БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ЧА)
Первое упоминание о механических Ч. содержится в византийской антологии (конец 6 в.). Одни историки приписывают изобретение механических Ч. Пацификусу из Вероны (начало 9 в.), другие — монаху Герберту (впоследствии папа Сильвестр II), якобы в 996 сделавшему гиревые башенные Ч. для г. Магдебурга, которые не были механическими Ч. в современном понимании. Скорее всего это были водяные Ч. с использованием механизмов для приведения в действие дополнительных устройств, например механизма боя Ч., но не отсчёта времени. Достоверно известно, что простые по конструкции механические башенные Ч. были построены в Милане в 1335; в 1348—64 Донди в Италии создал Ч., которые наряду с отсчётом времени воспроизводили движение Солнца, Луны и пяти планет; в 1354 были установлены Ч. Страсбургского собора с курантами, календарём и движущимися фигурами. В России первые башенные Ч. были сделаны в 1404 в Московском Кремле монахом Лазарем Сербиным; они имели гиревые двигатели, механизм боя, планетарный механизм. В 15—17 вв. башенные Ч. начали устанавливать во многих городах России.
В 14 в. появились первые механические Ч. со шпиндельным спуском (рис. 3 ). По сравнению с водяными Ч. шпиндельные Ч. были более совершенными, но всё же точность их хода не превышала 0,5 ч в сутки; до 16 в. они имели одну лишь часовую стрелку. Около 1510 нюрнбергский механик П. Хенлейн впервые применил вместо гирь стальную пружину и создал карманные Ч. со шпиндельным механизмом. Из-за несовершенства пружин и самого шпиндельного механизма, не имеющего собственного периода колебаний, показания этих Ч. сильно зависели от степени заводки пружины. В 1525 Я. Цех из Праги предложил фузею, или улитку, — приспособление для выравнивания усилия пружины во времени, что позволило повысить точность пружинных Ч. Шпиндельные Ч., хотя и имели невысокую точность, отличались высокой надёжностью и просуществовали до конца 19 в.
Огромное значение для повышения точности Ч. имело открытие Г. Галилеем изохронности малых колебаний маятника , т. е. независимости периода его колебаний от амплитуды. Галилей около 1640 предложил новый спусковой механизм, напоминающий современный хронометровый, но его идея не получила практического воплощения. Изобретателем современных механических Ч. по праву считается Х. Гюйгенс , который в 1657 применил маятник в качестве регулятора Ч. Маятниковые Ч. даже с несовершенным шпиндельным механизмом позволили снизить погрешность за сутки до 5—10 сек. В 1675 английский часовщик У. Клемент предложил заменить шпиндельный механизм на крючковый, представляющий собой простейшую разновидность анкерного спускового механизма (см. Анкер ). Такой механизм сохранился до наших дней в простейших маятниковых Ч. типа ходиков (рис. 4 ). Новый шаг в совершенствовании Ч. связан с именем англичанина Дж. Грагама, который изобрёл несвободный анкерный механизм, имеющий значительно меньшие потери энергии, чем крючковый механизм Клемента. В 1675 Гюйгенс предложил в качестве регулятора колебаний использовать систему «баланс—спираль». Баланс — это колесо с массивным металлическим (обычно латунным) ободом, укрепленное на стальной оси; спираль — тонкая пружина, один конец которой крепится к оси баланса, а другой — к неподвижной опоре. Выведенная из состояния покоя система «баланс — спираль» совершает колебания вокруг своей оси; момент инерции баланса и жёсткость спирали определяют период колебаний системы. Такая колебательная система обладает собственным периодом колебаний; она достаточно надёжна при переноске и транспортировке Ч. В связи с применением балансового регулятора в Ч. с пружинным двигателем потребовалось дальнейшее совершенствование спусковых механизмов. До конца 19 в. в карманных Ч. широко применялся изобретённый Грагамом в начале 18 в. цилиндровый механизм. Со 2-й половины 19 в. получил распространение свободный анкерный механизм, до сего времени применяющийся во всех переносных, в том числе наручных и карманных, Ч. В связи с повышением точности часовых механизмов в конце 17 в. в карманных Ч. устанавливают минутные стрелки, а примерно с 1760 в Ч. стали применять секундные стрелки.
Значительное влияние на точность хода маятниковых, особенно балансовых, Ч. оказывает изменение температуры окружающей среды. Погрешность хода маятниковых Ч. за сутки при изменении температуры на 1°С за счёт изменения длины маятника при стальном стержне составляет 0,5, а при деревянном — 0,2 сек; для балансовых Ч. со стальной спиралью около 11 сек , в основном за счёт изменения её жёсткости. В середине 18 в. было создано несколько типов маятников, температурная погрешность которых устранялась методом компенсации. Температурная компенсация балансового регулятора, основанная на применении биметалла, была предложена в 1761 французским часовым мастером П. Леруа. Такие балансы с компенсационными грузами по ободу применяются в современных морских хронометрах. Русский механик И. П. Кулибин в конце 18 в. предложил оригинальную конструкцию биметаллического баланса. В конце 19 — начале 20 вв. швейцарский физик Ш. Э. Гильом создал материалы с близким к нулю коэффициентом линейного расширения (для маятников) — инвар , и с минимальным значением термоэластического коэффициента (для часовых спиралей) — элинвар . Использование этих материалов в Ч. в сочетании с компенсационными устройствами практически устранило температурные воздействия на ход механических Ч. Так, например, Ч. с маятником из инвара даже без компенсационного устройства имеют температурную погрешность хода за сутки менее 0,05 сек на 1°С, а наручные Ч. со спиралью из элинвара — менее 0,5 сек , что вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к Ч. широкого потребления.
В России в 18 в. над совершенствованием Ч., в частности спускового механизма и способов температурной компенсации, работали выдающиеся механики Кулибин, Т. И. Волосков, инженер Л. Сабакин. Кулибин создал ряд уникальных Ч., в том числе хранящиеся в Эрмитаже Ч. в форме яйца, с фигурами, автоматически выполняющими во время боя сложные движения; карманные планетарные Ч. с семью стрелками, показывающими часы, минуты, секунды, дни недели, месяцы, фазы Луны, восход и заход Солнца. В 19 в. в России успешно работали над совершенствованием Ч. механики Д. И. Толстой, И. П. Носов; часовщики братья И. Н. и Н. Н. Бутеноп в 1851—52 полностью реконструировали куранты Спасской башни Московского Кремля (см. Кремлёвские куранты ).
По назначению Ч. можно разделить (условно) на бытовые и специальные. В зависимости от условий использования различают бытовые Ч. наручные, карманные, настольные, настенные, уличные, башенные. В зависимости от назначения выделяют специализированные Ч. для подводного плавания, дорожные, антимагнитные и др. Имеется большая группа Ч. специального, служебного назначения: сигнальные, табельные, процедурные, программные и др. По типу колебательных систем, используемых в современных Ч., различают маятниковые, балансовые, камертонные, кварцевые и квантовые часы . Поскольку в Ч. поддержание колебаний и индикация могут выполняться от разных энергетических источников и разными способами, то различают механические, электромеханические (или контактные), электронно-механические (или бесконтактные) и электронные Ч. (например, кварцевые с цифровой индикацией на жидких кристаллах). Особо выделяют синхронные или, как их иногда называют, электрические Ч., работающие от сети переменного тока. Такие Ч. по существу являются вторичными, а роль первичных Ч. выполняет генератор электростанции. Первичными Ч. могут быть также обычные Ч., как правило, повышенной точности, от которых с минутными или полуминутными интервалами по проводам передаются электрические импульсы вторичным Ч.
Наиболее распространены (70-е гг. 20 в.) механические Ч. с механическим (пружинным, гиревым) приводом. Основные узлы современных механических Ч. (рис. 5 ) — двигатель, система колёс, ход или спусковой механизм, регулятор, стрелочный механизм и механизм заводки Ч. Пружина (двигатель) вращает барабан 1 (внутри которого она находится) и через него систему колёс 2—5 , частота вращения которых определяется периодом колебаний системы «баланс — спираль» 6—7. Числа зубьев колёс и период колебаний баланса подбирают так, чтобы колесо 2 делало один оборот в час, а колесо 4 — один оборот в минуту; на их осях могут устанавливаться соответственно минутная и секундная стрелки. Практически же минутная стрелка закрепляется не на самой оси колеса 2 , а на трибе 9 , позволяющем переводить стрелку независимо от колёс 2—5. Колесо 2 через передачу 9—11— 12 приводит в движение колесо 10 , на котором крепится часовая стрелка. При заводке вращение головки 15 (через вал 14 , муфту 18 и колёса 17 , 19 и 20 ) сообщается валу, на который наматывается пружина. При переводе стрелок вытягивают головку 15 , муфта 18 с помощью рычагов 16 отводится от триба 17 и вступает в зацепление с переводными колёсами 13 , вращение которых сообщается стрелкам. Современные Ч. оснащают часто дополнительным механизмом, показывающим числа и дни недели, а в крупных часах и месяцы. В наручных Ч. часто применяют противоударные устройства, предохраняющие их механизм от поломок. Всё большее распространение получают наручные механические Ч. с автоматическим подзаводом, в которых на механизме Ч. со стороны крышки расположен свободно качающийся груз в виде неуравновешенного сектора. При ношении Ч. на руке груз качается и через колёсную передачу с реверсивным устройством подзаводит пружину; за 10—12 часов пружина получает завод, обеспечивающий ход Ч. в течение 20 и более часов. Потребитель освобождается от необходимости заводить Ч. и, что особенно важно, они работают при более постоянном значении усилия заводной пружины, в результате чего Ч. имеют более высокую точность хода.
