Станислав Михаль - Часы. От гномона до атомных часов

Рис. 10.Двухрычажный спусковой механизм Шевалье де Бетуне

Лучшее решение спускового механизма напрашивалось в виде системы параллельных валов с плоским спусковым колесом, имеющим зубцы на своей торцовой поверхности. Важным шагом было создание группы храповых спусковых механизмов. Самый старый из них — двухрычажный храповой механизм, созданный Шевалье де Бетуном. Такой спусковой механизм, схема которого приведена на рис. 10, изготовлял примерно в 1727 г. для своих часов парижский часовой мастер Антуан Тиоу (1692-1767), автор часто упоминаемого сочинения «Трактат о хронометрии» (Traite d'horlogerie) от 1741 г. На валу правого рычага с винтом для задания взаимного положения палет здесь имеется вилка. Гиря на левом плече другого рычага удерживает внутренние плечи обоих рычагов в постоянном контакте. Двухрычажный спусковой механизм имел много конструктивных вариантов. Некоторые из них были довольно сложны и вносили в механизм нежелательные силы трения.

Другой парижский часовщик — Йоганн Баптист Дютертр (1715-1792) — изготовил аналогичный спусковой механизм с двумя маятниками, качающимися в противоположных направлениях. Каждый из них крепился на валу с одной палетой. Синхронизацию времени зацепления обеих палет на общем для них храповом колесе обеспечивали два зацепляющихся друг с другом зубчатых сегмента, насаженные на палетных валах.

Существенное упрощение спускового механизма дало изобретение «английского крюка» в 1666 г. Робертом Гуком, профессором геометрии и секретарем Королевской академии в Лондоне. Его идею детально разработал примерно на 10 лет позднее английский часовщик Вильям Клемент, работавший в Лондоне в 1670-1696 гг. В его мастерской была создана первая пригодная к использованию форма реверсивного анкерного спуска.

Анкерный спуск позволял введение более тяжелых маятников при меньшем расходе приводной энергии. Однако его главное достоинство заключалось в том, что он очень хорошо подходил к маятнику с малой амплитудой колебаний. В зависимости от числа зубьев спускового колеса, охваченных анкером, можно было по спусковому колесу оценивать продолжительность хода часов за одну заводку. У однодневных часов анкер охватывал обычно 4,5 зуба, а у восьмисуточных — 6,5 зуба и больше. Количество зубьев на анкерном колесе чаще всего было около 36.

Анкерные спуски с навесным анкером были предназначены для более тяжелых башенных маятников и крупных напольных часов с большим охватом анкера. Их длинные плечи давали большие усилия. Типичным примером анкерного спуска на его ранней стадии развития был английский анкерный спуск с отходом, приспособленный для среднего охвата зубьев спускового колеса.

Для дешевых народных часов немецкого происхождения, производившихся в конце XVIII и начале XIX в., большой популярностью пользовался шварцвальдский анкерный спуск с анкером, свернутым из стального листа. Наименование спуска произошло от немецкого слова «шварцвальд» (черный лес), области в Южной Германии, точнее, в южной части Гохшварцвальда, включающей Нойштадт, Вальдау, Урах, Ференбах, Триберг, Симонсвальд, Гютенбарх, Виллинген, Ст. Герген, Эльзах, Вальдкирх и прежде всего Фуртванген. Оттуда в начале XVIII в. начало распространяться производство «шварцвальдок» — деревянных часов с боем, первоначально со шпиндельным спуском и балансом, а затем и с анкерным шварцвальдским спусковым механизмом.

Привод грузом (гирей) был надежным и простым, однако он привязывал часовой механизм к одному месту, а этим сильно ограничивал возможности его более широкого использования. Развитие ремесел и торговли выдвинуло на передний план значение времени и ускорило изыскание новых средств для привода часов и для их превращения из неподвижного прибора в передвижные часы, способные указывать время в любом положении, в покое и в дороге.

Первые переносные механические часы изготовил, по всей вероятности около 1510 г., нюрнбергский слесарь Петр Генлейн (которого называли Геле, умер в 1541 г.), когда он заменил гирю плоской спиральной пружиной. Йоганн Коклеус (1479-1522) в учебнике, изданном в 1512 г. в Нюрнберге, написал о Петре Генлейне и его часах следующее: «Молодой мужчина, Петр Генлейн, конструирует приборы, которые удивляют самых талантливых математиков, так как он из куска железа производит хорологию со многими колесами. Такую хорологию можно носить в любом положении, поскольку она не имеет гири, и даже в кармане пиджака или в мешочке они ходят по 40 часов и бьют». Во Франции первым изготовителем местных портативных часов считали Жака де ля Гарде, работавшего в 1551-1565 гг. в Блуа. Самые старые его пружинные часы, изготовленные в 1561 г., хранятся теперь в Лувре. Успешные опыты с созданием комнатных, приводимых пружиной, часов имеют, однако, немного более давнее происхождение. Самыми старыми пружинными часами в истории мирового часового производства являются, по-видимому, бронзовые полуметровые настольные часы с готической двухбашенной кафедральной архитектурой и сложным механизмом боя, изготовленные около 1430 г. для бургундского герцога Филиппа Доброго. В настоящее время эти часы относятся к самым ценным экспонатам музея в Нюрнберге.

Пружинный привод часов, принцип которого был заимствован от механизмов движущихся фигур-автоматов XIII в., открыл путь к миниатюризации часов, которые до сих пор строились сперва в виде настольных, а затем в виде подвесных дорожных часов, а с середины XVI в. — и в виде малых карманных часов. Яйцеобразная поверхность их футляра украшалась художественными гравюрами и была гордостью южногерманских часовщиков. Эти часы вошли в историю хронометрии под названием «нюрнбергские яйца».

Эти переносные часы имели шпиндельный механизм с большим двуплечим билянцем. У некоторых немецких часов XVI в. маховик имел не круглую, а ложкообразную форму. Для управления ходом этих примитивных регуляторов тогдашние часовщики использовали упругие упоры из щетины. Изменением расстояния между упорами меняли размах колебания маховика, а этим и его частоту. Чешский часовщик Якуб Цех, работавший в Праге в первой половине XVI в., изготовлял цилиндрические настольные часы с круглым балансом.

Как и в маятниковых часах, шпиндельный спуск и здесь не способствовал получению большой точности. Если у маятниковых часов изохронность колебании была обусловлена малыми амплитудами маятника, то у балансового осциллятора дело обстояло наоборот. Это понял впервые лишь в XVII в. автор первых маятниковых часов Гюйгенс, который одновременно занимался и проблемами регуляторов портативных часов. Стремясь увеличить амплитуду балансов, он вложил сначала между спуском и балансом зубчатую передачу, но колебания баланса были медленными и, кроме того, они передавали на баланс все погрешности и изменения ведущей силы часовой пружины. Вторая идея, с которой выступил Гюйгенс около 1674 г., была более удачной и даже успешной и до сих пор используется в практике часового производства. К прежнему маховику он присоединил спиральную пружину-волосок, которая действовала при отклонении баланса от нейтрального положения. Таким образом возник первый действительно балансовый осциллятор со свойствами, подобными свойствам маятника, но с той разницей, что для маятника требовалась малая, а для баланса, наоборот, большая амплитуда [12] Основной смысл балансовых осцилляторов состоит в том, что они могут работать в отличие от маятников в любом положении. (Прим. науч. ред.) . Гюйгенс не был единственным, который в то время занимался изучением балансовых осцилляторов. Наряду с Робертом Гуком хороших успехов достиг в этом отношении и француз д'Готефей, экспериментировавший с прямыми пружинами.