Как устроены часы


Как работают механические часы.

Часы стали уже обыденной вещью, являющиеся необходимой для каждого человека. А как работают механические часы знают очень немногие. В этой статье попробуем с этим разобраться.

Принцип работы механических часов

Двигатель

Любой механизм нуждается в источнике энергии, который будет приводить его в движение. В механических часах двигателем может являться поднятая гиря ( в часах с маятником), либо пружина ( в часах с балансом). Пружина выглядит как свернутая полоса стали.  Она располагается в специальном барабане , который снаружи имеет зубья. Барабан одет на вал и может вращаться независимо от него. Пружина же одним концом закреплена к барабану, а другим к валу. Если вращать этот вал, то есть заводить часы , пружина будет закручиваться, а раскручиваясь,  давать энергию всему механизму. Но если пружину завести  и отпустить, то она моментально раскрутится. Нам же нужно, чтобы пружина раскручивалась в течении определенного периода. В этом нам поможет регулятор.

Регулятор ( баланс)

Представляет собой круглый обод с перекладиной посередине, в центр которой вставляется ось вращения. Внутри обода расположена, тонкая как волосок, скрученная пружина. Если обод крутануть в одну сторону, то пружина потянет его назад. Но обод не остановится на начальной точке, а провернется на такой же угол в противоположное направление, тем самым, опять создаст напряжение в пружине и провернется в обратном направлении. Регулятор вращается с определенной частотой, и используется для стабилизации хода часов. Но, так как, законы трения еще никто не отменял, регулятор через какое то время остановится. Поэтому переодически его нужно подталкивать с помощью энергии двигателя. Эту функцию выполняет спуск ( ход).

Анкерный спуск

Почти во всех современных часах используется анкерный спуск. Он выполняет две роли: передает энергию от двигателя к балансу , а также обеспечивает равномерное вращение механизма стрелок используя равномерную частоту вращения баланса.  Спуск состоит из анкерной вилки, имеющей специальную форму  и анкерное колесо с зубьями.

Анкерное колесо под действием заводной пружины вращается на один зуб, тем самым поворачивает вилку, которая противоположным концом толкает баланс и придает ему дополнительную «энергию от двигателя». Вилка одновременно со своим поворотом запирает анкерное колесо и пружина двигателя не может прокрутить его, а следовательно не может и сама раскрутиться.

Затем баланс, при движении в обратном направлении , толкает вилку, тем самым освобождает анкерное колесо и оно опять может проврнуться на один зуб, затем снова запрется вилкой.

 1 — анкерное колесо с трибом; 2 — анкерная вилка с двумя палетами; 3 — хвостовик с двумя рожками;

Конечно  в работе часов еще много нюансов , но это основной принцип работы механических часов. В следующей статье мы разберем достоинства и недостатки кварцевых и механических часов. Пишите комментарии на статью.

Посмотрите видео по теме:

Как устроены кварцевые часы?

Рассказываем об основных принципах работы кварцевого механизма в наручных часах

Изображение: multi-master.ru

Думается, всем более-менее понятно принципиальное устройство механических часов. Конечно, скорее менее, чем более, но основа ясна: источник энергии — пружина — воздействует на колесо баланса, частота колебаний последнего определяется спиралью, колебания передаются на узел спуска, а за ним следует передача, она же ангренаж — зубчатые колеса (шестеренки), приводящие в действие стрелки.

На самом деле все неимоверно сложно, но принцип именно таков. Главное, что все это можно увидеть глазами. И даже пощупать руками. Ну, хотя бы виртуально.

А вот кварцевые часы — как построены они? Там ведь не все можно увидеть и тем более пощупать. Однако если разобраться, то в них все проще. Итак, по порядку.

Схема работы простого кварцевого механизма (с секундной стрелкой на отметке “6 часов”). Изображение: Encyclopedia Britannica Батарейка (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

Источник энергии — батарейка. Энергия не механическая, как в случае пружины, а электрическая. Тем не менее все равно энергия. Батарейка может быть “таблеткой”, а может, например, солнечной. Это лишь детали.

Генератор с кварцевым резонатором (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

Колебательная система — генератор с кварцевым резонатором, или сокращенно кварц.

Ток, вырабатываемый батарейкой, заставляет кристалл кварца колебаться (пьезоэлектрический эффект). Этот кристалл — аналог спирали — настраивают на определенную частоту колебаний, чаще всего 32 768 герцЭто примерно в десять тысяч раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных механических часах. С такой частотой выдает импульсы генератор — аналог баланса.

Микропроцессор / двоичный счетчик (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

32 768 — это 2 в 15-й степени, что важно, поскольку в схеме присутствует также простейший двоичный счетчик, он же делитель, на выходе из которого частота снижется до 1 герца — до секундного такта.

Шаговый электродвигатель (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

С этой частотой в 32 768 герц — раз в секунду — импульсы подаются на шаговый электродвигатель, который является аналогом спуска.

Зубчатые колеса и стрелки (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

Далее — система шестеренок и стрелки, это уже чистая механика. Или не стрелки, а опять электроника, обеспечивающая индикацию на цифровых дисплеях.

Как и механические часы, кварцевые могут надстраиваться различными функциями, причем их набор по естественным причинам практически безграничен.

Кварцевые часы по самой своей природе точнее механических. О стандартах точности хода можно прочитать здесь. И — также по понятным причинам — кварц значительно дешевле механики, особенно эксклюзивной.

Казалось бы, смерть ей… Однако человеческая и социальная психология решили вопрос в пользу мирного сосуществования обеих систем. Дай бы бог, чтобы так и во всех других сферах.

Механические часы

Фото 1 – башенные часы в г. Зиммере, Бельгия

Когда появились механические часы?

Фото 2 – старинные механические часы

Первое упоминание о механизме отсчета времени найдено в византийском манускрипте конца VI века. В Китае в VIII веке изобретали механические конструкции, повышающие точность хода часов. В Европе первые механические часы появились в IX веке во Франции.

Принцип работы механических часов

Фото 3 – Справа - устройства первых часовых механизмов с маятником. Слева – схема работы деревянного вала от энергии движущегося груза.

Часовые механизмы древности работали по принципу равномерного поворота деревянного вала, на который насажено зубчатое колесо и накручен канат с грузом. Канат опускался под тяжестью груза, зубцы колеса вала, сцепленные с передаточным колесом, приводили в движение стрелки циферблата.

Большие механические часы.

Фото 4 - старейшие башенные часы в Европе – Биг Бен находятся на башне Вестминстерского дворца в Лондоне.

Энергия движущегося вниз груза была основой первых башенных часов. Количество зубьев на колесах рассчитывали так, чтобы полный круг часового колеса отмерял один час времени. Необходимым условием работы механизма было непрерывное поднятие груза вверх после разматывания каната.

Фото 5 - башенные часы, установленные во дворце в Париже.

Так были устроены башенные часы королевского дворца в Париже в 1370 году. Конструкция часового мастера де Вита имела общую высоту более 10 м. Канат с гирей 200 кг равномерно опускался, отмеряя 24 часа.

Фото 6 – голландский физик Гюйгенс с конструкцией часового механизма.

Открытие закона постоянства колебания маятника ученым Галилео Галилеем в 16 веке пригодилось для совершенствования часового механизма. В 1657 году голландский физик Гюйгенс впервые применил маятник как регулятор точности часов. Ему удалось уменьшить погрешность часов до 10 сек.

Фото 7 - башенные часы на Староместской площади в Праге.

Фото 8 – фрагмент Староместских часов.

Башенные часы на Староместской площади в Праге действуют до настоящего времени. Шедевр чешских мастеров поражает театральным представлением каждого часа. Из двух окошек над циферблатом выезжают двенадцать апостолов. Вступают в действие фигуры Смерти и людей, наглядно показывая суетность бытия и роковую неизбежность жизненного конца. Бой часов заканчивается криком петуха и завершающим благословением фигуры Христа.

Фото 9 – часы конгресса Вашингтон.

Переход к наручным часам символа состоятельности владельца произошел в 1500 году.

Фото 10 - старинные немецкие карманные часы 1503 год.

В Германии изобрели пружинный маятник из закаленной стальной, гибкой ленты.

Фото 11 – часы «Катящийся шар», 1808 год. Английский мастер Уильям Конгрив вместо маятника применил шарик, катящийся по канавкам плоскости. Доходя до конца, шарик перевешивает платформу и движется в обратную сторону.

Результатом стало революционное изменение конструкций, широкий набор функциональных свойств часов.

Фото 12 – часы мастера Томаса Томпиона,1690 год.

Английский часовой мастер Томас Томпион по чертежам Роберта Гука изготовил часы нового поколения для короля Карла II.

Фото 13 – карманные часы.

XVII век принес новый виток совершенствования часового дела.

Прорывом в часовом деле в XVII веке стало применение спирального балансира. Это повысило точность хода часов, открыло возможность совмещения часовой, минутной, секундной стрелок на одном циферблате. Значительно уменьшились размеры механизма. Появились удобные в пользовании карманные часы.

Фото 14 – наручные часы – браслет. Австрия, 19 век.

Идея приспособить их к руке пришла мастеру Пьеру Жаку Дро в 1790 году. Он прикрепил корпус к кожаному ремешку, решив сразу две проблемы:

  • быстрого определения времени т.к. часы теперь находились в поле зрения;
  • оригинального дополнения к костюму владельца.

Фото 15 – часы мастера Луи Бреге по заказу королевы Неаполитанской. 1810 г.

В 1810 году часовой мастер Луи Бреге изготовил миниатюрные богато украшенные наручные часы для королевы Неаполитанской.

Наручные часы как украшение и чисто женская принадлежность появились в 1911 году.

Мужчины обратили внимание на этот аксессуар благодаря бразильскому воздухоплавателю Альберто Сантос-Дюмону.

Фото 16 – первые мужские наручные часы Картье серии «Santos».

В 1901 году Луи Картье создал для него модель «Santos». А признание и массовое «внедрение» в обиход джентльменов часы получили после Первой Мировой войны.

Механические часы – подарки

Механические часы быстро завоевали популярность среди европейских королевских домов.

Они стали желанными подношениями, предметом восхищения, завораживали миниатюрностью механизма, ошеломляющими функциональными возможностями, оригинальностью украшений.

Уникальные часы «Павлин» мастера Джеймса Кокса были куплены Потемкиным как подарок императрице Екатерины II.

Фото 17 - часы «Павлин» мастера Джеймса Кокса

Каждый час разыгрывался целый спектакль, который начинался с «пробуждения» совы. Она непрерывно двигала головой, лапками, вращала глазами под мелодичный звон колокольчиков. Царственный павлин наклонял головку и распускал хвост, символизирующий лучи солнца. Птица медленно поворачивалась вокруг оси. С этого ракурса серебряная поверхность перьев являла собой ночь. Церемония завершалась криком петуха.

Фото 18 – в прорези шляпки гриба поворачивался часовой диск с цифрами

А время отсчитывали цифры на прорези шляпки самого большого гриба. Вот такой сюрприз.

Каминные часы метр высотой метр были изготовлены в мастерской знаменитого ювелира Карла Фаберже, датируемые 1891 годом.

Фото 19 – каминные часы ювелира Карла Фаберже, 1891 год.

Этот потрясающий подарок от членов царской семьи был заказан к двадцатипятилетнему свадебному юбилею императора Александра III.

Карманные часы были подарены певцу Федору Шаляпину императором Николаем II.

Фото 20 - карманные часы – подарок императора Николая II.

Самые необычные в мире – часы русских умельцев.

Фото 21 – часы с деревянным механизмом умельцев из династии Бронниковых.

Фото 22

Вызывают восторг действующие абсолютно уникальные часы с деревянным механизмом русских умельцев из династии Бронниковых. Каждый элемент конструкции выполнен из разных пород древесины. Стрелочки, циферблат выточены из красного дерева или самшита, оси – из бамбука, корпус и шестеренки – из березы. Часы не имеют мировых аналогов.

Другие статьи по теме:

Основные принципы работы часов

12.10.2015

   

   Вопреки распространённому заблуждению механические наручные часы были изобретены не в античности и даже не в средневековье. Первые, украшенные жемчугом и бриллиантами, преподнёс Елизавете I в 1571 году её фаворит Роберт Дадли, граф Лестер. С тех пор изящная вещица стала восприниматься как исключительно женский аксессуар, а мужчины высказывались в том духе, что лучше наденут юбку, чем станут носить этот браслет. Даже в ХIХ столетии джентльмены предпочитали карманные часы. И только в англо-бурскую войну 1899–1902 годов, а особенно в Первую мировую сообразили, что в бою необходимо иметь хронометр под рукой, точнее на руке, – чтобы координировать передвижение полков и батальонов. Так называемые траншейные часы победили наконец многовековые гендерные предрассудки.

Так рождается «тик-так» 

   Несмотря на все усовершенствования, от гибких ремешков и светящихся стрелок до изобретения автоподзавода, встроенного вечного или лунного календаря, водонепроницаемости, ударопрочности и более экзотичных функций вроде компаса, глубино- и высотомера, термометра и курвиметра, барометра и тахиметра, конструктивно сам механизм изменился непринципиально. Источником энергии для него по-прежнему служит заведённая пружина (часы с балансом) или поднятая гиря (маятниковые).

   Пружина представляет собой свёрнутую спиралью стальную полосу, расположенную в зубчатом барабане. Один конец пружины прикреплён к барабану, другой – к валу, на который надет. Когда мы заводим часы, вал вращается, а пружина закручивается. Раскручиваясь, она будет придавать всему механизму энергию.

   Чтобы пружина не распрямлялась моментально, нужен регулятор, или баланс. Это круглый тяжёлый обод с несколькими перекладинами, насаженный на ось вращения. Внутри него находится тоненькая пружинка-волосок. Если обод повернуть, она оттянет его назад. Но баланс не остановится на прежнем месте, а провернется дальше, на такой же почти угол. Создавшееся в волоске напряжение вернёт его в начальную точку. Эти колебания передаются на стрелки и задают ход часов. Чтобы из-за трения регулятор не останавливался, его периодически подталкивают так называемым швейцарским анкерным спуском.

  Главными элементами этого механизма являются похожая формой на якорь анкерная вилка и анкерное колесо с зубцами. Заводная пружина заставляет колесо повернуться на один зуб, поворачивается при этом и вилка. Другим концом она бьёт волосок и запирает колесо. Двигаясь обратно, колесо толкает анкерную вилку; колесо освобождается и проворачивается ещё на один зубчик. Так обеспечивается равномерный ход механизма. Акустически он выражен в звуке «тик-так».

Кварцевый мини-компьютер

   Время изобретения кварцевых наручных часов известно точно: они появились в 1967 году в лаборатории Невшателя. Символично, что именно в этом швейцарском городе родился когда-то знаменитый мастер-часовщик Бреге, в честь которого назван брегет.

   Если в механических часах правильный ход времени задают маятник или баланс, то в электронных – колебания кварцевого кристалла, который создаёт электрический импульс. А микросхема конвертирует его в набор команд, управляющий работой жидкокристаллического экрана или моторчика, вращающего стрелки. Так что кварцевые часы бывают и с электронным табло, и с классическим циферблатом. Энергию часы и того и другого типа черпают не в пружинах или гирях, а в батарейке. По сути, это настоящий маленький компьютер.

   Электронный импульс куда стабильнее механического, поэтому и кварцевые часы гораздо точнее. Сколько бы человек ни достигал совершенства в улучшении механических измерителей времени, победа (плюс-минус 6 секунд в сутки; это рекорд, а норма – около полуминуты) далась ценой чрезвычайного удорожания изделия. Кварцевые же технологии позволили создать наручные часы, которые отстают или опаздывают от 0,3 до 15–20 секунд в месяц! Даже обычные бытовые модели нуждаются в проверке не чаще двух раз в год. И подводить не надо. Причём доступны по цене практически любому жителю планеты.

   Когда-то наручные часы воспринимали как драгоценное женское украшение. Сегодня мы тоже тоже относимся к ним как к показателю престижа (вполне, впрочем, мужского), а время смотрим в основном по мобильнику...

  Жаль. Продукция, например, Угличского часового завода настолько разнообразна, что способна удовлетворить потребности обладателей кошельков самой разной толщины. Выработанная десятилетиями привычка бросать взгляд на запястье, чтобы узнать время, никуда ведь не делась, правда?

   Что же касается споров, какие часы лучше, механические или кварцевые, – это дело вкуса и личных предпочтений. Предприятие удовлетворяет любые, и в весьма обширном ассортименте. Главное, что качество и тех и других отменное.


Смотрите также