Часы являются наиболее типичным механизмом автоколебательных систем, и это обстоятельство позволяет вскрыть основные закономерности их действия. Так, например, при установившейся в часах амплитуде колебаний энергия, сообщаемая колебательной системе за каждый импульс, равна потерям энергии за время между импульсами. При увеличении энергии импульса увеличивается амплитуда колебаний, уменьшение энергии импульса приводит к уменьшению амплитуды колебаний. По мере спуска заводной пружины крутящий момент, сообщаемый ею колесной системе, убывает. Следовательно, количество энергии, сообщаемой при каждом импульсе балансу или маятнику часов, убывает. Соответственно убывает и амплитуда колебаний.
Изменение потерь энергии в колебательной системе, происходящее от увеличения трения в подшипниках баланса (загустение масла, износ подшипников), приводит также к изменению амплитуды колебаний, а следовательно, и периода. Изменение периода колебаний непосредственно связано с ходом часов: с уменьшением периода колебаний баланса или маятника часы ускоряют ход (спешат); при увеличении периода часы замедляют ход (начинают отставать).
Часовым мастерам, желающим более подробно ознакомиться с вопросами теории, расчета и устройства часов, можно рекомендовать книгу И. С. Белякова «Часовые механизмы», Машгиз, 1957.
ГЛАВА II
КОНСТРУКЦИЯ НАРУЧНЫХ И КАРМАННЫХ ЧАСОВ
1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ЧАСОВ
Рис. 1. Механизм часов с анкерным ходом (вид сверху):
1 — центральное колесо; 2 —триб центрального колеса; 3 —баланс разрезной (компенсационный); 4— колодка волоска и ось баланса; 5 — колонка волоска; 6— волосок; 7 — винты баланса (грузики); S — анкерная вилка с палатами и осью; 9 — ходовое колесо; 10 —триб ходового колеса; 11 — секундное колесо; 12 —триб секундного колеса; 13— промежуточное колесо; 14— триб промежуточного колеса; 15— барабан; 16 —заводная пружина; 17 —собачка; 18— винт собачки; 19— барабанное колесо; 20 —винт барабанного колеса; 21 —заводное (коронное) колесо; 22 —винт заводного колеса
Для более детального ознакомления с названиями и назначением отдельных конструктивных элементов часов на рис. 1 приведена развернутая схема механизма часов с анкерным ходом. Заводная пружина 16,находящаяся в барабане 15,раскручиваясь передает через зубья барабана,движение на триб 2центрального колеса, сидящий на одной оси с центральным колесом 1,ведущим триб промежуточного колеса 14.Промежуточное колесо 13через триб 12передает движение на секундное колесо 11, которое в свою очередь вращает триб ходового колеса 10и находящееся с ним на одной оси ходовое колесо 9.Зубья этого колеса кинематически соединяются с налетами анкерной вилки 8.Анкерная вилка, колеблясь, сообщает импульсы балансу 3.
Рис. 2. Колебательная система:
] — баланс с винтами-грузиками; 2 —ось баланса с цапфами; 3— волосок; 4 —двойной ролик; 5 —эллипс; 6— колодка волоска; 7 — штифт колодки волоска; 8— колонка волоска
Часовой механизм состоит из следующих основных узлов:
1) колебательная система (рис. 2) — баланс с осью и спиралью, двойной ролик с эллипсом:
2) спусковой механизм или спуск (рис. 3) — анкерная вилка с налетами и анкерное колесо;
3) зубчатая передача (рис. 4);
4) двигатель часового механизма (рис. 5);
5) узел завода и перевода стрелок.
Рис. 3. Спусковой механизм: 1 —анкерная вилка с налетами; 2 —анкерное колесо
Рис. 4. Зубчатая передача:
I. Центральное колесо: 1 — триб; 2— цапфа; 3— ось, на которую насаживается
минутный триб;
П. Промежуточное колесо: 1 — триб с осью; 2 — цапфа; III. Секундное колесо: 1 — триб с осью; 2 —цапфы
Рис. 5. Двигатель часового механизма в собранном виде:
1 — барабан; 2 —крышка барабана; 3 —зубья барабана; 4 —вал; 5— крючок вала, входящий в отверстие пружины; 6 —пружина
2. КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И КОМПЕНСАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
В карманных и наручных часах работа механизма поддерживается за счет расхода потенциальной (накопленной) энергии заведенной пружины, передаваемой через зубчатые колеса и трибы на спусковой механизм и баланс с волоском.
В колебательной системе особое значение имеет узел баланса (рис. 2), состоящий из балансового колеса 1(собственно баланс), оси 2,волоска 3,двойного ролика 4(импульсный и предохранительный), эллипса 5(импульсный камень), колодки 6и колонки 8волоска.
На оси баланса по одну сторону от уступа насажено балансовое колесо, по другую сторону — двойной ролик с вставленным эллипсом. Волосок внутренним концом заштифтован в колодке волоска, насаженный на ось баланса, а внешним — в колонке моста баланса. Баланс является вибрирующим маховым колесом, который в соединении с двойным роликом и волоском регулирует равномерность действия механизма часов. Период колебания баланса зависит от окружающей температуры, так как изменение температуры влияет на упругость волоска и его линейные размеры.
Практически часы с латунным балансом и стальным волоском отстают примерно на 11 секв сутки при повышении температуры на ГС. Например, часы, правильно отрегулированные при + 20° С, будут отставать приблизительно на 3 минв сутки, если температура повысится до 36° С.
Этот недостаток устраняет имеющиеся в часах компенсационное устройство, уменьшающее влияние температуры на их ход.
Для температурной компенсации часов в основном применяются два способа: компенсация с помощью волоска и компенсация с помощью баланса.
Компенсация с помощью волоска.Этот способ заключается в применении монометаллического баланса в паре с волоском, изготовленным из сплава, модуль упругости которого мало зависит от температуры.
Монометаллический баланс (рис. 6) изготовлен из бериллиевой бронзы или мельхиора, а волосок — из сплавов элинвар, метэлинвар, ниварокс и других, имеющих температурный коэффициент (т. е. суточное отклонение хода на один градус) меньше 0,5 сек.
Компенсация с помощью баланса.Обод баланса делают биметаллическим, т. е. из двух неодинаково расширяющихся от температуры металлов, например из стали и латуни, и разрезают в двух диаметрально противоположных местах (рис. 1). Баланс таким образом превращается в пару биметаллических дуг. Металл, расширяющийся сильнее (латунь), находится с внешней стороны, металл с меньшим коэффициентом линейного расширения (сталь) — с внутренней.
При повышении температуры латунь расширяется больше, чем сталь, и биметаллическая дуга выгибается по направлению к центру баланса. Радиус инерции, а следовательно и момент инерции баланса при этом уменьшаются, вызывая ускорение хода, рассчитанное таким образом, чтобы компенсировать отставание, которое происходит в часах под влиянием уменьшения модуля упругости волоска. При понижении температуры модуль упругости волоска увеличивается, вызывая ускорение хода, но одновременно с этим биметаллические дуги отгибаются от оси баланса, увеличивают момент инерции баланса и компенсируют ускорение хода.
