ЧАСЫ

Содержание.

1) Исторический очерк развития часовых механизмов: а) солнечные Ч., b) водяные Ч., с) песочные Ч., d) колесные Ч. — 2) Общие сведения. — 3) Описание астрономических Ч. — 4.) Маятник, его компенсация. — 5) Конструкции спусков Ч. — 6) Хронометры. — 7) Спуски хронометров. — 8) Баланс и спираль. — 9) Условия, влияющие на ход хронометра. — 10) Компенсация хронометра. — 11) Производство Ч.

1) Исторический очерк развития часовых механизмов (солнечные, водяные, песочные, колесные Ч.).

а) Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон (см.). Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии (Исайя, 38); Аристофан сопоставляет время обеда с эпохой дня, когда тень гномона достигает десяти футов. По рассказам греческих писателей, настоящие солнечные Ч., т. е. специальные инструменты, указывавшие дневные часы, заимствованы были греками у вавилонян. Бероз, по рассказу Витрувия поселившийся в VI в. до Р. Хр. на о-ве Косе, устроил так назыв. скафис. Эти солнечные Ч. были усовершенствованы Анаксимандром и Анаксименом. В половине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия. На сфероидальной выемке (см. фиг. 1) нанесены линии часов.

1. Скафис (солнечные часы древних).

Тень бросал горизонтальный или вертикальный прут (s), или шарик в центре инструмента. Все древние народы делили не сутки на 24 часа, но день от восхода до заката солнца на 12 час. и ночь на 12 час., и поэтому их час (как мера времени) был различной длины в зависимости от времени года. Поверхность выемки в солнечных Ч. и "часовые" линии на ней подбирались так, чтобы конец тени прута указывал час. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены Ч.Последующие геометры и астрономы (Эвдокс, Аполлоний, Аристарх) придумывали разнообразные формы для солнечных Ч. Сохранились описания таких инструментов, носивших самые странные названия сообразно их виду. Иногда штифт, бросающий тень, помещался параллельно оси земли. — Первые солнечные Ч. привезены в Рим консулом Валерием Массала из Сицилии в 263 г. до Р. Хр. Устроенные для более южной широты, они показывали час неверно. Для широты Рима первые Ч. устроены около 170 г. Марцием Филиппом. Арабские астрономы (Тебит-бен-Кора, Абул-Гассан-Али, Эбн-Юнис) оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные Ч. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме "часовых" линий, на поверхности арабских Ч. наносилось еще направление к Мекке, так назыв. Kibleh. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного штифта приходился на линии Kibleh. Вместе с введением равных часов дня и ночи (не зависящих от времени года) задача гномоники упростилась значительно. Вместо того, чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, достаточно замечать направление тени. Если только штифт расположен по направлению оси земли, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол солнца или истинное время. Остается только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью "циферблата" Ч. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, т. е. параллельная небесному экватору (равноденственные Ч.); на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно (см. фиг. 2).

2. Новейшие солнечные часы.

Различают солнечные Ч. горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с W на О), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с N на S). Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные Ч. Гномоника дает правила находить различные положения тени на этих поверхностях. Солнечные Ч., как уже сказано, дают не среднее, но истинное солнечное время. Одной из специальных задач гномоники было строить кривую на циферблате солнечных Ч., которая указывала бы "средний" полдень в различное время года. В средние века гномоникой занимались очень охотно; между прочим — Апиан, Альбрехт Дюрер, Кирхер. Живший в начале XVI в. Мюнстер был призван "отцом гномоники". После изобретения маятника и пружинных Ч. гномоника и устройство солнечных Ч. стало не более как забавой.

b) Первая идея водяных Ч. также восходит к глубочайшей древности. Промежуток времени измерялся количеством воды, вытекшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные Ч. египтян, вавилонян, древних греков. У китайцев, индусов и нек. др. народов Азии, наоборот, — пустой полушаровый сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через малое отверстие (героиня поэмы бросает жемчужину в чашу, чтобы замедлить движение воды). Ч. первого типа подверглись значительным усовершенствованиям. Платон описывает механизм из двух конусов, входящих один в другой; при помощи их поддерживался приблизительно постоянный уровень воды в сосуде, и тем регулировалась скорость ее вытекания. Полного развития подобные механизмы, так назыв. клепсидры, получили в Александрии в III в. до Р. Хр. Особенно знамениты клепсидры Ктезибия, учителя Герона. Устройство клепсидр, установленных в храме Арсиноэ, состояло в следующем.

3. Клепсидры Ктезибия.

При накоплении воды (см. фиг. 3) в камере CD поплавок с находящейся на нем фигурой, подымался и указывал час на колонне. Вода капала из глаз другой фигуры. По прошествии суток вода при помощи сифонного устройства (F) вытекала вон и вращала зубчатое колесо, а с ним и всю колонну. Полный оборот колонны происходил в год. Кривые "часовые" линии, начерченные на колонне были рассчитаны так, чтобы равномерное поднятие поплавка согласовалось с неравными дневными и ночными часами в различные времена года. У греков и римлян были в большом ходу водяные Ч. самого простого устройства, так, напр., ими определялась длина речей ораторов в суде. Первые водяные Ч. устроил в Риме Сципион Назика (157 г. до Р. Хр.). Водяные Ч. Помпея славились украшениями из золота и каменьев. В VI в. по Р. Хр. славились еще механизмы Боэтия, которые он устраивал для Теодориха. Затем, по-видимому, это искусство упало, так как папа Павел I послал Пипину Короткому водяные Ч., как крайнюю редкость. Гарун-аль-Рашид прислал Карлу Великому в Ахен (809) водяные Ч. весьма сложного устройства (металлические шарики, выпадая, били часы). По-видимому, некий монах Pacificus в IX веке начал подражать искусству арабов. В конце Χ в. прославился своими механизмами, тоже отчасти заимствованными от арабов, Герберт (папа Сильвестр II). В средние века получили распространение водяные Ч. особого устройства, описанные в трактате монаха Александра. Барабан, разделенный стенками на несколько радиальных продольных камер, подвешивался за ось так, что он мог опускаться, развертывая намотанные на ось веревки, т. е. вращаясь. Вода в боковой камере давила в противоположную сторону и, переливаясь постепенно из одной камеры в другую через малые отверстия в стенках, замедляла разматывание веревок настолько, что время измерялось этим разматыванием, т. е. опусканием барабана. Знамениты были еще водяные Ч. Оронтия Финея и Кирхера, основанные на принципе сифона. Многие математики, в том числе в позднейшее время Галилей, Вариньон, Бернулли, решали задачу: какова должна быть форма сосуда, чтобы вода вытекала вполне равномерно.

с) Песочные Ч. (устроенные на том же принципе, что и водяные) не были известны в древности. Их изобретение приписывают монаху Луитпранду, жившему в VIII в. Практическое применение они нашли у моряков в средние века. Тихо де Браге пользовался иногда при наблюдениях ртутными Ч.

d) В описанные выше конструкции входили зубчатые колеса, но регулирование их движения, т. е. измерение времени, производилось скоростью истечения воды, поэтому отличительным признаком колесных Ч. служат не сами зубчатые колеса и не гири, как движущая сила, а регулятор их — прототип наших баланса и ветрянки: железный брус, вращавшийся вокруг перпендикулярной к нему оси; на брусе могли перемещаться тяжести и тем регулировать это вращение. Кроме того, необходим был так назыв. спуск, т. е. механизм, замедляющий или периодически останавливающий движение всего механизма, вызванное силой тяжести гирь. Изобретатель колесных Ч. неизвестен. Несомненно только, что к концу XII в. колесные Ч. уже существовали. Быть может, что изобретение это было заимствовано европейцами у восточных народов во время крестовых походов. За последнюю гипотезу говорит еще подарок колесных Ч., сделанный султаном Саладином имп. Фридриху II в 1232 г. Данте упоминает о колесных Ч. с боем. В 1288 г. при Эдуарде I установлены башенные Ч. в Westminster-Hall (Лондон). С XIV в. башенные колесные Ч. появились в различных городах, напр., в Милане в 1306 г. Падуанские Ч., по преданию, устроил (1344) некий Донди, прозванный Horologius. Страссбургские Ч. работы Дасиподия установлены в 1368 г. В том же году Эдуард III в Англии дал патент на изготовление Ч. трем мастерам из Голландии. Весьма известны были механизмы Вика, построенные (1364 — 70) для Карла V. Все Ч. того времени имели на циферблате только часовую стрелку. Они били 1 час после солнечного заката и перед следующим закатом 24 часа. В средние века уже привился счет времени на часы равной длины. Колесные Ч. с вращающимся брусом как регулятором употреблялись при астрономических наблюдениях Вальтером в конце XV в., а также, может быть, Тихо де Браге. К концу XV в. изобретены были пружинные Ч., т. е. сила тяжести гирь заменена упругой силой пружины. Регулятор несколько приблизился по типу к нынешнему балансу. Пружинные Ч. изобретены, по-видимому, со специальной целью устроить переносные, даже карманные Ч. Таковы были механизмы, построенные Геле (Hele, около 1500 г.), Хабрехтом (Habrecht, 1520), и др. и носившие название (по их фигуре) нюренбергских яиц. Ч. получили уже настолько большое распространение во Франции, что в Париже явился цех часовых мастеров в 1544 г. Около того же времени изобретена (неизвестно кем) фузея, или улиткообразный ход.

Еще арабский астроном Ebn-Jounis (в Х в.) пользовался маятником для оценки небольших промежутков времени. Не было, однако, изобретено счетчика: приходилось самому наблюдателю считать одно за другим все колебания маятника; кроме того, колебания эти быстро замирали. Первая попытка перевести колебания на систему зубчатых колес принадлежит, может быть, Санкторию (1612). Галилей, изучив свойство изохронизма маятника, проектировал настоящие Ч. с маятником. Проект Галилея после его смерти (1642) разработали его сын (Винченцо) и ученик Вивиани. Неизвестно были ли ими в действительности построены Ч. (механизм, хранящийся в музее Галилея, построен впоследствии на основании чертежей Вивиани). Истинным изобретателем (независимо от Галилея) маятника как измерителя времени, творцом математической теории маятника, сумевшим приложить теорию к практике, изобретателем "спуска", основателем всего современного часового искусства необходимо признать Гюйгенса. Он указал на зависимость времени колебания от амплитуды кругового маятника, изобрел циклоидальный, вполне изохронный маятник (хотя и не получивший практического применения). Гюйгенсу принадлежит и начало теории конического маятника. Открытия Гюйгенса изложены в его брошюре "Horologium" (1658), а затем в большом сочинении "Horologium oscillatorium" (1673). Кроме того, Гюйгенс (и одновременно с ним Гук) указал на упругую спираль как на лучшее средство для регулировки колебаний баланса в переносных Ч., где маятник не может быть употреблен. "До Гюйгенса Ч. были грубыми, топорно и наугад построенными машинами, после Гюйгенса — они стали точными приборами, механизмами, основанными на выводах науки и служащими ей". Один из первых мастеров, делавших пружинные Ч. со спиралью Гюйгенса, был Тюрель в Париже (1674). В конце своей жизни Гюйгенс сделал еще какое-то открытие для Ч., но умер, не раскрыв предварительно опубликованного им, по обычаю тех времен, логогрифа, заключавшего тайну изобретения. Спуск Гюйгенса подвергся скоро дальнейшим улучшениям. Клемент изобрел так наз. спуск с возвратом (1680), или прототип анкерного. Грахам изменил эту форму, изобрел "покоящийся" анкерный спуск, который нашел себе применение как в Ч. с маятником, так и в пружинных Ч. Он же изобрел спуск "цилиндр" (1720). Значительное трение, развивающееся в спусках Грахама, заставило искать так наз. свободные спуски и спуски с постоянной силой (см. ниже). Впервые эти идеи даны знаменитым Петром Леруа (1748). В 1741 г. Amant изобрел штифтовый спуск башенных Ч. Его усовершенствовал Лепот и, особенно, Вилльями. В 1724 г. Дютертр, воспользовавшись старинной идеей Гука, предложил так наз. duplex. Этот спуск усовершенствовал Леруа. Спуск, носящий название хронометронного, получился из изобретений нескольких лиц; первое место занимает Леруа (ему принадлежит основная мысль), затем Арнольд, Берту, Ирншау (Earnshaw). Можно считать 1767 г. за год появления механизмов (работы Леруа) переносных Ч., имеющих право носить современное название хронометров. — Пикар указал, что длину маятника Ч. необходимо изменять, чтобы уничтожить влияние колебаний температуры. Гаррисон изобрел (1726) первый компенсационный маятник, основанный на неравной расширяемости латуни и железа. Грахам придал этому маятнику вид, сохранившийся до сих пор (так наз. "решеткой"); кроме того, Грахам предложил ртутную компенсацию (см. ниже). Для компенсации пружинных Ч. с балансом и спиралью Гаррисон спаивал концы спирали из двух металлов. Леруа, которому принадлежат практические правила (см. ниже) изохронизма спиралей, отбросил приспособление Гаррисона, как портящее изохронизм, и, со своей стороны, предложил делать баланс спаянным из двух металлов. Идея Леруа — разрезанного, латунно-стального баланса (1766) признается за единственно правильную до сих пор. — В связи с улучшением Ч. и хронометров находится знаменитая задача об определении долготы в открытом океане. На Ч., как на средство решения этой задачи, указал, по-видимому, впервые Алонзо де Санта Круц в его утраченном ныне сочинении "О долготах". Эту мысль разработал Колон и Гемма Фризий. Правительства, озабоченные успехами мореплавания, назначали громадные премии за решение этой задачи (Филипп III Испанский — 10000 талеров, голландские штаты в XVII В. — 30000 гульденов, наконец, биллем 1714 г., английский парламент — 10000 фн. стерл.). Попытки Хольмеса пользоваться на корабле Ч. Гюйгенса и попытки Rodanay — Ч., построенные Сюлли, были неудачны. Колебания корабля были гибельны для правильного хода часов. Только Гаррисон, употребляя пружинные часы с двойными балансами, достиг удовлетворительного результата. Плавание корабля "Deptford" (1761), из Портсмута в Ямайку и обратно, знаменито тем, что доказало всю пользу Ч. и хронометров в морском деле. Вслед за тем, на фрегате "Аврора", снаряженном во Франции на средства частного лица Куртанво (Courtanveaut), были испробованы с той же целью хронометры Леруа. Несмотря на то, что размахи колебаний фрегата достигали 25°, хронометр через 46 дней плавания имел ошибку лишь в 7^s. Как Гаррисон, так и Леруа получили лишь часть обещанных премий, и то с большим трудом.

2) Общие сведения. В механизме всяких Ч. нужно различать четыре существенных части: 1) двигатель, 2) передаточный механизм зубчатых колес, 3) регулятор, обусловливающий равномерность движения, 4) распределитель или спуск, с одной стороны, передающий от двигателя толчки регулятору, необходимые для поддержания движения этого последнего, и, с другой стороны, подчиняющий движение передаточного механизма, а следовательно, и действие двигателя закономерности движения регулятора. Измерителем времени в тесном смысле слова служит регулятор. Зубчатые колеса, скрепленные с ними стрелки циферблата — счетчики отмеренных регулятором единиц времени. Признавая суточное вращение земли вокруг ее оси строго равномерным, мы в нем имеем единственный масштаб для сравнения промежутков или единиц времени. Обыкновенно за единицу времени принимается секунда, ¹/₈₆₄₀₀ часть суток. О различном счете времени, о звездных, средних, истинных сутках — см. Время. Регуляторы часовых механизмов устраиваются так, чтобы отмеряемые ими промежутки времени равнялись или целой секунде, или половине, четверти или одной пятой секунды. Если регулятор начнет почему-либо отмеривать меньшие промежутки времени, счетчик укажет большее их число в данном периоде времени. Ч., как говорят, уходят вперед. Обратно — при отставании Ч. Условившись о начальном моменте суток, иначе говоря, о моменте, когда счетчик Ч. должен показывать нуль протекших единиц времени, приходим к понятно о поправке часов. Она положительна, если Ч. отстали, отрицательна — если Ч. ушли вперед. Изменение поправки Ч. за определенный промежуток времени называется ходом Ч. (напр., суточный, недельный, часовой ход). Ход положителен, если Ч. отстают, отрицателен, если Ч. уходят вперед. Ход выражает собой именно уклонение отмеряемых регулятором промежутков времени от принятой единицы. Поправка Ч. есть величина условная и, кроме того, в любой момент простым передвижением минутной стрелки счетчика поправка Ч. может быть сделана меньше одной минуты. Достоинство же Ч. заключается в малости, а главное — в постоянстве хода. Ход хороших астрономических часов и хронометров должен по возможности не зависеть от изменений температуры, давления, влажности воздуха, случайных толчков, стирания осей механизма, сгущения смазывающего масла, молекулярных изменений в различных частях механизма и т. д. Астрономические Ч. делятся на два главных типа: 1) "постоянные" Ч., в которых движущей силой служит тяжесть гирь, а регулятором движения маятник; 2) "переносные" Ч., где движение производится силой упругости развертывающейся постепенно пружины, а регулируется колебаниями упругой, тонкой спирали, соединенной с так наз. балансом (см. ниже). Часовые механизмы первого типа называются в астрономии "часами" в тесном смысле слова или "маятниками". Они находятся на обсерваториях при постоянных астрономических инструментах (см. Практическая астрономия), укреплены на каменных столбах или в стене; часто помещают (напр., в Пулкове) Ч. в подвале обсерватории, чтобы предохранить по возможности от перемен температуры ("нормальные" часы). Подвал посещают только для заводки Ч., так как даже теплота тела может повлиять на их ход. Показания же Ч., т. е. "удары" маятника (всегда секундного), сравнивают с другими Ч. с помощью микрофона, установленного в подвале и соединенного с телефоном. [Это выражение, хотя и общепринято, но совершенно неверно. Удары "тиканье" производит не маятник (регулятор), а механизм спуска.] При надлежащей установке и уходе "постоянные" астрономические Ч. должны иметь суточный ход не более 0^s3, а его суточные изменения не должны превосходить одной сотой секунды.

Часовые механизмы второго типа называются хронометрами. Различают "столовые", или бокс-хронометры (размеры их примерно 1½—2 децим. диаметром, 1 децим, вышиной; одно простое колебание баланса длится ½ секунды), и карманные хронометры (размер общеизвестный; обыкновенно так наз. четыредесятники, т. е. полное двойное колебание баланса длится 0,4 секунды, простое колебание — ¹/₅ секунды). Качества карманных хронометров в среднем чувствительно ниже качеств столовых. Хронометры служат при определении географических положений мест, при работах переносными астрономическими инструментами (см. Практическая астрономия), при определении времени и долготы в море и т. д. Столовые хронометры на кораблях помещаются на привесе Кардана. Об исследованиях хода хронометра см. ниже. Постоянные Ч. ("маятники") почти исключительно, а хронометры в большинстве случаев регулируются на секунды звездного времени (см. Время) — так наз. "звездные" Ч. и хронометры. Реже употребляются "средние" хронометры (т. е. идущие по среднему времени). Выбор обусловлен удобством наблюдений или их обработки для тех или других задач астрономов. В Ч. и хронометрах астрономами ценятся еще определенные, но не резкие и без лишних шумов удары ("тиканье"). Как лучших мастеров астрономических Ч. или хронометров нужно назвать Кессельса, Пиля, Дента, Тиде, Ховю (Howüh), Кноблиха, Фродшэма, в новейшее время — Нардэна. Но по большей части это все фирмы, изготовляющие механизмы Ч. по уже выработанным образцам. Только разве Рифлера по оригинальности и новизне идей можно поставить рядом со знаменитыми творцами "высшего" часового искусства и современных часовых механизмов: Петром Леруа, Гаррисоном, Грахамом, Дютертром, Арнольдом, Берту, Юргенсеном.

3) Описание астрономических Ч. (модель работы Кессельса). Фиг. 4, 5, 6 изображают Ч. сбоку и два разреза. 1) между пластинками ZZ и аа, 2) между пластинками аа и bb.

4. Астрономические часы с маятником (вид сбоку).

5. То же (разрез).

6. То же (разрез).

Массивная металлическая доска g прикреплена наглухо несколькими винтами к стене; на вилообразной полке h лежит шпенек x подвеса маятника (Р). Две гибкие пластинки f позволяют маятнику качаться в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа (подробнее о маятнике, его подвесе и пр. см. ниже). Доски, или, как говорят часовщики, "платины", аа и bb заключают между собою передаточный механизм зубчатых колес. Они скреплены четырьмя винтами т. Доска циферблата ZZ скреплена с платиной аа винтами n. На барабан Т наматывается гибкая струна, за которую тянет гиря, приводящая механизм в движение. Так наз. "храповое" колесо R насажено на ту же ось. Храповое колесо сцеплено с шестеренкой (трибкой) "минутного" колеса М, оно, в свою очередь, — с шестеренкой "встречного" колеса E, а это последнее — с шестеренкой "спускного" (или "ходового") колеса Se. Число зубцов колес (передача) подобрано так, что минутное колесо вращается в 60 раз медленнее ходового. Именно, шестеренки имеют по 12 зубцов, встречное колесо — 90 зубцов, минутное — 96 (передача (90/12)×(96/12) = 60). Оси колес имеют упоры на платинах aa и bb. Упоры из камней (алмаза, рубина), обычные для хронометров, в Ч. делаются редко. Оси колес ходового и минутного продолжены за доску циферблата; на них соответственно надеты секундная и минутная стрелки. Форма зубцов всех колес (кроме ходового) не представляет особенностей (см. Зубчатые колеса). Зубцы же ходового колеса обусловлены принятой конструкцией спуска. На фигуре показан усовершенствованный анкерный спуск Грахама (подробное его описание см. в техническом отделе этой статьи). Концы якоря спуска попеременно отворяют зубцы ходового колеса. Якорь качается на оси А; вилка G, скрепленная с ним и охватывающая маятник внизу, передает качания от маятника якорю (этой вилки нет при свободных спусках; см. ниже). Между платиной аа и циферблатом находится зубчатая передача (цайгерверк) от минутного колеса к оси часовой стрелки. Эта стрелка надета на муфту (часовую ось), охватывающую продолжение оси храпового колеса, но не скрепленную с ней. Трибка t₁ на оси минутного колеса имеет 24 зубца. Она сцеплена с промежуточным колесом S₁ (72 зубца), которое сцеплено трибкой (12 зубцов) с колесом S₂ (96 зубцов), насаженным на часовую ось St. Таким образом передача равна (96/12)×(72/24), т. е. 24, и часовая стрелка вращается в 24 раза медленнее минутной. Для Ч., употребляющихся в общежитии, эта передача делается равной 12, так как счет часов от 0 до 24, исключительно употребляющийся в астрономии, еще не привился в житейской практике. Расположение стрелок на циферблате понятно из фиг. 5. Минутная стрелка значительно тяжелее других; грузик Q (фиг. 7) служит ей противовесом.

7. Астрономические часы с маятником (наружный вид).

Чтобы во время заводки Ч. (т. е. наматывания струны вновь на барабан помощью вращения ключом оси барабана в обратную сторону) движение механизма зубчатых колес не прекращалось или даже не получило бы обратного направления, служит специальная пружинка f, давящая на храповое колесо в сторону обычного движения механизма и соединенная с добавочным колесом, сидящим на храповой оси. Подобное же устройство см. подробнее в описании хронометров. Собачка k' запирает это добавочное колесо вместе с барабаном на время заводки и тем вызывает начало действия пружинки f. В Ч. прежнего устройства эта пружинка иногда заменялась "пальцем", нагруженным тяжестью, который давил в надлежащую сторону на зубец особого колеса, насаженного на храповую ось. Гиря в астрономических Ч. висит на блоке. Часто она помещается (фиг. 7) в футляре Ч. сбоку и отделена глухой стенкой от пространства, где колеблется маятник, чтобы при спуске гири различные ее положения не изменяли условий сопротивления воздуха колебаниям маятника. Главное условие в устройстве астрономических Ч. составляет их наивозможная простота. Допускаются только действительно вполне необходимые части, так как всякое лишнее колесо может вести только к увеличению вредных пассивных трений и к ухудшению хода Ч. [Сложные механизмы, показывающие фазы луны, дни года, солнечное время и т. д. и носящие иногда громкое название "астрономических Ч.", относятся к области игрушек. Правильно чередующиеся явления указываются в них путем подбора передачи зубчатых колес. Указание же таких величин, как, напр., уравнение времени (разность между истинным солнечным и средним временем) достигается при помощи колес или дисков не круговой, но эллиптической или более сложной, подобранной специально, формы.].

4) Маятник, его компенсация. Маятником вообще называется всякое твердое тело, могущее колебаться под действием силы тяжести около неподвижной оси, называемой осью привеса маятника. Центром привеса называется точка пересечения оси привеса с плоскостью качаний маятника. Центром качаний называется точка, лежащая на линии, соединяющей центр привеса с центром тяжести маятника и отстоящая от центра привеса на величину l, равную C/(Ma), где С есть момент инерции маятника вокруг оси привеса, M — масса маятника, а — расстояние центра тяжести маятника от центра привеса (l всегда больше а, т. е. центр тяжести лежит между центрами привеса и качаний). Величина l называется длиной редуцированного маятника, или математического маятника, механически равноценного данному "физическому" маятнику. Иначе говоря, если вообразим тяжелую "точку, колеблющуюся на нерастяжимой, невесомой нити, то длина этой нити должна быть равна l, чтобы длительность колебаний этого математического фиктивного маятника совпала с длительностью колебаний действительного маятника. Центры качаний и привеса взаимны, т. е., если подвесить маятник за центр качаний, то старый центр привеса станет новым центром качаний. Маятник, раз выведенный из положения равновесия, стремится под влиянием силы тяжести возвратиться к нему. Это вызывает колебания его в ту и другую сторону от положения равновесия. Вследствие сопротивления воздуха и трения в привесе маятника размах (амплитуда колебаний) постепенно уменьшается и маятник наконец останавливается, если ему не будут сообщаться новые толчки посторонней силой. Длительность (Т) отдельного колебания маятника зависит от его редуцированной длины l, от амплитуды (а) колебания и от величины ускорения силы тяжести (g). Она выражается эллиптическим интегралом:

Амплитуда маятников всегда мала, а потому, разложив интеграл в ряд и ограничиваясь вторыми степенями малой величины α, имеем:

Отсюда видно, что период колебания растет, хотя и незначительно, с амплитудой. Для α = 10° период увеличивается на 0,2%, т. е., если при этой амплитуде маятник совершает в известный промежуток времени 1000 колебаний, то идеальный маятник с "бесконечно малой" амплитудой завершил бы 1002 колебания. Из сказанного ясно, что для возможно полного изохронизма маятника (т. е. равенства длительности отдельных колебаний) — в чем и состоит все значение маятника в часовом деле — 1) необходимо пользоваться маятниками с достаточной малой амплитудой, в каком случае ее изменения будут всего меньше отражаться на периоде Т; 2) толчки, получаемые маятником, должны быть по возможности равной напряженности и, кроме того, должны происходить в тот момент, когда маятник проходит через положение равновесия, т. е. когда он обладает наибольшею скоростью, так как при этом условия неправильности толчков менее всего отзовутся на колебаниях маятника. Эти требования определяют достоинства той или другой конструкции спусков (см. ниже). Гюйгенс, желая дать вполне изохронный маятник, предложил, основываясь на свойствах циклоиды, употреблять циклоидальный маятник.

8. Циклоидальный маятник.

Идея его состояла в следующем: груз прикреплялся к тонкой гибкой нити; около точки ее привеса приделывались (фиг. 8) в две стороны дуги циклоид, на которые ложилась постепенно нить при размахе маятника; так как "разверзающая" циклоиды есть тоже циклоида, то грузик описывал циклоиду же, а механическое свойство этой линии состоит в том, что тяжелое тело при движении по циклоиде достигает наинизшей точки кривой в один и тот же промежуток времени, независимо от положения начала движения на циклоиде, т. е. в данном случае от размаха маятника. Идея Гюйгенса, однако, не имела практического приложения, так как случайное уклонение ведущих дуг от циклоидального вида, трение нити о них и пр. ведут к полной порче теоретического изохронизма. С другой стороны, неполный изохронизм кругового (т. е. обыкновенного, где груз движется по дуге круга) маятника иногда удачно компенсируется неправильностями, вызванными устройством спуска, а также пассивными трениями в привесе маятника. Ускорение силы тяжести есть величина, изменяющаяся в зависимости от широты места на земле. Поэтому длина секундного маятника неодинакова для всех точек земной поверхности. Маятник, регулированный под нашими широтами, будет отставать под экватором и уходить вперед на полюсах (сила тяжести на полюсах больше). Из формулы видно, что для компенсирования изменений величины g необходимо менять длину маятника l, или изменять положение его центра тяжести. Следующая формула дает длину секундного маятника (в метрах) в зависимости от широты места.

l = 0,99102 + 0,00510 Sin²φ.

Отсюда является возможность определять ускорение силы тяжести и фигуру земли из наблюдений колебаний маятника (см. Геодезия, Фигура земли). — Гюйгенс первый указал на достоинство способа привеса маятника к гибкой пластинке, которая гнется в ту и другую стороны при колебаниях маятника. Другой употребляющийся иногда (напр., для маятников, служащих к измерению силы тяжести) способ подвеса, когда стальная призма, соединенная с маятником, упирается ребром на две агатовые упорные площадки, вводит больше пассивных вредных трений. Кроме того, гибкая пластинка не дает точно определенной оси привеса (гнется пластинка более или менее по всей длине своей), а это представляет известные преимущества в смысле изохронизма маятника, так сказать, приближает несколько маятник к "циклоидальному". Гибкая пластинка обыкновенно разрезается по своей длине или, еще лучше, состоит из двух (см. фиг. 4 и 21), расположенных на некотором расстоянии, чтобы, не увеличивая сопротивления пластинки на изгиб, обезопасить вернее неизменяемость плоскости колебаний маятника (перпендикулярно к плоскости пластинки). Верхним концом пластинки зажимаются наглухо к подставке, нижним — к стержню маятника. Груз ("тяжесть") маятника часто имеет форму линзы, плоской чечевицы.

Время колебаний меняется вместе с длиной маятника в зависимости от изменений температуры. Уменьшение длины маятника на 1 мм увеличивает суточный ход часов на 43^s. Отсюда можно оценить влияние изменений температуры. Является необходимость, как говорят, компенсации маятника, т. е. такого устройства, которое, изменяя автоматически длину маятника (перемещая его центр тяжести), парализовало бы влияние колебаний температуры [Были попытки устроить стержень маятника из дерева, как материала мало расширяющегося. Дерево пропитывалось маслом для избежания вредного влияния влажности. Это устройство не годится для точных Ч.]. Все компенсации построены на неодинаковой расширяемости различных металлов. Чаще всего употребляется так наз. компенсация с "решеткой" (фиг. 9).

9-13. Компенсированный маятник.

С привесом скреплен стальной стержень, у нижнего конца его на обоймице насажены цинковые стержни, а с их верхними концами помощью другой обоймицы скреплены стальные стержни, несущие груз маятника. При повышении температуры стальные стержни удлиняются вниз и понижают центр тяжести маятника, цинковые же стержни могут удлиняться только от нижней обоймицы вверх, и вследствие излишка расширения цинка сравнительно со сталью возвращают груз маятника на прежнее место. Иногда число стержней доходит до 7 или 9. Для компенсации необходимо, чтобы общие длины стержней обоих металлов относились между собой обратно пропорционально их коэффициентам расширения. Средний стальной стержень иногда окружают цинковой трубкой; переменяя место скрепления (вставной штифт т) их, можно изменять отношение длины стержней обоих металлов и тем регулировать компенсацию. Иногда систему латунных и цинковых стержней помещают под линзой маятника (фиг. 10). В прежнее время употреблялась часто компенсация маятника, основанная на сгибании двух спаянных вместе пластинок металлов различной расширяемости. Пластинка CD (фиг. 11) спаяна из латунной (вверху) и цинковой (внизу) пластинок. Рычаги H и J сидят на шарнире K, прикрепленном к грузу маятника, могущему скользить по стержню AB. При повышении температуры пластинка CD вследствие большей расширяемости цинка изгибается концами вверх и подымает на рычагах груз маятника. На фиг. 12 изображено устройство компенсации, где спаянная пластинка при своем сгибании меняет положение центра привеса маятника. Иная идея изображена на фиг. 13: пружинная скобка, помещенная посередине стержня, заключает в себе диск d. При повышении температуры диск расширяется, скобка удлиняется в стороны, сжимается и повышает груз маятника. Наиболее же теперь распространена в астрономических Ч. ртутная компенсация (фиг. 14).

14. Ртутная компенсация маятника.

Груз маятника состоит из цилиндрического сосуда, наполненного ртутью. Коэффициент расширения ртути очень велик, поэтому уровень ртути в сосуде повышается относительно других частей маятника с повышением температуры, и простым подсчетом (при данных: площади сечения сосуда, коэффициенте расширения ртути, стержня маятника и стекла) можно определить количество ртути, необходимое для компенсации. Сосуд со ртутью прикрывается конической крышкой, чтобы пыль не удерживалась на маятнике и не меняла его массы. Чтобы ртуть быстрее принимала температуру воздуха, устраивают не один, а два более тонких сосуда (фиг. 7). В новейшее время лучшая конструкция ртутной компенсации устроена Рифлером. Ртутью наливается полый стальной стержень маятника до ⅔ его высоты. В нижней части стержня прикреплен металлический груз, на половине стержня сидит кольцевая площадка, на которую можно помещать грузики, ничтожно меняющие положение центра тяжести и способствующие лучшей компенсации. — Воздух оказывает сопротивление колебаниям маятника. Перемена барометрического давления влияет чувствительно на время колебаний маятника. Поэтому иногда устраивают и барометрическую компенсацию маятника. Суточный ход часов изменяется в среднем на 0^s.015 при перемене давления на 1 мм. Ч., будучи заключены в безвоздушном пространстве, уходят примерно на 10^s в сутки вперед. Бессель показал, что влияние сопротивляющейся среды на колебания маятника может быть сведено к фиктивным уменьшению силы тяжести и изменению момента инерции маятника. При высоком давлении необходимо для компенсации укорачивать маятник. Для этого можно приделывать к маятнику небольшие ртутные манометры (фиг. 15), т. е. согнутые стеклянные трубки, из верхнего конца которых воздух не вполне выкачан.

15. Барометрическая компенсация.

Однако такая барометрическая компенсация трудно согласуется с термометрической. Вместо укорачивания маятника можно достигать того же результата (как следует из вывода Бесселя), увеличивая напряжение силы, под влиянием которой маятник колеблется. Подобное устройство показано на фиг. 16.

16. Барометрическая компенсация

К коромыслу с приделан с одной стороны поплавок (е), помещенный на поверхности ртути в открытом конце сифонного барометра, с другой стороны магнит (b) приходящийся как раз, под маятником Ч. в его положении равновесия. К грузу маятника налажен другой магнит (а). Как только давление барометрическое увеличится, поплавок опустится, а магнит b приблизится к магниту а. Сила взаимодействия их увеличит силу тяжести и тем покроет влияние увеличившегося сопротивления воздуха. При движении маятника он увлекает за собой близкие ему частицы воздуха, получается, так сказать, поток воздуха, следующий за колебаниями маятника. Это явление, с одной стороны, крайне усложняет теоретическое исследование вопроса, но зато такой "поток" может при известных условиях гарантировать сравнительную нечувствительность маятника к переменам давления. В этом вопросе выясняется еще выгода тяжелого маятника. Трудность одновременного устройства при маятнике термометрической и барометрической компенсаций привела к мысли ограничиваться необходимейшей — термометрической, и помещать маятник под стеклянный колокол в безвоздушном пространстве. Напр., так поставлены в подвале Пулковской обсерватории часы Тиде.

5) Конструкции спусков (échappement). Время одного колебания маятника (секунда) может быть разбито на три части: 1) свободное движение маятника, совершенно независимое от остального механизма, остающегося в покое: зубчатая передача "заперта" спуском; 2) движущая сила (гири) действует через посредство спуска на маятник; 3) маятник колеблется свободно, но зубчатая передача продолжает свое движение. Краткость третьего момента, т. е. определенные, быстрые "скачки" секундной стрелки от секунды до секунды часто ценятся высоко в астрономических Ч. Всего важнее для правильного хода Ч. наивозможная краткость второго момента, притом (ср. выше) действие силы на маятник должно наступать при прохождении маятником положения равновесия. Конструкции спусков делятся на: 1) спуски с возвратом колеса; 2) спуски покоя; 3) спуски свободные; 4) спуски с постоянной силой. В конструкциях первого, самого древнего типа, спуск, запирая зубчатую передачу, заставляет ходовое (спускное) колесо немного отступить назад. Эти спуски, часто еще встречающиеся в дешевых Ч., совершенно непригодны для сколько-нибудь точных механизмов. К спускам покоя принадлежит изобретенная Грахамом анкерная конструкция. Этот спуск подробно разобран в техническом отделе статьи. В фабричной часовой практике чаще всего употребляются разновидности анкерного спуска. Наиболее удачные типы этого спуска употребляются обыкновенно до сих пор и для астрономических Ч. (см. выше). Однако значительное трение зубцов ходового колеса о площадки покоя, невозможность сократить время воздействия двигателя на маятник и другие недостатки не позволяют считать этот спуск вполне удовлетворительным. Он хорош для башенных Ч., где все части механизма массивны, а движущая сила, гири, может достигать громадных размеров. В этих случаях употребляется так назыв. спуск со штифтами. Оба конца якоря (фиг. 17) направлены не к разным (как в спуске Грахама), а к одному и тому же месту ходового колеса (К).

17. Спуск со штифтами башенных Ч.

Это последнее несет не зубцы, а полуцилиндрические штифты, насаженные на него перпендикулярно его плоскости. Площадки покоя ab, a₁b₁ трутся о цилиндрическую поверхность штифтов. Из чертежа понятно, как штифт после колебания маятника и якоря вправо соскальзывает с площадки покоя а₁b₁, давит на наклонную площадку удара (давления) b₁d₁ (чем сообщает запас энергии маятнику), падает на подоспевшую площадку покоя ab (лежит на ней, пока маятник заканчивает движение вправо и возобновляет движение влево), соскальзывает по площадке давления bd, а в это время новый штифт поступает на площадку a₁b₁ и т. д. К третьему типу относятся, главным образом, спуски, употребляемые в хронометрах (описание — см. ниже). Главное отличие четвертого типа, кроме почти полной свободы колебания маятника от прочего механизма, состоит еще в том, что толчки дает не сам двигатель через посредство зубчатой передачи, но он только обусловливает накопление энергии, появление посторонней силы, которая уже сообщает толчок маятнику. Здесь рассмотрены три конструкции спусков четвертого типа. Одна из первых по времени изобретения принадлежит Мёджу.

18. Спуск часов Мёджа.

Маятник (фиг. 18) колеблется между стержнями А₁ и А₂; со стержнями, вращающимися на осях Y₁ и Y₂, скреплены соответственно якоря S₁ и S₂. Перед тем, что прибор пришел в положение, изображенное на чертеже, зубец ходового колеса скользил по наклонной площадке давления якоря S₁, приподнял якорь и тем произвел запас живой силы в этом якоре. При движении маятника вправо он берет с собой стержень А₁, отворяет зубец T₁. Тогда зубец T₂ скользит и давит на якорь S₂, пока не упрется о прямую площадку упора якоря S₂. Маятник, возвращаясь затем справа налево, получит обратно свой толчок от стержня А₁ и, кроме того, запас живой силы, произведенный, как сказано выше, зубцом ходового колеса, т. е. двигателем Ч. Затем маятник возьмет влево стержень А₂, отворит зубец ходового колеса T₂ и т. д.

19. Спуск часов Юнга.

Юнг предложил следующий механизм спуска: когда маятник (его стержень R, см. фиг. 19) проходит вправо через положение равновесия, штифтик U, задевает ломаный рычажок СС' (центр вращения рычага — с); тогда упор g уходит из-под рычага ВВ' (вращающегося в b); этот рычаг берет с собой третий рычаг DD и конец штифта p делается свободным. Под действием грузика L этот штифт p движется вправо, догоняет как раз проходящую в это мгновение перед ним площадку S и сообщает ей и, следовательно, маятнику, удар, сила которого регулируется исключительно грузиком L. В то время как падает рычаг ВВ, он отпускает сцепление (о) с ходовым колесом А, это последнее начинает вращаться. Когда оно совершит полуоборот, эксцентрик i рычагом К и H возвратит на прежнее место сначала рычаг DD, а затем и ВВ, который снова ложится на подоспевший вследствие действия грузика С' упор g. Таким образом, ходовое колесо, подымая грузик L, гарантирует новый толчок маятнику. Штифтик U при колебании маятника справа налево проходит беспрепятственно мимо рычага С. Ветрянка W регулирует скорость вращения ходового колеса. Несколько сложный по устройству спуск этот дал хорошие результаты для нормальных Ч. Принсетонской обсерватории. — На совершенно ином принципе построен свободный спуск Рифлера. На фиг. 20 и 21 изображен вид спуска спереди и сбоку.

20-21. Спуск часов Рифлера.

На "лагерях" (подставках) P лежат ребрами стальные призмы с, составляющие одно целое с массивным бруском А₁ и с якорем спуска А. Таким образом, при колебаниях якоря вся часть A₁ тоже колеблется, причем осью колебаний служат ребра призм с. К бруску А₁подвешен на упругих пластинках (i) маятник. Ось привеса маятника (т. е. место сгиба пластинок i) совпадает с осью колебаний якоря. Различные винты, показанные на рисунках, служат для регулирования положения лагерей призмы и якоря. Якорь несет два насаженных на него перпендикулярно штифта S и S₁, которые около якоря цилиндричны, а дальше срезаны вдоль своей оси. Ходовое колесо состоит из двух. Дальнейшее от якоря колесо R несет острые зубцы (r) покоя. Эти зубцы попеременно приходят на плоские поверхности полуцилиндрических частей штифтов S и тем запирают систему зубчатых колес Ч. На втором колесе H помещены пологие зубцы (h) давления. На фиг. 20 изображен момент, когда маятник переходит справа налево через положение равновесия. Якорь, связанный с маятником, следует за ним. Зубец r освободится от упора S, и ходовое колесо вращается, пока зубец r₁ не достигнет упора S₁; в это время пологий зубец h₁ давит на цилиндрическую часть штифта S₁, а следовательно, и на якорь А в сторону, обратную существующему движению якоря. Это давление вызывает лишний изгиб пружин привеса маятника i, а излишняя развившаяся упругая сила пружин i даст необходимый импульс маятнику, когда тот возвращается вновь слева направо. То же самое произойдет до освобождения зубца r₁; тогда зубец h давит на штифт S в сторону, обратную существующему движению якоря. Спуск Рифлера теоретически во многих отношениях лучше остальных и, надо думать, получит широкое применение.

6) Хронометр. Во всех переносных Ч. (обыкновенных карманных, а также в столовых и карманных хронометрах) движущей силой служит упругость постепенно развертывающейся пружины, регулятором же движения так наз. баланс — колесообразное тело, вращающееся на оси то в одну, то в другую сторону. К балансу прикреплена одним концом тонкая стальная спираль (так наз. волосок карманных Ч.), которая своей упругостью обусловливает равенство длительности последовательных колебаний баланса. Другой конец спирали закреплен большею частью неподвижно. О карманных Ч. см. в технич. отделе статьи. Здесь же описан так наз. "столовый" астрономический хронометр. Общий вид хронометра см. фиг. 22 и 23.

22-23. Общий вид механизма столового хронометра.

Отдельно баланс и спираль изображены на фиг. 24.

24. Спираль и баланс хронометра.

Для наглядности на фиг. 22 и 23 (вид сверху и сбоку), все составные части хронометра показаны размещенными в ряд, обыкновенно же они помещаются на круглой доске, или "платине", причем циферблат занимает всю верхнюю доску. Пружина находится в барабане С, при помощи цепочки Δ она, развертываясь, вращает особого рода колесо D, так наз. фузею, или улитку. Насаженное на той же оси колесо D "' передает вращение минутному колесу Е'; далее через встречное колесо g' — колесу секундному H', от него зубчаткой К передается движение спускному колесу К', а это последнее передает толчки балансу L, связанному со спиралью М. На оси колеса Е сидит минутная стрелка (φ'); механизмом (отдельно изображен на фиг. 25), аналогичным тому, который уже описан выше, она передает вращение часовой стрелке (φ). Секундная стрелка φ" насажена на ось H.

25. Сцепление часовой и минутной стрелок (Цайгерверы).

Движущая пружина состоит из стальной закаленной ленты, свернутой вокруг оси с внутри барабана С. Лента одним концом наглухо вделана в ось с, а другим в стенку барабана. Ось (с) закреплена неподвижно, поэтому пружина, развиваясь, может вращать барабан С (не скрепленный с осью с). Главное достоинство пружины должно состоять в том, чтобы она давала по возможности одинаковую силу упругости во всех стадиях разворачивания. Для этого иногда делают пружину не однородной во всей длине, а более жесткой к неподвижному концу у оси, так как при однородной спирали к концу ее развертывания сила упругости меньше. Затем пользуются лишь средней стадией развертывания, т. е. не закручивают пружину вполне и не дают ей совершенно раскрутиться. Наконец, с этой именно целью изобретена была фузея (улитка), массивное колесо формы усеченного конуса, на поверхности которого врезан улиткообразный желобок для цепочки. Цепочка эта, переходя при раскручивании пружины с фузеи на барабан С, тянет фузею все за более и более широкую ее часть. Таким образом, по мере того, как слабеет сила упругости пружины при ее постепенном раскручивании, плечо рычага, на который она действует (т. е. радиус сечения конуса фузеи) растет, а потому момент силы, движущей часовой механизм, остается неизменным. Поверхность фузеи может быть рассчитана теоретически при известных предположениях об изменении упругости пружины в различных ее состояниях; в разрезе эта поверхность должна иметь вид кривых, асимптотически приближающихся к оси d. Часовые мастера подбирают фигуру фузеи эмпирически, пробами. При заводке хронометра действуют ключом (четырехгранным) не на ось с, но на ось фузеи d и, вращая ее в обратную сторону, навивают тем самым цепочку Δ опять на фузею, причем барабан С, вращаясь вокруг оси с, закручивает вновь пружину. Осью с, закрепленной зубчаткой γ и собачками γ', пользуются для того, чтобы раз навсегда регулировать положение пружины. Примерный размер пружины: внутренний радиус барабана — 16 мм, длина пружины — 508 мм, ширина — 18 мм, толщина — 0,15 мм. Концы пружины после закалки немного отпускают, чтобы предотвратить поломку. Зубчатка δ' и палец δ служат для того, чтобы препятствовать автоматически слишком сильному завитию пружины (т, е. чрезмерной заводке хронометра) и слишком большому раскручиванию ее. Палец δ задевает и проходит мимо малых зубцов δ', передвигая с каждым поворотом колесо δ' на один зубец при заводке в одну сторону, а при ходе хронометра — в другую. Когда же палец с той или другой стороны дойдет до большого зубца, сцепление делается непроходимым. На чертеже показан полный завод хронометра в 9 оборотов оси фузеи (9 зубцов колеса δ'). Нажим δ " удерживает колесо δ' неподвижно в то время, когда палец δ обращен в противоположную сторону. В хронометрах для регулирования завода употребляется чаще более точно рассчитанное "мальтийское" сцепление (названное так по форме зубцов колеса δ'; см. фиг. 26).

26. "Мальтийское" сцепление завода (штеллунг).

На фигуре видно, что сцепление проходимо в I положении осей и непроходимо во II. Мальтийское сцепление выгодно тем, что давления, развиваемые при нем, не расшатывают нисколько осей. Обыкновенно полное действие пружины в ограниченных, как сказано, пределах продолжается 56 час. Сообразно этому на циферблате хронометра помещена особая стрелка, насаженная на ось δ' и указывающая, сколько часов идет хронометр после заводки. Впрочем, никогда не дают хронометрам идти 56 часов, а еще суживают действие пружины, заводя каждые 24 часа (напр., доводят завод, чтобы стрелка δ' показывала 8, а когда она спустится до 32 — заводят вновь). Замечено, что ход хронометров изменяется в зависимости от изменения промежутков времени между заводками. К существенным недостаткам фузеи нужно отнести то, что она развивает излишнее пассивное трение, т. е. требует большей движущей силы, более сильной пружины. Кроме того, невозможно строго "калибрировать" фузею, т. е. пригнать улиткообразный ход к случайным особенностям упругости пружины в различных ее частях, и наконец, что всего опаснее, упругость пружины меняется с течением времени. Тогда фузея может не достигать цели, только усложняя механизм. В настоящее время хронометры изготовляют часто без фузеи, регулируя как можно лучше пружину и пользуясь, как объяснено, только средними стадиями ее раскручивания. В таком случае обод барабана С несет зубчатку, действующую непосредственно на колесо Е. Чтобы во время заводки хронометр не останавливался (так как вращение фузеи происходит тогда в обратную сторону), ось фузеи не скреплена наглухо с зубчатым колесом D' (фиг. 22) или R (фиг. 27).

27. Механизм добавочной пружины завода.

Фузея скреплена наглухо с колесом А (фиг. 27), которое щеколдами С и D удерживается на колесе В. Это последнее соединено пружиной FG с зубчатым колесом R. Когда действует главная пружина, колесо А берет с собой (благодаря щеколдам С и D) колесо В (причем щеколда H скользит по наклонным зубцам этого колеса), а также колесо R. И вращение всей системы происходит по направлению стрелки MN. Когда же фузею вращают при заводе в обратную сторону (стрелка M'N'), колесо В не может за ним следовать из-за щеколды H (щеколды же С и D скользят по зубцам колеса А), но остается неподвижным. Тогда начинает действовать вспомогательная пружина FG, помещенная так, что при неподвижности B, она давит В в сторону вращения ΜΝ, т. е. поддерживает вращение дальнейших частей часового механизма на время бездействия главной пружины. Чтобы уменьшить стирание осей колес, упоры для них делаются из камней (алмазов, рубинов, сапфиров); устройство такого упора в разрезе видно на фиг. 28; густо заштрихованные части — камни; пространство около оси служит помещением для смазывающего масла.

III.

28. Упор оси колеса в хронометре.

7) Об устройстве улучшенных спусков Грахама анкерного и цилиндрического, которые употребляются в карманных Ч. см. ниже в техн. отделе статьи. Так наз. хронометронный ход, или "свободный" спуск, устраиваемый пока почти исключительно в столовых хронометрах, изобретен Петром Леруа и усовершенствован многими последующими часовыми мастерами (Арнольдом, Ирншау). [Выше было объяснено, что называется свободными спусками, а также условия достоинства спусков.] Этот ход изображен на общем рисунке хронометра; его устройство состоит в следующем: на оси баланса (фиг. 29) насажены два колесика: большее Е несет в выемке зубец z₁; к маленькому колесику F прикреплен зубец z₂. К прямой пружине т приделана параллельно ей золотая очень слабая пружинка п. На пружине т помещен полуцилиндрический упор (видимый на фиг. 29 в разрезе) для зубцов спускного колеса R.

29. Хронометронный свободный спуск.

Колеса E и R находятся в одной плоскости (до этой плоскости достигает только что названный упор), колесо F и пружинки m и n выше этой плоскости. При вращении баланса (см. ниже) на оси в сторону, указанную стрелкой, зубец z₂ берет с собой пружины m и n, чем освобождает зубец спускного колеса s. В тот же момент зубец u догоняет зубец z₁ и сообщает балансу толчок, поддерживающий его вращение. При хорошей регулировке касание зубцов u и z₁ может занимать ничтожный промежуток времени (не более ¹/₈₀ секунды). Пружина m и n после пропуска зубца z₂возвращается на прежнее место, чтобы задержать упором зубец t и остановить спускное колесо. Между тем баланс доканчивает вращение в сторону стрелки. При обратном его вращении зубец z₂ задевает только пружину n и вследствие мягкости ее проходит беспрепятственно дальше. Зубец t лежит на цилиндрическом упоре вплоть до нового вращения баланса в сторону стрелки. Упоры и зубцы z делаются из рубинов. Форма зубцов спускного колеса подобрана так, чтобы они проходили свободно мимо колеса Е. Таким образом, спускное колесо поворачивается на один зубец за время полного двойного оборота баланса. Этот хронометронный ход, или спуск, дающий вполне хорошие результаты для столовых хронометров, не годится для карманных хронометров, подвергающихся постоянной тряске и поворачиванию во всех направлениях. Опасен обратный поворот баланса, так называемое мертвое время, когда баланс совершенно разъединен с механизмом. — В новейшее время Рифлер применил к хронометронному спуску тот же принцип, которым он воспользовался для спуска маятника (см. выше). На оси баланса (фиг. 30 и 31) помещена трехконечная "звезда", к одному из лучей ее (В) прикреплен конец спирали, два другие несут цилиндрические, наполовину срезанные в верхней своей части, упоры.

30-31. Спуск хронометронный Рифлера.

Второй конец спирали скреплен с балансом. Спускное колесо состоит из двух: одно (В) несет зубцы (r) упоров, другое (H) несет пологие зубцы (h) давления. При движении баланса по направленно стрелки (см. фиг. 31) упор S освобождает зубец r₂. Спускное колесо под влиянием движущей пружины вращается, пока зубец r не достигнет упора S₁. В то же время пологий зубец h приходит в соприкосновение с цилиндрической нижней частью упора и таким образом давит на спираль в направлении, обратном ее вращению, и обусловливает лишний запас упругой силы спирали. Зубец r лежит на упоре S₁, пока баланс оканчивает движение в сторону стрелки и возвращается назад. В момент наибольшей его скорости спираль берет за собой упор S₁, освобождая зубец r, и в то же время упор S подойдет под новый зубец спускного колеса, а его цилиндрическое основание получит новое давление (опять в сторону, обратную существующему в этот момент вращению баланса) от пологого зубца нижнего колеса H, т. е. произойдет новая передача, через посредство спускного колеса, движущей силы пружины в запас упругой силы спирали, гарантирующий дальнейшие колебания баланса. На одной оси с H и R насажено колесо Е, приводящее в движение ветрянку W, которая служит для большей равномерности вращения спускного колеса и смягчает его удар об упор. В описанном спуске Рифлера, очевидно, баланс вращается совершенно свободно от спускного колеса, обусловливая упругостью спирали лишь небольшие колебания "звезды", которая получает давление от колеса H как раз в моменты наибольшей скорости баланса. Таким образом условия наивыгоднейшего действия спуска здесь соблюдены вполне, и спуск Рифлера можно считать теоретически наилучшим. Он введен в хронометры работы Nardin. — В карманных хронометрах и так назыв. "полухронометрах" употреблялся часто "duplex" —, спуск, изобретенный Дютертром. Название свое этот механизм получил от двойного сцепления параллельных осей спускного колеса и баланса. Спускное колесо (фиг. 32) несет два рода зубцов: (b), длинные, достигающие ствола баланса, и (а), наклонные и короткие.

32. Спуск "duplex".

На оси баланса сидит колесо С с длинным пальцем. На чертеже, для большей, ясности изображена ось баланса с насаженными на ней колесиками в 4-х последовательных положениях. При вращении баланса в сторону стрелки зубец b упирается на ствол D, пока не попадет в выемку d; благодаря существованию этой выемки зубец b проходит мимо ствола D (и спускное колесо вращается по направлению стрелки под влиянием движущей силы); в это время короткий зубец a догонит и ударит палец колеса С, чем сообщит необходимый толчок балансу. Дальнейшее вращение баланса происходит беспрепятственно, причем на стволе С (с левой его стороны на рисунке) уже покоится новый зубец b спускного колеса. Упором спускного колеса в дуплексе служит, таким образом, ствол баланса. При обратном вращении выемка а проходит мимо зубца b, не изменяя его положения. Новый пропуск зубца b и новый удар зубцом a настают лишь при возобновлении балансом вращения в сторону стрелки. При спуске дуплекс спускное колесо передвигается на один зубец при двойном колебании баланса. Этот спуск требует очень строгой регулировки и потому редко отличается хорошими качествами. Спуск "дуплекс" выходит в настоящее время из употребления.

8) Баланс (L; фиг. 23), вращающийся вокруг оси l, состоит из двух круговых дуг (фиг. 33), прикрепленных каждая на ¼ своей длины к поперечине (так назыв. баррету s), насаженной на ось вращения.

33. Баланс с обыкновенной компенсацией.

Грузики В помещены для увеличения и регулировки момента инерции баланса. Грузики v и А отчасти служат для той же цели, главным же образом — для компенсации хронометра при изменениях температуры (см. ниже). Для этого дуги баланса состоят из двух полосок различных металлов: внешняя полоска — латунная (больший коэффициент расширения), внутренняя — стальная (меньший коэффициент расширения). Поперечник s — латунный. Чтобы достигнуть лучшей спайки обоих металлов, латунь наваривают на стальной кружок и потом уже, вырезывая металл внутри, придают балансу требуемый вид. Прибавление грузиков В и А полезно для увеличения тяжести или, вернее, момента инерции баланса, так как он колеблется тогда правильнее и лучше сопротивляется вредным случайным толчкам, которые может получить хронометр. Грузики B можно ввинчивать или вывинчивать, т. е. изменять их положение по направлению поперечины s, а грузики А — перемещать вдоль дуг баланса. Тонкая стальная упругая спираль M одним концом (на фиг. 23 верхним) закреплена неподвижно к распорке А₁, а другой конец ее соединен с осью баланса и при вращении последнего берется им. В обыкновенных карманных часах последовательные завитки упругой спирали (волоска) расположены в одной плоскости (см. технич. отдел статьи), в хронометрах же они составляют винтовую линию (фиг. 34); такая "цилиндрическая" спираль колеблется, несомненно, правильнее.

34. Цилиндрическая спираль хронометра.

Действие спирали следующее: как только баланс, вращаясь на оси, выводит спираль из нормального положения равновесия, она сжимается или разжимается (смотря по направлению движения баланса), в ней развиваются силы упругости, противодействующие вращению баланса, и это вращение продолжается, постепенно замедляясь, лишь до тех пор, пока не разовьется достаточная сила упругости спирали, чтобы остановить баланс и придать ему обратное движение, ускоряющееся вплоть до прохождения балансом положения равновесия. Вращаясь в обратную сторону по инерции дальше, баланс снова выводит спираль из нормального положения, снова являются силы упругости, останавливающие баланс, и т. д. Выше было уже объяснено, каким образом при различных системах спусков спускное колесо передает удары балансу, обусловливающие его дальнейшие колебании. Эти колебания баланса вполне аналогичны колебаниям обыкновенного маятника, причем сила упругости спирали заступает место силы тяжести. Является вопрос об изохронизме колебаний спирали, т. е. возможно ли устроить спираль, чтобы период ее колебаний не зависел от величины размаха баланса. Этот размах баланса хронометра обыкновенно около 300 — 400°. Теория указывает, что для изохронизма необходимо, чтобы момент упругой силы спирали был пропорционален углу поворота баланса или углу скручивании спирали. Следующее правило дал Леруа: "Для всякой спирали достаточных размеров можно найти такую длину, чтобы все колебания с большим и малым размахом были вполне изохронны (т. е. завершались в один и тот же период времени). Если после того, как эта длина для спирали данных качеств определена, мы укоротим спираль, то большие колебания станут происходить быстрее малых; наоборот, если удлиним спираль, малые размахи будут заканчиваться в более короткое время". Теория подтвердила этот результат Леруа. Строго цилиндрическая спираль имеет, однако, некоторые недостатки, из которых главный состоит в том, что при малейшем изменении наклонности хронометра сила тяжести, действуя на спираль, очень искажает правильный ход хронометра. Чтобы по возможности уменьшить это влияние, концы спирали загибают внутрь цилиндра и закрепляют их вблизи оси баланса. Эти конечные кривые играют существенную роль в вопросе об изохронизме спирали. Филипс на основании теоретических изысканий указал, что изохронизм спирали возможен при весьма различных фигурах этих кривых, лишь бы были соблюдены следующие условия: 1) центр тяжести (Р) конечной кривой должен лежать на перпендикуляре к радиусу, проведенному из центра винтовых завитков спирали к той точке, где винтовая линия переходит в конечную кривую; 2) расстояние этого центра тяжести до центра завитков должно быть третьей пропорциональной к радиусу завитков и длине конечной кривой (т. е. MP/AM = AM/ABCD, см. фиг. 35).

35. Конечная кривая (чертеж).

Если обе конечные кривые Филипса симметричны, то оказывается выполненным еще условие доброкачественности спирали: центр тяжести всей спирали лежит на оси ее завитков. Некоторые из кривых Филипса изображены на фиг. 36.

36. Конечные кривые Филипса.

Аналогия спирали с маятником выражается формулой для периода колебания (при условии существования изохронизма).

T = π √ML/E, где М — момент инерции баланса, т. е. колеблющегося тела, L — длина спирали, e — ее момент упругости.

9) Условия, влияющие на ход хронометра. На практике мастера часто сознательно не добиваются возможного изохронизма, но подбирают спираль так, чтобы малые колебания ее были короче во времени, т. е. чтобы хронометр уходил вперед при уменьшающихся размахах баланса. Это, по мнению мастеров, облегчает задачу компенсации хронометра от изменений температуры (см. ниже). Но, в свою очередь, допущение такое ведет к иным недостаткам хронометра и должно быть признано вредным. В нем лежит объяснение странных, на первый взгляд, особенностей хода хронометра: от развивающихся пассивных трений (напр., от сгущения смазывающего масла), т. е. при уменьшении линейной скорости баланса в его движении и следовательно уменьшении размаха его, хронометры по большей части уходят вперед. Кроме того, изохронизм утрачивается часто в хронометрах с течением времени. Не говоря уже о продолжительной остановке хронометра, которая может повести к чувствительным для изохронизма переменам в условиях спуска и спирали, строение этой последней изменяется с течением времени под влиянием ритмических толчков и колебаний — делается несколько зернистым. Хронометры, несмотря ни на какой уход, не могут сохранить свои хорошие качества неопределенно долгое время. Попадаются спирали такой, неправильно распределенной по их длине, упругости, что не поддаются никакой регулировке. Масло (костяное), смазывающее трущиеся части, по возможности, не должно густеть при низкой температуре и ни в каком случае не действовать химически на металлы. С течением времени оно все-таки неизбежно густеет и потому необходимо, удалив старое, давать хронометру новое масло. Хронометры, выпущенные из мастерской выверенными вполне, почти неизменно начинают уходить вперед, как от стирания осей и упоров, так и от сгущения масла (ср. выше). Чрезмерная влажность воздуха действует вредно на хронометр; садясь на баланс, влага увеличивает его момент инерции, что ведет (ср. формулу) к замедлению хода хронометра (увеличивается период колебания); с другой стороны, влага, попадая на трущиеся части, дает лишнюю смазку, разжижает, так сказать, масло, что также, на основании вышесказанного, может, подчеркивая недостаток изохронизма, повести к замедленно хода хронометра. Наблюдения Петерса дали, что хронометр отставал на 1^s,8 в день при увеличении влажности на 5%. Несмотря на специальное устройство креплений спирали, хронометры изменяют свой ход при наклонном положении к горизонту. Перемена наклона в обратную сторону не вознаграждает: хронометры обыкновенно отстают немного при наклоне в любую сторону. Хронометры изменяют иногда свой ход под действием земного магнетизма, вследствие намагничивания стальных частей. Опыты Эри указали перемены хода в зависимости от ориентировки хронометра относительно магнитного меридиана. Наблюдались случаи, когда сильная гроза изменяла ход хронометров. Общеизвестен факт полной остановки вблизи сильных динамо-машин. Изменение барометрического давления обусловливает сравнительно ничтожные изменения хода. Громадное же влияние на ход хронометров имеет изменение температуры. Длительность каждого колебания баланса увеличивается (ср. формулу) при повышении температуры от 1) увеличения момента инерции баланса вследствие его расширения; 2) от удлинения спирали; 3) от уменьшения момента упругости. В среднем, хронометр некомпенсированный (т. е. со сплошным кольцом баланса из одного металла) отстает в сутки на 11^s при повышении температуры на 1°С. Из них 1^s,5 обусловлено увеличением момента инерции баланса; 0^s,5 — удлинением спирали; остальные 9^s приходятся на уменьшение упругости спирали. Изменение хода вместе с температурой совершается настолько правильно, что некомпенсированный хронометр или еще лучше хронометр с обратной (извращенной) компенсацией может служить вместо термометра и весьма удобен для интегрирования, так сказать, всех происходивших за известный промежуток времени изменений температуры.

10) Как уже упомянуто выше, основная мысль термометрической компенсации хронометров состоит в том, что кольцо баланса спаивается из двух пластинок металлов различной расширяемости. Кольцо это разрезано именно для того, чтобы, при повышении темпер., дуги, вследствие избытка удлинения латунной внешней полосы, загибались внутрь, приближая к оси баланса грузики А. Такое автоматическое передвижение грузиков вызывает уменьшение момента инерции баланса, что, как видно из формулы колебания, может покрыть другие изменения входящих в формулу величин и гарантировать неизменяемость длительности колебания при переменах температуры. Если температура падает, дуги баланса выпрямляются и выносят грузики наружу, увеличивая тем момент инерции баланса. Таким образом, здесь, в противоположность Ч. с маятником, регулируется не длина спирали, а механическое значение колеблющегося тела. Такое устройство называется "обыкновенной" компенсацией. Идея этой компенсации принадлежит П. Леруа; первый приложил ее к хронометрам Арнольд. По исследованиям Вилларсо, толщины пластинок обоих металлов должны быть обратно пропорциональны квадратным корням коэффициентов упругости металлов (в случае стали и латуни, как 12:17). Сгибание дуги баланса, как легко видеть из геометрических соображений, не производит уменьшения момента инерции пропорционально увеличению температуры, и потому обыкновенная компенсация достаточна разве в узких пределах изменений температуры. Существует весьма много систем "добавочных", или "вспомогательных", компенсаций. Они разделяются на две категории: одни действуют всегда, другие же системы начинают оказывать свое влияние только при крайних температурах. На приложенных фигурах изображены простейшие конструкции обоих типов. Свободные концы дуг баланса (фиг. 37) несут кроме грузиков еще, так сказать, ртутные термометры Е, загнутые к оси баланса; при повышении температуры ртуть, приближаясь к оси, еще уменьшает момент инерции баланса.

37-38. Баланс с добавочной компенсацией.

В конструкции другого типа (фиг. 38) дуги баланса, сгибаясь, достигают при известной температуре добавочных, им параллельных, дуг E, давят на них и, приближая к центру помещенные на добавочных дугах грузики, увеличивают при высоких температурах компенсацию хронометра.

Если представить ход хронометра в виде функции второй степени от температуры:

u = α + βt + γt²,

то при исследованиях хронометров обнаруживается, что часовым мастерам удается почти уничтожить коэффициент β в известных пределах температуры тем или другим передвижением грузиков баланса, коэффициент же γ зависит главным образом от системы компенсации; в среднем он не превосходит 0^s.01 Как уже упомянуто, упругость спирали с течением времени изменяется, а потому и термометрическая компенсация должна неизбежно портиться. Исследования хронометра при различных температуре, давлении и влажности дают так называемую формулу хода хронометра, в которую затем нужно подставлять наблюдаемые в данный момент температуру, давление и влажность, чтобы получить соответственный ход. Однако эти формулы хода могут только служить для общей характеристики качества хронометра, так как ход еще больше зависит от различнейших случайных причин. Хронометры служат, главн. образом, для "перевозки" времени, для определения долгот в море и т. д., поэтому громадное значение имеет еще вопрос, насколько изменяется ход хронометра во время его перевозки от различных неизбежных толчков. Исследование качеств хронометров производится взаимным сравнением их показаний через определенные промежутки времени, а также сравнением с постоянными нормальными Ч. Результатом исследований является так называемый "вес" хронометра, или, лучше сказать, вес его показаний, степень доверия к нему, сравнительно с другими хронометрами. Ввиду сложности и "нежности" механизма хронометров, различных пассивных трений и сопротивлений, компенсация, нормировка пружины, регулировка спирали (этой "души хронометра) никак не могут быть подобраны на основании одних теоретических соображений. Машинному производству хронометры не поддаются. Часовые мастера, изготовляющие их, должны добиваться хороших качеств механизма пробами в каждом отдельном случае; заслуга, "искусство", мастера состоит в умении по возможности быстро регулировать требуемую сторону механизма, не расстраивая других его качеств; мастер должен "почувствовать" компенсацию или регулировку хронометра, и в этом смысле, пожалуй, справедливо старинное название "художника" — иногда прилагаемое до нашего времени к хронометренных дел мастерам.

В. Серафимов.

11) Часы, производство. — До половины XIX ст. Ч. изготовлялись ручною работою при посредстве множества машинок и приспособлений; чрезвычайная тонкость и дешевизна работы достигалась крайним распределением труда. В Америке, по недостатку искусных рабочих, начали вводить автоматические машины для точного изготовления главных частей, вследствие этого выработалась новая, "машинная" система выработки Ч., которую с 1865 г. стали вводить и в Европе, чтобы не потерять рынка. Существенная разница между этими системами не столько в способах выработки частей, как в способе выверки механизмов: при ручной системе при окончательной сборке все неправильности отдельных частей исправляются сборщиком, для чего требуется много искусства и времени, а при машинной собирают все изготовленные части, только отбрасывая неудачные. Из 1000 таких карманных Ч. с компенсированным балансом, на американских фабриках получается в среднем 5 идущих с ошибкою от 1 " до 2,5" в сутки, 25 — от 2,5" до 4", 50 — от 4" до 5" и 920 обыкновенных, годных для продажи по нормальной цене. Поэтому-то в настоящее время и можно продавать карманные Ч. за необыкновенно дешевую цену, с обещанием переменить дурно идущие на другие. В настоящее время фабрикация Ч. сосредоточена в немногих местах: в Швейцарии, преимущественно в Женеве, Шо-де-Фон, Невшателе и окрестностях изготовляются Ч. карманные и частью стенные, с резными украшениями. Производство основано на крайнем разделении труда: живущие по деревням кустари изготовляют каждый свою часть, которые скупаются "фабрикантами", собирающими их и выверяющими. В городах часовые фабрики организованы подобным же способом: фабрикант устраивает помещение, приобретает двигатель и машины, и затем сдает отдельные мастерские в аренду мастерам. Такой мастер изготовляет лишь свою работу, напр., один нарезывает колеса и сдает их фабриканту по условленной цене, другой трибки, а третий только насаживает колеса на оси готовых трибок и т. д. Фабрикант под своим личным руководством только выверяет готовый товар. Подобная же система изготовления Ч. распространена в пограничной части Франции: центром считается Безансон. В Париже, Лондоне, Германии и Америке (центр г. Вальтгам) изготовление Ч. производится преимущественно фабричным способом. Дешевые деревянные стенные Ч. производятся кустарным способом в Баденском и Виртембергском Шварцвальде. Там же развилась в последнее время фабрикация дешевых "американских" Ч. Хорошие, пружинные столовые Ч. составляют специальность парижских часовщиков. Центр часового производства в Германии — Глясхютте в Саксонии, около Дрездена; там изготовляются регуляторы с маятником. Хронометры делаются в Париже, Лондоне, Гамбурге, также в Швейцарии. У нас дешевые и грубые стенные Ч. (так наз. "ходунцы" или "ёкальщики") изготовляются кустарями в деревне Шараповой, Звенигоровского у., Московской губ. Дешевые карманные Ч. идут из Варшавы: благодаря удобным таможенным условиям, туда ввозятся отдельные части Ч., их собирают дешево оплачиваемые подростки, из которых каждого наскоро учат свинчивать лишь одну определенную часть. При таких условиях хозяин получает около 20% прибыли и на Ч., продаваемых по самой низшей цене, а лучшие экземпляры дают ему и хороший барыш. Техника часового искусства обнимает такое множество фактов как научного, так и практического характера, что нам придется ограничиться лишь немногими основными вопросами, могущими дать возможность непосвященному заглянуть в тайники этого дела и получить возможность составить себе понятие о его трудностях и об особенностях главнейших его продуктов. Материалом для Ч. служит латунь или нейзильбер, для колес и основы всего механизма, "платинок" и "клобенов", между которыми вертятся их оси, сталь для шестерен — "трибок" и их цапф — "кончиков", а также для всех, пружин; золото и серебро употребляется только для наружной оболочки, так назыв. "корпуса", изготовляемого в настоящее время также из черненной стали и нейзильбера, для дешевых сортов. Латунь литая и даже вальцованная недостаточно плотна и упруга, ее надо проковывать на холоду, пока толщина уменьшится вдвое; тогда намазывают прокованный металл салом и нагревают до вспышки этого сала. После такого отжига, кованную латунь можно опиливать, не опасаясь коробления, вследствие одностороннего удаления уплотненного поверхностного слоя. При массовом производстве все латунные части сначала штампуют и затем уже отделывают при помощи специальных фрезеровальных машин, токарных станочков и др. приспособлений. Сталь для трибок специально для этой цели протягивается и поступает в торговлю в виде выпрямленных кусков проволоки звездчатого сечения, от 5 до 12 и более зубцов, под названием "трибшталь". Для приготовления трибок выбирают проволоку с нужным числом зубцов и требуемой толщины, так что остается удалить зубцы и обточить те части, которые должны быть цилиндрическими, и отделать самую оставшуюся шестерню. Часовщицкий токарный станок называется "дрештуль" и в последние годы принял конструкцию настоящего маленького токарного станка. Обыкновенный дрештуль состоит (фиг. 39) из подвижной бабки p и неподвижной р', в которых передвигаются и закрепляются винтами "шпицы" b и b'.

39. Дрештуль.

На. основном бруске, между бабками, передвигается и закрепляется в разных положениях подручник. Обтачиваемый предмет снабжается на концах своей геометрической оси вращения остриями или коническими углублениями "кернерами", и зажимается между соответственными концами шпицев. Чтобы заставить предмет вращаться, надевают на него "рольку", соответственного диаметра и конструкции, для струны смычка. В правую руку берут "штихель" (см.), как карандаш, опирают его на подручник и подставляют к обтачиваемому месту, пока левая рука ведет смычок сверху вниз и производит вращение "к себе". Во время обратного движения смычка, острие штихеля отодвигают. К дрештулю придумано множество приспособлений для облегчения разных работ: главное его назначение, это изготовление "кончиков трибок".

40. Трибка.

Фиг. 40 изображает часть такой трибки: за цилиндрическим кончиком с округленным концом следует небольшой уступ "анзац" и затем утолщение в виде двойного конуса, а потом уже сама трибка. Этот двойной конус удерживает масло у самого кончика и мешает ему расплыться по трибке. Выточив все это между шпицами, часовщик должен весьма тщательно отполировать и закруглить кончик. Для первой работы служит особый шпиц (фиг. 41); кончик лежит на его вырезке, винтик поднимают до его верхней стороны и затем, вращая трибку смычком, водят по кончику и закаленной шляпке винтика "полирфайле", напилок без насечки, но с матовою поверхностью, сошлифованной наждаком.

41-42. Шпиц для кончиков.

43. Знамя.

Для округления кончик вставляется в особый "шпиц" (фиг. 42) с кружком, снабженным рядом дырочек для конических утолщений трибок. Ясно, что второй шпиц должен быть эксцентрическим и приходится прямо против дырочек первого. Другое часто употребляющееся приспособление называется "знамя" (фиг. 43), оно вставляется своим круглым стержнем на место подручника и служит для просверливания дырок вдоль оси обтачиваемого предмета. Для этого его опирают одним концом на один из шпицев, а другим в соответственную дырку знамени; сверло заставляют действовать чрез эту дырку, нажимая на него вторым шпицем и вращая смычком чрез посредство рольки или сверло, или просверливаемую вещь. Таким приемом вставляют новые "кончики", если это бывает нужно при починках.

В настоящее время смычок все чаще и чаще заменяют ручным или ножным колесом, как у обыкновенного токарного станка.

44. Шпиц с ролькою.

45. Хомутик.

46. Универсальный дрештуль.

В таком случае ролька надевается на один из шпицев (фиг. 44) и снабжена штифтом, который можно вставить ближе или дальше от центра и закрепить одним из винтов. На предмет, укрепленный между шпицами, надевают "хомутик" (фиг. 45). Для обточки плоских предметов употребляется универсальный дрештуль (фиг. 46 представляет новую форму, фабрики Wolf, Jahn et С^о во Франкфурте-на-Майне); он изображен укрепленным на доске рабочего стола, под ним маховик, привинчиваемый к полу, а справа часовщицкие тиски: "шубстак". Часовщики очень часто предпочитают работать слева направо: для таких станков помещают неподвижную бабку справа, а не слева, как в обыкновенных. На продолжении оси трибок насаживают зубчатые колеса и закрепляют их, отгибая тонкий цилиндрический край, заранее заготовляемый на цилиндрическом утолщении, входящем в центральную дырку колеса. Правильность хода часов зависит от выбора числа и формы зубцов колес и трибок. Общий расчет здесь очень прост, зубцы нужны только для того, чтобы предотвратить скольжение соприкасающихся колес, которые имеют, поэтому, одинаковые скорости на своих "начальных" окружностях. Одного трения бывает для этого достаточно лишь в некоторых деликатных измерительных приборах, где передаваемое усилие ничтожно, и в другом крайнем случае, при очень значительных давлениях одного колеса на другое, как это иногда допускают на фабриках, чтобы избежать затраты на очень широкий и толстый ремень. Если же линейная скорость на окружностях одинакова, то числа оборотов будут обратно пропорциональны длинам окружностей сцепляющихся колес, или числам их зубцов, так как зубцы эти должны быть одинаковой ширины, чтобы свободно сцепляться. Отсюда известное правило: чтобы узнать число оборотов последней шестерни системы зубчатых колес, надо число оборотов первого колеса помножить на произведение числа зубцов всех колес и разделить на произведение числа зубцов всех шестерней. Такой расчет для часов называется их "учетом", схематический чертеж основных кругов их колес и шестерней — их "калибром", а число ударов маятника или баланса в час — их "талией". Так, например, когда среднее колесо часов, на оси которого сидит минутная стрелка, делает один оборот в час, а маятник секундный, т. е. его "талия" 3600, можно выбрать следующие числа зубцов: для среднего 96, для промежуточной трибки 12 и колеса 90, для трибки ходового колеса 12, а для него самого 30 зубцов. Так как маятник делает при обыкновенных "спусках" два размаха на каждый зубец, то ходовое колесо должно делать один оборот в минуту или 60 в час. Это число и получается по вышеприведенной формуле: (90×96)/(12×12) = 60.

Гораздо сложнее соображения, определяющие форму зубцов, допускающую плавное, безостановочное движение: дело в том, что если трибка в 5 зубцов должна сделать 5 полных оборотов, чтобы повернуть на целый оборот колесо в 25 зубцов, то из этого еще нельзя заключать, что это колесо повернется на 0,0125, когда трибка сделает четверть оборота. Отношения угловых перемещений в пределе "шага" одного зубца (т. е. части основной окружности, заключающей зубец и один промежуток, до следующего зубца), может сильно изменяться в зависимости от его формы. Это видно из фиг. 47, где зубцы для простоты сделаны прямолинейными: представим себе, что колесо А ведет меньшее колесо B справа до линии центров, прикосновение начинается между боковой поверхностью зубца колеса A и острым краем зубца колеса В.

47. Сцепление неправильное.

По мере приближения к линии центров эта точка скользит по зубцу и приближается к центру A, оставаясь на том же расстоянии от центра В. После прохождения через линию центров начнется обратное явление. При этом отношение угловых скоростей колес В и А не может оставаться постоянным, а сначала уменьшается, в момент прохождения чрез линию центров сразу возрастает, чтобы потом опять уменьшаться. Величина этих изменений возрастает с уменьшением отношения числа зубцов В к числу зубцов А; для крупных зубцов она больше, чем для мелких. При скольжении одного зубца по другому является трение, при сцеплении раньше линии центров оно может даже сделать движение невозможным: зубцы заклинятся (см. соотв. статью). Это происходит особенно легко, когда шестерня мала по сравнению с колесом, а зубцы крупны, тогда сцепление начинается далеко от центральной линии и тангенс "угла трения" между соприкасающимися поверхностями зубцов легко может превзойти их "коэффициент трения". В таком случае ведущее колесо станет увлекать ведомое, производя все больше и больше давление на оси, пока дальнейшее движение не станет невозможным. По другую сторону линии центров трение будет направлено в сторону, где зубцы расходятся, и заклинение произойти не может. Поэтому-то часовщики стараются дать зубцам такой большой "зазор", чтобы сцепление начиналось только с линии центров. Учение о форме зубцов зубчатых колес, обусловливающей полную равномерность передачи вращения, подробно разработано в механике (см. соотв. статью); задача оказалась неопределенною: для каждой заданной формы зубца одного колеса можно построить форму зубца другого колеса, удовлетворяющую поставленному выше условию; только формы эти часто получаются или неосуществимые, или слишком слабые и неудобные. В часовом деле колесо всегда ведет трибку, а эти последние делаются двух родов: или "крыльчатые" из трибшталя или "цевочные" из круглых проволочных шпеньков, забитых в деревянную или латунную оправу, еще употребляемые в дешевых деревянных "шварцвальдских стенных часах". Для этих цевочных трибок кривую для зубцов колеса найти нетрудно. Представим себе сначала трибку в виде кружка с центром в В (фиг. 48), а ее цевки точками: 1', 2', 3'..; дуга начального круга колеса пусть будет CD.

48. Схема цевочной трибки.

Когда трибка и колесо вертятся около своих неподвижных осей B и А так, что их начальные окружности катятся одна до другой, точки 1', 2', 3', 4' окружности трибки займут последовательно положения точки о' в те же мгновения, когда на место совпадавшей с нею точки о окружности колеса придут точки 1, 2, 3, 4. Если представим себе, что под трибкою, вместе с колесом, движется как одно целое бумажный сектор ABFG и станем отмечать на нем последовательные положения точки о', то общее место этих точек будет "эпициклоида", (см.), которую можно изобразить на неподвижном чертеже, перенося ее точки на сектор в его начальном положении, когда о и о' совпадают. Для этого 1' надо передвинуть на угол α в 1₁, 2' на 2 α в 2₁ и т. д. Зубец, вырезанный по этой кривой: 0' 1₁, 2₁, 3₁, 4₁... будет во все время в прикосновении с цевкой и передаст ей требуемое равномерное вращение. В действительности (фиг. 49), разрез цевки кружок, и формою зубца должна служить другая кривая, параллельная основной эпициклоиде.

49. Цевочная шестерня с колесом.

Из фиг. 15 нетрудно усмотреть, что пользоваться можно лишь малой частью кривой: в точке 4₁ такой зубец стал бы отталкивать цевку в обратную сторону, а несколько ближе к началу могло бы произойти заклинение от трения.

Для крыльчатых трибок форму зубцов определяют, пользуясь одним частным случаем: оказалось, что точка окружности круга, катящегося по внутренней стороне круга двойного радиуса, двигается по радиусу этого круга, что "гипоциклоида" при этих условиях будет радиусом круга. Этой геометрической теоремой пользуются следующим образом (фиг. 50): из центров А и В колеса и трибки проводят их основные круги, затем из точки С на половине радиуса о В описывают окружность этим радиусом; когда она станет катиться по основному кругу трибки, ее точка о будет двигаться по радиусу о В.

50. Схема крыльчатой трибки.

Когда же окружность эта покатится по начальной окружности колеса, точка о опишет эпициклоиду 0₁, 1₁, 3₁. — Но на самом деле требуется, чтобы трибка и колесо вращались около своих неподвижных центров В и А так, чтобы их начальные окружности катались одна по другой; из фигуры можно усмотреть, что при этом эпициклоида будет соприкасаться с радиусом о В в его последовательных положениях. Действительно, если вращается колесо, то когда точка о перейдет в 1", то точка 1₁ совпадает с 1" и т. д. Так как в Ч. колесо ведет трибку, то действительное прикосновение происходит лишь между округлою частью зубцов колеса, выдающеюся за начальную окружность и радиальною поверхностью зубцов трибки, расположенною внутри ее начальной окружности. Выдающиеся за начальную окружность концы зубцов трибки обыкновенно округляют приблизительно, а края промежутков зубцов колеса делают прямолинейными и параллельными между собою; формы эти для правильности хода несущественны, так как эти поверхности не приходят во взаимное прикосновение. Зубцы нарезывают на особых делительных машинах при помощи фрезера (иначе: фреза, шарошка; см.) или вращающегося режущего зубца. Фиг. 51 изображает такую машинку новейшей конструкции Вольф, Янн и К^o.

51. Зуборезная машинка.

Внизу вертикального вала машинки виден большой горизонтальный делительный круг, снабженный многими концентрическими рядами равноотстоящих дырочек; острие указателя вставляется последовательно в дырочки выбранного ряда, и этим закрепляет круг в положении, нужном для прорезывания каждого зубца колеса, укрепляемого на верхнем конце вала. Для этого в его отверстие вставляют ту из цилиндрических оправок (изображенных лежащими впереди машинки), которая плотно входит в центральную дырку заготовленного колеса, прикрывают соответственным колпачком и крепко прижимают верхним винтом. Фрезер надевается на левый конец горизонтального вала передвижного суппорта, винтами устанавливается на месте, приводится в быстрое вращение при помощи шнура, проходящего чрез рольку на его правом конце, и плавно продвигается сверху вниз при помощи ручки. Для массового производства существуют автоматические зуборезные машинки. Колеса покрупнее нарезывают сразу, зубом или фрезою соответственного профиля; для колес карманных Ч., в Англии поступают так же, а швейцарские часовщики предпочитают нарезать сначала прямые зубцы, а потом "вальцовать" их концы на особой "вальцовальной" машинке (фиг. 52).

52. Вальцовальная машинка

В ней подготовленное колесо, часто уже укрепленное на своей трибке, помещается между центрами как на токарном станке (справа на фиг. 52). Вельцовальная фреза укреплена на горизонтальном валу, снабженном ролькою для шнура слева; салазки с винтами и указатели позволяют устанавливать машинку для колес разного диаметра. Сама вельцовальная фреза F (фиг. 53) отличается тем, что около трети ее окружности от а до b вырезана и заменена стальной пружиной, согнутой по винтовой линии; винты f и g позволяют установить ее концы так, что, пройдя один зубец, фреза сама поворачивает колесо и переходит на следующий.

53. Вальцовальная фреза.

Зубцы часовых колес так малы, что правильную форму приходится придавать им на глаз, и довольствоваться тем, что Ч. не останавливаются. Ученый женевский часовщик А. Филипп исследовал на опыте степень правильности передачи движения колесами обыкновенных Ч., снабдив испытуемые трибки и колесо длинными стрелками и циферблатами; когда колесо проходило угол в 1°, восьмизубчатая трибка поворачивалась на углы от 8 до 10° и больше. С тем же колесом трибки в 12 зубцов давали разности раза в четыре меньшие. Для уменьшения этих неправильностей невшательский часовщик Ингольд придумал особую фрезу, имеющую вид трибки, покрытой насечкою как напилок на всей своей работающей поверхности. Такая фреза, будучи пущена в ход с колесом, станет больше стирать все слишком выдающиеся части и исправлять форму зубцов. Чтобы исправлять также могущее встретиться неравенство зубцов между собою, Ингольд делает свою фрезу-трибку значительно большего диаметра, чтобы она захватывала не менее трех зубцов, придавая ее зубцам форму, строго согласную с указанием теории. Крылья трибок не всегда обрабатывают на делительной машине: так как округления концов не приходят в соприкосновение с колесом, то их округляют от руки, а радиальные поверхности отделывают клинообразными напилками, которых сечение соответствует их форме и размерам промежутков между крыльями. Двигателем Ч. служит груз или пружина, груз дает равномерное усилие, а пружина действует сильнее, когда заведена. В старину, когда длинную часовую пружину было трудно приготовить, движение с окружности заключающего ее барабана передавали первому колесу при посредстве улитки и цепочки: когда пружина вполне заведена, цепочка должна была сходить с вершины улитки, где диаметр самый малый, а по мере развертывания пружины приходили в действие более широкие части улитки, и ослабевшая сила действовала на большее плечо. Теперь пружины приготовляются заводским путем и стоят дешево, а вместо архаического "людраконта" стали употреблять изохронические спуски, так что ход Ч. почти не зависит от движущей силы, если она еще достаточна для поддержания движения; поэтому улитки не употребляются, а берут достаточно длинную пружину и заставляют действовать лишь в средней части. Для этого служит "штеллунг" (фиг. 26): на конце заводного валика, обращенном к циферблату, насажен на квадрате x палец, сцепляющийся с "андреевским крестом" m, укрепленным на основании барабана; из чертежа ясно, что валик с пальцем может сделать лишь столько оборотов, сколько прямых вырезок в кресте. В хороших Ч. пружину натягивают как можно меньше, чтобы избежать лишнего стирания действующих частей; работу пружины карманных Ч. оценивают всего в 0,001 килограммометра в час; один из секретов успешного действия дешевых "американских" Ч. заключается в сильной пружине, обусловливающей надежный, хотя и не очень правильный ход. Когда Ч. заводят, поворачивается заводной валик, но через посредство самой пружины, прикрепленной другим своим концом к внутренней стороне барабана и его зубцов, он по-прежнему продолжает передавать движение всему механизму: Ч. во время завода не останавливаются. Но в Ч. с гирею во время завода направление силы меняется, если шнурок непосредственно намотан на барабан. Чтобы Ч. не останавливались, необходимо особое приспособление: "двойной гешпер" (фиг. 54).

54. Двойной гешпер.

Шнур гири навивается на барабан B, связанный с храповым колесом А, собачка которого R укреплена на втором храповом колесе В, вращающемся свободно около оси барабана, так же как и колесо G. Собачка же vT, укрепленная в Т к "платине" Ч., не позволяет ему вращаться слева направо. Колесо В связано с G пружиною ss'. Спускаясь, гиря станет поворачивать А и В справа налево, пока пружина ss' не согнется достаточно, чтобы начать поворачивать G и весь механизм Ч.; собачка v этому движению мешать не будет. Когда же Ч. заводят, вращая В слева направо, В останется неподвижным, а пружина ss' будет продолжать давить на G и поддерживать ход Ч. в течение короткого времени завода. Некоторые "американские" Ч. для дешевизны делают без барабана: наружный конец пружины закрепляется неподвижно, а внутренний скреплен с первым колесом через посредство храпового колеса. В таком случае при заводе Ч. не только останавливаются, но трение в гешпере может даже заставлять их стрелки перескакивать назад. Правильность хода Ч. обусловливается, главным образом, их "спуском", или "ходом", — механизмом, связывающим развертывание пружины или спуск гири с движениями регулятора; обыкновенно регулятором избирают маятник или баланс со спиральной пружинкою, и в обыкновенных Ч. употребляют только разные виды "возвратного" или "покоящегося" спуска, оставляя "свободные" спуски для хронометров и астрономических регуляторов. До сих пор еще не придумано такого "свободного хода", который был бы принудительно связан с часовым механизмом и не мог сделать неправильного движения под влиянием постороннего толчка или движения самих Ч., столь часто повторяющихся на самом деле. Маятник представляет очень хороший регулятор для неподвижных Ч., для обыкновенных стенных и столовых Ч. предпочитают "возвратный" ход, при котором при всяком колебании маятника стрелки и колеса не только останавливаются, но даже немного движутся назад. Этим обусловливается более легкий ход; если от неправильности формы зубцов или от изнашивания произойдет "заклинение" пары зубцов, то при обратном их движении оно часто исчезнет и Ч. не остановятся. Но для очень тщательно исполненных Ч. покоящийся спуск предпочитают, так как он дает более правильное движение. Возвратный спуск (фиг. 55) состоит из "ходового" колеса A, с острыми, наклонными зубцами, и "гакена" B, составляющего одно целое с вилкою, захватывающею стержень маятника, подвешенного на гибкой пружине.

55. Возвратный спуск.

Если маятник секундный, ходовое колесо должно иметь 30 зубцов, так как каждый зубец производит две остановки. Обыкновенно гакен захватывает 6,5 зубцов, и маятнику находят удобным давать угол размаха bBd в 6°, по 3° в каждую сторону. Чтобы построить размеры гакена, откладывают сначала угол аАа в 78°, равный 6,5 зубцам, затем из центра В проводят обе касательные В к начальной окружности ходового колоса и прямые dB, образующие с ними углы в 6°. Для толщины зуба гакена на начальной окружности надо положить 4,5°, потому что зубец должен спуститься на половину шага, т. е. на 6°, а 1,5° надо оставить для свободного спадания колеса: этот угол в 4,5° располагают симметрично по обе стороны линии Аа, и проводят из В окружности о и р. Прямые k и h, определяющие наклон зубов гакена, проходят через пересечения окружностей p и о с прямыми bB и dB; k и h будут касательны к одной и той же окружности С. Задние поверхности зубов гакена не участвуют в действии спуска, их делают немного наклонными назад. Когда колесо движется по направлению стрелки, его зубец скользит по поверхности левого зуба гакена и отклоняет его кверху (а вилку и маятник влево), пока не соскользнет вовсе. Тогда правый зуб гакена будет уже внутри начальной окружности, и ближайший зубец ходового колеса об него ударится. Но маятник в этот момент еще идет влево с приобретенной скоростью, поэтому зубец этот, а за ним все ходовое колесо и все другие с ним сцепляющиеся подвинутся немного назад. Когда это движение остановится, на правом зубе гакена повторится тот же процесс, что и на левом. Построение покоящегося спуска, так назыв. "Грагамова якоря" (фиг. 56), основано на совершенно подобных же соображениях.

56. Покоящийся спуск.

Здесь зубцы ходового колеса наклонены вперед на 12° и, опираясь на поверхность зуба, концентрическую с осью вращения якоря, пока маятник продолжает свое движение, удерживают весь механизм Ч. в покое; когда же маятник пойдет назад, конец зубца скоро попадает на наклонную фацетку зуба и он получает толчок. Зубы гакена изображены переставными, для лучшей регулировки иногда их делают из твердого камня; подъем делается лишь в 1,5°. От этого сопротивление воздуха движению маятника уменьшается, но зато он легче останавливается от случайных внешних влияний. Ось гакена или якоря делают обыкновенно переставной, так что можно в небольших пределах изменять ее расстояние от оси ходового колеса; таким передвижением можно уравнять спадение зубцов на том и другом зубе гакена, о чем судят по звуку. Маятник регулирует ход Ч., превращая движение их колес в периодически равномерное, с периодом, зависящим от размеров этого маятника, но не от величины его размаха, изменяющейся от силы толчков, получаемых гакеном от зубцов ходового колеса. В механике выводят, что для достижения этого результата во всяких случаях сила, возвращающая маятник в его положение равновесия, должна быть пропорциональною углу, на который он в это мгновение отклонен. — Для карманных Ч. приходится брать вместо маятника "баланс", снабженный достаточно длинной спиральной пружинкою, так назыв. "волоском" (фиг. 57), и совершающий попеременно вращения вправо и влево вокруг своей оси.

57. Баланс и рюккер.

Такая спираль тоже развивает упругую силу, пропорциональную углу поворота, ее закручивающего, и дает поэтому изохронные колебания, но только приблизительно. Для достижения большей степени изохронизма Бреге, а потом Филипп стали придавать особую форму концу волоска, укрепляемому неподвижно. Форму эту Филипп определяет вычислением, но на практике его усовершенствования остались без применения: на изохронизм влияет и трение на спуске, зависящее от степени густоты смазочного масла, и сопротивление воздуха — все это не принято во внимание при вычислении, но изменяет заметно само явление. Поэтому довольствуются устройством, подобным фиг. 57 (слева изображен вид сверху, а справа, снизу, лишь средние части). Баланс аа насажен на вертикальный валик спуска, несущий и шайбочку, в которой заклинен внутренний конец волоска b. Наружный его конец заклинен в особом придатке о и проходит между штифтами т "рюккера" gm, поворачивающегося около кнопки е,е, придерживаемой винтами s,s. Когда конец т переставляется по дуге FS, точка прикосновения штифтов т к волоску перемещается в обратную сторону и изменяет длину его свободной части. Укорачивание свободной части увеличивает упругую силу волоска и уменьшает время колебания, и обратно. На дуге рюккера направления движения для ускорения или замедления хода обозначают или буквами F (Fast) и S (Slow), или A (avance) и R (retard). В обыкновенных карманных Ч. употребительны спуски "цилиндровый" и "анкерный". Первый из них (фиг. 58) по принципу тожествен с грагамовским якорем, но там стараются сделать "дугу покоя" как можно короче, а здесь ей необходимо придать больше 40° длины.

58. Цилиндровый спуск.

Спусковое колесо А снабжено 15 зубцами b особой формы: 1 — "площадка", 2 — "наклонная плоскость", 3 (В) — "столбик", 4 — "основание", 5 — "кончик" и 6 — "пятка зубцов". Самый цилиндр, составляющий валик баланса, состоит из двух "тампонов" А, f, с кончиками b; af и Ас плотно забиваются в трубку 1d, на n надевают баланс, а на т шайбочку для внутреннего конца волоска. В самом цилиндре: 2 — "большая губа, 3 — "малая губа", е — прорез. На высоте зубцов приходится часть 2 — 3, изображенная в а. Действие цилиндрового спуска можно понять из фиг. 59: пока кончик а упирается в цилиндрическую часть трубки, баланс проходит свободно большую или меньшую дугу, смотря по силе полученного им толчка; при обратном движении кончик а соскользнет с губы b, и наклонная плоскость сообщит новый толчок балансу, продолжая опираться во все время его движения о внутреннюю поверхность трубки в е, пока не соскользнет на губе а.

59. Действие спуска.

Подъем на каждом зубце делают около 40°, а дугу цилиндра между обеими губами около 196°. Цилиндровый ход пригоден для дешевых Ч., он дает удовлетворительные результаты и при довольно несовершенном исполнении, но большое трение кончиков по цилиндру, зависящее от густоты масла, заставляет Ч. мало-помалу отставать и требовать часто чистки. Анкерный спуск (фиг. 60) требует более тщательного исполнения, но оставляет баланс свободным большую часть пути, и поэтому допускает более правильный ход Ч.

60-61. Анкерный спуск.

Самый гакен Babcda₁b₁с₁ очень близок по форме к якорю Грахама, а ходовое колесо А бывает и с острыми зубцами, но обыкновенно снабжается зубцами более сложной формы eil, чтобы фацетки il, скользя по наклонным плоскостям якоря, меньше стирались. Только здесь дуги ab и a₁b₁ не вполне концентричны с B, а наклонены так, что а немного ближе к В, чем b, тогда как a₁ дальше b₁. Благодаря этому, когда якорь отклонен до своих крайних положений, давление ходового колеса слегка удерживает его в этом положении. Одно целое с якорем составляет вилка Всоо₁, она свободно охватывает "эллипс" h, вделанный в рольку Е, насаженную на валике баланса. Положим, что ходовое колесо движется по стрелке р, а эллипс с балансом только что начинают движение в направлении стрелки р₁ от своего положения равновесия h. От толчка конец o₁ вилки перейдет в x, a h проскользнет мимо и станет двигаться дальше совершенно свободно, пока живая сила толчка, полученного от скольжения i¹l¹ по b₁c₁, не истратится на завивание волоска. Тогда начнется обратное движение, h проскользнет мимо х₁, ударится об о, и на другом конце повторится то же самое. Но при таком схематическом устройстве анкерного спуска могут произойти и другие движения: от постороннего толчка вилка может передвинуться назад раньше времени, несмотря на упорные штифты s,s', тогда эллипс ударится не там, где следует, и Ч. остановятся. Поэтому теперь валик баланса снабжают второю ролькою b, а вилку ее особым зубом d (фиг. 61), который проходит в вырезе ее, но затем может только опереться на кружок b, так же как и концы вилки е.

62—63. Мыски для оправы камней

Фацетки якоря и эллипс делаются в лучших Ч. из рубинов. Вообще, в Ч. делают из твердых камней только те части, которые подвержены взаимному трению с частями из стали при малых давлениях и больших скоростях: было бы бесполезно заставлять вертеться на камнях оси пружинных барабанов, камни эти легко лопались бы. Сами "камни" не представляют большой ценности по своей малой величине. Их обрабатывают общими приемами гранильного мастерства (см. соотв. статью); только для просверливания дырочек употребляется специальная машина, требующая особливо тщательного исполнения. Это подобие токарного станка, вместе со шпинделем которого чрезвычайно быстро вертится стальная шпилька, диаметра, соответствующего высверливаемой дырке, "натравленная" алмазным порошком. Другая бабка станка поддерживает просверливаемый камень и сообщает ему периодически движение вдоль оси вращения, чтобы удалить стертые частицы, и правильнее распределяет алмазный порошок. Камни укрепляют на местах посредством "сертирования", загибания заранее приготовленных краев, при посредстве особых пружинящихся щипчиков с винтом подходящих размеров; подобный же инструмент служит для обратной работы отгибания краев, чтобы вынуть испорченный камень (фиг. 62, 63). От опытных и заботливых часовладельцев можно нередко услышать утверждение, что Ч. никогда не следует переставлять: годы идут они хорошо, а как раз переставил, так скоро придется переставлять еще и еще, и наконец нести Ч. к часовщику. Эти слова верно представляют картину того, что обыкновенно происходит с Ч.: после выверки, они, конечно, идут со всею возможною для них правильностью, затем масло понемногу сгущается от окисления на воздухе, сопротивление движению начинает возрастать, вследствие этого размах баланса или маятника уменьшается и ход изменяется, так как ни один спуск не обладает полным "изохронизмом". Тогда и наступает необходимость "переставлять" Ч., за которой скоро следует и необходимость поправки. Само же переставление стрелок вполне безопасно для механизма: стрелки и колеса, соединяющие их между собою, весь "цайгерверк" связан с валиком "минутного колеса" только трением, и лишь при очень небрежном исполнении может случиться, что Ч. будут идти, а стрелки стоять, вследствие истирания "минутной трубочки" от частой перестановки. Только в Ч. с боем нельзя переводить стрелки назад через то место циферблата, где штифт минутного колеса встречает подъемный рычаг, не допускающий движения в обратном направлении без поломки. Изохронизм Ч. зависит от совокупности очень многих причин, а не от одного изохронизма регулятора; так, цилиндровые Ч. постепенно отстают до полной остановки, от естественного сгущения масла, анкерные иногда отстают, иногда же идут вперед, смотря по длине волоска; обыкновенно происходит тоже замедление хода. Поэтому часовщики не жалеют употреблять для смазывания кончиков дорогое масло, выбранное и приготовленное специалистами самым тщательным образом. Обыкновенно берут зимою, при температуре близкой к 0, большую жестянку с самым лучшим неподдельным оливковым маслом, и собирают из нее то небольшое количество масла, которое еще осталось жидким. Другие предпочитают масло из мозга бычачьих костей или копыт, очищенное водою и вымораживанием. Помимо остановки от естественного сгущения масла, часовладелец может легко определить и даже устранить некоторые случайные причины остановки. Прежде всего надо взглянуть, не зацепила ли минутная стрелка за часовую: от толчка это случается и у довольно хорошо собранных Ч. Труднее заметить, не трется ли минутная стрелка о стекло; сначала, пока еще силы пружины много, Ч. от этого еще не останавливаются, но при увеличении сопротивлений от сгущения масла условия изменяются. Случается это часто после перемены разбитого стекла небрежным часовщиком. Открыв механизм, обыкновенно можно бывает заметить волоконца от платья и пылинки, приставшие к ходовому колесу и к разным местам спуска; устранение этих посторонних тел помощью мягкой, чистой кисточки или бородки пера, часто восстановляет ход часов. Пружина внутри барабана часто лопается совершенно неожиданно; если Ч., идущие правильно, сразу остановятся, не получив сильного толчка извне, причину надо искать в движущей пружине. Чтобы удостовериться, надо кончиком заостренной спички пошевелить среднее колесо Ч.: если оно шатается, пружина лопнула. Этого признака можно не заметить, если остановившиеся Ч. попробовали вполне завести, иногда вследствие трения и лопнувшая пружина немного заводится, и может даже поддерживать ход на короткое время. Случается также, что вследствие толчка волосок выскакивает из штифтиков рюккера и, производя неправильное давление, останавливает ход. Эту погрешность тоже удается иногда исправить самому при помощи тонко заостренной спички. Когда исправление этих погрешностей не помогает, часовладельцу остается лишь обратиться к часовщику, которому обыкновенно достаточно разобрать и вычистить Ч., чтобы восстановить их правильный ход. При разборке исследуют, не образовалось ли где помехи движению; вследствие истирания кончиков может возрасти трение и настолько увеличиться расстояние между осями колеса и трубки, что зубцы станут заклиниваться. Эти недостатки чаще всего приходится исправлять часовщику: вновь полировать кончики, "футеровать", т. е. заполнить и вновь просверлить дырки для них, когда они высверлены прямо в латуни, или исправлять "эйнгрифы" при помощи перестановки подвижных частей. При падении Ч. всего чаще ломаются или искривляются кончики оси баланса и лопаются его "камни". Повреждения внешней оболочки Ч., их "корпуса", исправляют особые "корпусные часовых дел мастера", потому что это требует особых приемов, более близких к искусству ювелира, чем к искусству часовщика. Выверка вновь собранных или вычищенных часов требует особых приемов. Сначала, чтобы удостовериться, что волоску придана надлежащая длина, колебания баланса непосредственно сравнивают с ходом секундного "регулятора", считая сколько колебаний приходится в минуту. Это можно сделать при выборе нового волоска, и не собирая еще Ч. вполне, а закрепив внутренний конец волоска на оси и придерживая наружный щипчиками в предполагаемом месте закрепления. Еще легче делать это сравнение, если есть другие Ч., делающие то же число качаний баланса в минуту (большинство карманных Ч. делает 300 ударов в 1'). Для дальнейшей выверки Ч. должны быть в том же положении, как они будут потом: висеть днем, если их носят, а ночью висеть или лежать, как часовладелец привык это делать, так как ход Ч. зависит от их положения. Когда Ч. лежат, кончики опираются на свои концы, а когда висят, они опираются боковой поверхностью, условия трения при этом изменяются. Если в лежачем положении Ч. отстают против висячего, приходится больше округлить концы, и обратно. Это очень копотливая работа, которую стараются избегать. Для выверки Ч. с компенсационным маятником устраивают особые ящики с термостатами. Выверка удается только при условии вполне прочного соединения всех частей компенсирующего механизма; малейшее шатание винтика может производить перемещения большие, чем разности расширений, и помешать всей работе. В настоящее время, когда каждый может попасть нечаянно в непосредственную близость к электромагнитам какой-либо динамо-машины, карманные Ч. легко могут намагнититься и сильно изменить свой ход. Стальной волосок и особенно стальная часть компенсационного баланса подвергаются действию сил магнитного поля неподвижных намагнитившихся стальных частей Ч., вследствие чего заметно изменяется время колебания. Размагнитить Ч. целиком довольно трудно, главным образом оттого, что их стальная пружина представляла два полюса лишь в момент намагничивания, а развернувшись или будучи заведена будет уже магнитом со многими, последовательными полюсами. Поэтому размагнитить целые Ч. намагничиванием в обратном направлении можно лишь в то время, когда они прошли по своему циферблату то же число часов и минут после завода, как и в момент своего намагничивания; иначе в ходовой пружине все будет оставаться неправильно распределенный магнетизм. Радикальное средство: переменить пружину, а другие магнитные стальные части сильно прогреть, закаленные — несколько раз до температуры, не превышающей их отпуска. Сильно уменьшить магнетизм можно так: повесить Ч. на веревочку, сильно закрутить ее и, поднеся Ч. к сильному магниту, дать им скоро завертеться и во время этого движения плавно вывести их из магнитного поля. Железный корпус Ч. модных "черных" Ч. служит магнитным экраном и уменьшает действие магнитного поля. Для электротехников делают теперь Ч. с регуляторами из немагнитных металлов: немагнитная и очень мало расширяющаяся от нагревания никелевая сталь начинает входить в употребление в часовом деле.

Из числа механизмов, тесно связанных с Ч., но по существу своему от них отличных, особенно часто применяются "часовой бой", "будильники" и "контрольные Ч. для ночных сторожей". Для отбивания часов, в общей оправе с Ч. помещают второй механизм с пружинным или струнным барабаном, приводящим в движение свою систему колес и трибок, из которых последняя, самая быстро вертящаяся, снабжена "ветрянкой", вызывающей сопротивление воздуха, быстро возрастающее со скоростью ее вращения, и служащей регулятором. Другое колесо снабжено боковыми "колками", поднимающими рычаг молотка и натягивающими при этом его пружину; при дальнейшем вращении колок выскальзывает из-под рычага, и пружина заставляет молоток удариться о колокольчик. Чтобы звук его был чистым, молоточек должен мгновенно отскочить; для этого его упругий стержень встречает препятствие своему движению, инерция молотка заставляет стержень немного изогнуться и только после этого изгиба совершается сам удар. Этот механизм так сообщают с Ч., что он остается большую часть времени "запертым" и приходит в движение лишь в те мгновения, когда минутная стрелка проходит через назначенные точки циферблата, обыкновенно через XII час. В столовых и стенных Ч. этого достигают следующим образом: параллельно осям колес, сбоку, через обе "платины" проходит особая ось с рычагом на каждом свободном конце. Конец переднего рычага проходит между платиной и колесом, насаженным на трубку минутной стрелки, колок, укрепленный на его задней поверхности, начинает поднимать конец этого рычага, когда стрелка перейдет IX и спускает его аккуратно против XII. Задний рычаг при положении покоя своим загнутым концом задерживает колок предпоследнего колеса боевого механизма, а при достаточном поднятии спускает его и освобождает движение. Но этого одного недостаточно, чтобы произвести удар в точно определенный момент и затем остановить механизм: нехитрых геометрических соображений достаточно, чтобы заметить, что штифт всего аккуратнее спустит рычаг в момент своего наивысшего положения, когда он лишь весьма медленно его поднимает. Поэтому против конца переднего рычага делают в платине "окошечко", через которое проходит вертикальная "лопаточка", с ним скрепленная. Когда рычаг достаточно поднят, обыкновенно за минут пять раньше, чем нужно произвести удар, лопаточка заднего рычага освобождает свой колок, Ч. "дают повестку", боевой механизм приходит в движение, но сейчас же колок последнего его колеса встречает лопаточку переднего рычага и движение останавливается с легким ударом. Только в момент прохождения стрелки через точку XII, рычаг падает и происходит первый удар. И этого еще недостаточно: надо последовательно получить 1, 2... до 12 ударов. Для этого служит "счетное колесо", так связанное с "боевым" колесом, что делает полный оборот в течение 78 ударов (78 = 1 + 2 + 3 +... + 12). На его окружности сделано 12 надрезов, с промежутками в 1, 2, 3...12 семидесяти восьмых окружности; боковой придаток заднего рычага может опускаться в эти прорезы и при этом положении запирать бой или оставлять его свободным, опираясь на круговую часть поверхности. Таким образом, Ч. сами считают свои удары. Если нужно отбивать и получасы, делают два колка на минутном колесе, а счетное делят на 90 ч., делая прорезы двойной ширины. Другое, более сложное устройство боевого механизма употреблялось в Ч. "с репетицией". Несравненно проще устройство "будильника", от которого требуется звон в назначенный заранее срок. Боевой механизм запирается в этом случае трубкою, на которой насажена часовая стрелка, пружина толкает ее вперед, но она может подвинуться и отпереть бой только в том положении, когда ее штифт придется против выреза другой концентрической трубки, скрепленной со стрелкой, которую можно поворачивать и установить на любое деление циферблата. Чтобы отпирание совершалось сразу, один край прореза параллелен оси, а другой отлогий, поэтому стрелку будильника можно переводить кругом только против часовой стрелки, иначе она увлечет за собою эту последнюю, проходя под нею. При переводе же часовых стрелок будильника назад, они потянут за собою стрелку будильника; лучше подвигать ее раньше, потому что такое усилие может вести к поломке. Переводить же часовые стрелки вперед можно безопасно. Ч. для контроля сторожей принадлежат к числу самозаписывающих приборов. Устройство их разнообразно: обыкновенно надо каждый день вкладывать особый бумажный кружок и передавать сторожу Ч. в запертой оправе. В местах, где он должен побывать в определенное время, помещаются на цепочках особые ключи со штемпелем на конце и бородкой, входящей лишь в одну определенную дырку оправы Ч. Если сторож вставил и прижал каждый ключ в свое время, то, открывая оправу, контролер увидит на кружке одно или несколько слов, отпечатанных совершенно прямо; если ключ был отпечатан раньше, чем нужно, буква будет стоять выше, чем нужно, и обратно.

Литература. Классическою книгою может еще считаться "Traité d'horlogerie moderne" С. Saunier, переведенная на нем. язык М. Grossmann и на англ. J. Tripplin и E. Rigg, также "Leitfaden für Uhrmacher-Lehrlinge", H. Sievert; первая содержит теорию, а вторая очень толковые практические и теоретические указания, нужные заурядному часовщику. Эта последняя книга существует в хорошем вольном переводе по-русски: "Полный курс часового мастерства", Ю. Гене (Тифлис, 1896). Подробное изучение часового мастерства И. Мюзера (М., 1900) содержит много дельных указаний. "Руководство к изучению часового мастерства", И. М. Гусева (Н. Новгород, 1870) содержит, главным образом, объяснения устройства и расчетов Ч., составленные мастером-самоучкою для своих коллег. Во всех трех русских книгах довольно подробно говорится об гальванопластических работах и электрических Ч.

В. Лермантов.

Смотреть больше слов в «Энциклопедическом словаре Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона»

ЧАСЫ

Синонимы слова "ЧАСЫ":

Смотреть что такое ЧАСЫ в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: