Часы. От гномона до атомных часов

На первый взгляд представляется, что конструкция спускового механизма зависела от индивидуальных представлений и что между отдельными типами спусков нет общих признаков, по которым их можно было бы подразделить на группы. Однако общие признаки существуют, и по ним можно оценивать принцип и функцию спусковых механизмов с нескольких точек зрения. В целях наглядности мы будем рассматривать только те спусковые механизмы, которые чаще всего использовались в старых механизмах часов и имели наиболее важное значение для развития таких часов.

Объясним работу спускового механизма часов на примере наиболее известного и оправдавшего себя анкерного спуска (рис. 8).

Рис. 8. Спусковой механизм современных механических часов

Главными частями такого спуска является анкер 2 с рабочими изогнутыми штифтами, так называемыми палетами 1, и зубчатое спусковое колесо. Палеты анкера охватывают определенное количество зубьев спускового колеса и поочередно заходят в эти зубья. В положении, показанном на рис. 8, зуб спускового колеса подошел к левой палете и опирается на боковую поверхность, так называемую поверхность покоя. Маятник соединен вилкой с анкером, и здесь он находится в амплитудном положении и начинает опускаться в положение равновесия. Если при этом движении анкер повернется на определенный угол обхвата , то зуб спускового колеса упрется в наклонную, так называемую импульсную, плоскость палеты, и при дальнейшем движении по этой плоскости он поднимет левое плечо анкера и при этом придаст анкеру и маятнику силовой импульс.

Длина этого импульса выражена углом импульса . После окончания импульса палета 1 освободит зуб спускового колеса, спусковое колесо скачкообразно повернется, пока соответствующий зуб спускового колеса 2 не натолкнется на поверхность покоя второй палеты 3. Затем маятник легко перейдет на свою точку левого поворота и снова возвратится, пока зуб 2 перейдет с поверхности покоя на наклонную плоскость импульса правой палеты, а анкер получит импульс в обратном направлении. Этот процесс циклически повторяется. Анкерный механизм работает с двусторонним импульсом. Спусковое колесо при каждом полуобороте поворачивается на половину шага зубьев. Короткий скачок спускового колеса, сопровождаемый известным характерным тиканьем часов, правда, связан с некоторой потерей энергии, но он необходим для придания импульса анкеру и осциллятору.

Внимательное наблюдение за поведением спускового колеса приведет нас к первому критерию классификации спусков. У старых спусковых систем мы часто встречаемся с таким явлением, что анкер при завершении полуколебания осциллятора отжимает назад спусковое колесо и вынуждает его совершить небольшое, едва заметное возвратное движение. У современных же спусков спусковое колесо, наоборот, остается в покое. В зависимости от поведения спускового колеса можно, следовательно, распределить спуски на спуски с отходом назад и спуски без отхода.

У обычных маятниковых или балансовых часов, приводимых соответственно гирей или пружиной, величина момента импульса, а с ней и продолжительность полуколебания зависит от момента привода, величина которого под влиянием переменных сопротивлений, изменяющегося момента привода пружины и т.п. может изменяться настолько, что это будет значительно влиять на ход часов. В отношении более точных часов, к которым принадлежат некоторые виды хронометров, этот недостаток был устранен введением дополнительного элемента в виде гири или пружины между спусковым колесом и анкером, придающим осциллятору импульсы одинаковой величины. У спусковых механизмов, у которых нет этого элемента, осциллятор получает переменные импульсы. Оценивая спусковые механизмы с точки зрения постоянства импульсной силы, мы придем к следующему критерию, подразделяющему спусковые механизмы на механизмы с переменной силой и механизмы с постоянной импульсной силой.

Третий, весьма важный аспект касается прочности связи между спусковым механизмом и осциллятором. Что здесь понимается под прочностью связи? Рассматривая соединение маятниковой штанги обычных часов с анкером спускового механизма, мы увидим, что вилка, которая обычно жестко соединена с валом анкера, принуждает маятник к согласованному движению с анкером. Связь между спусковым механизмом и осциллятором здесь поддерживается на протяжении всех колебаний, вследствие чего все нестабильности передачи силы привода полностью переносятся на осциллятор и сильно нарушают равномерность его колебаний. Такие спусковые механизмы называют несвободными, и у таких часов трудно добиться большой точности хода.

Современные же спусковые механизмы, например швейцарский анкерный спуск современных механических наручных часов, наоборот, сконструированы так, что их осцилляторы колеблются большую часть времени независимо и соприкасаются со спусковым механизмом лишь на очень короткий момент, необходимый для передачи им импульса. Такие спусковые механизмы относятся к группе свободных.