S.Mihal' "Chasy.
Ot gnomona do atomnyh chasov",
Znanie/NiT<< Funkcional'nye elementy mehanicheskih chasov | Oglavlenie | Ankernye spuski s othodom dlya malogabaritnyh chasov >>
Funkcional'nye elementy mehanicheskih chasov
Spuskovye mehanizmy s othodom dlya bol'shih chasov
Samym starym spuskovym mehanizmom, kotoryi primenyalsya v mehanicheskih chasah s momenta ih vozniknoveniya v techenie celyh stoletii, byl shpindel'nyi spuskovoi mehanizm. Avtor etogo samogo starogo spuskovogo mehanizma ostalsya neizvestnym. Glavnymi chastyami etogo mehanizma yavlyayutsya bol'shoe spuskovoe koleso, nazyvaemoe inogda po ego vneshnemu vidu "koronchatym kolesom", i val-shpindel' (otsyuda i naimenovanie "shpindel'nyi spusk") s dvumya pryamymi paletami. Eto izobretenie pripisyvayut mnogim avtoram, naprimer veronskomu Pacifiku (umershemu v 856 g.), kotoryi, sudya po ne poddayushimsya proverke istochnikam, sozdal pervye chasy, privodimye girei bez pomoshi vody, ili uzhe upomyanutomu ran'she Gerbertu. I hotya vozniknovenie shpindel'nogo spuskovogo mehanizma bezuslovno tesno svyazano s poyavleniem pervyh mehanicheskih chasov na perelome XIII i XIV vv., ne isklyucheno, chto ego princip byl razrabotan eshe v eru vodyanyh chasov.
V epohu izobreteniya shpindel'nogo spuskovogo mehanizma eshe nichego ne bylo izvestno ni o mayatnike, ni o balanse. V rannem periode, eshe do sozdaniya pervyh mayatnikovyh chasov, etot spuskovoi mehanizm primenyalsya s oscillyatorom, kotoryi imel formu dvuhplechego koromysla, tak nazyvaemogo bilyanca (folio) s podvizhnymi regulirovochnymi gruzami (ris. 9), i vsegda zhestko nasazhivalsya na paletnyi val. Neobhodimoe gorizontal'noe polozhenie etogo koromysla predopredelyalo stereotipnoe geometricheskoe raspolozhenie ostal'nyh chastei chasov – vertikal'nogo paletnogo vala i spuskovogo kolesa s gorizontal'nym valom vnutri mehanizma. Takoi byla koncepciya kolesnyh chasov, kogda oni poyavilis' vpervye na bashnyah evropeiskih gorodov, a zatem v zhilyh domah bogatyh gorozhan.
Shpindel'nyi spuskovoi mehanizm s bilyancem pervonachal'no imel i hodovoi mehanizm prazhskih kurantov, postroennyh v 1410 g. chasovshikom Mikulashom iz Kadani. Takoe zhe podobie etot spuskovoi mehanizm sohranil do 60-h godov proshlogo veka, kogda vvidu chastyh nepoladok ego prishlos' rekonstruirovat'. Pervonachal'nyi regulyator kurantov s bilyancem byl pri etom zamenen sovremennym differencial'nym stopornym spuskovym mehanizmom Denisona, izgotovlennym po obrazcu bashennyh chasov na Vestminsterskoi bashne v Londone.
Bilyanec (folio) trudno nazvat' oscillyatorom v polnom smysle etogo slova, poskol'ku real'nyi oscillyator dolzhen byt' sposoben k samostoyatel'nym kolebaniyam i obladat' sobstvennoi chastotoi kolebaniya1. Mayatniku pridaet etu sposobnost' sila tyazhesti, a balansu – vozvrashayushaya sila, voznikayushaya v vitkah uprugo deformiruyushegosya voloska. Koromyslo zhe ne obladalo etim svoistvom, a potomu ono bylo, sobstvenno govorya, lish' mahovikom, podverzhennym vozdeistviyu sluchainyh sil. Takoe izmenenie pozvolilo izmenit' prezhnyuyu konstrukciyu s vertikal'nym spuskovym kolesom na bolee vygodnuyu – s gorizontal'nym kolesom. Eto novoe reshenie bylo povsemestno prinyato. U staryh chasov spuskovoe koleso razmeshalos' na dlinnom valu nad ramoi mashiny, a u noveishih chasov ono bylo skryto vnutri mezhdu ostal'nymi peredatochnymi mehanizmami.
Koromyslovye chasy yavlyayutsya tipichnym primerom prostogo trehkolesnogo mehanizma s odnostrelochnym indikatorom vremeni. Mehanizm, ispol'zovannyi dlya shpindel'nogo spuska, opravdal sebya i dlya pervyh chasovyh mehanizmov s boem. V zadnei chasti chasov nahodilsya kolokol'nyi mehanizm boya, kotoryi zapuskalsya v hod kazhdyi chas hodovym mehanizmom. V etom sluchae kolokol signaliziroval istechenie kazhdogo sleduyushego chasa vsegda odnim i tem zhe kolichestvom udarov. Takie chasy ispol'zovali dlya izmereniya vremeni noch'yu v neosveshennom prostranstve bashni. (Kolokol obrashal vnimanie storozha, a tot oshup'yu na vystupah ciferblata uznaval polozhenie strelki, opredelyaya etim, skol'ko chasov on uzhe nahoditsya na svoem nochnom postu.) Bol'shinstvo chasov, izgotovlennyh do konca XVII v., imelo lish' odnu strelku, obhodyashuyu ciferblat za 12 ili 24 ch, v zavisimosti ot togo, byl li na chasah ciferblat nemeckii ili ital'yanskii (drevnecheshskii).
Shpindel'nyi spuskovoi mehanizm s korotkim kol'cevym bilyancem, zhestko nasazhennym na paletnom valu (tak nazyvaemyi "kuhshvanc"), sohranil svoi vid i polozhenie v chasovom dele v techenie neskol'kih stoletii. Kogda zhe na perelome XVI i XVII vv. Galilei zanyalsya izucheniem svoistv mayatnika, pered hronometriei otkrylsya put' dlya revolyucionnyh izmenenii. V 1657 g. gollandskii fizik i matematik Hristian Gyuigens izgotovil pervye mayatnikovye chasy, v kotoryh mayatnik byl ispol'zovan deistvitel'no v kachestve oscillyatora. Ideya Galileya, osushestvlennaya Gyuigensom, sil'no povysila togdashnyuyu tochnost' mehanicheskih chasov. Sutochnaya pogreshnost', kolebavshayasya u mayatnikovyh chasov v shirokih predelah – v zavisimosti ot kachestva chasov ot 15 do 60 min, – upala u chasov Gyuigensa do 10 s, hotya shpindel'nyi spusk ostalsya, po sushestvu, takim zhe, kak u chasov s bilyancem. Shpindel'nyi spusk ne ochen' podhodil dlya mayatnikovyh chasov. Sozdannyi pervonachal'no dlya bilyanca, on treboval bol'shuyu amplitudu – 20o i bol'she. Nesmotrya na eto, on blagodarya svoei sravnitel'noi prostote ochen' bystro rasprostranilsya i na mayatnikovye chasy, a v nekotoryh stranah on sohranyalsya vplot' do nachala XIX v., t.e. namnogo pozdnee, chem byli izobreteny sovremennye spuskovye mehanizmy. V stremlenii prisposobit' shpindel'nyi spuskovoi mehanizm k usloviyam, pred'yavlyaemym mayatnikom, nekotorye chasovshiki postepenno izmenyali vzaimnyi ugol mezhdu naletami do 40o. Odnovremenno s etim i naklon zub'ev spuskovogo kolesa izmenyalsya nastol'ko, chto ono vse bol'she teryalo svoe pervonachal'noe shodstvo s korolevskoi koronoi. Eti izmeneniya v geometrii spuskovogo mehanizma presledovali eshe odnu cel' – ogranichit' neblagopriyatnoe vliyanie othoda spuskovogo kolesa.
Nedostatki, svyazannye s bol'shoi amplitudoi mayatnika pri shpindel'nom spuske, soznaval uzhe Gyuigens, kotoryi sozdal dlya svoih mayatnikovyh chasov v 1673 g. pruzhinnuyu podvesku s dvumya napravlyayushimi cikloidal'nymi poverhnostyami. Eti poverhnosti imeli svoei zadachei izmenyat' vo vremya kolebaniya dlinu mayatnika, a s nim i prodolzhitel'nost' kolebaniya. Popytki Gyuigensa poluchit' kolebaniya odnoi i toi zhe prodolzhitel'nosti s pomosh'yu izmeneniya dliny mayatnika byli pravil'ny, ibo ishodili iz matematicheskogo rascheta, no na praktike eto ne privilos'2, poskol'ku novye ankernye spuski, kotorye bystro zamenili shpindel'nyi spusk, stroilis' dlya mayatnikovyh chasov, naoborot, v raschete na malye amplitudy.
Nesmotrya na svoyu kazhushuyusya prostotu, shpindel'nyi spuskovoi mehanizm obladal eshe i drugimi tenevymi storonami, kotorye prinuzhdali chasovyh del masterov iskat' inye formy etogo mehanizma. Net somneniya, chto krupneishei problemoi zdes' bylo, osobenno v otnoshenii krupnyh zheleznyh bashennyh chasovyh mehanizmov, izgotovlenie spuskovogo kolesa. Prezhnie kuznechnye metody, kotorye ispol'zovalis' pri izgotovlenii detalei krupnyh chasov, ostavili nekotorye harakternye priznaki v vide soedinenii, svarennyh v ogne, klinovidnyh soedinenii raz'emnyh detalei, sklepannyh trubochnyh tribov i t.p. Takoe spuskovoe koleso izgotovlyalos' iz ploskoi polosy zheleza, svernutoi v goryachem vide v krug i svarennoi v ogne. Drugoi proizvodstvennoi trudnost'yu bylo soblyudenie vertikal'nogo polozheniya paletnogo vala otnositel'no spuskovogo kolesa.
Ris. 10. Dvuhrychazhnyi spuskovoi mehanizm Sheval'e de Betune
Luchshee reshenie spuskovogo mehanizma naprashivalos' v vide sistemy parallel'nyh valov s ploskim spuskovym kolesom, imeyushim zubcy na svoei torcovoi poverhnosti. Vazhnym shagom bylo sozdanie gruppy hrapovyh spuskovyh mehanizmov. Samyi staryi iz nih – dvuhrychazhnyi hrapovoi mehanizm, sozdannyi Sheval'e de Betunom. Takoi spuskovoi mehanizm, shema kotorogo privedena na ris. 10, izgotovlyal primerno v 1727 g. dlya svoih chasov parizhskii chasovoi master Antuan Tiou (1692 - 1767), avtor chasto upominaemogo sochineniya "Traktat o hronometrii" (Traite d'horlogerie) ot 1741 g. Na valu pravogo rychaga s vintom dlya zadaniya vzaimnogo polozheniya palet zdes' imeetsya vilka. Girya na levom pleche drugogo rychaga uderzhivaet vnutrennie plechi oboih rychagov v postoyannom kontakte. Dvuhrychazhnyi spuskovoi mehanizm imel mnogo konstruktivnyh variantov. Nekotorye iz nih byli dovol'no slozhny i vnosili v mehanizm nezhelatel'nye sily treniya.
Drugoi parizhskii chasovshik – 'ogann Baptist Dyutertr (1715 - 1792) – izgotovil analogichnyi spuskovoi mehanizm s dvumya mayatnikami, kachayushimisya v protivopolozhnyh napravleniyah. Kazhdyi iz nih krepilsya na valu s odnoi paletoi. Sinhronizaciyu vremeni zacepleniya obeih palet na obshem dlya nih hrapovom kolese obespechivali dva zaceplyayushihsya drug s drugom zubchatyh segmenta, nasazhennye na paletnyh valah.
Sushestvennoe uproshenie spuskovogo mehanizma dalo izobretenie "angliiskogo kryuka" v 1666 g. Robertom Gukom, professorom geometrii i sekretarem Korolevskoi akademii v Londone. Ego ideyu detal'no razrabotal primerno na 10 let pozdnee angliiskii chasovshik Vil'yam Klement, rabotavshii v Londone v 1670 - 1696 gg. V ego masterskoi byla sozdana pervaya prigodnaya k ispol'zovaniyu forma reversivnogo ankernogo spuska.
Ankernyi spusk pozvolyal vvedenie bolee tyazhelyh mayatnikov pri men'shem rashode privodnoi energii. Odnako ego glavnoe dostoinstvo zaklyuchalos' v tom, chto on ochen' horosho podhodil k mayatniku s maloi amplitudoi kolebanii. V zavisimosti ot chisla zub'ev spuskovogo kolesa, ohvachennyh ankerom, mozhno bylo po spuskovomu kolesu ocenivat' prodolzhitel'nost' hoda chasov za odnu zavodku. U odnodnevnyh chasov anker ohvatyval obychno 4,5 zuba, a u vos'misutochnyh – 6,5 zuba i bol'she. Kolichestvo zub'ev na ankernom kolese chashe vsego bylo okolo 36.
Ankernye spuski s navesnym ankerom byli prednaznacheny dlya bolee tyazhelyh bashennyh mayatnikov i krupnyh napol'nyh chasov s bol'shim ohvatom ankera. Ih dlinnye plechi davali bol'shie usiliya. Tipichnym primerom ankernogo spuska na ego rannei stadii razvitiya byl angliiskii ankernyi spusk s othodom, prisposoblennyi dlya srednego ohvata zub'ev spuskovogo kolesa.
Dlya deshevyh narodnyh chasov nemeckogo proishozhdeniya, proizvodivshihsya v konce XVIII i nachale XIX v., bol'shoi populyarnost'yu pol'zovalsya shvarcval'dskii ankernyi spusk s ankerom, svernutym iz stal'nogo lista. Naimenovanie spuska proizoshlo ot nemeckogo slova "shvarcval'd" (chernyi les), oblasti v Yuzhnoi Germanii, tochnee, v yuzhnoi chasti Gohshvarcval'da, vklyuchayushei Noishtadt, Val'dau, Urah, Ferenbah, Triberg, Simonsval'd, Gyutenbarh, Villingen, St. Gergen, El'zah, Val'dkirh i prezhde vsego Furtvangen. Ottuda v nachale XVIII v. nachalo rasprostranyat'sya proizvodstvo "shvarcval'dok" – derevyannyh chasov s boem, pervonachal'no so shpindel'nym spuskom i balansom, a zatem i s ankernym shvarcval'dskim spuskovym mehanizmom.
1 Po sovremennoi terminologii takie chasy otnosyat k chasam bez sobstvennogo perioda kolebanii (dogalileevy chasy), chasy s mayatnikom – k chasam s sobstvennym periodom kolebanii (chasy Galileya – Gyuigensa). (Prim. nauch. red.)
2 Izohronizaciya kolebanii s pomosh'yu special'nyh podvesov effektivno ispol'zovalas' do nastoyashego vremeni, naprimer, v sovremennyh mayatnikovyh -astronomicheskih chasah Fedchenko. (Prim. nauch. red.)
<< Funkcional'nye elementy mehanicheskih chasov | Oglavlenie | Ankernye spuski s othodom dlya malogabaritnyh chasov >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
istoriya astronomii - vremya - Chasy
Publikacii so slovami: istoriya astronomii - vremya - Chasy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
