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)