Приступая к ремонту зубчатой передачи прежде всего проверяют фрикционную посадку минутного триба, которая должна быть достаточно плотной, чтобы вести вексельную передачу. Колеса передачи проверяют, держа механизм мостами вверх; взаимная параллельность осей и плоскостей колес определяется визуально. Необходимо, чтобы оси центрального и секундного колес были строго перпендикулярны к плоскости платины и мостов. Если в этом нет уверенности, то производят сборку часового механизма, включая установку циферблата, часовой и минутной стрелок. Вращая заводной вал, поворачивают минутную стрелку на полный оборот, следя за тем, чтобы ее конец свободно проходил над всем полем циферблата. Если же, проходя над одной стороной циферблата, конец стрелки поднимается, а над другой — опускается, то это показывает, что центральное колесо установлено с перекосом. Ту же операцию проделывают с секундной стрелкой, пуская часы на одну минуту. Промежуточное колесо и анкерное колесо также не должны иметь перекоса в опорах, однако это не столь существенно, так как оба эти колеса не сопряжены со стрелками и выполняют свои функции правильно, даже при некотором перекосе. Если же минутная стрелка’идет правильно, а часовая перемещается рывками, то это показывает, что погнут верхний конец центрального вала. Вал проверяют на изгиб вращением центрального колеса в кронциркуле. Исправление вала производится на плоской наковальне (фиг. 69), на которую вал кладут изгибом вниз и, слегка ударяя молотком, выправляют изгиб.

Устранить перекос колеса несложно. Например, исправляя перекос центрального колеса, следует вначале расширить одно из отверстий (в мосту или платине), запрессовать в него латунную пробку и просверлить в ней новое отверстие. Лучше всего эту операцию производить с верхним отверстием (в мосту), так как в данном случае не изменится высота установки центрального триба относительно барабана. Если в верхнем отверстии имеется камень, следует провести обработку нижнего отверстия (в платине), внимательно следя за тем, чтобы высота центрального триба и барабана остались неизменными. При обработке верхнего отверстия до запрессовки пробки следует проверить соосность верхнего

(рассверленного) и нижнего отверстий. Для этого вставляют платину в патрон токарного станка, вводя конусообразный конец центрирующего стержня патрона в центральное отверстие платины и устанавливают подручник широкой стороной параллельно платине (фиг. 70). Затем заостряют пуцгольц, вставляют его в рассверленное отверстие моста и быстро вращают, пока конец пуцгольца не примет форму отверстия. После этого на конец пуцгольца надевают кусачки (как показано на фигуре) и осторожно вращая платину наблюдают за биением пуцгольца. По окончании проверки платину снимают с оправки и производят запрессовку пробки и ее сверление. Возможно также использовать пробку с заранее изготовленным отверстием. Для этого подготавливают кусочек проволоки с отверстием диаметром меньше диаметра цапфы оси; в это отверстие вставляется цапфа оси. Затем, запрессовав эту пробку в отверстие, кладут мост на наковальню потанса и производят легкую расклепку пробки с обеих ее сторон (фиг. 71). Расклепку следует провести сперва с внутренней стороны моста, затем с его лицевой стороны. Если при точении пробку сделали

слишком длинной, то для сохранения требующегося осевого зазора ее следует укоротить до толщины моста. После закрепления пробки отверстие доводят до нужного размера и полируют. Следует с обеих сторон отверстия снять фаски для удаления заусенцев, для чего применяют инструмент, показанный на фиг. 72. Для выправления перекоса оси секундного колеса рекомендуется смещать то отверстие, которое расположено подальше от триба, с тем чтобы не изменять глубину зацепления секундного колеса с трибом ходового колеса. Если в отверстия запрессованы камни, их вынимают, а затем снова вставляют. При обработке отверстия в мосту платину зажимают в оправке, направляя центрирующий стержень потанса в отверстие (фиг. 73). Не снимая платины с оправки, устанавливают мост секундного колеса. Затем опускают центрирующий стержень на мост и намечают место нового отверстия; вращая центрирующий стержень, можно сделать достаточно глубокую отметку. Вначале отверстие сверлят несколько меньшего диаметра, чем требуется. Отверстие просверливают на том же потансе, не снимая платины, как показано на фиг. 74. После проверки соосности колес проверяют все осевые зазоры, следя одновременно, чтобы радиальные зазоры не были слишком большими. Вопрос о допуске для осевых и радиальных зазоров спорный. Основное что следует учитывать, это то, чтобы все детали были свободными в своих движениях, так как в часах, в отличие от другого вида приборов, установлены очень жесткие допуски. Следует отметить, что осевые зазоры центрального, промежуточного и секундного колес должны быть больше зазоров ходового колеса, осей баланса и вилки. Для механизма калибром 13 линий осевой зазор центрального, промежуточного и секундного колес должен быть примерно 0,03 мм. Зазор ходового колеса будет около 0,02 мм. Примерно таким же должен быть осевой зазор вилки. Радиальный зазор не должен быть излишне большим. Проверку его проводят, держа механизм в левой руке параллельно верстаку. Каждое колесо приподнимают пинцетом. Такая проверка помогает установить, что цапфы свободно вращаются в своих отверстиях. Следующим важным вопросом является глубина зацепления. Рассматривая этот вопрос, следует отметить, что все приводимые ниже способы могут быть использованы для зацеплений с
. зубьями любой конфигурации. Если в размерах зубьев появляются сомнения, то проверку следует производить с помощью мерительного сектора (фиг. 75). При проверке колесо зажимают в секторе на делении, соответствующем количеству зубьев.. Если, например, колесо имеет 64 зуба, то плечики сектора устанавливают так, что колесо вставляется около цапфы 64 на делениях шкалы (фиг. 76). В нижней части сектора имеется Шкала для измерений триба Закрепив сектор винтом, вынимают колесо и помещают триб между плечами, наблюдая, у какой цифры он остановится. Если триб правильной формы, он остановится на отметке, соответствующей числу его зубьев. При проверке нужно убедиться, что измеряется самая широкая часть триба, т. е. по вершинам противолежащих
Раздвитание сторон сектора до отметки 64 по количеству зубьев колеса.
зубьев (фиг. 77).

Если триб не опустится до нужного деления шкалы, он слишком велик и должен быть заменен другим, надлежащего размера. Если триб проскальзывает ниже нужного деления, он мал по размеру. . Необходимо указать, что сектор не может считаться абсолютно точным мерительным инструментом; он не учитывает различие в конфигурации трибов. Более того, мерительный сектор не годится для больших передаточных чисел, как-то: 12: 1 и др. В этом случае триб оказывается но размеру больше, чем показывает отметка на шкале. Для меньшего передаточного числа, например 4:1, триб будет меньшим, чем число, указанное на шкале. Сектор рассчитан на измерение трибов с передаточным отношением порядка 7: 1 и 8: 1. При измерении колес микрометром необходимо держать инструмент вертикально в правой руке (фиг. 78). Примеры отсчетов по шкалам микрометра и штангенциркуля показаны на фиг. 79, 80. Диаметр колеса показан равным 9,55 мм. Следовательно, когда мы имеем колесо с 64 зубьями и диаметр его равен 9,55 мм, тогда диаметр триба при передаточном отношении 8: 1 будет приблизительно равен 1,2 мм (от 0,50 до 0,15 мм — в зависимости от формы триба). Для определения глубины зацепления всегда надо начинать с промежуточного колеса и секундного триба. Заостренную чурку прижимают к верхней цапфе оси секундного колеса. Другой чуркой покачивают промежуточное колесо и проверяют зазор зубьев промежуточного колеса в трибе. Другие колеса проверяют так же (фиг. 81). При такой проверке большую роль играет опытность мастера. Если после проверки все же имеются сомнения, следует воспользоваться мерительным инструментом, показанным на фиг. 82. Колеса, подлежащие про-

верке, вынимают из механизма. Один из пуансонов зажимают винтом 2, другой оставляют свободным. Наружный острый конец зафиксированного пуансона помещают в отверстие платины для цапфы секундного колеса. Затем, удерживая инструмент вертикально, регулируют винт 1 таким образом, чтобы второй, параллельный первому пуансон вошел своим острым концом в отверстие для оси ходового колеса. При этом нужно следить за правильностью положения пуансонов, которые должны быть перпендикулярны к платине. Если пуансоны отклоняются в какую-либо сторону, то это приведет к установке неправильного расстояния между центрами колес. После этого секундное колесо и ходовое колесо помещают в мерительный инструмент и регулируют пуансоны таким образом, что колесо входит в зацепление с трибом, и затем проверяют их глубину зацепления (фиг. 83). Если глубина зацепления недостаточна, колесо подлежит обработке на приспособлениях для увеличения диаметра колеса (фиг. 84, 85). После обработки колес на этих приспособлениях они поступают в машину для формирования зубьев (фиг. 86). Часто при обработке на этой машине конфигурация зубьев несколько изменяется. Фрезу необходимо выбирать до того, как был изменен диаметр колеса. Чтобы избежать ненужного утонения зубьев, толщина

1 — винт регулировки глубины зацепления; 2 — винты для зажима центров; 3 -центр с острием; 4- центр с коническим отверстием; 5 — пружина, приводящая в движение шкалу.

выбранной фрезы должна быть точно равна расстоянию между двумя зубьями. Держа колесо в левой руке, правой вводят фрезу между зубьями, как показано на фиг. 87 и 88. На фиг. 89 показан заход фрезы. Пружинящая часть 1 регулируется винтом. Некоторые фрезы бывают и без пружины. В этом случае колесо устанав-

ливают на латунную подставку, которая имеет пружинный поводок (фиг. 90). Подставку с колесом устанавливают на станке (фиг. 86), где колесо зажимают между центрами, так что оно лишь слегка опирается на подставку. Индикатор 1 позволяет установить колесо на нужную высоту. Винтом 2 поднимают или опускают колесо. Центрирование колеса осуществляется с помощью регулирующего


1 — индикатор для установки колеса по высоте; 2 — регулировка высоты колеса; з — центр; в — индикатор для центрирования колеса; 5 — фреза; 4 — подставка под колесо; 7 — центр; s — регулировка центричности колеса; 9 — салааки, несущие колесо; ю — рукоятка для удержания салазок в переднем положении; 11 — винт регулирования глубины резания.

Фрезерование зубьев колеса с правильной последовательностью обработки зубьев.

винта, соединенного с салазками 9. Салазки 4 обеспечивают радиальное углубление фрезы, гарантируя правильное нарезание зубьев. Регулирующий вин г 8 центрирует фрезу в соответствии с центром колеса. Упор 11 предназначен для регулировки нужного межцентрового расстояния при обработке колеса. По окончании обкатки зубьев колесо отводят от фрезы при помощи рукоятки 10. Смазка во время нарезания зубьев не требуется. Окончание операции резания определяется свободным прохождением фрезы в зубьях колеса. Если встретится необходимость уменьшить диаметр колеса в случае большой глубины зацепления, то обработку зубьев ведут той же фрезой, с той только разницей, что фрезу нужно заводить глубже в колесо (фиг. 91). Другим видом операции будет уменьшение толщины зубьев (фиг. 92). Во время этой операции нужно следить, чтобы фреза была расположена строго по центру колеса, т. е. чтобы зубья нарезались без наклона, а также избегать значительного трения при вращении колеса и излишней игры, так как г. этом случае фреза будет нарезать зубья с искаженным профилем. После проверки зацепления секундного триба и промежуточного колеса проверяют глубину зацепления центрального колеса с промежуточным трибом, зацепление часового колеса с минутным трибом и т. д. Часовое колесо должно сидеть на минутном трибе совершенно свободно.

Коль скоро мы хотим знать чуть больше о предмете нашего увлечения, часах, необходимо оперировать базовыми определениями, встречающимися в часовой литературе. И если неискушенный читатель без труда может представить себе, что такое «корпус» или «прозрачная задняя крышка», то содержание внутренней начинки часов, часового механизма, может ввести в затруднение даже человека, понимающего, о чем идет речь. Но тем не менее, слабо представляющего, как же это все работает хотя бы в первом приближении. Итак, из чего состоит часовой механизм (разумеется, речь пойдет в первую очередь о механических часах) и каковы его основные компоненты.

Платина (англ. – Bottom Plate ; франц. – Platine (châssis du mouvement) ) – основание часового механизма, на котором крепятся его различные части. Снабжена определенным количеством отверстий, часть из которых предназначена для винтов, крепящих к платине части механизма, а часть – для установки (запрессовывания) камней. Каждый камень служит опорой для нижней цапфы оси зубчатого колеса, располагаемого между платиной и мостом.

Мост (англ. – Bridge , франц. – Pont ) – деталь механизма, привинчивающаяся к платине и служащая опорой для крепления верхней цапфы оси зубчатого колеса (нескольких колес) или вала. Как правило, его название происходит от типа функции, для выполнения которой он задействован, например, мост спускового колеса, мост баланса, мост заводного барабана и т.п. Материалом для платин и мостов в большинстве случаев выступает латунь, но нередки случаи примененения нейзильбера и даже золота. Любопытно, что большие по площади мосты, занимающие значительную площадь механизма, получили название трехчетвертных платин.

Камень (англ. – Jewel ; франц. – Rubis ) – твердый синтетический материал, разновидность корундов. Незаменим в качестве опор для вращающихся элементов механизма, до минимума сводя трение между деталями. На заре часового дела для этих целей повсеместно использовались натуральные рубины, однако сейчас они полностью вытеснены искусственными камнями. При этом камни могут как вырезаться целиком из кристалла, так и прессоваться из порошка в более бюджетном варианте.

Важным компонентом для защиты осей баланса и избранных зубчатых колес от деформации в момент ударных нагрузок является система амортизации в виде пружин, расположенных поверх камней. Наиболее популярными на сегодняшний день являются системы Incabloc, KIF Parechoc и их аналоги.

Зубчатое колесо (англ. – Wheel, Toothed Wheel ; франц. – Roue ) – компонент круглой формы, который вращается вокруг своей оси и служит для передачи энергии. Зубчатое колесо оснащено определенным количеством зубьев, предназначенных для зацепления с трибом соседнего зубчатого колеса. В основной массе изготавливается из латуни.

Триб (англ. – Pinion ; франц. – Pignon ) – часовая деталь, часть колесной передачи. Состоит из оси, цапф, посадочного места под зубчатое колесо и зубьев («листьев») триба. Количество последних может колебаться от 6 до 14 единиц. Материал – закаленная нержавеющая сталь.

Цапфа оси (англ. – Pivot ; франц. – Pivot ) – окончание оси, расположенное в месте контакта с опорой (рубиновым камнем). Тщательно полируется с целью снижения трения между соприкасающимися поверхностями. Качественная полировка этого элемента является признаком высочайшего уровня финишной отделки механизма.

Колесная передача (англ. — Gear Train ; франц. – Engrenage ) – система взаимосвязанных между собой зубчатых колес и трибов, служащая для передачи потока энергии. Так, основная колесная передача осуществляет передачу энергии от заводного барабана через спусковой механизм и колебательную систему баланс-спираль. В простейшем случае она включает в себя заводной барабан, центральный триб, центральное колесо, третье колесо с трибом, четвертое колесо с трибом и триб спускового колеса.

Заводной барабан (англ. – Barrel ; франц. – Barillet ) – полый цилиндр с крышкой и расположенной внутри заводной пружиной, которая одним концом крепится к внешней части цилиндра, а вторым – к валу заводного барабана. Зубчатая часть устройства находится в зацеплении с первым трибом основной колесной передачи. Заводной барабан характеризуется очень медленным вращением вокруг своей оси (полный оборот от 1/9 до 1/6 часа).

Спусковой механизм (англ. – Escapement; франц. – Échappement) – механизм, расположенный между колебательной системой баланс-спираль и основной колесной передачей. В его задачи входит дискретизация непрерывного потока энергии на равные интервалы и ее передача на импульсный камень баланса. Подавляющий процент современных механизмов оснащен швейцарским анкерным спуском как наиболее неприхотливым и надежным. Он состоит из спускового (анкерного) колеса и анкерной вилки, которая входит с ним в зацепление посредством двух рубиновых паллет. Все большее число производителей считает своим долгом использовать кремниевые детали спуска вместо традиционных компонентов из закаленной стали.

Благодаря развитию материаловедения и современных технологий, нередко часовые марки экспериментируют с внедрением более совершенных одноимпульсных спусков, таких, как спуск Audemars Piguet или изометрический спуск Jaeger-LeCoultre. Их доля невысока, но они являются пусть и не дешевой, но весьма интересной альтернативой швейцарскому анкерному спуску.

Отдельных слов заслуживает коаксиальный спуск, изобретенный Джорджем Дэниэлсом и в настоящее время выведенный маркой Omega на промышленный уровень.

Баланс (англ. – Balance ; франц. – Balancier) – движущаяся часть механизма, которая колеблется вокруг своей оси с определенной частотой, благодаря чему появляется возможность делить время на строго равные интервалы. Колебание баланса состоит из двух полуколебаний. Наиболее типичным значением частоты колебаний баланса в механизмах современных наручных часов выступают значения 18’000 пк/ч, 21’600 пк/ч, 28’800 пк/ч. Признаком высокого класса считается баланс из Глюсидура (Glucidur), сплава бериллиевой бронзы, однако нередко использование и других материалов – титана, золота, платино-иридиевого сплава.

Главной качественной характеристикой баланса, влияющей на изохронность (однородность) колебаний, является момент инерции, величина которого тесно связана с диаметром баланса и его массой. Тяжелый и крупный баланс – залог высокой точности механизма, однако в таком виде он наиболее сильно подвержен механическим воздействиям, поэтому поиск разумного компромисса между размерами баланса и высоким моментом инерции всегда является непростой задачей для инженера-конструктора.

Спираль баланса (англ. – Balance-Spring ; франц. – Spiral ) – второй неотъемлемый компонент колебательной системы баланс-спираль, «сердце» механических часов. Производится считанными фабриками, а точный секрет сплава держится за семью замками. Наибольшее распространение получил сплав Ниварокс (Nivarox), впрочем эксперименты с другими материалами, например, с кремнием, обретают в последнее время все большую популярность.

Важно отметить, что период колебания, а следовательно и точность хода механизма, можно отстроить как с помощью спирали (путем изменения ее эффективной длины), так и с помощью балансового колеса. В последнем случае речь идет о набравших популярность балансах с изменяемой инерцией (free-sprung balance), что осуществляется с помощью регулируемых винтов, расположенных на ободе балансового колеса.

Стрелочный механизм (англ. – Motion Works ; франц. – Minuterie ) – колесная передача, расположенная со стороны циферблата и ответственная за передачу движения от основной колесной системы на часовую и минутную стрелки. Состоит из триба минутной стрелки (Cannon Pinion ), минутного (вексельного) колеса с трибом и часового колеса.

Механизм завода и перевода стрелок (англ. – Time-setting and Winding mechanism ; франц. – Remontoir ) – система взаимосвязанных компонентов, предназначенная для выполнения двух важных функций: установки времени посредством перевода стрелок и ручного завода пружины заводного барабана. Большинство деталей механизма предназначены для выполнения как той, так и другой функции.

При ручном заводе механизма вращение заводного вала (Winding stem) через заводной (Winding pinion) и скользящий (Sliding pinion) трибы передается на коронное колесо (Crown wheel), непосредственно связанное с храповым колесом (Ratchet wheel), расположенным на валу заводного барабана. Вращение вала затягивает заводную пружину, наделяя ее энергией, необходимой для работы часового механизма.

В случае перевода стрелок вытягивание заводного вала приводит к тому, что коромысло (Yoke) под действием установочного рычага (Setting lever) приводит скользящий триб в зацепление с промежуточным колесом (Intermediate wheel), которое, в свою очередь, взаимосвязано с минутным колесом стрелочного механизма.

Важно отметить, что помимо механизмов с ручным заводом существует отдельный и весьма обширный класс механизмов с заводом автоматическим. В этом случае пополнение энергией заводного барабана осуществляется посредством ротора автоподзавода и специализированной колесной передачи.

Ротор автоподзавода – полукруглый сегмент, вращающийся вокруг центральной оси механизма (в случае с центральным ротором). Как правило, сам ротор либо его периферийный груз выполнены из материала с большой плотностью (золото, платина и др.) для улучшения эффективности работы системы автоподзавода. Помимо центрального ротора существуют решения с микро-ротором, а также ряд разработок с периферийным ротором.

В заключение важно упомянуть, что наряду с определением «механизм» в часовом деле широко распространен термин Калибр (англ., франц. – Calibre ), в настоящее время по сути являющийся синонимом механизма у часовщиков. Также следует отметить, что диаметр круглых по форме калибров очень часто указывают в линиях и обозначают символом тройного апострофа после числа (‘ ‘ ‘), например 11 ½ ‘ ‘ ‘ (11 c половиной линий). Для перевода в привычную метрическую систему измерений следует руководствоваться соотношением 1 линия = 2.2558 мм (зачастую значение округляется до 2.26 мм).

Зубчатые передачи механических часов всегда имели двойную задачу – подавать энергию осциллятору и подсчитывать его колебания. Сохранилось много конструктивных вариантов – от простой трехколесной системы с валами в одной плоскости (у балансирных часов) и обычным расположением и системы с центральной секундной стрелкой до сложных механизмов, указывающих дату и другие календарные и астрономические данные.

Рис. 28.
а – с минутным колесом (1 – ведущее колесо, 2 – барабан пружины, 3 – минутное колесо, 4 – минутный триб, 5 – промежуточный триб, 6 – промежуточное колесо, 7 – секундный триб, 8 – секундное колесо, 9 – спусковой триб, 10 – спусковое колесо);
б – без минутного колеса (1 – барабан пружины, 2 – ведущее колесо, 3 – сменное колесо, 4 – второе промежуточное колесо, 5 – второй промежуточный триб, 6 – первый промежуточный триб, 8 – триб спускового колеса)

На рис. 28а приведены два основных типа часовых зубчатых передач. Первый из них проще, и с ним мы встречаемся у дешевых часов с шварцвальдским, или штифтовым, спусковым механизмом. Для привода стрелочного механизма здесь служит специальное колесо на пружинном барабане. Несколько сложнее второй механизм (рис. 28б) с минутным колесом, от которого в этом случае выводится движение часовой стрелки. Еще более сложен механизм часов с центральной секундной стрелкой. Уже при беглом осмотре этих механизмов можно видеть, на какой срок хода с одной заводкой часов рассчитывал производитель этих часов. (На механизмах, приведенных на рис. 28, видно, что это механизмы с односуточным ходом.) Чтобы часы при одинаковой длине пружины шли дольше, необходимо увеличить общее передаточное отношение и поместить между ведущим колесом вала барабана пружины и трибом на валу минутного колеса еще одно или два дополнительных колеса с трибами.

Часовые зубчатые колеса сильно отличаются от эвольвентных зубчатых передач, используемых в машиностроении общего назначения, так как в часовом деле привилась циклоидная зубчатая передача. Производство зубчатых деталей относилось в ранний период часового производства к самым трудным ручным работам. После прорезания зазоров на окружности колеса оставляли ровные боковые стороны зубьев и слегка закругляли их головки. За небольшим исключением речь шла о производстве колес с торцовыми зубьями.

У крупных башенных часов обод с зубьями склепывался или наваривался на лучевидные плечи ступицы. Малые колесики с несколькими зубьями (как. правило, меньше 15) – трибы – вырабатывались несколькими способами. Для средних и крупных часов это были главным образом трубчатые трибы, а трибы малых часов имели циклоидальную зубчатую передачу. Доводов в пользу циклоидальной зубчатой передачи было несколько. Вспомним, что у часовых передач всегда чередуется зацепление пары колес и триба. Поскольку трибы обычно имеют очень малое количество зубьев, то при зацеплении с большим зубчатым колесом с эвольвентными зубьями возникают большие колебания приводной силы. У циклоидальной зубчатой передачи условия передачи силы более благоприятны тогда, когда тщательно поддерживаются предписанные расстояния между осями зубчатых колес. Для дальнейшего улучшения зацепления полезна коррекция зубьев понижением их головок и упрощением их профильных кривых, что позволяет приблизиться к идеальному состоянию, при котором пара зубчатых колес переносит одинаково большую силу в начале и в конце своего зацепления. Следующим достоинством циклоидального зубчатого зацепления является большая простота изготовления его.

У башенных часов и у первых напольных, настенных и переносных часов зубчатые колеса были железными. Позднее стали использовать более выгодные качества бронзовых колес. Трибы всегда были стальными, причем в местах наибольшей нагрузки их закаливали. Поверхности зубьев, особенно у трибов, всегда полировали, чтобы понижать потери от трения. Наряду с трубчатыми трибами, у лучших малогабаритных часов делали фрезерованные трибы (зачастую из прутковых полуфабрикатов). Для больших колес трибы склепывали, а для меньших часов склепанный комплект обычно лишь насаживался на рифленую поверхность вала. Поскольку трибы всегда относились к самым напрягаемым деталям часов, то можно по степени их износа определить время, до которого данные часы были в ходу, и степень их эксплуатационной надежности.

Устройство и расчет передаточного механизма часов

К передаточному механизму часов относится система колес и трибов, осуществляющая передачу движения от двигателя к регулятору. Каждая пара зацепления отличается своими размерами и количеством зубьев. Колесо обычно имеет больше 15 зубьев, а триб до 15 зубьев.

Колесная система, общая для всех часов, состоит из следующих колес и трибов:

1. Барабан. В часах с гиревым заводом на барабан наматывают шнур, струну или цепь, а в часах с пружинным заводом пружина преимущественно помещается в барабан.

2. Колесо добавочное (преимущественно в часах с продоложительным заводом).

3. Колесо среднее (центральное).

4. Колесо промежуточное.

5. Колесо секундное.

6. Колесо спусковое (анкерное, цилиндрическое).

7. Минутник (триб минутной стрелки)

8. Колесо вексельное.

9. Колесо часовое

Во время каждого полуколебания регулятора колесная система часового механизма поворачивается на строго определенный угол, после чего останавливается на какую-то долю секунды - до конца полуколебания. При обратном движении регулятора колесная система вновь поворачивается на тот же определенный угол и снова останавливается на такой же отрезок времени. Это движение повторяется непрерывно.

Зубчатая передача часового механизма увеличивает скорость передачи во столько раз, во сколько раз число зубьев ведущих колес больше числа зубьев ведомых трибов.

Зубчатое зацепление передаточного механизма часов называется ангренажем.

Колесо (или триб), передающее движение, называется ведущим, а получающее движение - ведомым. В часовом механизме обычно колесо является ведущим, а триб - ведомым.

Передаточным числом называется отношение количества зубьев ведущего колеса к зубьям ведомого. Оно показывает, сколько оборотов сделает ведомое колесо за один оборот ведущего, т. е. за один и тот же промежуток времени колесо сделает меньшее число оборотов, чем триб.

Баланс карманных и наручных часов с анкерным ходом обычно делает 18 000 колебаний в час, т. е. 300 колебаний в минуту. Анкерное колесо почти всегда имеет 15 зубьев. Следовательно за один оборот анкерного колеса баланс сделает 30 колебаний (каждому зубу колеса соответствует два колебания баланса).

Число оборотов анкерного колеса панк найдем из следующего соотношения:

панк =300/15*2=10 об/мин

Т. е. анкерное колесо за одну минуту сделает 10 оборотов.

Секундное колесо, на ось которого насаживается секундная стрелка, делает один оборот в минуту, а центральное колесо (с минутной стрелкой) делает один оборот в час, или его оборота в минуту.

Общее передаточное число от центрального колеса до анкерного триба равно произведению передаточных чисел отдельных сцепляющихся пар:

Следовательно передаточное число показывает отношение количества зубьев ведущих колес к количеству зубьев ведомых трибов или отношение количества оборотов ведомых трибов к количеству оборотов ведущих колес. Обычно передаточное число в карманных и наручных часах от центрального колеса к анкерному трибу равно 600.

Вариантов соотношения числа зубьев колес и трибов много, ко практически уже выработаны определенные нормы (табл. 1).

Таблица 1
Количество зубьев, колес и трибов карманных и наручных часов, делающих 18 000 колебаний баланса в час

При подборе нового колеса или триба можно руководствоваться табл. 1 или нижеследующим способом.

Если в часах отсутствует одно колесо, а все остальные колеса имеются, а также известно количество колебаний баланса в часах, то недостающее колесо можно найти, пользуясь расчетом, указанным в следующем примере.

Пример. Найти число зубьев утерянного промежуточного колеса, если известно, что центральное колесо имеет 80-12 зубьев, секундное - 80-10 зубьев, анкерное - 15-8 зубьев; 80; 80 и 15 - числа зубьев колес; 12; 10 и 8 - числа зубьев триба. Баланс делает 18 000 колебаний в час.

Допустим, что Триб промежуточного колеса имеет 10 зубьев, тогда число зубьев промежуточного колеса будет:

Чтобы найти количество оборотов анкерного колеса за 1 час, надо количество колебаний баланса за 1 час разделить на удвоенное число зубьев анкерного колеса:

18 000 /2*15 = 600 оборотов

Число зубьев барабана можно найти следующим образом: обычно центральное (среднее) колесо делает I оборот в час, продолжительность хода часов - 36 часов. Следовательно за 36 часов центральное (среднее) колесо сделает 36 оборотов. Такое же количество оборотов сделает центральный (средний) триб.

Зная, что барабан должен обеспечить до 5,5 оборота, можно найти передаточное число:

Чтобы обеспечить большое передаточное число (10: 1; 9:1 и т. д.), в зубчатой передаче часов применяют циклоидальное зацепление, которое благодаря особой форме зубьев позволяет применять трибы с малым числом зубьев.

Передачу вращения и усилий зубчатая пара осуществляет в месте соприкасания зубьев колес и трибов по так называемой начальной окружности (рис. 39). Каждое колесо или триб имеет три окружности: окружность выступов, начальную окружность it окружность впадин.

Окружностью выступов называется окружность, описанная из центра колеса и ограниченная головками зубьев колеса.

Начальной окружностью называется окружность, по которой проходит зацепление колеса и триба.

Окружностью впадин называется окружность, проходящая через основания зубьев колеса или триба.

Правильным зацепление между трибом и колесом будет тогда, когда начальные окружности колеса и триба соприкасаются в одной точке (рис. 39). При глубоком зацеплении (рис. 40) начальные окружности колеса и триба пересекаются. При мелком зацеплении (рис. 41) начальные окружности колеса и триба не соприкасаются и не пересекаются. Колесо и триб должны иметь одинаковый шаг зацепления. Зубчатая передача работает правильно, если величина передаваемой силы не меняется и потери на трение сведены до минимума. Изменение величины передаваемой силы зависит от правильного профиля зубьев.

В часах упрощенной конструкции фрезерованные трибы заменены цевочными (штифтовые наборные трибы). Число штифтов должно быть 8-12, но не меньше 6. Цевочные трибы просты в изготовлении, мало чувствительны к ошибкам в расстояниях осей и легче переносят загрязнение. Штифты цевочных трибов должны вращаться, чтобы обеспечить меньшее трение во время работы и меньший их износ. Ошибки в зубчатых зацеплениях вызывают увеличение трения.

В каждой паре зубчатого зацепления надо иметь достаточный зазор между зубьями, иначе попадание незначительной

рязи между зубьями может вызвать остановку часов. Это особенно важно в колесах, двигающихся с маленьким усилием (секундное, анкерное). Колеса, находящиеся ближе к источнику энергии - пружине, должны быть толще и по мере удаления от него - тоньше. В среднем боковой зазор между зубьями должен быть в пределах 0,1-0,17 шага, а радиальный зазор -

0,4 модуля. Боковой зазор осуществляется за счет уменьшения толщины зуба триба. При правильном зацеплении вращение происходит легко, без толчков и ударов. Правильность зацепления зависит также от правильно подобранного числа зубьев триба: с увеличением числа зубьев триба зацепление улучшается и, наоборот, чем меньше число зубьев триба, зацепление ухудшается, ибо каждый зуб триба дольше находится в зацеплении с зубчатым колесом. При правильном зацеплении зубья колес должны касаться друг друга в тех точках, где их головки переходят в закругления, т. е. должны касаться начальные окружности колес и триба.

Рис. 39. Правильная практическая форма зубьев колеса и триба

Рис. 40. А-глубокое зацепление; Б-зацепление с малым трибом В-исправление глубокого зацепления вельцеванием; Г-исправление зацепления при малом трибе

Рис. 41. А-мелкое зацепление; Б-исправление мелкого зацепления

Шагом зубчатого зацепления t называется расстояние между вершинами двух соседних зубьев, измеренное по начальной окружности в линейных мерах.

Модуль зубчатого зацепления

Диаметр начальной окружности колеса или триба меньше его наружного диаметра на удвоенную высоту головки зуба.

Наружные диаметры колес и трибов можно измерять микрометрами, диаметры начальных окружностей определяют при помощи таблиц или соответствующими вычислениями (диаметр начальной окружности равен модулю, умноженному на число зубьев).

Часы - одно из древнейших изобретений человечества в области техники. (Мы не преуменьшаем приобретенные навыки и умение человека добывать огонь, плавить бронзу и железо, изобретение письменности,пороха, бумаги, паруса).

Некоторые исследователи ставили изобретение часов на второе место. Первое место отводилось колесу. Предполагалось, что самое древнее колесо появилось в Бронзовом веке в 3500 - 1000 году до нашей эры в Месопотамии. (Там же были найдены и первые повозки). Сколоченные вместе доски и бревна обрезались по кругу, и получался сплошной диск. Со временем колесо усовершенствовалось. Это уже был обод со спицами.

Такая конструкция имела значительно меньший вес. Около 3000 лет назад у колеса появился металлический обод. Жизнь колеса весьма продлилась.

*** ***** ***

Трудно переоценить значение и влияние на развитие человеческой цивилизации изобретение часов. Первые приборы для определения Времени и его интервалов мы сейчас называем «примитивными».

Первоначально это были солнечные, затем водяные, а с появлением стекла, люди придумали часы песочные. Но прорывом в измерении времени стало изобретение механических часов.

Этот инструмент контроля времени не зависел от пасмурной погоды, сумерек и ночи, равно как и от забывчивости слуги, ответственного за долив - перелив воды или переворот емкости с песком. Ученые, занятые установлением времени и авторства изобретения механических часов, не имеют по этому вопросу общего мнения.

Данная тема является предметом научных дискуссий.По одним данным, первенство в изобретении механических часов, отдают ученому из города Верона по имени Пацификус. Механические часы он изобрел еще в началеIX века.

Но наиболее широко распространено мнение, что это изобретение было сделано в конце Х века, и принадлежало оно монаху Герберту из местечка Оверни. Этот человек был воспитателем будущего императора Германии ОттонаIII. Да и сам Герберт сделал весьма успешную карьеру, став римским папой Сильвестром II. Его папство длилось с 999 по 1003 год.

Как изобретенный им часовой механизм был устроен ничего не известно. Но потому, что он был забыт, косвенно можно сделать вывод, что должного признания современниками и соответствующего применения это изобретение не получило.

История развития часового дела на Руси была изучена мало. Но имя искусного мастера, кото-рый в 1404 году установил на Спасской башне Кремля первые механические часы в Москве известно. Его звали Лазарь. И был он монахом. Он пришел из Афонского монастыря, расположенного на греческом острове Айон-Орос. Лазарь родился в Сербии, поэтому он получил прозвище Сербин.

Сохранилась миниатюра, изображающая пуск башенных механических часов в Москве. На миниатюре Лазарь рассказывает князю Василию Первому, как устроены часы. Судя потому, что у этих часов были три гири, можно говорить о сложности их механизма.

Одна гиря могла служить для привода основного механизма, молот, ударявший по колоколу, приводился в действие другой гирей, а третья служила для привода механизма, показывающего фазы Луны. На миниатюре диска Луны не видно, но в одной из летописей указывалось, что часы умели это делать. Стрелки на циферблате отсутствуют, можно предположить, что двигался сам диск циферблата.

Хотя точнее было бы придумать для диска слово типа «буквоблат». Вместо цифр стояли старославянские буквы: аз-1, буки-2, веди-3, глаголь-4, добро-5 и далее. Часы с боем совершенно приводили москвичей и гостей Москвы в восторг и изумление. Василий Iзело оценил шедевр и заплатилталантливому Лазарю более полутора сотен рублей. По курсу начала XX века эта сумма составила бы 20 000 золотых рублей.

Первые механические часы были башенными. Механизм башенных часов приводился в дви-жение тяжестью груза.

Груз, камень или позднее гиря, на канате крепился к гладкому, перво-начально деревянному, а позднее металлическому, валу. Чем выше башня, тем длиннее канат и, соответственно, больше запас хода часов.(Поэтому они и были названы «башенные часы»).

Сила тяжести заставляла гирю опускаться, канат или цепь разматывалась и вращала вал. Через посредство промежуточных колес, вал соединялся с храповым колесом. Последнее в свою очередь приводило в движение стрелку. Изначально стрелка была одна.

Подобие своему «родственнику» - шесту солнечных часов гномону. Собственно и направление движения стрелки, привычное и не вызывающее вопросов сейчас (просто: «по часовой стрелке») было выбрано по направлению движения тени, отбрасываемой гномоном. Равно, как и деления на циферблате механических часов, по делениям на круге часов солнечных.

Следует добавить, что высота башни должна была быть не ниже 10 метров, а вес гири порой достигал двухсот килограммов. Со временем деревянные детали часового механизма были замещены деталями, изготовленными из металла

В первых часовых механизмах можно было выделить шесть основных компонентов:

1. Двигатель;
2. Передаточный механизм зубчатых колес;
3. Билянец. Устройство, которое должно было обеспечить равномерность движения;
4. Спусковой распределитель;
5. Стрелочный механизм;
6. Механизм перевода стрелок и заводки пружины.

- О двигателе. Использование вместо гравитационной силы, воздействующей на вес груза, энергии пружины, привело к значительному уменьшению габаритов часового механизма. Пружина предствляла собой эластичную ленту, изготовленную из стальной закаленной полосы. Пружины была свернута вокруг вала внутри барабана. Один ее конец крепился к валу, а второй, внешний, крючком цеплялся за барабан. Стремясь развернуться, закрученная эластичная и упругая пружина заставляла вращаться барабан, а с ним и зубчатое колесо и весь набор зубчатых колес - шестеренок.Изобретение пружинного двигателя открыло путь к созданию в будущем миниатюрных часов, которые можно было бы носить на руке.(гиревой двигатель используется до сих пор. Пример «Часы с кукушкой». Напольные часы).

- Передаточный механизм зубчатых колес принципиальных изменений не приобрел и сегодня (только он сталболее миниатюрным). Количество зубчатых колес в часовом механизме было многочисленным. К примеру, итальянскому часовых дел мастеру Джунелло Турриано для своих башенных часов потребовалось таковых - 1 800 штук.Усложненный часовой механизм этих часов показывалне только текущее время, а дополнительно еще движение Солнца, Луны, Сатурна и других планет, как это представлялось по системе мироздания Птоломея. Полдень, полночь, каждый час и каждая четверть часа отбивалась разным колокольным боем. Базовый принцип устройства передаточного механизма зубчатых колес сохранился и в миниатюрных механизмах современных наручных часов.

А вот неравномерность хода часов, связанная с ускорением движения вала при получении энергии от двигателя, и, в конечном итоге, ускорение вращения шестерен всего механизма, должно было компенсироватьустройство, позволяющее сдерживать ускорение храпового колеса. Оно называлось билянец , (коромысло).Регулятор - билянец представлял собой стержень, расположенный параллельно плоскости храпового колеса.

Под прямым углом к нему крепилось коромысло с двумя подвижными регулировочнами грузиками, как правило шарообразной формы.

При работе билянец раскачивался. Каждое полное качение передвигало храповое колесо на один зубец. Регулируя расстояние грузиков от оси можно было изменять скорость движения храпового колеса, так как частота качения, в этом случае, изменялась. Но и это качение, во избежание его угасания надо было подпитывать энергией.

Постоянная передача энергии для обеспечения колебаний билянца возлагалась на спусковой распределитель . Это устройство являлось своеобразным промежуточным звеном между регулятором и передаточным механизмом.

Оно передавало энергию от двигателя к билянцу, с одной стороны, и подчиняло себе и контролировало движение шестеренок передаточного механизма, с другой стороны.

Это изобретение увеличило точность хода механических часов. Хотя она, по нонешним меркам, оставляла желать лучшего. Суточная погрешность порой превышала 60 минут в сутки.Что вполне приемлимо для средневековья. В 1657 году голландец Христиан Гюйгенс применил в механических часах как регулятор не коромысло, а маятник.

Суточная погрешность таких часов с маятником составлла уже не более 10 секунд.

В 1674 году Христиан Гюйгенс доусовершенствовал регулятор. К колесику-маховику он прикрепил тончайшую спиральную пружинку. Когда колесико отклонялось от нейтрального положения и проходило точку равновесия, пружинка заставляла его возвращаться назад.

Такой балансовый механизм обладал свойствами маятника. Большим достоинством подобного устройства балансового механизма стало то, что такая констукция могла функционировать в любом своем положении в пространстве.

Это весьма способствовало применению такого балансового устройства в механизмах карманных и далее наручных часов. Справедливости ради, следует упомянуть имя англичанина Роберта Гука, который независимо от Гюйгенса изобрел балансовый механизм, основанный на колебаниях подпружиненного колеса.

Упрощенный часовой механизм приведен на рисунке

Базовые принципы работы часового механизма сохранились и в современных часах.

Основные узлы и детали наручных часов и принципы работы

Как наружний скелет насекомых и головогрудых и внутренний скелет млекопитающих служат для крепления внутренних органов, так основой механизма часов служит платина или плата .

Платина - самая большая деталь каркаса часового механизма. На ней крепятся мосты, детали и опоры часовых колес.

Форма платины может быть круглой или некруглой. Эта деталь чаще изготавливается из латуни марки ЛС63-3Т. Для кварцевых часов платина обычно делается из пластмассы. Калибр часов определяется по диаметру платины. Если диаметр платины составляет 18 миллиметров и меньше, то часы причисляют к женским.

Если ее диаметр 22 миллиметра и более, то часы считаются мужскими.

- ангренаж (набор шестиренок, маленьких и побольше).

Эта система шестеренок включает в себя:

1. Центральное колесо;
2. Промежуточное колесо;
3. Анкерное колесо;
4. Секундное колесо.

- двигатель.

Служит для накопления энергии и последующей ее передачи в ангренж.Двигатель состоит из пружины, вала (корэ) и барабана. Пружина может иметь S-образную форму или же быть спиральной. Пружины изготавливают из специального железо-кобальтого сплава или углеродистой стали, подвергнутой специальной термообработке. Продолжительность хода часов зависит от толщины пружины и ее длины. Рабочей и расчетной характеристикой заводной пружины является ее крутящий момент (произведение ее упругой силы на число оборотов).

1. Барабан нужен для защиты, находящейся внутри пружины-спирали, от попадания на нее пыли или влаги.

2. Баланс- спираль является одним из основных узлов часового механизма. Баланс представляет собой круглый тонкий обод с поперечной перекладиной, посаженной на стальную ось. Балансы бывают винтовыми и без винтовыми. У винтового баланса в обод ввинчены винты, которые служат для уравновешивания обода и регулировки частоты его колебаний.

3. Спираль - волосок изготавливают из никелевого сплава. Это упругая пружина, конец которой заделан в латунную втулочку. Под действием энергии, поступающей от двигателя, баланс совершает колебательные движения, вращаясь делает повороты то в одну, то в другую стороны - либо заводит либо раскручивает спираль. В результате, то запираемая, то освобождаемая спусковым распределителем колесная передача часового механизма периодически двигается. Это движение можно наблюдать по скачкообразному движению секундной стрелки. В большинстве наручных часов баланс совершает 9 000 колебаний в час. Период колебания баланса регулируется путем изменения длины спирали.

4.Турбийон (фр.tourbillon - вихрь). Механизм, компенсирующий земное притяжение. Колесо баланса и спусковой механизм устанавливаются на специальную вращающуюся платформу. Платформа вращаясь вокруг собственной оси(как правило, один оборот за одну минуту) меняет центр тяжести всего механизма. При вращении платформы, часы то полминуты спешат, то пол минуты отстают. Таким образом и компенсируется погрешность хода, связанная с воздействием гравитации.

В часовых механизмах повышенного качества и высокими требованиями к точности хода часового механизма, и с целью уменьшения трения и износа осей шестеренок механизма, в качестве опорных подшипников применяются рубиновые камни или синтетический корунд.

Такие камни имеют наименьший коэффициент трения и наибольшую твердость (по шкале Мооса - 9)

- Мосты . Все детали часового механизма: двигатель, баланс, ангераж и другие фиксируются к плате мостами

- стрелочный механизм. Стрелочный механизм расположен с подциферблатной стороны платины. Он состоит из часового колеса, вексельного колеса и минутного триба. Стрелочный механизм входит составной частью в общую кинематическую схему механических наручных часов: 1. Заводной барабан; 2. Центральное колесо; 3. Центральный триб;4. Промежуточный триб; 5. Промежуточное колесо; 6. Секундный триб. (триб - зубчатое колесо, составляющее единое целое с собственной осью вращения,кроме часовых механизмов применяется в других точных механизмах).

- механизм перевода стрелок и заводки пружины .(ремонтуар ) Этот механизм обеспечивает зацепление заводного вала со стрелочным механизмом (при переводе стрелок) или вводит заводной вал в зацепление с узлом завода пружины. Минутный триб обеспечивает движение всего стрелочного механизма. Часовое колесо установлено на втулке минутного триба. На выступающей части втулки часового колеса установлена часовая стрелка, а на выступающей части минутного триба - минутная стрелка. Таким образом минутная стрелка расположена над часовой.Вексельное колесо имеет сцепление с минутным трибом, а триб вексельного колеса сцепляется с часовым колесом. Эта кинематика и обеспечивает перевод обеих стрелок в желаемое положение на циферблате. Для перевода стрелок заводная головка вытягивается. Для завода пружины головка (коронка ) должна быть утоплена. Завод осуществляется ее вращением по часовой стрелке.

Это основные детали и узлы часового механизма и краткое описание припципов их работы.

Современные наручные часы часто имеют еще функции автоподзавода, снабжены противоударным механизмом, имеют водо или влагонепроницаемый корпус, конструкция механизма может иметь календарь.

NB Часы, имеющие календарь, лучше подзаводить на ночь - до 19 часов. В период с 22:00 до 01:00 происходит изменение календарного значения. часовая пружина должна находиться в ее максимально возможном энергетическом состоянии.