воскресенье, 6 мая 2018 г.

Фузейные часы

Фузея (ударение на букву "е") была изобретена еще Леонардо Да Винчи. Ее предназначение - выравнивание усилия натяжения пружины. Далее немного разберемся, что же такое фузея и зачем нужно эту самую пружину выравнивать.

Усилие - это ключевой параметр двигателя, от усилия зависит скорость работы механизма, а в случае часов - их точность. Старые типы часовых механизмов (английский анкерный, цилиндровый, и особенно - шпиндельный) имели зависимость скорости хода от силы "двигателя". Поэтому над выравниванием усилия трудилось не одно поколение просвещенных физиков и математиков.

Для обеспечения автономной работы, механические устройства (в том числе часы и музыкальные автоматы) нуждаются в движущей силе и имеют для этих целей узел, который называется двигателем.

Один из ранних вариантов двигателя - груз, подвешенный на веревке или цепи, намотанной в свою очередь на барабане. При движении груза вниз под действием гравитации, барабан вращается и усилие передается механизму (вспомните обычные ходики с кукушкой). При этом усилие, которое передается от груза на барабан, является постоянным, если пренебречь массой веревки.

Чертеж фузеи
городских часов,
изготовленных
Леонардо да Винчи.
Маятниковые часы с гиревым двигателем, дающим постоянное усилие, применялись с самого начала построения часовых механизмов, и используются по сей день даже несмотря на свой недостаток - большие размеры. Но размеры это не такая проблема, как другой недостаток - невозможность использовать часы с гиревым двигателем и маятником в переносных часах, и особенно в морских хронометрах.

Важная задача создания миниатюрных переносных часов и точных морских хронометров, способных работать в условиях тряски и качки, подвигла изобретателей к созданию часов с пружинным двигателем. Довольно компактная стальная пружина спиральной формы, с усилием намотанная на вал, по мере разматывания сообщает усилие колесной системе часов.

Но и в пружинном двигателе был обнаружен свой "нюанс" - заведенная стальная пружина дает неравномерное усилие по мере разматывания.

Усилие - это ключевой параметр двигателя, от которого зависит скорость работы механизма, а в случае часов - их точность. Старые типы часовых механизмов (английский анкерный, цилиндровый, и особенно сильно - шпиндельный) имели зависимость скорости хода от силы "двигателя". Поэтому над выравниванием усилия трудилось не одно поколение просвещенных физиков и математиков.

Усилие пружины, заведенной на один виток, в 5-6 раз меньше усилия пружины, заведенной полностью! Получается, что точность хода пружинных часов будет плавать - они будут спешить сразу после подзавода, и отставать когда пружина размотается. Подбирая сплавы и способы обработки металлов, а также ограничивая рабочую область замотки-размотки пружины, ученым удалось сократить эту разницу до 3-4 раз. Но для точной хронометрии эта разница все равно остается существенной.

Взяв за отправную точку изобретения Леонардо Да Винчи, несколько поколений часовых мастеров пришли к компактному и эффективному устройству фузеи, применяемому с 16 века и по сей день без существенных изменений.

Фузейный узел состоит из конусовидной улитки со спиральной проточкой, цепи (нити), и барабана со стальной пружиной внутри. Ось барабана неподвижно закреплена на плате часов, внутри барабана - пружина, а внешняя сторона барабана упруго вращается относительно оси. От барабана к конусу улитки натянута цепь. Завод часов осуществляется вращением оси улитки против часовой стрелки.

Кинематическая схема фузейного двигателя (двоеточием обозначены неподвижные соединения): Плата механизма : Центральная ось барабана : Внутренний виток пружины : Пружина : Внешний виток пружины : Стенка барабана : Первый крючок цепи : Цепь : Второй крючок цепи : Внешняя сторона улитки фузеи.

При расслабленной пружине цепь полностью намотана на барабан. При заводе часов цепь наматывается на улитку фузеи, натягивая пружину барабана. При этом цепь сначала проходит по широкой части улитки, и поднимается все выше - до самого узкого участка.

Цепь Гааля - это конструктивный аналог велосипедной цепи, но только очень-очень тонкий, всего 0,4 мм толщиной! Стальные звенья длиной 1.2 мм имеют по два отверстия, и соединены друг с другом штифтами. Фантастически тонкая работа, с трудом верится, как 130 лет назад могли делать такие микроскопические и при этом точные детали.

При полностью заведенной пружине, ее высокое усилие натяжения умножается на короткое плечо силы в узкой части улитки. В этом случае фузея ослабляет усилие от пружины.

Пока часы идут, по мере сматывания цепи с фузеи на барабан, цепь опускается к широкой части конуса улитки. Увеличивается диаметр конуса, плечо силы, и соответственно усилие, предаваемое на колесную систему. Таким образом, ослабление пружины по мере ее размотки компенсируется увеличением плеча силы. В итоге передаваемое от барабана на фузею усилие получается постоянным на всей протяженности работы пружины.

В фузейных часах усилие, передаваемое колесной системе от пружины,
одинаково, как при полностью заведенной пружине, так и при спущенной!

Результат работы и эту особенность фузеи легко проверить при подзаводе часов. Когда заводишь обычные часы, натяжение пружины возрастает, и чувствуется момент, когда пружина уже сильно натянулась. А фузейный механизм сколько ни заводи - ключ крутится с одинаковым усилием, все время легко и ровно. Поэтому в часах с фузеей всегда присутствует стопорное устройство, чтобы человек не порвал цепь или пружину.


Тема на форуме watch.ru "Фузейные часы. Делимся фото".

Комментарии

comments powered by HyperComments