суббота, 26 мая 2018 г.

Баланс - не просто обод

Система баланс-спираль состоит из баланса с осью, спирали, колодки, колонки и устройства регулировки точности хода. Баланс должен двигаться по идеальной круговой траектории, все точки которой расположены в одной плоскости. Поэтому до сих пор встречаются балансы с регулировочными винтами на ободе, задача которых - установить баланс в оптимальное положение, "сбалансировать баланс". В отличие от компенсирующих винтов, регулировочные винты после их установки никогда больше не трогают.

Для того, чтобы достичь постоянства периода колебаний баланса и, следовательно, постоянства погрешности хода, необходимо минимизировать расширение и сжатие его обода при изменении температуры окружающей среды. Это достигается путем применения специального бериллиево-бронзового сплава, известного под названием глюсидур (glucydur).

Более ранняя (но менее эффективная) альтернатива такому решению - создание баланса с разрезным биметаллическим ободом. Внешний слой его делают из стали, а внутренний - из латуни. При изменении температуры обод изгибается, меняется его размер, а, следовательно, и момент инерции. Но различие коэффициентов теплового расширения стали и латуни заставляет обод деформироваться в обратную сторону и приводит к восстановлению исходного момента инерции. Таким образом, происходит автоматическая регулировка хода часов в зависимости от изменения температуры окружающей среды.


Недостатки такой конструкции - сложность, дороговизна изготовления и большее сопротивление воздуха. Кроме того, пара сталь-латунь хороша не во всех температурных диапазонах из-за нелинейности тепловых характеристик. 

Биметаллические балансы, которые начали применять в 40-х годах прошлого века, постепенно были вытеснены балансами из глюсидура. Этот тип баланса, популярный и сегодня, породил практически идеальный механизм регулировки хода часов. Комбинацию глюсидурового обода и спирали из железоникелевого сплава (ниварокса) можно встретить практически во всех механических часах высокого качества. 

Прогресс в технологии изготовления материалов сделал возможным (для балансов с малым периодом колебания из глюсидура) полный отказ от регулировочных винтов. Это, сделав баланс более обтекаемым, уменьшило сопротивление окружающего воздуха. Некоторые производители продолжают использовать балансы с регулировочными винтами, но такое решение вызвано лишь желанием придать балансу более впечатляющий внешний вид. 

Хочется, однако, заметить, что все вышесказанное относится к импортным часам. В нашей стране используются другие материалы. Так, обод изготовляют из латуни или нейзильбера. Трудно сказать, чем это вызвано, но, скорее всего, некоторой изолированностью СССР в период развития часового дела, а также наличием иностранных патентов, защищающих права на использование новых материалов.

Спираль неразрывно связана с балансом. Вместе они составляют колебательную систему и являются "сердцем" наручных часов. Спираль - это тонкая выровненная полоска металла, которую раньше изготавливали из стали или из бронзы, закрученная в форме спирали Архимеда.


Вопреки своему названию, волосок (спираль) на самом деле в три раза тоньше человеческого волоса. Но, несмотря на чрезвычайную тонкость и вес, который редко превышает 0,002 г, спираль может совладать с натяжением силой до 600 г. Часовщики часто используют выражение "дыхание спирали", чтобы описать ее пульсирующие циклы сжатия и расширения. Необычайно упругий волосок скручивается в тугую спираль и раскручивается более 200 миллионов раз в год.

Исследования, проведенные еще в 30-е годы, привели к появлению сплава железа, никеля и хрома с добавлением некоторого количества магния, кремния, титана и бериллия, получившего название "ниварокс" (по первым буквам немецких слов nicht variabel, oxidabel - "не меняется, не окисляется"). Подтверждая свое название, материал отличается рядом замечательных свойств. Он имеет чрезвычайно малый коэффициент температурного расширения и обладает антимагнитными свойствами. Спираль из ниварокса, способная автоматически компенсировать изменения температуры, впервые была предложена в 1933 году. В 40-е годы качественные биметаллические балансы со спиралями из ниварокса заполонили рынок. В наши дни эти спирали используются во всех высококачественных наручных часах. Все витки современного волоска баланса лежат в одной плоскости. Спирали бывают как с правой, так и с левой навивкой.

Точность механических часов сильно зависит не только от материала, но и от формы спирали. В прошлом использовались так называемые брегетированные спирали. Абрахам-Луи Бреге улучшил свойства спирали, изменив ее геометрию путем загиба наружного витка кверху на доли миллиметра надо всей спиралью. В этом случае колонка находится не в плоскости спирали, а над ней.


Свойства спирали определяют постоянство и равномерность движения баланса, а величина активного участка спирали и момент инерции обода баланса - период его колебания. Именно поэтому большинство часов оборудовано градусниками, поворачивая которые, можно менять активную длину спирали, т.е. ее жесткость. Удлинение приводит к замедлению хода часов, а укорачивание - к ускорению.

Еще одна важная деталь - подшипник баланса. Баланс имеет относительно большую массу и приобретает значительные положительные и отрицательные ускорения в моменты до и сразу после смены направления вращения. Чтобы справиться с этими силами, смягчить возможные внешние удары и сотрясения, а также уменьшить трение между цапфами оси баланса и их посадочными местами, часовые мастера были вынуждены разработать сложную двухподшипниковую систему. Сквозной камень баланса и накладной камень (подпятник) установлены с обоих концов оси баланса. Подпятник служит для ограничения вертикальных перемещений баланса, а также для обеспечения сохранности жидкой смазки. Хвостовик каждой цапфы отполирован и имеет форму полусферы, что помогает уменьшить трение. Внутри сквозного камня имеется специальное углубление - масленка, в которой удерживается часовое масло. Более того, отверстия для цапф, просверленные в сквозном камне до подпятника, имеют не цилиндрическую, а скругленную форму, так называемый "оливаж", чтобы обеспечить наименьшую возможную зону трения цапф.


Большинство современных механизмов оборудовано противоударным устройством с фиксирующей пружинкой, которая давит на накладной и сквозной камни в соответствующем чашеобразном подшипнике, установленном в платине. Эта пружинка может компенсировать удары и тем самым предохранять цапфы оси баланса от выскакивания из подшипника или даже от их поломки.

Точность часов в наибольшей степени зависит от конструкции баланса. В типичных механизмах баланс колеблется с частотой 5 полуколебаний (тактов) в секунду, или 18000 тактов в час. В более новых, более точных часах балансы колеблются с частотой 19800, 21600, 28800 или даже 36000 тактов в час. В большинстве часов - и японских, и российских, а также во многих швейцарских - используется частота 21600. Частота 28800 применяется в некоторых отечественных часах и во многих точных швейцарских механизмах с малым периодом колебания баланса. Частота 18000 применяется в классических швейцарских механизмах, а также в нашем "Востоке".

Регулировка механизма включает в себя измерение суточного хода часов и, если требуется, его оптимизацию при различных температурах и в различных позициях. В зависимости от качества механизма и желаемой степени точности, возможны различного рода регулировки. Стандартная регулировка хороших наручных часов выполняется в двух положениях (вверх циферблатом и вверх заводной головкой). Отклонения хода между этими двумя положениями не должны превышать 30 секунд в сутки. Для точной регулировки в соответствии с заводскими требованиями механизм должен регулироваться как минимум в пяти различных положениях. Если испытания проведены официально признанным учреждением, и ряд параметров механизма превосходит установленные минимальные значения, то часы могут считаться "официально сертифицированным хронометром". Подавляющее большинство механических часов имеет отклонение 30 секунд суточного хода, т.е. погрешность - всего 0,035%.


Подводя итог, мы не преувеличим, если скажем, что колебательная система, построенная на балансе в наручных часах, является одним из наиболее удачных часовых изобретений.

Андрей Бабанин. Журнал "Часовой Бизнес №4 2001". (источник)

Комментарии

comments powered by HyperComments