Устройство маятниковых часов: история развития и принцип работы

alexxlabРазное
Как устроены маятниковые часы. Кто изобрел механические часы. Какие основные компоненты входят в часовой механизм. Как развивались маятниковые часы на протяжении веков. Почему маятниковые часы считаются более точными.

Содержание

История появления и развития механических часов

Механические часы прошли долгий путь развития, прежде чем приобрели современный вид. Рассмотрим основные этапы их эволюции:

  • 14 век — появление первых башенных механических часов в Европе
  • 1657 год — изобретение маятниковых часов Христианом Гюйгенсом
  • 1676 год — создание якорного спускового механизма Уильямом Клементом
  • 18 век — совершенствование конструкции, повышение точности хода
  • 19-20 века — дальнейшее улучшение механизмов, появление наручных часов

Основные компоненты механических часов

Механические часы состоят из нескольких ключевых элементов:

  1. Источник энергии (пружина или гиря)
  2. Передаточный механизм (система зубчатых колес)
  3. Регулятор хода (маятник или баланс)
  4. Спусковой механизм
  5. Стрелочный механизм
  6. Механизм завода и перевода стрелок

Каждый из этих компонентов играет важную роль в работе часов. Как они взаимодействуют между собой?


Принцип работы маятниковых часов

Маятниковые часы работают по следующему принципу:

  1. Гиря или пружина создает вращательное движение основного колеса
  2. Через систему зубчатых передач движение передается на спусковое колесо
  3. Спусковой механизм преобразует вращение в колебания маятника
  4. Маятник задает точный ритм работы механизма
  5. Колебания маятника через анкерную вилку передаются обратно на колесную систему
  6. Стрелки отображают ход времени на циферблате

Таким образом, маятник выступает в роли регулятора, обеспечивающего равномерный ход часов.

Преимущества маятниковых часов

Почему маятниковые часы считаются более точными по сравнению с другими механическими конструкциями? Вот несколько причин:

  • Стабильность колебаний маятника
  • Меньшая чувствительность к температурным изменениям
  • Возможность тонкой настройки длины маятника
  • Отсутствие трения в точке подвеса маятника
  • Большая масса маятника, снижающая влияние внешних воздействий

Эти факторы позволяют достичь высокой точности хода, особенно в напольных и настенных часах.


Конструкция маятника и его настройка

Маятник часов состоит из следующих элементов:

  • Стержень маятника
  • Линза (утяжелитель на конце)
  • Подвес (верхнее крепление)
  • Регулировочный винт

Как происходит настройка хода часов с помощью маятника? Существует несколько способов:

  1. Изменение длины маятника с помощью регулировочного винта
  2. Добавление или удаление небольших грузиков на линзе
  3. Регулировка положения линзы на стержне
  4. Замена линзы на более тяжелую или легкую

Правильная настройка маятника позволяет значительно повысить точность хода часов.

Виды спусковых механизмов

Спусковой механизм — важнейший узел часов, от которого во многом зависит точность хода. Какие бывают виды спусковых механизмов?

  • Шпиндельный (самый ранний)
  • Якорный (наиболее распространенный)
  • Грэхема (усовершенствованный якорный)
  • Хронометровый (высокоточный)
  • Штифтовый (для недорогих часов)

Каждый тип имеет свои особенности конструкции и характеристики. Якорный спуск считается оптимальным для большинства маятниковых часов.


Дополнительные функции маятниковых часов

Помимо показа текущего времени, маятниковые часы часто оснащаются дополнительными функциями:

  • Бой часов и четвертей
  • Календарь (дата, день недели, месяц)
  • Фазы Луны
  • Уравнение времени
  • Индикатор запаса хода
  • Музыкальный механизм

Эти усложнения делают часы не только точным прибором для измерения времени, но и настоящим произведением искусства.

Как работает механизм боя?

Механизм боя в маятниковых часах состоит из нескольких компонентов:

  1. Отдельная пружина или гиря для привода боя
  2. Система рычагов и колес
  3. Программное колесо с выступами
  4. Молоточки для ударов по гонгам или колоколам
  5. Механизм остановки боя

При наступлении определенного времени программное колесо активирует систему рычагов, которая приводит в действие молоточки. Количество ударов соответствует текущему часу или четверти часа.

Уход за маятниковыми часами

Для обеспечения долгой и точной работы маятниковых часов необходимо соблюдать ряд правил:

  • Регулярная чистка механизма (каждые 3-5 лет)
  • Смазка трущихся деталей специальным маслом
  • Своевременный подзавод гиревых или пружинных часов
  • Установка часов строго по уровню
  • Защита от пыли, влаги и резких перепадов температуры
  • Периодическая проверка и подстройка хода

При правильном уходе качественные маятниковые часы могут служить десятилетиями, сохраняя высокую точность хода.



Кто изобрел механические часы и какой путь развития прошли часовые механизмы


Механические часы, по своему устройству напоминающие современные, появились в 14 веке в Европе. Это часы использующие гиревой или пружинный источник энергии, а в качестве колебательной системы у них применяется маятниковый или балансовый регулятор. Можно выделить шесть основных компонентов часового механизма:
1) двигатель;
2) передаточный механизм из зубчатых колес;
3) регулятор, создающий равномерное движение;
4) спусковой распределитель;
5) стрелочный механизм;
6) механизм перевода и заводки часов.

Первые механические часы называли башенными колесными часами, в движение они приводились опускающимся грузом. Приводной механизм представлял собой гладкий деревянный вал канатом к которому был примотан камень, выполняющий функцию гири. Под действием силы тяжести гири, канат начинал разматываться и вращать вал. Если этот вал через промежуточные колеса соединить с основным храповым колесом, связанным со стрелками-указателями, то вся эта система будет как-то указывать время. Проблемы подобного механизма в огромной тяжеловесности и необходимости гире куда-то падать и в не равномерном, а ускоренном вращении вала. Чтобы удовлетворить все необходимые условия, для работы механизма строили сооружения огромных размеров, как правило, в виде башни, высота которой была не ниже 10 метров, а вес гири достигал 200 кг, естественно все детали механизма были внушительных размеров. Столкнувшись с проблемой неравномерности вращения вала, средневековые механики поняли, что ход часов не может зависеть только от движения груза.

          


Башенные часы

Механизм необходимо дополнить устройством, которое управляло бы движением всего механизма. Так появилось устройство сдерживающее вращение колеса, его назвали «Билянец» — регулятор.

Билянец представлял собой металлический стержень, расположенный параллельно поверхности храпового колеса. К оси билянца под прямым углом друг к другу прикреплены две лопатки. При повороте колеса зубец толкает лопатку до тех пор, пока она не соскользнет с него и не отпустит колесо. В это время другая лопатка с противоположной стороны колеса входит в углубление между зубцами и сдерживает его движение. Работая, билянец раскачивается. При каждом полном его качании храповое колесо передвигается на один зубец. Скорость качание билянца, взаимосвязана со скоростью движется храпового колеса. На стержень билянца навешивают грузы, обычно в форме шаров. Регулируя величину этих грузов и расстояние их от оси, можно заставить храповое колесо двигаться с различной скоростью. Конечно, эта колебательная система во многих отношениях уступает маятнику, но может использоваться в часах. Однако, любой регулятор остановится если постоянно не поддерживать его колебания. Для работы часов необходимо, чтобы часть двигательной энергии от главного колеса постоянно поступала к маятнику или билянцу. Эту задачу в часах выполняет устройство, которое называется спусковым распределителем.

                    


Различные виды билянцев

Спусковой механизм самый сложный узел в механических часах. Через него осуществляется связь между регулятором и передаточным механизмом. С одной стороны, спуск передает толчки от двигателя к регулятору, что необходимые для поддержания колебаний регулятора. С другой стороны, подчиняет движение передаточного механизма закономерности движения регулятора. Точный ход часов зависит главным образом от спускового механизма, конструкция которого озадачила изобретателей.

Самый первый спусковой механизм был шпиндельный. Регулятором хода этих часов был так называемый шпиндель, представляющий собой коромысло с тяжелыми грузами, установленное на вертикальной оси и приводимое попеременно то в правое, то в левое вращение. Инерция грузов оказывала тормозящее воздействие на часовой механизм, замедляя вращение его колес. Точность хода подобных часов со шпиндельным регулятором была низка, а суточная погрешность превышала 60 минут.

Так как в первых часах не было специального механизма заводки, подготовка часов к работе требовала больших усилий. Несколько раз в день нужно было поднимать на большую высоту тяжелую гирю и преодолевать огромное сопротивление всех зубчатых колес передаточного механизма. Поэтому уже во второй половине XIV века главное колесо стали крепить таким образом, что при обратном вращении вала (против часовой стрелки) оно оставалось неподвижным. Со временем устройство механических часов становилось сложнее. Увеличилось число колес передаточного механизма т.к. механизм испытывал сильную нагрузку и быстро изнашивался, а груз опускался очень быстро и его приходилось поднимать по несколько раз на день. К тому же для создания больших передаточных отношений требовались колеса слишком большого диаметра, что увеличивало габариты часов. Поэтому стали вводить промежуточные дополнительные колеса, в задачу которых входило плавно увеличивать передаточные отношения.

          


Механизмы башенных часов

Башенные часы были капризным механизмом и требовали постоянного наблюдения (из-за силы трения нуждались в постоянной смазке) и участия обслуживающего персонала (подъем груза). Несмотря на большую погрешность суточного хода, долгое время эти часы оставались самым точным и распространенным прибором для измерения времени. Механизм часов усложнялся, с часами стали связывать другие приспособления, выполняющие разнообразные функции. В конце концов, башенные часы превратились в сложное устройство со многими стрелками, автоматическими подвижными фигурами, разнообразной системой боя, и великолепными украшениями. Это были шедевры искусства и техники одновременно.

 

 

Например, Пражские башенные часы, сооруженные в 1402 году, были оснащены автоматическими подвижными фигурками, которые во время боя разыгрывали настоящее театральное представление. Над циферблатом перед боем раскрывались два окошка из которых выходили 12 апостолов. Фигурка Смерти стояла на правой стороне циферблата и при каждом бое часов поворачивала косу, а человек стоявший рядом, кивал головой, подчеркивая роковую неизбежность а песочные часы, напоминали о конце жизни. По левую сторону циферблата находились еще 2 фигурки, одна изображала человека с кошельком в руках, который каждый час звенел лежавшими там монетами, показывая, что время — деньги. Другая фигура изображала путника, мерно ударявшего посохом в землю, показывая суетность жизни. После боя часов появлялась фигурка петуха, который трижды кричал. Последним в оконце появлялся Христос и благословлял всех стоявших внизу зрителей.

                    


Пражские башенные часы

Другим примером башенных часов было сооружение мастера Джунелло Турриано, которому потребовалось 1800 колес для создания башенных часов. Эти часы воспроизводили дневное движение Сатурна, часы дня, годичное движение Солнца, движение Луны, а также всех планет в соответствии с птолемеевской системой мироздания. Для создания таких автоматов требовались особые программные устройства в движение которые приводил большой диск, управляемый часовыми механизмом. Все подвижные части фигур имели рычаги, которые то поднимались то опускались под действием вращения круга, когда рычаги попадали в особые вырезы и зубцы вращающегося диска. Также, башенные часы имели отдельный механизм для боя, который приводился в движение собственной гирей, причем многие часы по-разному отбивали полдень, полночь, час, четверть часа.

После колесных часов появились более усовершенствованные пружинные часы. Первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем относят ко второй половине 15 века. Изготовление часов с пружинным двигателем открыло путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина. Она представляла собой эластичную, закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний — соединялся с валом барабана. Пружина стремилась развернуться и приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо. Зубчатое колесо в свою очередь передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Перед мастерами возникал ряд сложных технических задач. Основная из них касалась работы самого двигателя. Так как для правильного хода часов, пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для чего необходимо заставить ее разворачиваться равномерно и медленно.

Изобретение запора, послужило толчком к созданию пружинных часов. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться только так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним колеса часового механизма.

Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитростям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них отпала необходимость. В современных недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время. Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерная.

Следующим шагом к усовершенствованию механических часов было открытие законов колебания маятника сделанное Галилеем. Создание маятниковых часов состояло в соединении маятника с устройством для поддержания его колебаний и их отсчета. Фактически, маятниковые часы — это усовершенствованные пружинные часы.

В конце жизни Галилей стал конструировать такие часы, но дальше разработок дело не пошло. А уже после смерти великого ученого первые маятниковые часы были созданы его сыном. Устройство этих часов держалось в строгом секрете, поэтому они не оказали никакого влияния на развитие техники.

Независимо от Галилея в 1657 году механические часы с маятником собрал Гюйгенс.

При замене коромысла на маятник первые конструкторы столкнулись с проблемой. Она заключалась в том, что маятник создает изохронные колебания только при малой амплитуде, между тем шпиндельный спуск требовал большого размаха. В первых часах Гюйгенса размах маятника достигал 40-50 градусов, что нарушало точность хода. Для компенсации этого недостатка, Гюйгенсу пришлось проявить изобретательность и создать особый маятник, который в ходе качания изменял свою длину и колебался по циклоидной кривой. Часы Гюйгенса обладали несравнимо большей точностью, чем часы с коромыслом. Их суточная погрешность не превышала 10 секунд (в часах с коромысловым регулятором погрешность колебалась от 15 до 60 минут). Гюйгенс изобрел новые регуляторы как для пружинных, так и для гиревых часов. Механизм стал гораздо совершеннее, когда в качестве регулятора начали использовать маятник.

                    


Христиан Гюйгенс

В 1676 году Клемент, английский часовщик изобрел якорно-анкерный спуск, который идеально подходил к маятниковым часам, имевшим небольшую амплитуду колебания. Эта конструкция спуска представляла собой ось маятника на которую насаживался якорь с палетами. Раскачиваясь вместе с маятником, палеты попеременно внедрялись в ходовое колесо, подчиняя его вращение периоду колебания маятника. Колесо успевало повернуться на один зуб при каждом колебании. Такой спусковой механизм позволял маятнику получать периодические толчки, которые не давали ему остановиться. Толчок происходил, когда ходовое колесо, освободившись от одного из зубьев якоря, ударялось с определенной силой о другой зуб. Этот толчок передавался от якоря к маятнику.

Изобретение маятникового регулятора Гюйгенса произвело переворот в технике часового дела. Гюйгенс много сил потратил на усовершенствование карманных пружинных часов. Основная проблема которых была в шпиндельном регуляторе, так как они постоянно находились в движении, тряслись и покачивались. Все эти колебания оказывали негативное воздействие на точность хода. В 16 веке часовщики стали заменять двуплечный билянец в виде коромысла круглым колесиком-маховиком. Эта замена значительно улучшила работу часов, но осталась неудовлетворительной.

Важное усовершенствование регулятора произошло в 1674 году, когда Гюйгенс присоединил к колесику-маховику спиральную пружинку — волосок.

Теперь при отклонении колесика от нейтрального положения волосок воздействовал на него и старался возвратить на место. Однако массивное колесико проскакивало через точку равновесия и раскручивалось в другую сторону до тех пор, пока волосок снова не возвращал его назад. Так был создан первый балансовый регулятор или балансир, свойства которого были подобны свойствам маятника. Выведенное из состояния равновесия, колесико балансира начинало совершать колебательные движения вокруг своей оси. Балансир имел постоянный период колебания, но мог работать в любом положении, что очень важно для карманных и наручных часов. Усовершенствование Гюйгенса произвело среди пружинных часов такой же переворот, как введение маятника в стационарные настенные часы.

Англичанин Роберт Гук независимо от голландца Христиана Гюйгенса также разработал колебательный механизм, который основан на колебаниях подпружиненого тела — балансирный механизм. Балансирный механизм применяется, как правило, в переносных часах, так как может эксплуатироваться в разных положениях, чего не скажешь об маятниковом механизме, который используют в настенных и напольных часах т. к. для него важна неподвижность.

          


Роберт Гук

В состав балансирного механизма входят:
Балансирное колесо;
Спираль;
Вилка;
Градусник — рычаг регулировки точности;
Храповик.
Для регулирования точности хода используют градусник — рычаг, который выводит из работы некоторую часть спирали. Колесо и спираль делают из сплавов с небольшим коэффициентом температурного расширения из-за чувствительности к колебаниям температуры. Также возможно изготовить колесо из двух разных металлов, чтобы оно изгибалось при нагреве (биметаллический баланс). Для повышения точности хода баланс снабжался винтами, они позволяют точно сбалансировать колесо. Появление прецизионных станков-автоматов избавило часовщиков от балансировки, винты на балансе стали чисто декоративным элементом.

Изобретение нового регулятора требовало новой конструкции спуска. Следующие десятилетия разные часовщики разрабатывали разные варианты спусковых устройств. В 1695 году Томасом Томпионом был изобретен наиболее простой цилиндрический спуск. Спусковое колесо Томпиона было снабжено 15-ю, особой формы, зубьями «на ножках». Сам цилиндр представлял собой полую трубку, верхний и нижний концы которой были плотно забиты двумя тампонами. На нижнем тампоне был насажен балансир с волоском. При колебании балансира в соответствующую сторону вращался и цилиндр. На цилиндре находился вырез в 150 градусов, проходящий на уровне зубцов спускового колеса. Когда колесо двигалось, его зубья попеременно одно за другим входили в вырез цилиндра. Благодаря этому изохронное движение цилиндра передавалось спусковому колесу и через него — всему механизму, а балансир получал импульсы, поддерживающие его.

          


Томас Томпион

С развитием науки часовой механизм усложнялся, а точность хода повышалась. Таким образом, в начале восемнадцатого века для балансира и шестеренок впервые были использованы рубиновые и сапфировые опоры, что позволило повысить точность и запас хода и уменьшить трение. Постепенно карманные часы дополнялись все более сложными устройствами и некоторые образцы имели вечный календарь, автоподзавод, независимый секундомер, термометр, индикатор запаса хода, минутный репетир, а работу механизма давала возможность увидеть задняя крышка, выполненная из горного хрусталя.

Величайшим достижением в часовой промышленности и теперь считается изобретение в 1801 году Авраамом Луи Бреге турбийона. Бреге удалась решить одну из самых больших проблем часовых механизмов его времени, он нашел способ побороть гравитацию и связанные с ней погрешности хода. Турбийон — это механическое устройство, созданное для повышения точности хода часов за счет компенсации влияния гравитации на анкерную вилку, и равномерного распределения смазки трущихся поверхностей механизма при смене вертикальных и горизонтальных положений механизма.

Турбийон — один из наиболее впечатляющих механизмов в современных часах. Подобный механизм может производиться только искусными мастерами, а способность фирмы изготовить турбийон является признаком ее принадлежности к часовой элите.

          


Авраам Луи Бреге

Механические часы во все времена были предметом восхищения и удивления, они завораживали красотой исполнения и трудностью работы механизма. Так же они всегда радовали своих хозяев уникальными функциями и оригинальным дизайном. Механические часы и сегодня являются предметом престижа и гордости, способны подчеркнуть статус и всегда покажут точное время.


Механические часы — Википедия

Карманные механические часы

Механи́ческие часы́ — часы, использующие маятник, который периодом колебаний измеряет время в течение суток, месяца, года и который приводится в движение гиревым, пружинным или электрическим источником энергии с электромеханическим преобразователем. В качестве меры времени используются инерционные свойства колебательной системы в виде классического и пружинного маятника, при регулировании длинного маятника или спиральной пружины в виде балансового регулятора (+/-).

Появление судовых хронометров с пружинным маятником совершили революцию в судоходстве путем синхронизации хода времени и небесной сферы, что позволило надёжно определять долготу места. Дополнительным прибором установления местоположения в момент замеров стал секстант.

Мастера, изготавливающие и ремонтирующие часы, называются часовщиками. В искусстве механические часы являются символом времени.

Механические часы по точности хода уступают электронным и кварцевым (1-й класс точности механических часов — от +40 до −20 секунд в сутки; погрешность кварцевых часов находится в пределах от 10 секунд в день до 10 секунд в год). Поэтому в настоящее время из незаменимого инструмента механические часы превращаются в символ престижа.

История

Прототипом первых механических часов можно считать Антикитерский механизм, обнаруженный археологами в начале XX века среди обломков античного торгового судна и датируемый II веком до н. э.[источник не указан 896 дней]

Первые механические часы с анкерным механизмом были изготовлены в Танском Китае в 725 году нашей эры мастерами И Сином и Лян Линцзанем. Из Китая секрет устройства, по-видимому, попал к арабам.

Первые в Западной Европе механические часы, устанавливаемые на башнях для того, чтобы можно было разместить гиревой движитель их механизма, имели всего одну стрелку — часовую. Минуты тогда не измерялись вообще; зато такие часы нередко отмечали церковные праздники. Маятника в таких часах также не было. В начале XIV века о колёсных часах с боем рассказывает Данте Алигьери в своей «Божественной комедии».

Так, башенные часы, установленные в 1354 году в Страсбурге, не имели маятника, зато отмечали: часы, части суток, праздники церковного календаря, Пасху и зависящие от неё дни. В полдень перед фигуркой Девы Марии склонялись фигурки трех волхвов, а позолоченный петух кукарекал и бил крыльями; специальный механизм приводил в движение маленькие цимбалы, отбивавшие время. К настоящему времени от Страсбургских часов уцелел только петух. Наиболее ранний из сохранившихся до наших дней башенный часовой механизм находится в соборе английского города Солсбери и относится к 1386 году.

Лишь в XVII веке знаменитый Галилео Галилей усовершенствовал маятник, но лишь спустя много времени его изобретение стали использовать в часах.

В России первые башенные часы, сконструированные сербским мастером Лазарем, появляются на княжеском дворе Московского Кремля в начале XV века[1].

На данный момент старейшие башенные часы Европы находятся в Гродно, Республика Беларусь. Они находятся в рабочем состоянии уже на протяжении более 500 лет.[2].

Позже появились карманные часы, запатентованные в 1675 году Х. Гюйгенсом, а затем — много позже — и часы наручные. Вначале наручные часы были только женские, богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия, отличающиеся низкой точностью хода. Ни один уважающий себя мужчина того времени не надел бы часы себе на руку. Но войны изменили порядок вещей и в 1880 году массовое производство наручных часов для армии начала фирма Girard-Perregaux.

Конструкция механических часов

Механические часы состоят из нескольких основных частей:

  1. Источник энергии (двигатель) — заведённая пружина или поднятая гиря.
  2. Спусковой механизм — устройство, которое преобразует непрерывное вращательное движение в колебательное или возвратно-поступательное движение.
  3. Регулятор (колебательная система — маятник или баланс (устар. «балансир»). Регулятор совместно со спусковым механизмом определяет точность хода часов.
  4. Механизм подзаводки и перевода стрелок — ремонтуар.
  5. Система шестерёнок, соединяющая пружину и спусковой механизм — ангренаж.
  6. Циферблат со стрелками.

Маятник

Исторически первой колебательной системой был маятник. Как известно, при одинаковой амплитуде и постоянном ускорении свободного падения частота колебания маятника неизменна.

В состав маятникового механизма входят:

  • Маятник;
  • Анкер, соединённый с маятником;
  • Храповое колесо (храповик).

Точность хода настраивается изменением длины маятника или длины пружины.

У классического маятникового механизма есть три недостатка. Во-первых, частота колебаний маятника зависит от амплитуды колебаний (этот недостаток преодолел Гюйгенс, заставив маятник колебаться по циклоиде, а не по дуге окружности). (Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды, что приблизительно верно для малых амплитуд.) Во-вторых, маятниковые часы должны быть установлены неподвижно; на движущемся транспорте их применять нельзя. В-третьих, частота зависит от ускорения свободного падения, поэтому часы, выверенные на одной широте, будут отставать на более низких широтах и уходить вперёд на более высоких.

Баланс

Балансирный механизм наручных часов; виден подшипник на часовом камне — рубине алого цвета.

Голландец Христиан Гюйгенс и англичанин Роберт Гук независимо друг от друга разработали другой колебательный механизм, который основан на колебаниях подпружиненного тела.

В состав балансирного механизма входят:

  • Балансирное колесо;
  • Спираль;
  • Вилка;
  • Градусник — рычаг регулировки точности;
  • Анкерное колесо.

Точность хода регулируется градусником — рычагом, который выводит из работы некоторую часть спирали. Баланс чувствителен к колебаниям температуры, поэтому колесо и спираль делают из сплавов с небольшим коэффициентом температурного расширения. Второй вариант, более старый — делать колесо из двух разных металлов, чтобы оно изгибалось при нагреве (биметаллический баланс).

Для повышения точности хода баланс снабжался винтами, которые позволяют точно сбалансировать колесо. Появление прецизионных станков-автоматов избавило часовщиков от балансировки, винты на балансе стали чисто декоративным элементом.

Балансирный механизм применяется преимущественно в переносных часах, так как, в отличие от маятниковых, может эксплуатироваться в разных положениях. Однако вследствие нечувствительности к колебаниям температуры, а также благодаря большей долговечности в башенных и некоторых видах напольных и настенных часов всё равно применяется маятник.

Камни

В конце XVII в. английский математик Фатио де Дюилье открыл метод сверления рубинов с использованием алмазного инструмента. Алмазное сверло позволяло делать в рубине отверстия небольшого диаметра с очень ровными краями; просверленные таким образом рубины могли быть использованы в качестве часовых подшипников, что повышало точность и долговечность механических часов. В марте 1705 году Фатио продемонстрировал часы на камнях в Королевском обществе.

До 1768 года часы на камнях изготавливались исключительно в Англии; на континенте этот метод впервые освоил швейцарский часовщик Фердинанд Берту[3]. С тех пор рубиновые камни повсеместно используются в качественных механических часах.

Дополнительные механизмы, встраиваемые в часы

Кукушка, бой

Через фиксированные промежутки времени (обычно через полчаса или час) часы отбивают колоколами текущее время. Как вариант: играет мелодия, или фигурки-жакемары разыгрывают какую-то сценку.

Интересно, что до появления механических часов время узнавали по звуку церковных колоколов. Поэтому в первых механических часах был только бой, без циферблата. В некоторых языках башенные часы и колокол называются одним и тем же словом, например, по-голландски и то, и другое будет klok.

Репетир

От фр. répéter — повторять, воспроизводить. Более сложный механизм, позволяющий при нажатии на кнопку отбить время звуком. Изначально был разработан для моряков, которым надо было в тёмное время суток узнать текущее время, не разжигая огонь.

Существует несколько видов репетиров:

  • Минутный — отбивает часы, четверти, минуты.
  • Пятиминутный — Отбивает часы и количество пятиминут после часов.
  • Получетвертной — Отбивает часы и количество получетвертей после часов.
  • Децимальный — Отбивает часы и количество десятиминут после часов.
  • Четвертной — Отбивает часы и количество четвертей после часов.

Календарь

Календарь бывает разной сложности — от простого указателя числа, который приходится переводить, если в месяце менее 31 суток, до сложного механизма, учитывающего високосные года.

Фазы Луны

Относится к астрономическим функциям. Дополнительный циферблат или диск, отградуированный на 29,5 дней и изображающий Луну в различных фазах.

Уравнение времени

Астрономическая функция в часах, учитывающая разницу между средним местным временем, которое показывают обычные часы, и реальным солнечным временем.

Безель

В некоторых наручных часах (например, «Командирских», Россия) вокруг циферблата установлено поворотное кольцо с делениями (люне́т, безель). Предназначен он для того, чтобы засекать время. В водолазных часах люнет крутится только против часовой стрелки, чтобы при случайном повороте нельзя было увеличить оставшееся время (что может привести к нехватке воздуха). По водолазной традиции, последние 15 или 20 минут люнета делают красными (сигнал на всплытие).

Также безель используется в «вахтенных» часах с 24-часовым циферблатом. На безеле нанесены три временных отрезка по четыре часа, с четырехчасовыми промежутками между ними.

Автоподзавод

В 1770 году впервые в швейцарских часах был использован часовой механизм с автоподзаводом, так швейцарский часовщик Абрагам-Льюис Переллет[en] реализовал свою идею «вечных» часов — часов, которые не нуждались бы в постоянном подзаводе, а заводились бы самостоятельно при ходьбе[4].

В наручных часах устанавливается эксцентрик (на языке часовщиков ротор или сектор, так как выполнен в виде лёгкой пластины с накладкой в форме сектора дуги из тяжёлого вольфрамового сплава; в дорогих часах применяются сплавы золота), который вращается при движении руки и заводит пружину. Поэтому при постоянном ношении часов их вообще не требуется заводить. Механизм автоподзавода и пружина соединены фрикционом.

Автоподзавод положительно сказывается на точности (пружина постоянно находится в почти заведённом состоянии). В водонепроницаемых часах медленнее изнашивается резьба, которая закручивает заводную головку.

Часы с автоподзаводом толще и тяжелее часов с ручным заводом. Женские калибры с автоподзаводом достаточно капризны, в силу миниатюрности их деталей. Автоподзавод бесполезен для малоподвижных людей (к примеру, находящихся в преклонном возрасте или в болезненном состоянии), а также для людей, которые носят часы лишь время от времени. Однако при наличии специального устройства для автоматического завода часов под названием «виндер», часы могут постоянно находиться в заведенном состоянии. Виндеры работают от бытовой электросети (220в или 110в) либо от аккумуляторных батарей.

Турбийон

Часы с турбийоном

В первых механических часах точность хода могла зависеть от положения часов в пространстве и температуры окружающей среды. Для уменьшения зависимости от температуры стали применяться специальные сплавы с низкими температурными коэффициентами.

Бреге в 1795 году изобрёл, а в 1801 запатентовал турбийон (фр. tourbillon — вихрь)[5] — устройство для частичной[6] компенсации притяжения Земли. Турбийон состоит из баланса, анкерной вилки и анкерного колеса, расположенных на специальной вращающейся площадке (наиболее часто встречающаяся скорость вращения: 1 оборот в минуту). Это один из самых сложных и дорогих дополнительных механизмов. Максимальная точность хода недорогих механических часов достигает ±5 секунд в сутки; высококачественных: до ±1 сек в сутки, недорогих кварцевых часов (это более современный механизм, для сравнения): ±1/2 сек. в сутки[6]. Точность хода часов с турбийоном составляет: −1/+2 сек. в сутки[7]. Часто турбийон делают видимым через окошко в циферблате. Фактически, турбийон поворачивает весь часовой механизм вокруг своей оси в течение одной минуты, что, в связи с влиянием притяжения Земли, заставляет часы полминуты спешить, а следующие полминуты отставать, что нивелирует влияние притяжения Земли на точность хода.

В 2003 году, известный часовщик Франк Мюллер изобрёл новую версию маятника Турбийон — это был двухосевой Tourbillon Revolution. Он состоит из 2-х кареток, которые могут одновременно вращаться по горизонтали и вертикали. Таким образом, он устранил проблему[какую?], которая была присуща наручным часам с устройством Турбийон. Год спустя, этот же изобретатель представил часы Tourbillon Revolution 2, которые могли вращаться уже в 3-х плоскостях.[источник не указан 276 дней]

Эффективность турбийонов многократно подвергалась сомнению с момента их изобретения. По мнению часовщика Александра Миляева, станки-автоматы делают настолько сбалансированные колёса, что турбийон просто не нужен, а часы с турбийонами являются «показателем исключительного мастерства часовщика и высокого статуса владельца»[5].

Тахиметр

Шкала, расположенной по ободку многих современных часов (чаще всего встречается на хронографах). Эта шкала не вращается, она неподвижна. Тахиметр предназначен для расчета скорости на основании времени в пути.

Индикатор запаса хода

Показывает, на сколько ещё часов или дней хватает завода пружины.

Особые типы часов

Будильник

В указанный пользователем момент даёт звуковой сигнал. Время сигнала задаётся с помощью дополнительной стрелки. Будильник обычно звонит 2 раза в сутки с традиционным циферблатом, разделённым на 12 часов и 1 раз с циферблатом, разделённым на 24 часа.

Хронометр

Изначально хронометр применялся в море для определения географической долготы. В наши дни, так называют особо точные механические часы, соответствующие стандарту ISO 3159. В Швейцарии сертификацию осуществляет Официальный швейцарский контроль хронометров[en]. Часы получают статус при условии, что за сутки уходят не более чем на 10 секунд (15 секунд для хронометров второго класса)[8].

Секундомер

Часы, которые служат для отсчёта коротких промежутков времени (например, в спорте). Секундомер позволяет в любой момент запускать и останавливать отсчёт времени, а также быстро обнулять показания. В отличие от обычных часов секундомеры не предназначены для определения текущего времени, только интервалов, от одного момента до другого.

Хронограф

Хронографом называют механические или кварцевые часы, которые одновременно являются секундомером

Военные часы

Часы, изготовляемые для военнослужащих различных государств и удовлетворяющие повышенным техническим и эксплуатационным требованиям

Шахматные часы

Часы с двумя механизмами, которые служат для контроля времени в шахматах. Так же, как секундомеры, предназначены для измерения относительного времени.

Лабораторные часы

Таймер, предназначенный для химиков, фотографов

Примечания

См. также

Литература

  • В.Н. Пипуныров. История часов с древнейших времен до наших дней. — М: Наука, 1982. — 498 с.

Ссылки

Величайшее техническое…ч.12 — fomasovetnik — LiveJournal

? LiveJournal
  • Main
  • Top
  • Interesting
  • 235 ideas
  • Your 2020 in LJ
  • Disable ads
Login
  • Login
  • CREATE BLOG Join
  • English (en)
    • English (en)
    • Русский (ru)
    • Українська (uk)
    • Français (fr)
    • Português (pt)
    • español (es)
    • Deutsch (de)
    • Italiano (it)
    • Беларуская (be)

Как установить ритм на маятниковых часах

Отправлено 29 сентября 2010 г. | Заказчиками | 46 ответов

Часто маятниковые часы останавливаются при перемещении, ударе или даже при слишком сильном толчке для перезапуска маятника. Не битая, только нестандартная. Это займет всего несколько минут, и все владельцы маятниковых часов должны знать, как это произойдет в конечном итоге.

Как настроить биение маятниковых часов

СОВЕТ — Профилактика: для настенных часов всегда снимайте маятник, прежде чем снимать часы со стены.Если маятник остается в часах, он может поцарапать внутреннюю часть корпуса, а также изменить ритм, и тогда часы могут не работать.

Проверьте «такт»: послушайте тиканье часов и посмотрите, приятный ли он, даже тик-так. Он должен звучать ровно и даже как метроном. Вы стремитесь к равному времени между TICK и TOCK. Маятник должен качаться точно на равные расстояния от мертвой точки влево, как и от мертвой точки вправо. Если часы не в ритме, маятник будет качаться в течение нескольких минут, а затем остановится, даже если корпус часов выровнен.

Установка биения маятниковых часов
Если ритм нерегулярный, например: так, так, — так, так, — необходимо выполнить регулировку, иначе часы остановятся. Это можно сделать, снова попробовав выравнивание слева направо, слегка сдвинув часы снизу, пока не услышите наиболее ровное тиканье. Это может быть физически не ровно для корпуса часов.

Если это не удается или вы не хотите, чтобы корпус часов криво висел на стене, вы можете снять маятник и слегка переместить маятниковую направляющую слева направо или справа налево, пока она почти или не начнет двигаться вперед и назад. свой собственный.Это должно быть одинаковое ощущение от мертвой точки вправо и мертвой точки слева. Переставьте маятник, часы должны продолжить движение, и все готово.

Если установка ритма не решила проблему и это более новые часы, пожалуйста, выполните следующие действия:

Мои часы в ритме, но маятник на моих часах все еще перестает качаться

Руки должны быть свободными! Убедитесь, что руки не касаются других рук и секундной стрелки.Также убедитесь, что стрелки никогда не касаются циферблата. Если руки соприкасаются, часы остановятся. Слегка согните руки друг от друга, удерживая руку неподвижно к центру и слегка отводя руки друг от друга.

Маятник тянется? Посмотрите в нижнее боковое окно и наблюдайте за качанием маятника. Если маятник касается стержней колокольчика сзади или касается грузов вперед, маятник остановится.Это указывает на проблему с выравниванием спереди назад.

Выравнивание ~ Ваши часы должны быть выровнены спереди назад и из стороны в сторону.

Опубликовано в Справка по часам и инструкции

Часы со светодиодным маятником и тикающим звуком: принципиальная схема

Электронные часы со светодиодным маятником и тикающим звуком издают тик-тик-звук каждую секунду и имеют светодиодный маятник, в котором 6 светодиодов светятся в прямой и обратной последовательности, как маятник , каждый светодиод загорится за одну секунду.Схема очень полезная и недорогая. Вы можете создать свои собственные часы, которые можно использовать во многих приложениях, таких как игрушки, роботы и т. Д. Для создания этой схемы мы в основном использовали микросхему таймера 555, микросхему 4017 и динамик. Мы использовали микросхему 555 IC для генерации тактовых импульсов каждую секунду и 4017 в качестве счетчика декад для последовательного включения светодиодов.

4017 IC

4017 IC — это микросхема декадного счетчика CMOS. Он может производить вывод на 10 выводах (Q0 — Q9) последовательно, что означает, что он производит вывод один за другим на 10 выводах.Этот выход управляется тактовым импульсом на PIN 14. Сначала выход на Q0 (PIN 3) ВЫСОКИЙ, затем с каждым тактовым импульсом выход переходит к следующему PIN. Как один тактовый импульс делает Q0 LOW и Q1 HIGH, а затем следующий тактовый импульс делает Q1 LOW и Q2 HIGH, и так далее. После Q9 он снова начнется с Q0. Таким образом, он последовательно включает и выключает все 10 ВЫХОДНЫХ ПИН. Ниже приведены схема PIN и описание PIN 4017:

.

ПИН.

PIN Имя

PIN Описание

1

5 квартал

Выход 5: высокий уровень за 5 тактовых импульсов

2

1 квартал

Выход 1: высокий уровень за 1 тактовый импульс

3

Q0

Выход 0: в начале переходит в высокий уровень — тактовый импульс 0

4

2 квартал

Выход 2: высокий уровень за 2 тактовых импульса

5

6 квартал

Выход 6: высокий уровень за 6 тактовых импульсов

6

7 квартал

Выход 7: высокий уровень за 7 тактовых импульсов

7

3 квартал

Выход 3: высокий уровень за 3 тактовых импульса

8

GND

Штырь заземления

9

8 квартал

Выход 8: высокий уровень за 8 тактовых импульсов

10

4 квартал

Выход 4: высокий уровень за 4 тактовых импульса

11

Q9

Выход 9: высокий уровень за 9 тактовых импульсов

12

CO –Перенести

Используется для каскадирования еще одной микросхемы 4017, чтобы подсчитать до 20, делится на 10 выходных PIN

13

Блокировка ЧАСОВ

Контакт включения синхронизации, должен оставаться на НИЗКОМ, сохранение ВЫСОКОГО уровня приведет к замораживанию выхода.

14

ЧАСЫ

Вход часов, для последовательного ВЫСОКОГО выхода выходных контактов от PIN 3 до PIN 11

15

СБРОС

Активный высокий вывод, должен быть НИЗКИЙ для нормальной работы, установка ВЫСОКОГО значения приведет к сбросу IC (только контакт 3 останется ВЫСОКИМ)

16

VDD

PIN блока питания (5-12 В)

Компоненты

  • CD4017 IC
  • 555 Таймер IC
  • 2 Резистор- 1к
  • Конденсаторы — 10 мкФ, 100 мкФ
  • Переменный резистор — 100 кОм, 72 кОм
  • Диоды — 8 (предпочтительно 1n4148)
  • 6 светодиодов
  • Динамик 8 Ом
  • Блок питания 5-9в

Описание цепей

Схему можно разделить на 3 части:

(а) Светодиод светится в виде маятника

(б) 555 ИС таймера как устройство отсчета времени

(c) Звуковой генератор Tick tock

(а) Светодиод светится в маятниковой последовательности:

Мы подключили 6 светодиодов к выходу Q0 — Q5, теперь после 6 светодиодов нужно их зажечь в обратном порядке.Для этого мы также подключили 4 средних светодиода к выходу Q6-Q9. Означает, что 4 средних светодиода подключены к двум выходам i. е. Q1-Q4 и Q6-Q9. Диоды используются для подключения 4 средних светодиодов, чтобы предотвратить обратный ток, так что, когда один выход ВЫСОКИЙ, ток не может проходить через другой подключенный выход. Итак, теперь, наконец, светятся светодиоды с 1 по 6, затем светятся светодиоды с 5 по 2 (в обратном направлении), затем снова светятся светодиоды с 1 по 6, затем снова 5-2 и так далее. Свечение каждого светодиода указывает на секунду, потому что 555 настроен на создание тактового импульса в секунду.

(b) 555 Таймер IC как устройство отсчета времени:

Таймер

555 — очень хороший компонент для расчета времени от миллисекунд до часов. Чтобы подавать тактовый импульс на PIN 14 каждую секунду, мы использовали микросхему таймера 555 в нестабильном режиме . Осциллирующий выходной сигнал, сгенерированный на контакте 3 из 555, был применен к контакту 14 микросхемы IC 4017, так что выход 4017 можно опережать с каждым тактовым импульсом. Здесь значения R1 (1k), R2 (72k) и C1 (10uF) были выбраны таким образом, чтобы 555 колебались с периодом времени прибл.1 секунда и рабочий цикл ок. 50%. Период времени модели 555 можно рассчитать по следующей формуле: T = 0,693 * ((R1 + 2 * R2) * C1)

(c) Звуковой генератор Tick tock:

Наконец, мы подключили динамик с конденсатором емкостью 100 мкФ к выходу (PIN 3) микросхемы таймера 555, так что звук тика может генерироваться с каждым средним тактовым импульсом в секунду. Также проверьте этот тикающий звуковой контур

Используйте соответствующий источник питания для схемы, разряженная батарея может дать неожиданный результат.Для тестирования также можно использовать компьютерный USB-источник питания 5 В.

звуков маятника Скачать звуковые эффекты маятника Royalty Free FX

бесплатные видеоматериалы и анимированная графика Звуковые эффекты
  • Все видео
  • Видео
  • Графики движения
  • Музыка
  • Звуковые эффекты