Часы. От гномона до атомных часов

Завершению развития хронометрового свободного спускового механизма способствовали во второй половине XVIII в. двое известных английских часовщиков — Джон Арнольд (1744-1799) и Томас Ирншау (1749-1814). В конструкциях свободных стопорных хронометрических спусковых механизмов они создали два основных направления. Первое из них осуществлено прежде всего применительно к морским хронометрам: оно имело неподвижный стопор в виде длинной поверхности на одном конце защемленной пружины, возвращавшейся в первоначальное положение силой собственной упругой деформации. Другое направление отдавало преимущество стопору, возвращаемому спиральной пружиной.

Хотя существует еще целый ряд других хронометровых спусковых механизмов, мы упомянем лишь о двух наиболее важных с исторической точки зрения. Первый из них изготовил Ирншау, а второй, с двойным спусковым колесом, — дело рук известного датского часовщика Урбана Юргенсена (1777-1830), который особо отличался изготовлением хронометров и астрономических часов. Двухколесный хронометрический спусковой механизм Юргенсена отличался большой величиной импульса. Однако, несмотря на хорошие результаты этого изобретения, оно в конечном итоге уступило на практике место более простым одноколесным спусковым механизмам.

Созданию малого, надежного и притом доступного широким слоям общества хронометрического спускового механизма способствовало изобретение, в его первоначальном виде сделанное около 1760 г. учеником Грагама Томасом Мюджем (1715-1794). Анкерный спусковой механизм полностью отличался от хронометрового спускового механизма; он был основан на принципе спокойных маятниковых спусковых механизмов без отхода с той разницей, что баланс двигался свободно и независимо от спуска в течение значительной части времени своего колебания. Свободный анкерный спуск прошел сложный путь развития. Первоначальную идею Мюджа воспринял в 1825 г. Джордж Огюст Лешо (1800-1884) из Женевы. Он изменил форму палет на анкере и превратил первоначальный спуск покоя в свободный. Спуск Мюджа, видоизмененный Лешо, известен теперь под названием «английский свободный анкерный спуск» (рис. 17).

Рис. 17. Свободный анкерный спусковой механизм

Рис. 18. Швейцарский анкерный спусковой механизм

Новым элементом в геометрии этого спуска было введение угла притяжки (рис. 18).

Задача заключалась в том, чтобы давлением спускового колеса прижимало анкерную вилку при свободном движении осциллятора всегда попеременно к одному из упоров 1 или 2. Наличие угла притяжки должно было надежно закреплять анкер в его крайних положениях, но, несмотря на это, анкерная вилка еще была снабжена копьем 3, расположенным между рожками вилки, а баланс — предохранительным роликом 4 над направляющей 5 с импульсным камнем, надетым на вал баланса 6. Ось спускового колеса, анкера и баланса у этого спуска расположены, как правило, на одной прямой; угловое отклонение анкера обычно составляет 10°, амплитуда баланса ±220°. Угол между входом и выходом импульсного цилиндра из сцепления с анкерной вилкой, приведенный к оси баланса, обычно составляет 40°.

Английский свободный анкерный спуск страдал некоторыми недостатками, например сравнительно большим скачком спускового колеса, что сопровождалось большой потерей энергии. Поэтому позднее перешли к более совершенному швейцарскому анкерному спуску со скошенными зубьями на спусковом колесе 7. Новый профиль зубьев спускового колеса изменил характер импульса так, что часть импульса стала передаваться со спускового колеса по палетам анкера. Это изменение дало возможность использовать определенную часть зуба для импульса, что существенно улучшило энергетический баланс спуска.

Следовательно, у этого спуска возникает импульс сначала на передней грани зуба спускового колеса, а затем на задней грани палеты анкера. Анкерная вилка современного, теперь повсеместно признаваемого спускового механизма имеет в большинстве случаев несимметричную форму. Это нужно для того, чтобы поверхности захвата обеих палет были одинаково удалены от оси вилки и чтобы, моменты притяжки были одинаковыми в обоих крайних положениях. Выполнение этого условия выгодно даже в том случае, если это идет за счет различия в величине импульсов при колебаниях в разных направлениях. Теперь синтетический рубин заменил прежние стальные палеты и импульсный штифт. Рубиновые палеты в анкере и импульсный камень всажены в вырезах и приклеены шеллаком. Спусковой механизм с рубиновыми камнями имеет значительно более низкие пассивные сопротивления и лишь незначительный износ рабочих поверхностей.

Рис. 19. Штифтовой спусковой механизм Роскопфа