цапфа в часах что это
Что такое «камни» и для чего они нужны в часах?
Любой специалист на вопрос, зачем нужны в часах камни, не задумываясь ответит: “Для стабилизации трения и понижения степени износа контактирующих поверхностей механизма”. Именно так обозначена функция камней в стандарте NIHS 94-10, принятом в 1965 году швейцарской организацией NIHS (Normes de l’industrie Horloge Suisse). Попробуем разобраться, что это означает.
Цапфы, которыми оси контактируют с платиной и мостами механизма, делают как можно тоньше, чтобы уменьшить трение в опорах осей и расход энергии пружины на его преодоление. В любом механизме для стабилизации трения вращающейся осью и неподвижным каркасом (платиной) устанавливают подшипник.
Так вот, часовые камни обычно и используют как подшипники или подпятники для цапф осей. На самом деле, нельзя сказать, что камни применяются для уменьшения трения в опорах осей. И в принципе коэффициент трения в паре закаленная сталь – рубин (алмаз) примерно равен коэффициенту трения закаленной стали в паре с латунью. Зачем же тогда использовать драгоценности в роли подшипников?
Как уже было сказано выше, цапфы осей наручных и карманных часов имеют очень малый диаметр – 100 микрон. А известно, что сила давления прямо зависит от площади контактирующих поверхностей. Таким образом, часовые камни призваны не столько уменьшать трение, сколько увеличивать долговечность опор осей в часах. Кроме того, камни не коррозируют, а отшлифовав камень, можно получить совершенную и долговременную чистую поверхность.
Первые часы с драгоценными камнями в механизме были выпущены в 1704 году. Но идея использовать их в столь необычном качестве принадлежала великому английскому часовщику Джорджу Грэму (George Graham 1673-1751), прославившемуся изобретением в 1713 году механизма свободного анкерного спуска, который наиболее распространен и в наше время. За свою жизнь Грэм создал более 3000 карманных часов, и во всех из них, начиная с 1725 года оси, палеты и импульсный ролик сделаны из рубина.
Где служат камни
Раз уж мы разобрались, для чего именно нужны камни, давайте посмотрим, какую форму они должны иметь, виды камней и где именно в часах они несут свою службу.
Часовые камни могут быть следующих видов:
сквозные
накладные
палеты
импульсные
Накладные камни призваны уменьшать трение на торцевых поверхностях осей. Их устанавливают, как правило, на балансе и осях быстроходных колес. В кварцевых часах подпятники иногда вообще не ставятся.
Иногда производители, из конструкторских соображений, убирают часть камней: ставят камень только на нижнюю опору центрального колеса, а в верхнюю запрессовать подшипник из латуни, руководствуясь тем, что на нее приходится меньше давления. В таком случае на часах будет честно написано: 16 камней. Ну а если часы имеют центральная секундную стрелку, необходимость в секундной оси отпадает и количество камней сокращается до 15. Естественно, что различные дополнительные устройства и циферблаты – календарные, секундомерные, автоподзавод могут увеличивать число камней.
В последнее время современные механизмах используют 21 камень: две пары камней стоят еще и на концах осей анкерного и третьего колеса ставятся накладные камни.
Правда встречаются и достаточно курьезные примеры. Например, американская фирма Waltham выпустила часы на. 100 камнях. 17 камней в них находились на своих законных местах, а остальные 83 были размещены по кругу ротора автоподзавода. При этом получилось, что дырочек на окружности просверлили 84, и одна из них так и осталась зиять пустотой – производители не захотели переваливать за круглую цифру. Ход ротора, увешенного камнями, был, конечно, более плавный, но этого эффекта можно было бы добиться за счет меньшего количества камней.
Или еще пример: часы швейцарского производителя, из скромности не указавшего свое имя, зато гордо разместившего на крышке маркировку «41 камень». Как видно на фотографии, 16 из этих камней вставлены в барабанное колесо, видимо, для того, чтобы оно не терлось о заводную пружину. Трение, конечно, снижено, но довольно расточительным способом. Хотя если эти часы люди покупали как раз из-за указанного на корпусе количества камней, назвать их совсем «нефункциональными» сложно.
А коэффициент трения стали оси о пластик или пластика о пластик очень невысок. Поэтому функционально в кварцевых часах камни нужны только в одном месте – опоре ротора шагового двигателя. Это единственная ось, находящаяся под напряжением. Так что маркировка на кварцевых часах “2 камня”, “1 камень” (если он помещен только под нижней цапфой) или даже “0 камней” (No jewels) совсем не означает, что вас в чем-то обделили. Не в камнях счастье.
Что такое часовые камни, зачем они нужны
Часовые камни как критерий качества часового механизма
Независимо от марки механических часов, будь то дорогостоящий «Oris» или обыкновенный «Полет», в любых наручных часах есть часовые камни.
Тем не менее, нельзя сказать, что сегодня часовые камни используются исключительно для уменьшения трения в часовом механизме. Ведь коэффициент трения между закаленной сталью и часовым камнем примерно равен коэффициенту трения латуни и стали. В чем же заключается целесообразность использования драгоценных камней в роли подшипников для часовых механизмов?
Дело в том, что диаметр цапф осей карманных и наручных часов очень маленький (около 100 микрон). Из школьного курса физики известно, что сила давления имеет прямую зависимость от площади, контактирующих поверхностей. Вследствие этого можно сделать закономерный вывод, что часовые камни используются не только для снижения трения, но и для сохранности осевых опор. Плюс камень не подвержен коррозии, а его шлифованная поверхность намного дольше сохраняет свои свойства, чем металл.
В зависимости от назначения часовых камней различают несколько их видов: накладные, палеты, импульсивные и сквозные.
Полусферическая поверхность накладных камней способствует снижению трения в опорах. Как правило, этот вид камней применяется в качестве подпятников.
Для передачи взаимодействия от баланса к анкерной вилке применяются импульсные камни. В разрезе они представляют собой неполный эллипс, выполнены в форме цилиндрического штифта.
В электронно-механических часах в зависимости от сложности механизма и наличия дополнительных устройств (календарей, отдельного секундомера и т. п.) применяется от 17 и более камней. Впрочем, некоторые производители, зная, что большая часть потребителей выбирает часы по количеству камней, нецелесообразно используют часовые камни в механизме (например, размещают их по кругу ротора автоподзавода и т. п.) только для того, чтобы написать на циферблате внушительное число. Неважно, насколько престижен бренд производителя, будь то Rado или Orient, количество камней в часах должно соответствовать количеству осей.
Цапфа в часах что это
Трояновский Василий Васильевич
Отечественная часовая промышленность, из года в год наращивая производственные мощности, выпускает все больше часов бытового назначения.
Население нашей страны имеет в своем распоряжении миллионы часов, различных по своему назначению и конструкции.
В процессе эксплуатации часов возникает необходимость их ремонта, периодической чистки и регулировки.
Развитие часовой промышленности требует более совершенной организации и техники ремонта часов.
В настоящее время строят специальные заводы по ремонту часов, крупные ремонтные базы, мастерские и т. п.
Создание ремонтных баз позволяет оснастить их современной техникой, организовать централизованное снабжение фурнитурой (запасными частями), ввести наиболее производительные методы ремонта, улучшить подготовку кадров часовых мастеров, занимающихся ремонтом.
Подготовка новых и повышение квалификации работающих часовых мастеров невозможна без соответствующей литературы.
В книге излагаются отдельные теоретические вопросы и даются практические указания, рассматриваются принципы устройства и работы различных часовых механизмов и их узлов; приведено описание отдельных операций ремонта часов, приборов и инструментов, применяемых при ремонте.
В отдельной главе изложены вопросы организации индивидуального и поточного методов ремонта.
Все замечания и предложения по данной книге, которые будут приняты автором с благодарностью, направлять по адресу:
Москва, И-164, Проспект Мира, 106, Машгиз.
БЫТОВЫЕ ПРИБОРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ
§ 1. Классификация бытовых приборов определения времени
Приборы определения времени, применяемые в быту и технике, отличаются большим разнообразием не только конструктивных форм, принципиальных схем построения, но и принципами действия. Разнообразие конструктивных форм, схем и принципов построения приборов определения времени объясняется различным их назначением и условиями, в которых этим приборам приходится работать.
В зависимости от привода применяемого в приборах времени, они подразделяются на следующие группы:
а) с механическим приводом, в которых основной движущей силой является пружина любой формы или гиря; завод пружины или поднятие гири производятся рукой;
б) с электромеханическим приводом, в которых основной движущей силой также являются пружина или гиря, которые периодически в строго установленные моменты времени с помощью автоматически действующих электромагнитных систем возвращаются в исходное рабочее положение;
в) с электрическим приводом, в которых применяются различные формы электромагнитов периодического действия или с постоянно вращающимися якорями.
К этим группам относится подавляющее большинство приборов определения времени. В них для отсчета времени используются колебания различной частоты.
В бытовых часах для отсчета времени используются колебания маятника или баланса частотой от 0,5 до 3 гц.
В секундомерах и многих специальных технических приборах отсчета времени частота колебаний баланса находится в пределах от 2,5 до 200 гц. В зависимости от назначения приборы определения времени подразделяются на следующие группы:
а) для показа текущего значения времени; к этой группе относится все часовые приборы вне зависимости от принципа их действия, в задачу которых входит отсчет и показание текущего значения времени в секундах, минутах и часах;
б) для отсчета заранее заданных промежутков времени; сюда относятся приборы, производящие отсчет различных отрезков времени, и многие технические приборы, применяемые для регулирования технологических процессов.
По типу колебательных систем, являющихся основой отсчета времени, приборы могут быть подразделены на следующие группы:
а) с маятниковой колебательной системой; к этой группе относятся все типы часовых приборов, имеющих маятник в качестве регулятора;
б) с балансовой колебательной системой; к этой группе относятся все типы наручных, карманных, настольных, настенных и других типов часовых приборов, в которых баланс является регулятором хода; особенностью этой группы часовых приборов является то, что колебательная система с регулятором может работать при любом положении прибора;
в) приборы с электромагнитной колебательной системой; к этой группе преимущественно относятся электрические часы, синхронные часы, (различные электрические хроноскопы, различные реле времени.
Особенностью этих приборов является высокая точность отсчета времени при самых различных отсчитываемых промежутках.
Приборы данной группы получают все большее распространение как в технике, так и в быту.
§ 2. Гармонические колебания
Время измеряется путем регистрации периодически повторяющихся действий элементов приборов времени.
В современных приборах времени такие периодически повторяющиеся действия совершаются специальными элементами, способными при определенных условиях производить гармонические колебательные движения.
Для того чтобы уяснить работу часов, необходимо проследить за работой этих элементов.
На фиг. 1 показан пружинный маятник, с помощью которого можно пояснить гармоническое колебательное движение.
Фиг. 1. Пружинный маятник
Верхний конец пружины жестко закреплен, а к нижнему подвешен груз А.
Под действием груза пружина получит некоторое растяжение.
Если груз, находящийся в состоянии покоя, толчком переместить в направлении вертикали, как указано штриховой стрелкой, то груз переместится на некоторое расстояние.
Величина перемещения груза будет зависеть от силы полученного толчка и сопротивления пружины. В нижней точке В эти две силы будут уравновешивать друг друга. Возврат груза происходит за счет упругой реакции пружины.
Сила реакции пружины может быть столь значительной, что груз не только будет возвращен в исходное положение, но и поднят выше. Груз, переместившись выше положения покоя, остановится в положении Б и под действием силы тяжести устремится опять вниз, вызвав при этом растяжение пружины, и вновь пройдет положение покоя и т. д. Под действием толчка возникает гармонический колебательный процесс перемещения груза на какой-то период времени. По мере прохождения времени путь перемещения груза будет уменьшаться и в конечном счете он займет положение, из которого был выведен толчком. Процесс затухания колебательного движения происходит в результате затраты энергии пружины на преодоление сопротивления воздуха перемещению груза и преодоление внутренней реакции самой пружины.
Затухание колебаний груза может и не произойти, если толчок или так называемый импульс силы, выводящий груз из состояния покоя, периодически будет повторяться. Если повторяющийся импульс силы по своей величине не будет превышать сил трения, противодействующих перемещению груза, то в этом случае груз будет колебаться, перемещаясь между двумя точками — верхней Б и нижней В.
Путь перемещения груза между этими точками, или размах, принято называть амплитудой колебания. Время, прошедшее от начала перемещения груза до его возврата в исходную точку, принято называть периодом колебания Т.
Перемещение между двумя крайними точками Б к В происходит за половину периода — Т/2.
Аналогичное явление можно наблюдать, если на одном конце нерастяжимой нити (фиг. 2) подвесить небольшой груз А, а второй конец закрепить неподвижной точке О. Нить под действием груза займет вертикальное положение. На нить будет действовать сила тяжести Р. Такое состояние подвешенного груза называют состоянием покоя. Отведя груз на некоторый угол от положения покоя и отпустив его, последний начнет колебаться.
Словарь часового дела
Коль скоро мы хотим знать чуть больше о предмете нашего увлечения, часах, необходимо оперировать базовыми определениями, встречающимися в часовой литературе. И если неискушенный читатель без труда может представить себе, что такое «корпус» или «прозрачная задняя крышка», то содержание внутренней начинки часов, часового механизма, может ввести в затруднение даже человека, понимающего, о чем идет речь. Но тем не менее, слабо представляющего, как же это все работает хотя бы в первом приближении. Итак, из чего состоит часовой механизм (разумеется, речь пойдет в первую очередь о механических часах) и каковы его основные компоненты.
Мост (англ. – Bridge, франц. – Pont) – деталь механизма, привинчивающаяся к платине и служащая опорой для крепления верхней цапфы оси зубчатого колеса (нескольких колес) или вала. Как правило, его название происходит от типа функции, для выполнения которой он задействован, например, мост спускового колеса, мост баланса, мост заводного барабана и т.п. Материалом для платин и мостов в большинстве случаев выступает латунь, но нередки случаи примененения нейзильбера и даже золота. Любопытно, что большие по площади мосты, занимающие значительную площадь механизма, получили название трехчетвертных платин.
Камень (англ. – Jewel; франц. – Rubis) – твердый синтетический материал, разновидность корундов. Незаменим в качестве опор для вращающихся элементов механизма, до минимума сводя трение между деталями. На заре часового дела для этих целей повсеместно использовались натуральные рубины, однако сейчас они полностью вытеснены искусственными камнями. При этом камни могут как вырезаться целиком из кристалла, так и прессоваться из порошка в более бюджетном варианте.
Важным компонентом для защиты осей баланса и избранных зубчатых колес от деформации в момент ударных нагрузок является система амортизации в виде пружин, расположенных поверх камней. Наиболее популярными на сегодняшний день являются системы Incabloc, KIF Parechoc и их аналоги.
Зубчатое колесо (англ. – Wheel, Toothed Wheel; франц. – Roue) – компонент круглой формы, который вращается вокруг своей оси и служит для передачи энергии. Зубчатое колесо оснащено определенным количеством зубьев, предназначенных для зацепления с трибом соседнего зубчатого колеса. В основной массе изготавливается из латуни.
Триб (англ. – Pinion; франц. – Pignon) – часовая деталь, часть колесной передачи. Состоит из оси, цапф, посадочного места под зубчатое колесо и зубьев («листьев») триба. Количество последних может колебаться от 6 до 14 единиц. Материал – закаленная нержавеющая сталь.
Цапфа оси (англ. – Pivot; франц. – Pivot) – окончание оси, расположенное в месте контакта с опорой (рубиновым камнем). Тщательно полируется с целью снижения трения между соприкасающимися поверхностями. Качественная полировка этого элемента является признаком высочайшего уровня финишной отделки механизма.
Колесная передача (англ. — Gear Train; франц. – Engrenage) – система взаимосвязанных между собой зубчатых колес и трибов, служащая для передачи потока энергии. Так, основная колесная передача осуществляет передачу энергии от заводного барабана через спусковой механизм и колебательную систему баланс-спираль. В простейшем случае она включает в себя заводной барабан, центральный триб, центральное колесо, третье колесо с трибом, четвертое колесо с трибом и триб спускового колеса.
Заводной барабан (англ. – Barrel; франц. – Barillet) – полый цилиндр с крышкой и расположенной внутри заводной пружиной, которая одним концом крепится к внешней части цилиндра, а вторым – к валу заводного барабана. Зубчатая часть устройства находится в зацеплении с первым трибом основной колесной передачи. Заводной барабан характеризуется очень медленным вращением вокруг своей оси (полный оборот от 1/9 до 1/6 часа).
Спусковой механизм (англ. – Escapement; франц. – Échappement) – механизм, расположенный между колебательной системой баланс-спираль и основной колесной передачей. В его задачи входит дискретизация непрерывного потока энергии на равные интервалы и ее передача на импульсный камень баланса. Подавляющий процент современных механизмов оснащен швейцарским анкерным спуском как наиболее неприхотливым и надежным. Он состоит из спускового (анкерного) колеса и анкерной вилки, которая входит с ним в зацепление посредством двух рубиновых паллет. Все большее число производителей считает своим долгом использовать кремниевые детали спуска вместо традиционных компонентов из закаленной стали.
Благодаря развитию материаловедения и современных технологий, нередко часовые марки экспериментируют с внедрением более совершенных одноимпульсных спусков, таких, как спуск Audemars Piguet или изометрический спуск Jaeger-LeCoultre. Их доля невысока, но они являются пусть и не дешевой, но весьма интересной альтернативой швейцарскому анкерному спуску.
Отдельных слов заслуживает коаксиальный спуск, изобретенный Джорджем Дэниэлсом и в настоящее время выведенный маркой Omega на промышленный уровень.
Баланс (англ. – Balance; франц. – Balancier) – движущаяся часть механизма, которая колеблется вокруг своей оси с определенной частотой, благодаря чему появляется возможность делить время на строго равные интервалы. Колебание баланса состоит из двух полуколебаний. Наиболее типичным значением частоты колебаний баланса в механизмах современных наручных часов выступают значения 18’000 пк/ч, 21’600 пк/ч, 28’800 пк/ч. Признаком высокого класса считается баланс из Глюсидура (Glucidur), сплава бериллиевой бронзы, однако нередко использование и других материалов – титана, золота, платино-иридиевого сплава.
Главной качественной характеристикой баланса, влияющей на изохронность (однородность) колебаний, является момент инерции, величина которого тесно связана с диаметром баланса и его массой. Тяжелый и крупный баланс – залог высокой точности механизма, однако в таком виде он наиболее сильно подвержен механическим воздействиям, поэтому поиск разумного компромисса между размерами баланса и высоким моментом инерции всегда является непростой задачей для инженера-конструктора.
Спираль баланса (англ. – Balance-Spring; франц. – Spiral) – второй неотъемлемый компонент колебательной системы баланс-спираль, «сердце» механических часов. Производится считанными фабриками, а точный секрет сплава держится за семью замками. Наибольшее распространение получил сплав Ниварокс (Nivarox), впрочем эксперименты с другими материалами, например, с кремнием, обретают в последнее время все большую популярность.
Важно отметить, что период колебания, а следовательно и точность хода механизма, можно отстроить как с помощью спирали (путем изменения ее эффективной длины), так и с помощью балансового колеса. В последнем случае речь идет о набравших популярность балансах с изменяемой инерцией (free-sprung balance), что осуществляется с помощью регулируемых винтов, расположенных на ободе балансового колеса.
Стрелочный механизм (англ. – Motion Works; франц. – Minuterie) – колесная передача, расположенная со стороны циферблата и ответственная за передачу движения от основной колесной системы на часовую и минутную стрелки. Состоит из триба минутной стрелки (Cannon Pinion), минутного (вексельного) колеса с трибом и часового колеса.
Механизм завода и перевода стрелок (англ. – Time-setting and Winding mechanism; франц. – Remontoir) – система взаимосвязанных компонентов, предназначенная для выполнения двух важных функций: установки времени посредством перевода стрелок и ручного завода пружины заводного барабана. Большинство деталей механизма предназначены для выполнения как той, так и другой функции.
При ручном заводе механизма вращение заводного вала (Winding stem) через заводной (Winding pinion) и скользящий (Sliding pinion) трибы передается на коронное колесо (Crown wheel), непосредственно связанное с храповым колесом (Ratchet wheel), расположенным на валу заводного барабана. Вращение вала затягивает заводную пружину, наделяя ее энергией, необходимой для работы часового механизма.
В случае перевода стрелок вытягивание заводного вала приводит к тому, что коромысло (Yoke) под действием установочного рычага (Setting lever) приводит скользящий триб в зацепление с промежуточным колесом (Intermediate wheel), которое, в свою очередь, взаимосвязано с минутным колесом стрелочного механизма.
Важно отметить, что помимо механизмов с ручным заводом существует отдельный и весьма обширный класс механизмов с заводом автоматическим. В этом случае пополнение энергией заводного барабана осуществляется посредством ротора автоподзавода и специализированной колесной передачи.
Ротор автоподзавода – полукруглый сегмент, вращающийся вокруг центральной оси механизма (в случае с центральным ротором). Как правило, сам ротор либо его периферийный груз выполнены из материала с большой плотностью (золото, платина и др.) для улучшения эффективности работы системы автоподзавода. Помимо центрального ротора существуют решения с микро-ротором, а также ряд разработок с периферийным ротором.
В заключение важно упомянуть, что наряду с определением «механизм» в часовом деле широко распространен термин Калибр (англ., франц. – Calibre), в настоящее время по сути являющийся синонимом механизма у часовщиков. Также следует отметить, что диаметр круглых по форме калибров очень часто указывают в линиях и обозначают символом тройного апострофа после числа (‘ ‘ ‘), например 11 ½ ‘ ‘ ‘ (11 c половиной линий). Для перевода в привычную метрическую систему измерений следует руководствоваться соотношением 1 линия = 2.2558 мм (зачастую значение округляется до 2.26 мм).