Механизм швейцарских часов и количество камней в нем
Механизм швейцарских часов — это святая святых механических часов, куда непосвященным вход строго запрещен. С использованием камней в калибре часов связаны многие мифы. Например, раньше считалось, что количество камней влияет на качество хода. Так ли это на самом деле и почему эти камни называют драгоценными — попытаемся прояснить в сегодняшней статье. Главным вопросом, лежащим на поверхности, остается роль камней в механизмах. Ведь ни одна маркировка швейцарских часов не обходится без указания количества камней внутри калибра.
Каждый часовой мастер без заминки ответит, что камни в часах нужны для того, чтобы стабилизировать трение и снизить степень износа соприкасающихся поверхностей механизма. Стандарт NIHS 94-10 о функции камней в механизме был принят в Швейцарии в 1965 году.
Механизм часов и минеральные подшипники
Механизм часов устроен таким образом, что основные его оси постоянно находятся под нагрузкой: заводная пружина заставляет их вращаться, а регулятор спирали сдерживает это вращение. На опору баланса приходится самая большая работа: помимо возвратно-поступательных движений на ней крепится довольно увесистый баланс. Место соединения оси с платиной – неподвижной частью механизма – подвергается сильному трению, и для его стабилизации в устройстве швейцарских часов используются специальные подшипники.
Известно, что коэффициент трения закаленной стали и рубина точно такой же, как в паре стали с латунью. Зачем же часовщики применяют драгоценные минералы в механизмах швейцарских часов? Цапфы осей, которые вставляются в подшипник, очень малы в диаметре и составляют всего сто микрон. Поэтому камни в часах нужны скорее для увеличения долговечности опор осей в механизме, где уменьшение трения является естественным решением вопроса. Преимущества камня перед металлом очевидны: он не окисляются и не коррозирует, а отшлифованная каменная поверхность будет дольше сохранять свою форму. Камни лучше справляются с нагрузкой от ударов о рожки анкерной вилки и с давлением выступов анкерного колеса.
Впервые использовать драгоценные камни в механизме часов предложил Джордж Грэм, основатель часовой мануфактуры Graham. В 1713 году Грэм изобрел свободный анкерный спуск, который используется и в наши дни. Руке Грэма принадлежит создание более трех тысяч экземпляров карманных часов, и в каждых из них содержатся рубиновые подшипники. Начиная с 1725 года можно было купить швейцарские часы с драгоценными камнями в калибре.
Рубины в часах и их оптимальное количество
Рубины в часах располагаются внутри механизма в зависимости от функций. В привычном трехстрелочнике оптимальное количество рубиновых камней достигает семнадцати. Иногда конструкторский подход заставляет поменять часть камней на латунные подшипники и в таком случае в характеристике часов пишется истинное количество камней. Каждое дополнительное усложнение добавляет число камней в механизм.
Существует масса курьезных случаев, когда количество камней в несколько раз превышает их необходимое число. Например, маркировка, включающая пятьдесят, восемьдесят и даже сто камней, вызывает недоумение у покупателя. Много – не значит хорошо. Подобный ход вводит в заблуждение новичков. Все камни, которые реально используются в механизме швейцарских часов, называются функциональными. Все остальные камни на калибре выполняют декоративную функцию, которые в стандартную маркировку, принятую во всем мире, не вписываются.
Где не нужны камни? В кварцевых часах. Единственный момент нагрузки на колесную передачу происходит во время поворота шагового двигателя. За счет фактического отсутствия механического хода в кварцевых часах практически полностью предотвращается износ. Поэтому, если в характеристике кварцевых часов указано количество один, два камня или без камней, ничего страшного это не обозначает. Те мануфактуры, что продают часы с кварцевым механизмом очень высокого качества без единого камня.
Механические швейцарские часы в течение двух веков изготавливались с настоящими рубиновыми камнями внутри механизмов. Ситуация поменялась, когда в 1902 году была изобретена технология по выращиванию искусственных рубинов. Такой оборот истории во многом позволил выпускать часы массово. В наши дни природные минералы используются очень редко, потому, что искусственные камни более надежны в работе и их легче обрабатывать, чем натуральные. Конечно же, осознание того, что калибр часов содержит натуральные рубины, приносит большое эстетическое удовольствие. Но от использования синтетических камней ценность настоящих часовых шедевров не умаляется.
Источник
Ювелирные подшипники
Для использования в высокоточных устройствах, например, в часах или измерительных приборах с прецизионными механизмами, обычные опоры качения и скольжения не подходят. Они слишком габаритны, имеют невысокую точность, и на их рабочие характеристики влияет множество внешних факторов. Поэтому в таких случаях используются ювелирные подшипники, лишенные перечисленных недостатков.
Устройство и особенности ювелирных подшипников
Простой ювелирный подшипник представляет собой опору скольжения, в основе которой лежит драгоценный камень. В нем предусмотрено цилиндрическое отверстие, в которое помещен вращающийся вал. Диаметр отверстия больше диаметра цапфы, но этот зазор имеет очень небольшое значение. Для изготовления такого подшипника используются всего несколько видов драгоценных камней: алмаз, сапфир, гранат и рубин.
Изначально применялись настоящие природные минералы, но потом появилась технология производства синтетических камней. Искусственные аналоги более доступны по цене и почти не уступают настоящим по характеристикам. Наиболее важными особенностями материалов считают:
- Высокая стойкость к износу;
- Температурная стабильность;
- Низкий коэффициент трения;
- Диэлектрические свойства;
- Невосприимчивость к агрессивной среде.
Отсутствие электроповодимости в таких подшипниках особенно высоко ценится в часовом деле, где статическое электричество оказывает непосредственное влияние на точность хода механизма.
Особо стоит отметить, что ювелирные подшипники эксплуатируются без использования смазки, при этом срок их службы в некоторых случаях измеряется десятилетиями. Достаточно сравнить коэффициент трения в парах латунь-сталь (0,35) и сапфир-сталь (0,15), чтобы увидеть основное преимущество ювелирного подшипника перед любым промышленным. Сапфир, наиболее часто применяемый при производстве ювелирных опор скольжения, обладает твердостью 9 по шкале Мооса и гладкость рабочей поверхности в сапфировом подшипнике не изменяется даже после нескольких лет работы детали.
Есть у ювелирных опор скольжения и свои минусы. Главным из них считается хрупкость деталей, которая становится следствием высокой твердости камней. Подшипник, рассчитанный на радиальные нагрузки, легко ломается при изменении вектора силы даже на относительно небольшой угол. Также отрицательными свойствами таких изделий считают их высокую стоимость и достаточно ограниченный выбор стандартных решений, представленных на мировом рынке.
Использование ювелирных подшипников
Источник
Часовые камни
Камни — термин, применяемый для обозначения часовых деталей, изготовленных из драгоценных камней, синтетических или, реже, натуральных. Наручные механические часы хорошего качества имеют 15-17 камней: два палетных, один — импульсный на импульсном ролике баланса, по два — подшипники и опоры на оси баланса, анкера, секундного и промежуточного колёс и т. д. Более дорогие часы имеют большее количество камней. Использование палет, импульсных камней, опор для цапф и осей из искусственного рубина уменьшает потери энергии на трение и износ деталей.
Часовые камни по назначению разделяют на две группы:
- 1. Функциональные — если они служат для стабилизации трения или уменьшения скорости изнашивания контактирующих поверхностей деталей. К функциональным камням относят:
камни с отверстиями, служащие радиальными или осевыми опорами; камни, способствующие передаче силы или движения; несколько камней (например, шариковые муфты для механизма подзавода), объединенные в один функциональный камень независимо от числа камней.
- 2. Нефункциональные — декоративные камни. К ним относят: камни, закрывающие камневые отверстия, но не являющиеся осевой опорой; камни, служащие опорой часовых деталей (например, барабанное, передаточное колесо и т. п.)
При маркировке указывают только число функциональных камней или функциональных камневых опор. Изготовляют часовые камни из искусственного рубина.
Опорами (подшипниками) для вращающихся осей точек //— VII служат рубиновые камни. Число камней в известной степени определяет качество часов. Часы наручные без дополнительных устройств имеют 15—17 камней, с дополнительными устройствами 21—23 камня, а в некоторых сложных конструкциях до 29 камней. Число камней в наручных часах К-2609 (см. рис. 129) равно 19. Применение рубиновых камней в часах обусловлено тем, что при передаче очень малых моментов на ходовое колесо, а затем на баланс, потери на трение у передающих пар должны быть минимальными; например, на оси барабана тех же наручных часов при полной заводке пружины момент равен 8,56 Н-мм, а момент на оси ходового колеса при i = 3600 равен всего 0,002 Н-мм, т. е. общий коэффициент полезного действия передающих пар тЬбЩ = 0,84 или одной зубчатой пары г\ = 0,96.
Из всех минералов и металлов рубин имеет наименьший коэффициент трения (в паре со сталью), равный 0,12—0,15. В процессе эксплуатации этот коэффициент становится еще меньше, достигая в некоторых случаях 0,08. В табл. 24 приведены типы камней, нормализованных ГОСТ ‘7137—73.
Тип камней СЦ, СЦБМ и СН применяют для цапф оси центрального колеса и последующих осей, включая ось анкерной вилки; тип камней СС, НП и Н — для узла баланса, анкера и ходового колеса; тип камней П и ПВ — палеты входа и выхода анкерной вилки и тип камней И — импульсный камень двойного ролика баланса. Камни типа СЦ2М применяют в опорах центрального триба.
В часах повышенной точности и 1-го класса в узле анкерной вилки применяются четыре балансовых камня. Камни изготовляют с шероховатостью рабочих поверхностей 11—13-го классов и допуском на размеры 0,005—0,01 мм. Габаритные размеры камней очень малы. Рубин имеет высокую твердость, но и повышенную хрупкость. Для его обработки применяют алмазный инструмент. В табл. 25 приведены величины зазоров сопрягаемых деталей.
| ||||||||||||||||||
Этот материал обладает высокой твердостью и износостойкостью, хорошо обрабатывается, поддается полированию. Камни из искусственного рубина не окисляют и не разлагают часовое масло. Кроме того, этот материал имеет красивый внешний вид.
Из камней изготовляют палеты, импульсные камни, а также опоры для цапф трибов и осей.
Часовые камни длительное время могут удерживать смазку, обеспечивая стабильную работу часового механизма. В часовом механизме применяют камни различной формы и размеров: накладные, сквозные, палеты, импульсные (эллипсы).
Накладные камни применяют в качестве подпятников для снижения трения в опорах. Их ставят с обеих сторон оси баланса. Иногда накладные камни применяют и в качестве подпятников для осей анкерной вилки, анкерного триба и т. п. Сквозные камни различной формы используют как подшипники для цапф осей и трибов. Цапфы трибов и осей колесной системы и механизма хода, как правило, имеют опорное заплечико, поэтому в сквозных камнях для них имеется цилиндрическое полированное отверстие.
Цапфы оси баланса, который совершает большое количество колебаний (432 000 полуколебаний в сутки), не имеют заплечика, поэтому в сквозных камнях для них отверстие имеет не цилиндрическую, а скругленную форму, так называемый оливаж (рис. 22, г). .
Во всех сквозных камнях есть специальное углубление, масленка, в которой удерживается часовое масло. Чтобы камни не раскалывались, при запрессовке в сквозных камнях выполняют заходную фаску пулевидной формы. Усилие запрессовки увеличивается постепенно.
Палеты анкерной вилки также изготовляют из искусственного рубина. Палеты имеют форму прямоугольной призмы. По углу, образованному плоскостью импульса и плоскостью основания, они делятся на палеты входа с более тупым углом и палеты выхода с менее тупым углом. Заходная фаска палеты выхода находится против плоскости покоя, а заходная фаска палеты входа — на плоскости покоя.
Импульсный камень (эллипс) представляет собой цилиндрический штифт с сечением в виде срезанного эллипса. В часах он осуществляет взаимодействие баланса с анкерной вилкой.
В часах с обычной кинематической схемой применяется, как правило, от 15 до 17 камней. Изменение кинематической схемы и введение различных дополнительных устройств в часах увеличивает число камней, в некоторых конструкциях оно достигает 29 и более.
Источник
Что такое «камни» и для чего они нужны в часах?
15/04/2003
Камни — наверное, самая интригующая часть часового механизма. Почему их количество всегда маркируется на корпусе или циферблате часов?
Камни — наверное, самая интригующая часть часового механизма. Почему их количество всегда маркируется на корпусе или циферблате часов? Почему англичане называют их драгоценными (jewels) и сколько они стоят? Какую роль они играют в механизме? Влияет ли их количество на качество и стоимость самих часов? И это только лежащие на поверхности вопросы.
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.
Камень цапфу точит
Если хотя бы в общих чертах представить себе работу часового механизма, то становится понятно, что его основные оси должны находиться под постоянным напряжением: с одной стороны на них давит сила заводной пружины, заставляя вращаться, а с другой — скорость их вращения сдерживает регулятор баланс-спирали. Опора баланса испытывает чуть ли не наибольшую нагрузку во всем механизме. Мало того, что эта ось совершает с высокой скоростью совершает возвратно-поступательные движения, так на ней еще и закреплен сам баланс – штука весомая.
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.
Помимо опор, камни используются еще в двух местах, подвергающихся интенсивному воздействию. Из них изготавливаются палеты, крепящиеся на плечах анкерной вилки, и импульсный камень. Опять же — только очень прочный минерал может выдержать давление зубьев анкерного колеса и удары о рожки анкерной вилки.
Неудивительно, что часовые камни стали настоящей находкой для часовщиков в XVIII веке — когда началась эра карманных часов. Механизмы стали настолько малы, что детали под давлением заводной пружины быстро приходили в негодность.
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
Сквозные камни – основа часов. В классическом 17-камневом механизме их 12 штук. Они воспринимают радиальные нагрузки в опорах осей. Некоторые из них имеют цилиндрические или оливированные (скругленные) отверстия. Во всех сквозных камнях есть специальное углубление — масленка, способная удерживать часовое масло.
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.
Оптимальное число камней в простых механических часах с боковой стрелкой — 17. Располагаются они обычно следующим образом:
Опора баланса — 4 (2 сквозных и 2 накладных)
Импульсный камень (эллипс) — 1 Ось промежуточного колеса — 2
Палеты — 2 Ось анкерного колеса — 2
Ось анкерной вилки — 2 Центральный триб — 2
Ось секундного колеса – 2
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.
Промышленность против природы
До начала ХХ века в карманных часах настоящие драгоценные камни находились и внутри механизма и, как украшение, — на корпусе. Все изменилось, когда в 1902 году была изобретена технология выращивания искусственных сапфиров и рубинов, что позволило увеличить производство часовых механизмов во много раз. Часы стали массовым товаром. Сейчас в часах натуральные рубины практически не используются. С технической точки зрения выращенные кристаллы более стабильны по своим свойствам и более предсказуемы в обработке. Единственный аспект, по которому настоящие камни все-таки считаются лучше искусственных — эстетический.
Много — не мало?
Если в предыдущем разделе было описано типовые виды и классическое расположение камней, то сейчас давайте посмотрим, какие отклонения от принятой нормы встречаются чаще.
В принципе, понятно, что количество камней в часах зависит от количества осей. Если, например, в хронографе есть дополнительные циферблаты с секундными стрелками, то цапфы их осей неплохо бы защитить камнями, то же самое — в случае с осью репетира. Однако когда встречаешь такие маркировки «50 камней», «83 камня» или даже «100 камней», возникает недоумение: каким образом и зачем их туда запихнули?!
В часовом производстве существует такое понятие как “нефункциональные” или “декоративные” камни — им можно, например, дырку в плате некрасивую закрыть или просто украсить механизм — если задняя крышка прозрачная. Но, согласно стандарту, принятому во всем мире, на маркировке указывается только количество функциональных камней. Во всяком случае, на всех часах, произведенных после 1965 года. В чем же тогда дело?
Дело в том, что понятие «функциональность» достаточно растяжимо. Кто-то считает, что камни, установленные для более плавного хода календарного диска, — не функциональны. Но ведь они действительно снижают трение, причем намного. В обычных механизмах для приведения диска в движение требуется усилие 20-25 граммов на миллиметр. А камни позволяют снизить это усилие в два раза, а значит существенно уменьшить нагрузку на механизм. Разве это не функционально, скажем, для ультратонких или сложных механических часов, в которых помимо хронографа есть еще и указатели фаз Луны, запаса хода и прочие функции?
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.
Другая «крайность» — часы без камней, ведь в кварцевых механизмах они, в общем-то, не нужны. Колесная передача кварцевого механизма имеет нагрузку только в тот момент, когда поворачивается шаговый двигатель. А в таком случае, поскольку напряжение в осях практически отсутствует, единственное, что нужно для уменьшения трения и предотвращения износа деталей — это сделать поверхности как можно легче. Поэтому платы и колеса кварцевых часов часто вообще делают из пластика.
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.
Источник