Изобретение атомных часов
Ещё в 19 веке было обнаружено, что спектр излучения нагретых до высокой температуры газов не является непрерывным, а состоит из отдельных линий.
Поскольку свет — это электромагнитное излучение, характеризующееся определённой длиной волны и частотой, каждая линия в спектре имеет определённую частоту. Было замечено, что каждый химический элемент имеет свой набор линий в спектре. Позже, открыв строение атома, учёные поняли, что каждая линия в спектре появляется в результате перехода электронов в атоме с одного определённого энергетического уровня на другой. И если отдельные атомы получают энергию (например, при нагревании), то они всегда будут испускать излучение строго определённой частоты.
Ещё в первой половине 20 в. некоторые физики высказали идею, что можно использовать это явление для измерения времени. Но только в 1955 г. были созданы первые атомные часы на атомах цезия. В этих часах кварцевый генератор задавал частоту излучения, которым облучали атомы цезия. Если частота имела требуемое значение, атомы цезия замыкали цепь. Таким образом производилась очень точная настройка работы кварцевого генератора.
Первые атомные часы на атомах цезия (1955 г.)
Погрешность этих атомных часов составляла одну секунду на миллион лет. А одна из последних моделей атомных часов, созданная в 2014 г., имеет погрешность 1 сек на 300 млн. лет.
Сейчас созданы уже достаточно компактные модели атомных часов, но всё же они остаются достаточно сложными и дорогими, а также слишком подверженными влиянию внешних факторов, которые могут повлиять на их точность. Так что самой массовой разновидностью часов на сегодняшний момент остаются более простые и надёжные кварцевые. Атомные часы используются как эталоны времени, а также там, где действительно требуется очень высокая точность, например, на спутниках, обеспечивающих работу систем спутниковой навигации.
Что такое механические часы с автоподзаводом?
Механизмы часов делятся на две категории – ручные и автоматические. Механические калибры состоят из множества крошечных шестеренок и пружин. Именно поэтому они дороже, чем те, которые работают от батареи. Модели с батарейным питанием могут быть более точными, но энтузиасты и ценители предпочитают автоматические или ручные. Эти уникальные аксессуары олицетворяют сотни лет точности, мастерства и инноваций в часовой индустрии.
Механизмы с автоматическим подзаводом используют естественные движения запястья для питания. Если часы носят каждый день, владельцу не придется заводить их вручную, чтобы они оставались в рабочем состоянии.
Типы часовых механизмов
В чем разница между кварцевыми, механическими и часами с автоподзаводом?
Механизм часов — это их сердце. Сердце, которое приводит их в движение заставляет стрелки двигаться и перелистывать дни календаря. В наше время большинство покупок часов основаны исключительно на их внешнем виде. Лишь малая часть ценителей и знатоков могут по достоинству оценить внутренний механизм часов.
Часовщик тратит большую часть своего времени, тщательно конструируя интерьер часов. Те, кто разбирается в тонкостях часового дела, утверждают, что именно тщательно разработанный механизм определяет шедевр и отделяет его от посредственных часов.
Есть три типа часового механизма:
- Кварцевые часы — работают от встроенного источника питания (аккумулятора).
- Механические часы— приводятся в движение заведенной пружиной. Такие часы требуют ручного завода каждый день.
- Автоматические часы — кинетическая энергия от запястья владельца автоматически передается механизму внутри часов.
В 1969 году японские часовщики из компании Seiko представили движение кварца. Некоторые часовые дома скептически отнеслись к этой новой технологии и продолжили придерживаться традиционного механизма часов. Конечно, многие часовые компании выпустили свои собственные версии кварцевых хронометров. Так началась эра наручных часов на батарейках.
Как работает кварцевый механизм
- Кварцевые часы питаются от аккумулятора, который посылает электрический сигнал через кусок кристаллического кварца.
- Кварц вибрирует 32768 раз в секунду, создавая сигнал с точной частотой.
- Вибрации измеряются при помощи микросхемы и преобразуется в один импульс каждую секунду.
- Последовательное движение часовых стрелок является результатом этого импульса.
Преимущества кварцевых часов
- Точность времени: кварцевый механиз показывает более точное время, с минимальной погрешностью.
- Удобство использования: кварцевые часы не требуют ежедневного завода.
- Низкие эксплуатационные расходы: небольшое количество движущихся частей и наличие батареи позволяют минимизировать расходы на техническое обслуживание.
- Невысокая стоимость: механические и автоматические часы требуют больше времени работы мастера-часовщика при их создании. Следовательно, кварцевые часы дешевле.
- Прочность: кварцевые часы имеют меньше движущихся частей, которые могут потребовать ремонта или выйти из строя. Это делает их более долговечными, чем механические часы.
Конечно, коллекционеры предпочитают видеть в своих коллекциях роскошные, механические часы, в то время как кварцевые часы предпочтительней для ежедневного использования, учитывая их высокую точность, надежность и стоимость.
Механические часы
Как работают механические часы
- В отличие от кварцевых механизмов, механические часы использует энергию из пружины, а не батареи.
- Энергия от пружины проходит через ряд других пружин и зубчатых колес.
Преимущества механического движения
- Долговечность. Хорошо построенные механические часы будут служить всю жизнь и даже достанутся вашим потомкам, если вы будете надлежащим образом заботиться о них.
- Батареи. Вам не нужно беспокоиться о замене батарейки, которая всегда неудобна.
- Эстетика. Многие механические часы изготавливаются из драгоценных металлов и камней, часто имеют дорогостоящие сапфировые стекла.
Часы с автоподзаводом
Главная движущая сила (пружина) автоматически наматывается от естественных движений запястья владельца. Ручной завод не обязателен, но может присутствовать.
Как работают часы с автоподзаводом
Внутренний механизм аналогичен механическим часам.
- Металлический ротор добавляется к механическим частям.
- Ротор свободно вращается.
- Ротор вращается с каждым движением кисти, передавая энергию на пружину.
- Движущая сила автоматически наматывает пружину.
Преимущества автоматических часов:
- Отпадает ритуал ежедневного завода ваших часов.
- При износе часы продолжают функционировать.
В то время как механические часы, как правило, сравнительно тонкие, модели с автоподзаводом, как правило, толще из-за наличия роторов. Считается, что знак качества механических часов лежит в весе
Не менее важно выбирая часы правильно их носить. Перед покупкой важно узнать на какой руке нужно носить часы и будет ли вам удобен такой вариант
В зависимости от этого вы сможете определиться с размером и понять нужны ли вам объемные или почти невесомые незаметные модели.
Всё вместе
Пружинный двигатель, балансир и надёжный анкерный спуск открыли дорогу созданию миниатюрных механизмов: карманных часов, морских хронометров, точных измерителей времени для контроля научных опытов и для астрономических наблюдений. Механики продолжали совершенствовать регуляторы, спуски и двигатели часов на протяжении многих веков, пока в XX в. не появились принципиально новые устройства для измерения времени: кварцевые, электронные, молекулярные, атомные и лазерные часы.
Кремлёвские куранты. Первые в России часы в 1404 г. сделал серб Лазарь для княжеского двора в Кремле. В 1625 г. на Спасской башне появились часы английского мастера X. Галовея, в 1705 г. Пётр I заменил их голландскими курантами. Современные маятниковые часы с анкерным ходом сделаны в 1852 г. на российском заводе датскими часовщиками братьями Бутеноп.
Пражские куранты 1410 г. Чехия. Часы с двигающимися фигурками показывают годы, месяцы, дни и часы, восход и заход Солнца и Луны, положение знаков зодиака.
Часть первая Конструкция часовых механимов
Глава I. Устройство механических часов
Простейшие гиревые часы с маятниковым регулятором
Наручные и карманные часы
Основные типы наручных и карманных часов
Глава 2. Детали часов
Платина и мосты
Детали двигателя (узел барабана)
Детали основной колесной системы — зубчатой передачи часов с боковой
секундной стрелкой
Детали анкерного спуска (хода)
Детали регулятора (системы баланс — волосок)
Детали механизма завода часов и перевода стрелок
Детали стрелочного механизма
Детали внешнего оформления часов
Часовые камни
Крепежные детали
Глава 6. Основная колесная система (зубчатая передача часового механизма)
Работа основной колесной системы
Элементы зубчатых колес и трибов
Часовое зубчатое зацепление
Дефекты в зубчатом зацеплении
Зависимость средней скорости вращения колес от периода колебания
баланса
Вычисление скорости вращения центрального триба и барабана
Расчет передаточных чисел между центральным и секундным колесами
Расчет передаточного числа стрелочного механизма часов К-26
Глава 7. Анкерный спуск
Балансовый регулятор часов и его взаимодействие со спуском
Полные углы покоя
Угол поворота анкерной вилки
Угол притяжки
Действие притяжки в часовом механизме
Угол обратного отхода анкерного колеса
Углы, проходимые анкерным колесом и анкерной вилкой при передаче
импульса
Угол внешнего и угол внутреннего падения, широкие и узкие скобки
Углы потерянного пути
Угол подъема баланса
Угол освобождения спуска, угол импульса баланса
Дополнительная дуга
Виды предохранения в механизме спуска
Предохранительное действие копья и ролика
Предохранительное действие импульсного камня и рожка
Разновидности свободного анкерного спуска
Глава 10. Элементы теории регулирования карманных и наручных часов
Суточный ход часов
Регулирование суточного хода
Изохронизм
Влияние спуска (хода) на изохронизм
Влияние волоска на изохронизм
Влияние зазора волоска в штифтах градусника на изохронизм
Влияние изменения положения часов на суточный ход
Влияние провисания волоска на суточный ход
Влияние температуры окружающей среды на суточный ход часов
Причины нарушения стабильности хода
Удары и шумы хода, записываемые приборами ППЧ и П-12
Анализ дефектов часового механизма по записям на приборе
Глава 13. Маятниковые часы
Устройство и назначение
Регулирование периода колебания маятника
Влияние температуры на период колебания маятника
Влияние атмосферного давления на изохронизм маятника
Подвесы маятника
Преимущества и недостатки механических часов
Среди достоинств механических часов однозначно можно выделить следующее: исторически механические модели считаются престижнее и статуснее, чем более демократичные кварцевые. Рекламные компании новых механических моделей часто привлекают знаменитостей мира шоу-бизнеса, кино и спорта.Кварцевыми моделями никого не удивишь: все знают, что они недороги и практичны. Брендовые механические часы на руке – совсем другое дело!Если задуматься, то в механике гораздо больше недостатков, о которых в процессе выбора и покупки тоже следует помнить:
- Чувствительность к внешним воздействиям и ударным нагрузкам: повредить такие часы или даже сломать проще, чем кварцевые.
- Точность хода проигрывает кварцевым часам и зависит от температуры окружающей среды, степени завода пружинной спирали, уровня износа механизма, положения часов на руке и т.д.
- Цена механических часов значительно выше кварцевых, что обусловлено дорогими материалами, сложностью производства, высокими трудозатратами.
- Сложные механизмы время от времени требуют профессиональной чистки, смазки и регулировки. Ремонт механических часов обойдется на порядок дороже, чем кварцевых, а в некоторых случаях исправить поломку и вовсе не удастся.
Подведем итог: механика – это престиж, но и высокая цена при довольно низкой точности хода. Любителям экономного образа жизни, разнообразных стильных аксессуаров и точного определения времени рекомендуются практичные и недорогие кварцевые модели.
Маятник с якорем
В начале XVII в. итальянский физик, астроном и механик Галилео Галилей предложил в качестве часового регулятора использовать маятник, период колебания которого, в отличие от билянца, строго постоянен. В 1657 г. маятниковые часы сконструировал голландский астроном Х. Гюйгенс. Часы Гюйгенса с новым спуском-поводком вместо шпиндельного спуска ошибались всего на 10 секунд в сутки. С такой точностью минутная стрелка, появившаяся в часах ещё в XVI в., стала оправдывать своё назначение.
В 1676 г. революцию в часовом деле произвело изобретение английского часовщика В. Клемента — анкерный (якорный) спуск. Насаженный на ось маятника якорь, раскачиваясь вместе с маятником, двумя своими палетами (концами) поочередно сцеплялся с зубьями коронного колеса, подчиняя его вращение периоду колебаний маятника. Одновременно якорь через палеты получал толчки от коронного колеса и, передавая их маятнику, поддерживал его колебание. Появление маятниковых часов с анкерным спуском решило проблему точности стационарных (не переносных) часов.
Техническое обслуживание и уход
Несколько правил эксплуатации изделий:
Регулярное ношение автоматических часов – самый простой способ ухода за ними.
Если они остановились из-за отсутствия износа, осторожно встряхните их циферблатом вверх, пока стрелки не начнут снова двигаться. Или наденьте их и несколько раз пошевелите запястьем
Когда стрелки начнут двигаться, вы можете установить дату и время.
Всегда держите их сухими и чистыми. Не принимайте душ или ванну с часами. Хотя они могут быть водонепроницаемыми, обычно они не выдерживают высоких температур. Прокладки внутри механизма могут расширяться и сжиматься, что сокращает срок службы часов и снижает их точность.
Обычный износ случается даже с часами, находящимися в самом хорошем состоянии. Чтобы ваши автоматические часы оставались точными и красивыми, им потребуется профессиональное обслуживание каждые 3-5 лет.
Структурный анализ рычажных механизмов
Проводя исследование рычажного механизма следует уделять внимание возможности выбора двух основных направлений, одно из которых связано с непосредственным анализом, другой синтезом. Оба понятия существенно отличаются друг от друга, что нужно учитывать
Структурный анализ – процесс определения структурных особенностей, который может заключаться в следующем:
- Определении кинематической пары.
- Изучение структур групп.
- Определение особенностей связи кинематической цепи.
Сегодня анализ проводится для определения дефектов структуры, которые в дальнейшем при необходимости могут устраняться.
Каждый случай исследования по-своему уникален
В рассматриваемом случае уделим внимание плоскому рычажному механизму, характеризующийся нерациональной структурой. Его особенности заключаются в нижеприведенных моментах:
- Работоспособность механизма сохраняется исключительно при определенном соотношении длины звеньев. Образующаяся фигура в ходе построения напоминает параллелограмм.
- Для исключения вероятности эксплуатации устройства с дефектами следует точно знать о наличии или отсутствии избыточных взаимосвязях, возможности пассивного распространения и их количества. Стоит учитывать, что они могут возникать исключительно в кинематических цепях замкнутого контура.
- На сегодняшний день выделяют два основных типа контуров: замкнутые и зависимые. Независимым считается вариант исполнения, у которого хотя бы один элемент контура отличается от других.
Зависимые варианты исполнения дублируют друг друга. Для определения числа контура применяется специальная формула.
Также для исключения вероятности появления дефекта проводится расчет количества структурных групп и некоторые другие моменты. В общем можно сказать, что проводимый анализ направлен на достижение следующих задач:
- Построение различных механизмов. При этом проводится определение подвижности и маневренности, так как подобные параметры считаются основными.
- Создание плоских механизмов. Процедура подразумевает анализ состава структуры, а также определяет подвижности.
В целом можно сказать, что преследуемые цели зачастую направлены на определение возможной деформации структуры. Провести полноценный анализ можно только при всестороннем рассмотрении механизма.
https://youtube.com/watch?v=AA81dQadz4A
Шпиндельный спуск
Для поддержания колебаний регулятора-билянца и связи его с передаточным шестерённым механизмом служил спусковой механизм — шпиндель с двумя лопатками, которые располагались под углом 90° друг к другу и вклинивались между зубцами коронного (храпового или ходового) колеса. Коронное колесо, вращаемое колёсной передачей от вала, вращало и шпиндель, воздействуя на его лопатки. Одновременно на шпиндель воздействовали колебания билянца, к центру которого он также был прикреплён.
Как только одно плечо билянца опускалось, шпиндель поворачивался, и одна из его лопаток входила в зацепление с зубцом коронного колеса, тормозя его вращение. Однако, когда плечо билянца поднималось, поворачивая шпиндель в обратном направлении, лопатка под давлением колеса отпускала зубец и давала колесу провернуться. Но тут же другая лопатка вклинивалась между следующими зубцами, снова останавливая колесо. Так в соответствии с постоянностью периодов колебания билянца лопатки шпинделя в равные промежутки времени поочередно останавливали и отпускали колесо. Регулируя вращение коронного колеса, билянец в то же время получал от него энергию движения, не позволяющую его коромыслу вернуться в состояние равновесия и остановиться.
Шпиндельный спуск с вертикальным коронным колесом.
Лопатки (А, Б) шпинделя (9) поочерёдно входят в сцепление с зубцами коронного колеса (10), прерывая его вращение. Для сопротивления проворачиванию коронного колеса на плечи (а, б) сцепленного со шпинделем билянца навешивались грузы. Билянец вращался в горизонтальной плоскости, а коронное колесо — в вертикальной.
Почему стоит купить наручные механические мужские часы с автоподзаводом?
Главные плюсы часов на автомате:
- Ритуал ежедневного подзавода не требуется. Достаточно просто носить их каждый день.
- Плавное движение. В отличие от кварцевых.
- Высокая ценность. Для сборки этого типа часов требуется больше навыков.
- Солидный вид. Признак качественных механических часов заключается в их весе, большинство моделей достаточно крупные и тяжелые.
- Эстетика. Само по себе мастерство, воплощенное в автоматических часах, — настоящий гений, не говоря уже об инженерии. Это делает их одними из самых эстетичных часов на рынке.
- Большой запас мощности. В зависимости от марки некоторые модели могут сохранять заряд до 10 дней.
Выбрать наручные механические часы с автоподзаводом вы можете в магазине yourclock.ru.
Требования безопасности
При проектировании и монтаже рычажного механизма учитываются требований безопасности. Они во многом зависят от области применения устройства, а также особенностей самого механизма.
Среди особенностей этого момента можно отметить следующее:
- При изготовлении должен подбираться материал, который будет соответствовать всем требованиям. Примером можно назвать высокую коррозионную стойкость. При проектировании указывается то, какой именно материал должен применяться при изготовлении устройства. Часто отдается предпочтение углеродистой стали и легированным сплавам. Некоторые элементы могут быть изготовлены из уплотнительных и других материалов, все зависит то конкретного случая.
- При проектировании учитывается то, каким образом происходит перераспределение нагрузки. Это связано с тем, что в некоторых местах она будет критической.
- Под активным элементом при подъеме тяжелых объектов не должно находится людей, другого оборудования, а также частей самого рычажного механизма. Это связано с высокой вероятностью падения переносимого груза.
- Перед непосредственным применением оборудования следует проводить визуальный осмотр, который позволяет определить наличие или отсутствие повреждений. Кроме этого, должно проводится периодическое обслуживание. Даже незначительный дефект может стать причиной существенного снижения прочности рычажного механизма. Периодическое обслуживание позволяет существенно продлить срок службы устройства.
- Запрещается применять механизм не по предназначению. Перед каждым его использованием проверяется надежность крепления. Нагрузка должна оказываться на конструкцию соответствующим образом, так как в противном случае происходит неправильное перераспределение силы. Именно поэтому при проектировании указывается то, каким образом устройство должно устанавливаться и как использоваться.
- При применении учитывается то, на какую максимальную нагрузку рассчитано оборудование. Слишком высокий показатель может стать причиной, по которой происходит повреждение основных элементов. При проектировании учитывается то, какая нагрузка может оказываться на конструкцию.
Как правило, соответствующее руководство по применению устройства составляется непосредственно на месте его эксплуатации в соответствии с установленными нормами. Это связано с тем, что рычажные механизмы получили весьма широкое распространение, могут устанавливаться в качестве составного узла другого оборудования.
При этом узел оборудован тремя важными независимыми системами:
- Гидравлическая. Эта часть устанавливается в большинстве случаев для передачи усилия. Гидравлика получила весьма широкое распространение, так как она предназначена для непосредственной передачи усилия. Гидравлическая часть основана на подаче специальной жидкости, при помощи которой проводится передача усилия. Гидравлика несет с собой опасность по причине того, что подвижный элементы могут передавать усилие. Поэтому все основные элементы должны быть защищены от воздействия окружающей среды, для чего проводится установка различных кожухов.
- Механическая. Механика отвечает за непосредственную передачу усилия и достижения других целей. Неправильная работа устройства может стать причиной повреждения и деформации. Механика также защищается специальными кожухами, так как попадание посторонних элементов запрещается.
- Электрическая. Для управления механизмом проводится установка электрической части. Она должна быть защищена от воздействия окружающей среды, так как даже незначительное механическое воздействие может стать причиной повреждения магистрали электроснабжения.
Опасность с собой несет и электрическая часть, которая состоит из конечных выключателей. Схема подключения предусматривает использование как минимум двух выключателей, устройство должно обесточиваться в случае выхода из строя одного из них.
Механическая система защиты действует путем прерывания подачи масла в гидравлический цилиндр. При этом проводится слив масла с цилиндра в общую емкость. Подобная система срабатывает даже при незначительном повреждении устройства.
Изобретение механических часов
Самые первые механические часы появляются в Европе в 13 веке. О них сохранились лишь упоминания, и, к сожалению, имена изобретателей неизвестны. Появились самые первые часы в монастырях. Они ещё не имели циферблата, были довольно неточными, а сигналы времени передавали колокольным звоном. Например, одни из старейших в мире часов были установлены в 1288 г. в Вестминстерском аббатстве в Англии.
Массово башенные часы достаточно совершенной конструкции появляются в Италии в 14 веке. Такие часы имели циферблат с часовой стрелкой, а также оповещали о времени боем. Главным движителем механизма часов была тяжёлая гиря на длинном подвесе. Чтобы эта гиря опускалась постепенно, её движение передавалось на механизм часов через зубчатое колесо, которое тормозилось качающимся коромыслом. Выглядело это примерно так:
Такие часы также были не слишком точными (ошибка могла составлять полчаса-час за сутки), их нужно было несколько раз в день заводить, вручную подтягивая тяжёлую гирю. Однако башенные часы были очень сложными и дорогими, представляя собой вершину тогдашнего инженерного искусства. Такие часы были гордостью города, в котором их устанавливали, и мастера стремились всячески украсить часы и снабжали их всякими дополнительными элементами.
Например, одни из старейших сохранившихся до нашего времени башенных часов в Праге, построенные в 1410 г., украшены многочисленными фигурками ангелов и мифических животных, а также содержат календарь и показывают движение Луны и Солнца.
К концу 15 века появились более компактные часы, которые можно было разместить в доме. Важным нововведением, которое позволило уменьшить размер часов, стала пружина, которая заменила гирю на подвесе в качестве источника движущей силы для часового механизма. Наконец, в начале 16 века появились первые карманные часы. Изобретателем карманных часов считается мастер из немецкого города Нюрнберга Пётр Генлейн. Первые карманные часы были созданы им в 1505 г. Эти часы имели размер меньше 5 см. и были восприняты современниками как настоящее чудо.
Карманные часы конструкции Генлейна
Изобретение карманных и наручных часов
Как мы уже отметили выше, первые карманные часы с пружиной вместо гири были созданы Гейнлейном ещё в 1505 г. Но в них не было маятника и они были очень неточными. Часы же с подвесным маятником, изобретённые Гюйгенсом, могли нормально работать лишь в неподвижном состоянии. Однако Гюйгенс нашёл решение — в 1674 он придумал пружинный аналог математического маятника.
После этого стало возможным изготовление достаточно точных карманных часов.
Что же касается наручных часов, то долгое время в них не видели необходимости, да и изготовить слишком миниатюрный и в то же время точный механизм было проблематично. Сложно сказать, когда именно и кто начал их изготовление, однако стали носить лишь в конце 19 века, а первыми обладателями таких часов были военные.
Английские военные, фото 1879 года, в центре — офицер с наручными часами
Но массово использоваться наручные часы стали лишь в 1930-е.
