. Недостатком солнечных часов является то, что они не могут действовать в пасмурную погоду и в ночное время. Поэтому еще в глубокой древности появились водяные часы — клепсидры, в которых использовался принцип равномерного заполнения водой сифонного сосуда. Египтяне, вавилоняне и древние греки измеряли время количеством воды, вытекшей из сосуда через малое отверстие.

В целях создания более удобных и точных водяных часов, их стали оснащать различными механическими устройствами. Первая клепсидра с гидравлическими колесами и автоматически действующими фигурами была создана Архимедом (287—212 гг. до нашей эры). Клепсидра, созданная во II в. до нашей эры выдающимся александрийским математиком и механиком Ктезибием, имела зубчатые колесные передачи и автоматические устройства. Водяные часы были неудобны тем, что не могли работать на морозе. Песочные часы оказались более практичными, они широко применялись в древности и в средние века и частично находят себе применение и в настоящее время в качестве процедурных медицинских часов.

Применялись и другие виды часов, как, например, «огневые» часы, где время измерялось по количеству выгоревшего в светильнике масла, по длине сгоревшей свечи или стержня из специальной горючей массы, на котором нанесены деления.

Солнечные, водяные, песочные, огневые часы теперь представляют только исторический, а не практический интерес.

Поворотным пунктом в развитии техники измерения времени было появление механических часов. Впервые упоминается о механических часах в древней византийской антологии в 578 г., когда византийский император Юстин II и его жена Софья пожертвовали Константинополю механические часы с боем. Восточные страны, освоившие высокое мастерство изготовления сложных водяных часов, в технике производства механических часов вплоть до XV в. стояли выше, чем страны Западной Европы. Появление механических часов было крупным шагом вперед не только в деле измерения времени, но и в механике вообще. Часовой механизм оказал огромное влияние на развитие автоматики и теории регулирования.

Первые механические часы, построенные в Западной Европе, по конструкции были чрезвычайно примитивными, громоздкими и помещались обычно на башнях монастырей и замков.

В Париже первые механические башенные часы, причем очень простые, были сделаны только в 1370 г., в то время как знаменитые часы «Манганах», сооруженные в 1358 г. на Востоке факиром Абдул Хассан Али Бен Ахмедом, отличались большой оригинальностью. Они имели автоматические устройства. Наибольшее распространение получили в обиходе XIV в. механические шпиндельные часы.

Шпиндельные часы по своему конструктивному устройству напоминают современные стенные часы. В них от двигателя (гири) через колесную зубчатую передачу крутящий момент передается на спусковое колесо, которое передает импульс на палеты, закрепленные на вертикальной оси (шпинделе). На шпинделе укреплено также коромысло с грузами (называлось на Руси — билянцем, а на Западе — Фолио), перемещением которых регулировали период колебаний шпинделя. Затем вместо коромысла, в целях достижения большей уравновешенности системы, стали применять обод (баланс), посаженный, так же как и коромысло, на шпиндель с палетами. Недостатком такого механизма являлась постоянная кинематическая связь шпинделя со спусковым колесом, баланс был без собственного периода колебаний. Часы показывали время с точностью до получаса в сутки и устанавливались обычно на башнях.

Первые башенный часы на Руси поставил Московский князь Василий Дмитриевич (сын Дмитрия Донского) в 1404 г. в Кремле. В летописях указываются имена русских часовщиков, самостоятельно делавших башенные часы в XV, XVI и XVII bb. и ставивших эти часы в разных городах. Русские часовые мастера славились и за границей.

Механические часы подвергались непрерывному усовершенствованию. В начале XVI в. нюрнбергский слесарь Петр Генлейн (Германия) сконструировал первые карманные часы со шпиндельным спуском, применив впервые в качестве двигателя спиральную пружину. В целях уменьшения непостоянства крутящего момента заводной пружины пражский мастер Яков Цех в 1525 г. применил приспособление, известное до нашего времени под названием улитки.

В 1595 г. Галилео Галилей открыл закон колебаний математического маятника, а в 1656 г. датский астроном Христиан Гюйгенс, развив теоретические работы Галилея, применил маятник в качестве регулятора для часов.

В 1660 г. англичанин Гук в качестве регулятора предложил систему баланс — плоская пружина.

В 1674 г. Гюйгенс применил в качестве регулятора в карманных часах систему баланс — спиральная пружина. Применяемый в шпиндельных часах баланс Гюйгенс соединил со стальной пружиной, имеющей форму спирали Архимеда, и получил систему с собственным периодом колебаний. Применение такого регулятора диктовалось необходимостью создания переносных часов для нужд мореплавания. Новый балансовый регулятор имел большие преимущества перед шпиндельным, особенно в отношении постоянства периода колебаний

баланса, что позволило повысить точность хода часов. В 1675 г. лондонский часовщик Клемент Вильям изобрел для часов крючковый спусковой механизм. В 1695 г. Томас Томпион, уроженец Лондона, изобрел часовой спуск с потерянным ударом, т. е. такой спусковой механизм, в котором при колебании регулятора в обратном направлении спуск остается без движения. Томас Том-пион изобрел также цилиндровый спуск, впоследствии усовершенствованный Грагамом, Юргенсом Лепином, Таваном и др.

Большое значение для точности хода часов имело решение задачи компенсации их на температурные влияния. В 1715 г. английский мастер Георг Грагам применил ртутный маятник для компенсации хода часов на температуру. В 1726 г. английский мастер Джон Гаррисон изобрел решетчатый маятник в качестве компенсатора на температуру. В 1728 г. француз Пьер Ле-Руа предложил новую систему подвеса маятника на так называемом пендельфедере. В 1750—1754 гг. англичанин Томас Медж изобрел свободный анкерный спуск с передачей импульса балансу посредством вилки. В 1765 г. француз Пьер Ле-Руа изобрел хронометровый спуск, усовершенствованный в 1780—1782 гг. Ирншау и Арнольдом. В 1775 г. английский часовщик Джон Арнольд впервые применил в часах цилиндрическую спиральную пружину (волосок), а в 1782 г. он предложил компенсационный баланс своей системы. В 1786 г. уроженец Женевы Моисей Пузет изобрел первые карманные часы с секундной стрелкой. Это была так называемая «мертвая секунда», т. е. секундная стрелка двигалась скачками через 1 секунду, а между скачками стояла неподвижно на месте. В 1800 г. уроженец Невшателя (Швейцария) Авраам Луи Бреге сконструировал для баланса спиральную пружину с изогнутым наружным витком (спираль Бреге). В этом же году он сконсфуировал так называемый «турбильон», т. е. карусельный механизм, в котором баланс помимо колебательного движения имеет еще равномерное вращательное движение.

В 1835 г. парижский часовщик Реймонд Берто изобрел механизм завода и перевода стрелок в часах. В 1837 г. французский часовщик Пешо усовершенствовал анкерный ход путем обеспечения так называемой «притяжки» (ввел угол притяжки). В 1861 г. французский инженер Филлипс опубликовал свою теорию о концевых кривых в спиральной пружине (кривые Филлипса). В 1878 г. уроженец Германии Гипп изобрел маятниковые часы с электрическим приводом, он же предложил хронограф своей конструкции. В 1899 г. француз Шарль Гильом применил монометаллический баланс своей системы, базируясь на открытых им свойствах никелевых сталей (элинвар и т. п.) .

Настольные, стенные и карманные часы появились в России в XVI в. С этого времени в России широко развивается ремесленное часовое мастерство. В конце XVIII в. в Купавне организуется часовая фабрика мануфактурного типа, выпускавшая 200—250 шт. разных часов в год. Появляются русские знаменитые часовые мастера-художники, создавшие оригинальные образцы часов сложной конструкции, не уступавшие известным шедеврам западной часовой техники своего времени [5].

Упомянем наиболее высокоодаренных часовщиков-механиков, создавших уникальные образцы русских часов. Иван Петрович Кули-бин (1735—1818 гг.) сконструировал и изготовил уникальные часы величиной с гусиное яйцо. Эти часы содержат более 400 деталей и узлов, имеют суточный завод, бьют часы, получасы и четверти. Кроме часового механизма, в них имеются автоматические приспособления, приводимые в действие от заводной пружины и воспроизводящие религиозные сцены, имеется музыкальный механизм, который поочередно в определенно заданное время исполняет два гимна. Кулибин построил также башенные часы, столовые часы разных видов, оригинальные стенные часы, музыка которых подобна игре на гуслях, часы в перстне, карманные планетные часы.

Терентий Иванович Волосков (1729—1806 гг.) сконструировал и изготовил оригинальные астрономические часы.

Разрабатывая план экспедиции для открытия северного морского пути из Европы в Китай и Индию, М. В. Ломоносов сконструировал и построил специальные морские часы и ряд навигационных приборов. Стремясь к повышению точности хода часов на море, Ломоносов разработал конструкцию морских часов с четырьмя заводными пружинами и механизмом для выравнивания непостоянства вращающего момента пружин. Кроме того, он создал конструкцию самопишущего компаса с часовым механизмом.

Виднейший специалист по паровым машинам инженер-механик Лев Собакин, живший в XVIII в., занимался также созданием часов. Особо замечательны его астрономические стенные маятниковые часы, изготовленные им в 1774 г. Эти часы показывают часы, минуты и секунды, фазы луны, движение земли и луны, вращение земли вокруг своей оси, восход и заход солнца, смену знаков зодиака, месяцы, числа и дни.

Русские часовщики-изобретатели были разносторонне образованными людьми, знавшими астрономию, математику, механику и владевшими передовыми для своего времени техническими идеями.

В 1900 г. в Петербурге была открыта часовая школа с двумя отделениями: механико-оптическим и часовым. Курс обучения был пятигодичный. Школа выпускала высококвалифицированных мастеров с хорошей теоретической и практической подготовкой. Директором этой школы и одним из ведущих преподавателей в ней был профессор Норберт Болеславович Завадский, который по праву считается основоположником часового образования в России. Позднее проф. Завадский вел преподавательскую и научную работу в техникуме точной механики, затем в институте точной механики и оптики. Организованная им часовая школа зарекомендовала себя высоким качеством выпускаемых ею изделий. Мастерские школы выпускали: маятниковые и балансовые часы (стенные, настольные,

карманные), регуляторы скорости, оптико-механические приборы, а также станки и инструмент для производства часов. На базе этой школы впоследствии был организован техникум, преобразованный затем в Ленинградский институт точной механики и оптики.

Успешному развитию часовой промышленности в нашей стране немало способствовали труды русских ученых дореволюционного и советского периодов по созданию теории часов и экспериментальному исследованию часовых механизмов.

М. В. Ломоносов положил основу теоретической разработке вопросов приборостроения. И. П. Кулибин не только создал уникальные часовые механизмы, но и оставил после себя богатый технический архив, содержащий глубокие технические идеи в области часового дела. Сделанные Кулибиным усовершенствования хроно-метрового хода, компенсационного баланса и других деталей и узлов часов свидетельствуют о глубоком знании им теории.

Усовершенствованию хронометров немало способствовали экспериментальные и теоретические работы академика О. В. Струве— директора Пулковской обсерватории в середине XIX в. Он разработал методику обработки результатов измерения времени при помощи хронометров, исследовал влияние изменения температуры на ход хронометров и ввел способы поправки показаний хронометров на изменение температуры. Работы О. В. Струве были продолжены и развиты П. Смысловым и В. Е. Фусом, которые провели экспериментальные и теоретические исследования влияния изменения барометрического давления и влажности воздуха на ход хронометров и разработали методику внесения соответствующих поправок в результаты измерения времени.

Фундаментальное значение для создания теории часов имели труды русских ученых в области динамической теории устойчивости и теории регулирования движения. Основания динамической теории устойчивости движения и автоматического регулирования были заложены в 80-х годах прошлого века академиком Вышнеградским. Благодаря дальнейшим работам Н. Е. Жуковского, А. М. Ляпунова, А. А. Андронова возникла стройная, математически обоснованная теория устойчивости движения и автоматического регулирования, а этим была заложена основа для создания теории часов как единой динамической автоколебательной системы. Принципиально новый метод качественного анализа часов разработан советскими учеными— акад. А. А. Андроновым и др. Они исследовали движение маятника в составе регулятора как автоколебательной системы на фазовой плоскости. Проф. Ф. В. Дроздовым разработана теория ударов в свободном ходе и исследован изохронизм спусковых регуляторов [15 ].

В настоящее время большая научная работа по вопросам теории и конструирования часовых механизмов проводится в ряде научно-исследовательских учреждений и высших учебных заведений Союза ССР (НИИЧАСПРОМ, МВТУ, ЛИТМО, Горьковский университет и др.). В нашей стране часовая промышленность в крупных масштабах

была создана после Великой Октябрьской Социалистической Революции. Освоен выпуск различных типов часов, секундомеров, хронометров, технических приборов времени, в том числе высокоточных кварцевых часов.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ВРЕМЕНИ

Применяемые в быту и в технике приборы времени отличаются большим разнообразием принципиальных схем и конструктивных форм. Такое разнообразие объясняется различным назначением приборов и неодинаковыми условиями их работы.

В условиях существования большого числа разновидностей приборов времени и непрерывного появления и внедрения все новых и новых типов особенно важное значение приобретает классификация этих приборов.

В основу классификации должны быть положены наиболее важные признаки, определяющие в основных чертах принципиальную схему прибора и его метрологические и технические характеристики.

Такими признаками являются: принцип действия; назначение прибора времени; тип колебательной системы.

Рассмотрим классификации приборов времени по каждому из перечисленных признаков.

По принципу действия все приборы времени разделяют на две группы:

1) Приборы, в которых для измерения времени используются периодические колебательные процессы. К этой группе относится подавляющее большинство видов приборов времени. Используются колебания различной частоты и физической природы. Например, в бытовых часах для измерения времени обычно используются колебания маятника или баланса с частотой от 0,5 до 3 герц. В секундомерах и во многих технических приборах времени частота колебаний баланса лежит в пределах от 2,5 до 200 герц. В некоторых видах бытовых часов используются электромагнитные колебания частотой 50 герц (синхронные часы, механизм которых приводится, в действие синхронным электродвигателем, питающимся от сети переменного тока). В часах специального назначения используются также электромагнитные колебания высоких частот. Например, в схему кварцевых часов входит кварцевый генератор, частота которого составляет десятки килогерц. Делители частоты понижают частоту тока до 250—1000 герц и питают синхронный электродвигатель, управляющий работой контактных сигнальных устройств и приводящий в движение стрелки часов. В некоторых типах кварцевых часов для повышения стабильности частоты колебаний используются внутримолекулярные колебания атомов в газах, имеющие частоту порядка 10¹⁰ герц (так называемые «атомные часы»).

Используя колебания различной частоты и физической природы, можно построить высококачественные приборы времени, отвечающие самым разнообразным назначениям и условиям применения.

2) Приборы, в которых для измерения времени используются непериодические процессы. К этой группе относятся некоторые виды технических приборов времени, предназначенные для измерения малых промежутков времени. В частности, существуют приборы, в которых длительность промежутка времени определяется по длине пути свободно падающего тела или по величине заряда конденсатора.

В настоящее время, в связи с бурным развитием техники токов высокой частоты, радиотехники и атомной физики, приборы второй группы вытесняются приборами, в которых используются высокочастотные колебательные процессы.

По назначению приборы времени разделяются на следующие основные группы:

1) Приборы, предназначенные для показания текущего времени. К группе этих приборов относятся часы и хронометры. В зависимости от условий применения, к часам и хронометрам могут быть предъявлены различные требования, от которых зависит выбор того или другого типа колебательной системы, а также особенности схемы и конструкции прибора.

Так, например, бытовые напольные часы по условиям применения допускают использование гиревого двигателя (благодаря большой длине корпуса) и колебательной системы в виде маятника. Для получения одинаковых показаний на многих циферблатах применяются электрочасовые системы из первичных и нескольких вторичных часов. Первичные часы обычно имеют колебательную систему — маятник и электрический привод или пружинный двигатель с электрическим подзаводом. Условия применения карманных или наручных часов требуют использования колебательной системы в виде баланса и спирали и пружинного или иного малогабаритного двигателя, способного работать при различных положениях часов.

2) Приборы, предназначенные для измерения промежутков времени различной продолжи тельности (обычно менее одного часа). К этой группе приборов относятся секундомеры, хроноскопы и хронографы. Они имеют устройства для сбрасывания показаний и колебательную систему с малым периодом колебаний для повышения точности отсчета. Особое место в этой группе занимают приборы, предназначенные для измерения малых промежутков времени (менее 1 сек.) Для измерения промежутков времени более одного часа пользуются часами или хронометрами, вычисляя длительность промежутка как разность показаний часов или хронометра в конце и в начале промежутка.

3) Приборы, предназначенные для отмеривания промежутка времени заданной продолжительности.

К этой группе относятся, например, многие технические приборы времени, применяемые для управления длительностью технологических процессов или для регулирования длительности сигнала, для управления взрывателями и т. п. В зависимости от условий применения это могут быть приборы однократного или многократного действия.

4) Приборы, предназначенные для подачи электрических или иных сигналов через заданные одинаковые или неодинаковые промежутки времени по заданной программе. Такие приборы входят, например, во многие промышленные системы автоматического управления технологическими процессами.

5) Приборы, предназначенные для регистрации моментов текущего времени. К этой группе относятся такие приборы, как табельные часы, штемпели времени и др.

По типу колебательной системы приборы времени разделяются на следующие основные группы:

1) Приборы времени, в которых в качестве колебательной системы используется маятник. К этой группе приборов относятся некоторые виды настольных часов, большинство видов настенных и напольных бытовых часов, первичные часы электрочасовых систем единого времени, многие виды башенных часов, многие виды высокоточных астрономических часов. Особенностью приборов этой группы является то, что при работе они должны быть установлены неподвижно в вертикальном положении. Это так называемые приборы времени стационарного типа.

2) Приборы, в которых в качестве колебательной системы применяется баланс с возвратной пружиной. Колебательная система в таких приборах имеет много конструктивных разновидностей. Наиболее часто применяется баланс в виде колеса с пружиной типа плоской спирали.

К этим приборам относятся все выпускаемые в настоящее время карманные и наручные часы, хронометры, секундомеры, транспортные часы, будильники и многие другие бытовые и технические приборы времени. Особенностью указанной группы является то, что колебательная система может работать при любом положении часов относительно вертикали. Это так называемые приборы времени переносного типа.

3) Приборы, в которых используются электромагнитные колебания. К ним относятся, например, синхронные бытовые часы, питаемые от осветительной сети переменного тока, кварцевые часы, электрические хроноскопы и многие приборы для измерения малых промежутков времени. Особенностью этих приборов является возможность получения весьма высокой

частоты колебаний и, в связи с этим, высокой точности отсчета длительности промежутков времени.

Приборы этой группы имеют широкие перспективы развития и применения в быту, в системах единого времени и в технике.

4. ЧАСЫ КАК АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА. ЭЛЕМЕНТЫ ПРИБОРОВ ВРЕМЕНИ

Механизм обычных механических часов обязательно включает следующие основные части: а) колебательную систему (маятник или баланс с волоском); б) спусковой механизм (спуск); в) зубчатую передачу; г) двигатель (пружинный или гиревой).

Во время работы механизма колебательная система совершает незатухающие колебания с более или менее постоянной частотой. Амплитуда колебаний поддерживается за счет расхода запасенной в двигателе энергии (энергия заведенной пружины или поднятой гири).

Передача энергии двигателя колебательной системе осуществляется посредством зубчатой передачи и спускового механизма. При этом энергия сообщается колебательной системе периодически, определенными порциями. Частота передачи порций энергии зависит от частоты колебаний маятника или баланса и от типа спускового механизма. В бытовых часах применяются спусковые механизмы (например, свободный анкерный спуск, возвратный спуск и др.), посредством которых передача энергии производится дважды за период колебаний баланса или маятника. При этом передача энергии начинается и заканчивается при определенных углах отклонения баланса или маятника от положения равновесия.

Величина этих углов зависит от типа и конструкции спускового механизма и колебательной системы. Например, во многих типах карманных и наручных часов передача энергии балансу начинается в момент, когда баланс приблизится к положению равновесия на угол около 10°30' и заканчивается, когда баланс, пройдя положение равновесия, отклонится от него приблизительно на 15°.

На фиг. 1 показаны положения баланса во время передачи энергии при движении баланса по часовой стрелке (фиг. 1, а) и против часовой стрелки (фиг. 1, б). Сплошными линиями показано положение баланса в момент начала передачи энергии, пунктиром — в момент окончания передачи энергии.

За время передачи энергии колеблющийся баланс или маятник поворачивается на определенный угол (в нашем примере этот угол составляет 25°30'). Каждая передача энергии сопровождается также поворотом всех колес зубчатой передачи на определенные углы. Шаг за шагом раскручивается пружина или опускается гиря двигателя. Движутся стрелки по циферблату.

Из сказанного выше можно усмотреть некоторые особенности работы часового механизма, заключающиеся в том, что: а) колебательное движение маятника или баланса поддерживается за счет

расхода энергии двигателя, создающего постоянную по направлению движущую силу (усилие пружины в пружинном двигателе или вес гири в гиревом двигателе); б) передачей энергии двигателя колебательной системе (балансу или маятнику) управляет сама колебательная система посредством спускового механизма.

Системы, в которых незатухающие колебания поддерживаются за счет источника энергии, создающего движущую силу постоянного направления, называются автоколебательными системами.

Фиг. 1. Положения баланса во время передачи энергии.

Автоколебательные системы весьма распространены как в технике, так и в природе. Часы, электрический звонок, двигатель внутреннего сгорания, паровая машина и многие другие устройства представляют собой автоколебательные системы.

Изучение часового механизма как автоколебательной системы позволяет вскрыть основные закономерности действия часов.

Так, например, при установившейся амплитуде автоколебаний сообщаемая автоколебательной системе энергия за каждый импульс равна потерям энергии за время между импульсами. Потери энергии нарастают с увеличением амплитуды колебаний. При увеличении энергии импульса в системе устанавливаются колебания с большей амплитудой. Убыль энергии импульса приводит к уменьшению амплитуды колебаний. Крутящий момент, развиваемый пружинным двигателем, убывает по мере спуска заводной пружины. Следовательно, количество энергии, сообщаемой при каждом импульсе балансу или маятнику часов, убывает. Соответственно убывает и амплитуда колебаний.

Изменение потерь энергии в колебательной системе при неизменной энергии импульса также приводит к изменению амплитуды установившихся колебаний. Например, увеличение момента трения в подшипниках баланса в результате загустения масла, засорения механизма или износа подшипников вызывает падение амплитуды колебаний.

Как известно, период колебаний баланса или маятника в часах в большей или меньшей степени зависит от амплитуды колебаний.

Изменение периода непосредственно связано с ходом часов: с уменьшением периода колебания баланса или маятника часы ускоряют ход, спешат; при увеличении периода часы замедляют ход — начинают отставать.

Изучая часовой механизм как единую автоколебательную систему, можно выяснить, как влияет на амплитуду и период колебаний баланса или маятника непостоянство передаточного отношения зубчатой передачи, какую роль в работе часов играет инерция деталей спускового механизма и многие другие вопросы, имеющие важное значение для практики конструирования, производства и применения часовых механизмов.

Ниже приводится краткая характеристика основных элементов приборов времени.

Колебательная система или регулятор — часть часового меха- • низма, служащая для обеспечения равномерности его действия. Этот узел состоит из баланса (маховое колесо особой конструкции) и упругой спирали, создающей возвращающий момент при колебаниях баланса. Спираль представляет собой упругую улиткообразную металлическую полоску, один конец которой закреплен в мосте, а другой — на оси баланса.

Баланс, вращаясь в одну сторону, закручивает спираль, сопротивление закручиванию спирали возрастает и в какой-то момент останавливает движение баланса. Вследствие упругого сопротивления материала спирали последняя стремится принять первоначальную форму и тем самым отводит баланс обратно. Баланс по инерции переходит положение равновесия, закручивает спираль в противоположную сторону до тех пор, пока сопротивление спирали не остановит движение баланса и не изменит направление его движения. Так возникает последовательный цикл колебательных движений системы. Колебательная система может быть и в виде маятника; устройство и принцип работы его приведем ниже.

Спуск или ход — промежуточное звено механизма для периодического освобождения зубчатой передачи и сообщения импульсов регулятору. Посредством спуска колебательная система управляет вращением колес зубчатой передачи, так что при каждом колебании баланса или маятника колеса поворачиваются на определенные углы, величина которых зависит от типа спуска и чисел зубцов колес.

Передача — система зубчатых колес, связывающая двигатель с механизмом спуска и стрелочным механизмом.

Двигатель — источник механической энергии, необходимой для поддержания действия часового механизма. Наибольшее применение имеют двигатели в виде заводной пружины и гиревые двигатели.

5. РАЗВЕРНУТАЯ СХЕМА МЕХАНИЧЕСКИХ ЧАСОВ

В целях более детального ознакомления с названиями и назначением отдельных конструктивных элементов часов приводим развернутую схему механических часов (фиг. 2). По окружности барабана 1

намотан шнур (цепь, струна). Один конец шнура закреплен на барабане. а к другому концу подвешена гиря 2.

На одной оси с барабаном 1 закреплено колесо 3, которое под влиянием веса гири, действующего через шнур на барабан, приводится во вращательное движение. Вместо гиревого двигателя может быть пружинный или иной двигатель. Барабанное колесо своими зубьями передает движение трибу добавочного колеса 4. Триб добавочного колеса сидит на одной оси с добавочным колесом 5. Добавочное колесо 5 передает движение трибу центрального колеса 6, сидящему на одной оси с центральным колесом 7. Центральное колесо 7 вращает триб

промежуточного колеса 8, на одной оси с которым сидит промежуточное колесо 8. Промежуточное колесо 9 передает движение трибу секундного колеса 10, а следовательно и секундному колесу 11, сидящему на одной оси с три-бом. Секундное колесо 11 вращает триб спускового колеса 12, на одной оси с которым насажено спусковое колесо 13. При вращении спускового колеса сцепленная с ним скоба 14 совершает колебательное движение, которое посредством вилки передается маятнику 15 или балансу. В часовых механизмах, имеющих колебательную систему в виде баланса и спирали, и так называемый свободный анкерный спуск, спусковое колесо называют также анкерным колесом. Передача движения часовой стрелке осуществляется посредством минутного триба 16, который вращает минутное колесо 17 и передает движение на часовое колесо 18, насаженное на полую ось вместе с часовой стрелкой. Минутный триб 16, в свою очередь, насажен с трением на ось триба центрального колеса 6.

В зависимости от типа и назначения часового механизма он может иметь некоторые отличия от описанной выше схемы, главным образом в части зубчатой передачи.

Фиг. 2. Схема механических часов.

содержание .. 1 2 3 ..