Конструкция, материалы и производство являются основными факторами формирования потребительских свойств часов (функциональных, эргономических и др.).
Наиболее распространенной конструкцией часов являются механические часы - маятниковые и балансовые. Механизм таких часов состоит из шести основных частей (узлов) и дополнительных узлов. К основным относят двигатель, передаточный механизм, регулятор, спуск, механизм заводки пружины и перевода стрелок и стрелочного механизма.
Двигатель . Он является источником энергии, которая приводит в движение весь механизм часов.
В механических часах различают два вида двигателей: гиревой (в маятниковых), который называют гиревым приводом, и пружинный (в балансовых).
Энергия гиревого двигателя передается силой тяжести поднятой гири через колесную систему на маятник, который служит регулятором управления действия спуска (хода) часов. В часах-ходиках при опускании гири вниз цепь вращает слева направо колесо, которое обеспечивает вращение всего колесного механизма.
Гиревой двигатель самый простой по устройству (рис. 10), он работает только в стационарных условиях. По сравнению с пружинным гиревой вигатель передает усилия (за счет опускания гири) через колесную передачу на регулятор хода; такие усилия не всегда постоянны и этим создается стабильность работы двигателя.
Пружинный двигатель приводит в действие часы заведенной пружиной, которая передает запас энергии через колесную систему и ход на регулятор, поддерживая его колебания (рис. 11). Этот двигатель обычно бывает в переносных часах (наручных, карманных, будильниках, настольных и настенных), где регулятором является баланс с волоском (спиралью). Могут быть пружинные двигатели также в некоторых видах стационарных часов (в настенных и частично в настольных), где регулятором служит маятник.
Различают двигатели с барабаном и без барабана.
Пружинный двигатель с барабаном применяют в наручных, карманных, настольных и настенных часах, а также в малогабаритных будильниках. Барабан представляет собой цилиндрическую коробку, по внешнему периметру заканчивающуюся зубчатым венцом. Пружина, помещенная в барабан, внутренним витком крепится на валике за крючок, а внешним витком - к внутренней стенке барабана с помощью накладки. Барабан с установленными в нем пружиной и осью закрывается крышкой, которая предотвращает возможность попадания пыли между витками пружины. В часах упрощенной конструкции - будильниках, настольных и настенных часах - заводная пружина не имеет барабана, и один конец ее крепится к валику, а другой к одной из колодок механизма. Способы крепления наружного витка пружины к внутренней стенке барабана разнообразны.
Заводные пружины изготовляют из специального железокобальтового сплава или углеродистой стали с соответствующей термообработкой. Пружина должна обладать эластичностью по всей длине и равномерной упругостью. От заводной пружины требуется не только упругая сила, способная привести механизм часов в действие, но и определенная продолжительность и стабильность хода часов от одной полной заводки пружины.
Продолжительность хода часов зависит от толщины и длины пружины.
Рабочей и расчетной характеристикой заводной пружины является ее крутящий момент (произведение упругой силы пружины на число оборотов). Наибольший крутящий момент пружина имеет в заведенном состоянии, а в процессе работы ее момент падает. Неравномерность усилия, создаваемого пружиной при работе, влияет на точность хода часов, поэтому при изготовлении их заводную пружину рассчитывают так, чтобы ее крутящий момент на заданную продолжительность хода был максимальным.
Передаточный механизм . Этот механизм называют колесной системой или зубчатой передачей , а также ангренажем . Он состоит из ряда зубчатых колес, число которых зависит от типа механизма.
Зубчатые колеса распространяют движение и передают исходящую от двигателя энергию всему механизму. Колесо и закрепленный на нем триб образуют узел. Находящиеся в зацеплении колесо и триб составляют зубчатую пару . Колесо имеет больший диаметр и делает меньше оборотов, чем триб. По сравнению с колесом триб имеет меньшее количество зубьев и делает во столько же раз больше оборотов, во сколько раз его диаметр меньше диаметра большого колеса. Колесо считается ведущим, а триб ведомым.
У наручных и карманных часов, будильников и некоторых настольных часов передаточный механизм состоит из четырех зубчатых пар: центрального колеса с трибом, промежуточного колеса с трибом, секундного колеса с трибом и триба ходового (анкерного) колеса.
Вращение колесной системы передается усилием заведенной пружины от барабана на ходовое колесо. Каждая зубчатая пара в зацеплении обеспечивает определенное передаточное отношение в зависимости от соотношения диаметров колеса и триба или от соотношения числа их зубьев. Скорость вращения отдельных осей зубчатой передачи выбрана таким образом, что их используют для отсчета времени в минутах и секундах. Так, ось центрального колеса совершает один оборот за час, а секундного - один оборот в минуту.
Число зубчатых пар передаточного механизма зависит от типа часового механизма. Так, настольные часы с 7- и 14-дневным заводом имеют добавочное колесо с трибом, маятниковые часы с 2-недельным заводом также имеют добавочное колесо, а у часов-ходиков передаточный механизм состоит всего из двух узлов - центрального и промежуточного колес и триба ходового колеса,
Колесная система собирается на платине , которая составляет основание часового механизма. Платина представляет собой массивную по сравнению с деталями собираемой колесной системы латунную пластину (рис. 12). Кроме отверстий для крепления цапф (концов) осей колес, платина в наручных и карманных часах имеет целую серию различной формы проточек, впадин и выступов, повышающих ее механическую прочность и дающих возможность разместить детали часового механизма на сравнительно малой площади. Противоположные концы осей колес крепят в отверстия мостов , которые представляют собой фасонные, несколько массивные детали, закрепляемые с помощью штифтов и винтов на платине.
В часовых механизмах упрощенной конструкции концы осей вращаются непосредственно в отверстиях платан и мостов.
В часовых механизмах повышенного качества для уменьшения трения и износа осей применяют камневые опоры из синтетического корунда, который имеет наименьший коэффициент трения и высокую твердость (по шкале Мооса 9).
Часовые камни делят на функциональные и нефункциональные.
Функциональный камень служит для стабилизации трения или уменьшения скорости износа контактирующих поверхностей деталей механизма часов. К функциональным камням относят: камни с отверстиями, служащие радиальными или осевыми опорами или теми и другими одновременно; камни, способствующие передаче силы или движения или того и другого одновременно, например опоры колебательной системы; камни без отверстий, служащие осевыми опорами, и др.
К нефункциональным камням относят: камни декоративные и их заменяющие; камни, закрывающие камневые отверстия, но не являющиеся осевой опорой, например масленка; камни, служащие опорой подвижных деталей, таких, как вексельное, часовое, барабанное и передаточное колеса, заводной вал и др.; камни, служащие для ограничения случайного смещения колеблющейся массы или являющиеся опорой диска дат, календарного диска и др.
Часовые камни очень миниатюрны по размерам, имеют разную форму: со сквозным цилиндрическим или нецилиндрическим отверстием, с небольшим воронкообразным углублением с одной стороны отверстия для удержания часового масла, накладные глухие камни с плоской опорной поверхностью (рис. 13). Камни запрессовывают в соответствующие отверстия платины и мостов, а цапфы оси устанавливают при этом в отверстия камня.
Наручные часы в зависимости от конструкции имеют от 15 до 33 камней, число которых в известной мере определяет качество часов.
Регулятор . Регулятор, или колебательная система, в механических часах представляет собой маятник или баланс со спиралью (волоском).
Маятник применяют только в стационарных часах. Он состоит из стержня, на нижнем конце которого находится линза. Линза имеет форму плоского диска или чечевицы и опирается обычно на гайку, вращая которую можно опускать или поднимать линзу относительно стержня маятника.
В простых маятниковых часах для маятника применяют проволочный подвес.
В маятниковых часах более высокого качества применяют пружинные подвесы в виде одной или двух плоских пружин (рис. 14), закрепленных концами двумя латунными колодками. Колодки имеют стальные штифты, выступающие концами по обе стороны колодки. Верхний штифт закрепляют в разрезном кронштейне, установленном на задней стенке корпуса часов, а на нижний штифт колодки подвешивают двойным крючком маятник.
Для приведения часов в действие необходимо маятник отклонить от равновесного положения. Угол отклонения маятника от положения равновесия называют амплитудой колебания , а время полного колебания маятника от крайнего правого отклонения до крайнего левого и обратно называют периодом колебания .
Период колебания зависит от длины стержня маятника. Если часы отстают, то линзу следует поднять вверх, т. е. уменьшить длину маятника, и этим сократить период колебания, и наоборот, если часы спешат, то линзу надлежит передвинуть вниз, что увеличивает период колебания.
Балансовый регулятор применяют в переносных часах (наручных, карманных и др.). Он представляет собой колебательную систему в виде баланса со спиралью.
Система баланс-спираль является одним из ответственных узлов часового механизма.
Баланс состоит из тонкого круглого обода с перекладиной, посаженной на стальную ось. Балансы бывают винтовыми и безвинтовыми. У винтовых балансов в обод ввинчены винты для уравновешивания обода и для регулировки периода колебания при подборе спирали (рис. 15). Безвинтовые балансы применяют в часах современной конструкции. По сравнению с винтовыми они имеют меньшую массу (вес), что снижает трение в опорах баланса, более прочный обод, который меньше подвержен деформации; отсутствие винтов позволяет увеличить наружный диаметр обода и соответственно увеличить момент инерции без увеличения массы баланса.
Спираль (волосок) изготовляют из никелевого сплава. Это упругая пружина, внутренний конец которой заделан в латунную втулочку, называемую колодкой спирали. Колодку вместе со спиралью надевают (запрессовывают) на верхнюю часть оси баланса, а наружный конец спирали заштифтовывают в отверстие колонки, находящейся в балансовом мосту.
Под действием поступающей от двигателя энергии (импульсов) баланс совершает колебательные движения, вращаясь, делает повороты в одну и другую стороны - либо заводит, либо раскручивает спираль. В свою очередь то запираемая, то освобождаемая колесная передача часового механизма периодически движется. Такое движение можно наблюдать в часах по скачкообразному движению секундной стрелки.
Баланс в большинстве наручных часов совершает 9000 полных колебаний в час. Период колебания баланса измеряют в секундах; он является тем временем, которое необходимо балансу, чтобы совершить полное колебание от крайнего левого отклонения в крайнее правое и обратно. В наручных часах период колебания обычно равен 0,4 с Бывают наручные часы с периодом колебания баланса 0,36 или 0,33 и 0,20 с У будильников малогабаритных период колебания баланса 0,4 с, у крупногабаритных - 0,5 или 0,6 с.
Амплитуду колебания баланса измеряют в угловых градусах от равновесного положения баланса влево или вправо. Равновесным считают такое положение баланса, когда эллипс находится на прямой линии, соединяющей центры вращения оси баланса и оси анкерной вилки. Равенство правой и левой амплитуд является необходимым условием точного хода часов.
Период колебания баланса можно регулировать, изменяя длину спирали с помощью градусника.
Градусник состоит из стрелки-указателя, закрепленной на балансовом мосту. В хвостовой части градусника имеются два штифта, между которыми проходит наружный виток спирали. Наружный виток спирали, как было сказано выше, закреплен в колонке, установленной в балансовом мосту. Штифты градусника образуют как бы вторую точку крепления наружного витка спирали. Поворотом градусника в ту или другую сторону удлиняют или укорачивают длину спирали, изменяя тем самым период колебания баланса. При удлинении спирали период колебания увеличивается и часы начинают отставать, а при укорачивании длины спирали период колебания уменьшается и часы начинают спешить.
Для удобства регулирования точности хода часов на балансовом мосту ставят знаки "+" (ускорить ход) и "-" (замедлить ход). При перемещении указателя градусника в сторону знака "+" штифты, находящиеся в хвостовой части градусника, удаляются от колонки, укорачивая длину рабочей части спирали.
Часто применяют градусник с подвижной колонкой, который улучшает качество регулировки хода часов (рис. 16). Он состоит из регулятора колонки и собственно градусника со штифтом и замком. Вместе с регулятором колонки поворачивается и градусник. Поворотом градусника относительно регулятора колонки спирали изменяется действующая длина спирали. Данная конструкция градусника обеспечивает более точную установку равновесного положения баланса, называемую "выкачкой баланса".
Спуск (ход). Он представляет собой узел часового механизма, находящийся между зубчатой передачей и регулятором. Спуск является ходовым устройством, служащим для периодической передачи энергии двигателя на регулятор поддержания его равномерного колебания и соответственно равномерного вращения колес.
Ходовые устройства бывают двух типов - анкерный и цилиндровый.
Анкерный (в пер. с нем. Anker - скоба) ход может быть несвободным и свободным.
Несвободный анкерный ход применяют в стационарных часах с маятниковым регулятором. Ход состоит из анкерного колеса и закрепленной на валике оси анкерной вилки (скобы) с изогнутыми концами, называемыми палетами : входной на левом конце, выходной на правом (рис. 17). В несвободном ходовом устройстве регулятор во время колебания постоянно взаимодействует с деталями спуска.
Принцип действия несвободного анкерного хода заключается в том, что при отклонении маятника влево приподнимается левая (входная) палета и одновременно опускается между зубьями анкерного колеса правая (выходная) палета. Анкерное колесо получает возможность повернуться на один зубец. Колебания маятника создают непрерывный цикл равномерного хода часового механизма.
К типу несвободных спусков относят и цилиндрический ход. Он состоит из ходового колеса с фигурными (в виде трехгранных головок) зубьями и пустотелого цилиндра с насаженным на него балансом. У цилиндрового спуска отсутствует промежуточное звено между ходовым (цилиндровым) колесом и регулятором хода (балансом). Ходовое колесо непосредственно воздействует на узел баланса. Цилиндр, являющийся осью баланса, имеет боковые вырезы, образующие с одной стороны входную и выходную импульсные губки, а с другой стороны - вырез - пропуск для прохода фигурной ножки зуба ходового (цилиндрового) колеса. Зубья ходового колеса за весь период колебания баланса находятся во взаимодействии с цилиндром.
Отечественная промышленность не изготовляет часы с цилиндровым спуском, так как эта конструкция часов считается технически и морально устаревшей.
Свободный анкерный ход бывает двух видов - штифтовым и палетным.
У штифтового хода анкерная вилка изготовляется из латуни, и в качестве входной и выходной палет служат стальные штифты (рис. 18). Такой ход применяют в обыкновенных будильниках, а также в настольных часах с механизмом будильника.
Палетный ход (рис. 19) применяют в наручных, карманных, настольных и настенных часах, частично в шахматных и будильниках (в малогабаритных производства Второго московского часового завода). Ход состоит из стального ходового (анкерного) колеса с трибом, стальной анкерной вилки с двумя палетами и двойного ролика, установленного на оси баланса. Сюда следует отнести и два ограничительных штифта, закрепленных в платине часового механизма.
Анкерное колесо имеет зубья специальной формы, плоскую вершину этих зубьев называют плоскостью импульса (момента), а боковую поверхность зубьев - плоскостью покоя.
Анкерная вилка имеет два плеча с пазами. В них вставлены, палеты из синтетического рубина и хвостовик (хвостовая часть вилки), снабженный на конце двумя предохранительными рожками и прямоугольным пазом, в середине которого расположено предохранительное копье.
Палеты имеют также подобно зубьям анкерного колеса плоскости импульса и покоя, которые взаимодействуют с одноименными плоскостями зубьев анкерного колеса.
Внутренние боковые стороны рожков хвостовика являются плоскостями, взаимодействующими с импульсным камнем (эллипсом).
Анкерное колесо и анкерную вилку насаживают на стальные оси.
Двойной ролик устанавливают на оси баланса. У двойного ролика имеется две рольки: верхняя (большая) и нижняя (малая). Верхняя ролька несет импульсный камень. Нижняя ролька имеет цилиндрическую выемку, расположенную под эллипсом. Эта ролька взаимодействует с копьем анкерной вилки и является предохранительной.
Принцип действия свободного анкерного палетного хода заключается в следующем. Под действием усилия заводной пружины анкерное колесо стремится вращаться и посредством своего зуба оказывает давление на входную палету, прижимая хвостовик к ограничительному штифту. Под действием спирали баланс совершает свободное колебание и вводит в паз анкерной вилки эллипс. Происходит удар эллипса о внутреннюю поверхность правого рожка хвостовика, и вилка поворачивается на угол покоя. Зуб анкерного колеса переходит с плоскости покоя на плоскость импульса входной палеты, левый рожок вилки отходит от ограничительного штифта и начинается передача импульса от анкерного колеса через вилку на баланс. За полный период колебания баланса анкерное колесо повернется на один зубец.
Механизм заводки пружины и перевода стрелок . Этот механизм, называемый ремонтуаром , представляет собой узел часового механизма, состоящий из ряда деталей. Узел обеспечивает зацепление заводного вала со стрелочным механизмом (при переводе стрелок) или вводит заводной вал в зацепление с узлом завода пружины.
В распространенных конструкциях механизма наручных часов узел заводки пружины и перевода стрелок состоит из следующих деталей: заводного вала с навинченной на его наружном конце заводной головкой; заводного триба, свободно посаженного на цилиндрической части заводного вала, а на участке заводного вала квадратного сечения установлена кулачковая (заводная) муфта со свободой продольного смещения; заводного рычага; пружины заводного рычага; заводного (коронного) колеса; накладки заводного колеса; переводного рычага; пружины-фиксатора; двух переводных колес - малого и большого.
Заводной триб и кулачковая муфта имеют косые торцовые зубья, которыми они соприкасаются между собой. Кулачковая муфта имеет кольцевую проточку, в которую входит хвостовая часть заводного рычага.
При переводе стрелок вытягивают заводную головку, заводной рычаг перемещает вниз кулачковую муфту до сцепления ее с малым переводным колесом, которое передает движение большому переводному колесу, а последнее вращает вексельное колесо с вексельным трибом. Вексельное колесо вращает минутник, а триб - часовое колесо. Пружина-фиксатор служит для фиксации положений переводного рычага.
После перевода стрелок нажимом на заводную головку заводной вал возвращается в нормальное положение, перемещается переводной рычаг, а пружина-фиксатор закрепляет его в таком положении, Освобожденный заводной рычаг перемещает вверх кулачковую муфту до сцепления ее зубьев с зубьями заводного триба.
Чтобы завести пружину, заводную головку вращают по ходу часовой стрелки. Вместе с заводным валом вращается кулачковая муфта и заводной триб. Последний через заводное колесо вращает барабанное колесо и таким образом осуществляется заводка пружины. Барабанное колесо имеет стопорное (храповое) устройство, которое называют собачкой с пружинкой. Это устройство взаимодействует с зубьями барабанного колеса и служит для фиксации барабана от обратного раскручивания заводной пружины.
При заводке пружины собачка выходит из зубьев барабана и скользит по их поверхности. Когда заводка прекращается, собачка под действием находящейся под ней пружинки входит в зацепление с зубьями барабана и не позволяет барабану раскручиваться в обратную сторону.
В настольных часах и будильниках пружину заводят с помощью ключа, воздействующего на вал барабана, а стрелки переводят с помощью кнопки, укрепленной на оси центрального колеса. Заводной ключ и кнопка расположены на задней крышке корпуса.
В часах настенных и некоторых видах настольных пружину заводят съемным ключом со стороны циферблата, а стрелки переводят рукой путем их вращения слева направо.
Стрелочный механизм . Он расположен с подциферблатной стороны платины и состоит из минутного триба, вексельного колеса с трибом и часового колеса.
Минутный триб в стрелочной передаче является основной деталью, обеспечивающей движение всего стрелочного механизма. Минутный триб насажен на ось центрального колеса и сопряжен с осью фрикционно. Фрикционная посадка достигается тем, что на оси центрального колеса имеется радиальная проточка, а втулка минутного триба снабжена двумя внутренними выступами, входящими в эту проточку при установке триба на оси. При фрикционной посадке минутный триб во время перевода стрелок свободно проворачивается на центральной оси и не вызывает торможения часового механизма.
На втулке минутного триба установлено со свободой вращения часовое колесо . Выступающая часть втулки часового колеса несет часовую стрелку, а выступающая часть втулки минутного триба - минутную стрелку. Таким образом минутная стрелка располагается над часовой.
Вексельное колесо , установленное на оси, имеет сцепление с минутным трибом, а триб вексельного колеса сцепляется с часовым колесом.
При переводе стрелок кулачковая муфта через переводные колеса получает сцепление с вексельным колесом, которое в свою очередь передает движение минутнику, а триб вексельного колеса - часовому. После окончания перевода стрелок кулачковая муфта расцепляется с переводным колесом, а стрелочный механизм начинает получать движение от оси центрального колеса.
Общее устройство и взаимодействие отдельных узлов механизма наручных часов даны на рис. 20.
Дополнительные устройства механизмов часов . В часах применяют различные дополнительные устройства, связанные с работой основного механизма.
В обычных наручных и карманных часах опорами баланса являются сквозные и накладные камни, запрессованные в платину и балансовый мост, а также в накладки. Такие опоры являются жесткими.
В часах современных конструкций применяют противоударные устройства (рис. 21) в виде амортизационного блока, построенного по определенной конструктивной схеме. Противоударное устройство предохраняет ось баланса от поломки при возможных резких толчках и случайном падении часов с высоты примерно 1,2 м на деревянный пол.
Принцип действия наиболее распространенных противоударных устройств заключается в следующем. Цапфы (концы) оси баланса, как обычно, расположены в сквозном и накладном камнях, закрепленных в бушоне (металлической оправе камня). Бушон с камнями, вложенный в коническое гнездо накладки, удерживается эластичной пружинкой, которая и создает амортизационную опору, предохраняя этим цапфу оси баланса от воздействия удара.
Секундомерное устройство предназначено для измерения коротких промежутков времени и применяется в наручных и карманных часах.
Часы наручные с секундомерным устройством, выпускаемые Первым московским часовым заводом, называют часами-хронографом "Полет" 3017. Продолжительность хода часов от одной полной заводки пружины без включения секундомерного устройства не менее 36 ч, с включенным секундомером - не менее 24 ч. Конструктивно такие часы более сложные, чем обычные наручные с центральной секундной стрелкой. Кроме часовой, минутной и центральной секундной стрелки, которая считается хронографной, имеются две дополнительные стрелки и соответственно две дополнительные шкалы на циферблате: левая - малая секундная шкала и правая - счетчик на 45 делений. Секундомер суммирующего действия, цена деления хронографной шкалы 0,2 с. Можно измерить отдельные интервалы времени в пределах от 0,2 до 45 с с точностью ±0,3 с в течение минуты и ±1,5 с в течение 45 мин.
Циферблат таких часов по краю окружности имеет две дополнительные шкалы, предназначенные для измерения величин, находящихся в функциональной зависимости от времени: шкалу скорости - красного цвета и шкалу расстояний - синего цвета.
Шкала скорости показывает скорость передвижения объекта в километрах за один час и рассчитана на скорость в пределах от 600 до 1000 км/ч. С помощью этой шкалы можно получить значение скорости передвижения автомобиля, мотоцикла, велосипеда, поезда и других движущихся объектов при условии, что расстояние между двумя измеряемыми пунктами известно.
Шкала расстояния циферблата служит для измерения расстояния, отделяющего наблюдателя от явления, которое воспринимается вначале зрением, а затем слухом. В основу шкалы расстояний принята скорость распространения звука в воздухе, равная 330,7 м/с, или 1200 км/ч.
Управляют работой секундомерного устройства с помощью двух кнопок: одной для пуска и останова, второй для перевода стрелок на нуль. Стрелки - секундная хронографная и минутного счетчика - возвращаются на нулевое деление шкалы из любого положения их на циферблате.
Такие часы применяют в спортивных соревнованиях, медицине, лабораторных работах и т. д.
Карманные часы с секундомерным устройством модели "Молния", выпускаемые Челябинским часовым заводом, называют карманным хронографом. Они предназначены для измерения времени в часах, минутах, секундах и отсчета в секундах коротких (до 45 мин) промежутков времени. Секундомер со скачком секундной стрелки через 0,2 с. Механизм с анкерным ходом на 19 рубиновых камнях. Управление секундной стрелкой двухкнопочное: пуск и останов - одной кнопкой над цифрой 11, возврат на нуль - второй кнопкой над цифрой 1.
Продолжительность действия часов от одной полной заводки пружины с включенным секундомером не менее 24 ч и с выключенным - не менее 36 ч.
Календарное устройство в часах бывает различных конструкций. Простейший конструктивный вариант календарного устройства представляет собой оцифрованный диск, вмонтированный под циферблат. Диск имеет внутренний венец, состоящий из 31 зуба трапецеидальной или треугольной формы. Суточное колесо, сопряженное с часовым, совершает в сутки один оборот и своим ведущим пальцем раз в сутки входит в зацепление с зубьями оцифрованного диска, перемещая его на одно деление. Через миниатюрное квадратное окошко в циферблате видны цифры диска. Иногда над окошком в стекло часов монтируют миниатюрную линзу для облегчения чтения показания календаря. Механическая смена даты происходит раз в 24 ч.
Календарные устройства бывают с медленной сменой показаний и мгновенного действия - со сменой дат скачком. Корректируют показания с помощью заводной головки одновременно с переводом минутной и часовой стрелок. Изготовляют также наручные часы с двойным календарем, показывающие числа месяца и дни недели.
Автоматический подзавод пружины применяют в наручных часах, выпускаемых отечественной часовой промышленностью (рис 22). Механизм автоподзавода расположен над мостами часового механизма. Автоподзавод представляет собой устройство в виде инерционного груза, имеющего форму полудиска, свободно вращающегося на оси. Инерционный груз изготовляют из тяжелых металлов. Втулка инерционного груза имеет триб, который посредством двух пар колес и трибов сопряжен с заводным колесом, установленным на оси барабана со свободой вращения. На этой же оси может свободно вращаться барабанное колесо.
Между барабанным и заводным колесами на вал барабана, имеющего квадратное сечение, установлены две трехлепестковые пружинки (верхняя и нижняя) с отогнутыми концами. Концы этих пружинок входят в углубления, сделанные на барабанном и заводном колесах. Вращение инерционного груза при взмахах руки во время ходьбы или при изменении положения руки приводит во вращение заводное колесо. Верхняя трехлепестковая пружинка, находясь в углублениях, захватывает заводное колесо и передает вращение на вал заводной пружины и происходит таким образом подзавод пружины; нижняя трехлепестковая пружинка в этом случае проскальзывает по внутренней поверхности барабанного колеса.
Заводная пружина может заводиться и обычным путем через заводную головку часов. При использовании заводной головки подзавод пружины будет осуществляться нижней трехлепестковой пружинкой, концы которой, западая в углубления барабанного колеса, будут вращать вал с заводной пружиной, а верхняя трехлепестковая пружинка в это время будет скользить по внутренней поверхности заводного колеса.
Достоинство наручных часов с автоподзаводом заключается в том, что постоянный автоматический подзавод пружинного двигателя происходит при движениях руки.
Автоматический подзавод пружины после эксплуатации часов на руке в течение 10 ч обеспечивает их нормальную работу следующей продолжительности: для часов повышенного класса 4-й группы - не менее 22 ч; для часов повышенного класса 1-3-й групп и 1-го класса 3-й и 4-й групп - не менее 18; для часов 1-го класса 1-й и 2-й групп и 2-го класса - не менее 16 ч.
Такие часы практически не требуют заводки пружины заводной головкой, так как благодаря автоматическому подзаводу механизм работает непрерывно. Когда часы лежат и автоподзавод не работает, расход энергии для работы механизма компенсируется во время последующего ношения часов на руке.
Антимагнитное устройство для защиты часов от воздействия магнитных полей представляет собой кожух из тонкой электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Магнитное поле, концентрируясь на магнитопроницаемом металле, не проникает внутрь кожуха. Этот защитный кожух называют магнитным экраном, который надежно защищает от намагничивания стальные детали механизма.
Для уменьшения влияния магнитного поля в часах спираль (волосок) баланса изготовляют из слабомагнитного сплава Н42ХТ.
Для защиты механизма от проникновения мельчайшей пыли, от коррозии из-за повышенной влажности воздуха или от проникновения воды корпуса часов изготовляют пылезащитными, брызгозащитными и водонепроницаемыми . Пылезащитный корпус должен защищать механизм от проникновения пыли, брызгозащитный от попадания брызг воды, а водонепроницаемый от проникновения воды при погружении часов в воду на глубину 1 м в течение 30 мин или на глубину 20 м в течение 1,5 мин.
Такие корпуса обычно имеют резьбовую крышку или крышку, закрепляемую в корпусном кольце с помощью дополнительного резьбового кольца. Плотность соединения крышки с корпусным кольцом достигается с помощью прокладки из полихлорвинила, уложенной в кольцевой паз корпусного кольца. Заводной вал уплотняют с помощью втулки, установленной в отверстии корпусного кольца или в расточке заводной головки. Для водонепроницаемых корпусов плотное соединение стекла с корпусным кольцом обеспечивается путем применения дополнительного металлического резьбового кольца.
Бывают корпуса, у которых крышка и корпусное кольцо неразъемные (выполнены как одна деталь), а механизм установлен со стороны стекла. Соединение стекла с корпусным кольцом достигается резьбовым ободком. Герметичность в таких корпусах обеспечивается с помощью натяжных или уплотняющих колец.
Механизмы боя , подающие звуковые сигналы в соответствии с показаниями стрелок, применяют в часах наручных, карманных, настольных, настенных, напольных и будильниках. Механизмы бывают нескольких видов.
Сигнальное устройство наручных часов "Полет" 2612, выпускаемых Первым московским часовым заводом, приводят в действие от собственного пружинного двигателя. Заводку пружинного двигателя сигнального устройства и установку сигнальной стрелки производят с помощью второй заводной головки, раслоложенной на корпусе часов. Продолжительность сигнала от одной полной заводки сигнальной пружины не менее 10 с.
Сигнальное устройство в будильниках, так же как и в наручных часах, имеет самостоятельный источник энергии, т. е. заводную пружину. Принцип работы сигнального устройства будильника почти не отличается от аналогичных устройств наручных часов - сигнал подается в заранее установленное время сигнальной стрелкой.
В крупногабаритных часах (настольных, настенных и напольных) широко применяют сигнальное устройство посредством удара одного или нескольких молоточков о звуковую пружину или звуковые стержни. Механизм боя является устройством с собственным источником энергии (заводная пружина или гиря) и регулятором скорости. В зависимости от конструкции различают механизмы, отбивающие удары только целых часов, часов, получасов и четвертей часа.
Звуковая пружина представляет собой проволочную спираль, внутренний конец которой запрессован в колодку. Звуковой стержень крепят в специальную колодку. В колодку обычно закрепляют по нескольку звуковых стержней (два или четыре), механизм же имеет соответствующее количество ударных молоточков.
Более сложной конструкцией являются механизмы боя с четвертями часа. Так, напольные маятниковые часы имеют три самостоятельные кинематические цепи, каждая с собственным гиревым приводом: механизм хода занимает среднее положение, механизм боя часов расположен справа, а механизм боя четвертей часа - слева от механизма хода часов. Размещены эти механизмы между двумя латунными прямоугольными платинами.
Сигнальное устройство настенных часов с боем и "кукушкой" представляет собой наиболее простой механизм боя. Этот механизм отбивает часы и получасы. Каждый удар боя сопровождается кукованием и появлением в открывающемся окошечке над циферблатом фигурки кукушки. Механизм боя и кукования состоит из двух деревянных свистков, в верхней части которых имеются меха с крышками. Эти меха и одновременно молоточек приводят в действие с помощью проволочных рычажков. При подъеме крышек меха вбирают воздух, а при опускании струя воздуха посредством свистка создает звук кукования. Фигурка кукушки, закрепленная на поворотном рычажке, при начале боя выдвигается в окошечко, а рычаг одного из мехов толкает ее и она кланяется.
Зубчатые передачи механических часов всегда имели двойную задачу – подавать энергию осциллятору и подсчитывать его колебания. Сохранилось много конструктивных вариантов – от простой трехколесной системы с валами в одной плоскости (у балансирных часов) и обычным расположением и системы с центральной секундной стрелкой до сложных механизмов, указывающих дату и другие календарные и астрономические данные.
Рис. 28.
а
– с минутным колесом (1
– ведущее колесо, 2
– барабан пружины, 3
– минутное колесо, 4
– минутный триб, 5
– промежуточный триб, 6
– промежуточное колесо, 7
– секундный триб, 8
– секундное колесо, 9
– спусковой триб, 10
– спусковое колесо);
б
– без минутного колеса (1
– барабан пружины, 2
– ведущее колесо, 3
– сменное колесо, 4
– второе промежуточное колесо, 5
– второй промежуточный триб, 6
– первый промежуточный триб, 8
– триб спускового колеса)
На рис. 28а приведены два основных типа часовых зубчатых передач. Первый из них проще, и с ним мы встречаемся у дешевых часов с шварцвальдским, или штифтовым, спусковым механизмом. Для привода стрелочного механизма здесь служит специальное колесо на пружинном барабане. Несколько сложнее второй механизм (рис. 28б) с минутным колесом, от которого в этом случае выводится движение часовой стрелки. Еще более сложен механизм часов с центральной секундной стрелкой. Уже при беглом осмотре этих механизмов можно видеть, на какой срок хода с одной заводкой часов рассчитывал производитель этих часов. (На механизмах, приведенных на рис. 28, видно, что это механизмы с односуточным ходом.) Чтобы часы при одинаковой длине пружины шли дольше, необходимо увеличить общее передаточное отношение и поместить между ведущим колесом вала барабана пружины и трибом на валу минутного колеса еще одно или два дополнительных колеса с трибами.
Часовые зубчатые колеса сильно отличаются от эвольвентных зубчатых передач, используемых в машиностроении общего назначения, так как в часовом деле привилась циклоидная зубчатая передача. Производство зубчатых деталей относилось в ранний период часового производства к самым трудным ручным работам. После прорезания зазоров на окружности колеса оставляли ровные боковые стороны зубьев и слегка закругляли их головки. За небольшим исключением речь шла о производстве колес с торцовыми зубьями.
У крупных башенных часов обод с зубьями склепывался или наваривался на лучевидные плечи ступицы. Малые колесики с несколькими зубьями (как. правило, меньше 15) – трибы – вырабатывались несколькими способами. Для средних и крупных часов это были главным образом трубчатые трибы, а трибы малых часов имели циклоидальную зубчатую передачу. Доводов в пользу циклоидальной зубчатой передачи было несколько. Вспомним, что у часовых передач всегда чередуется зацепление пары колес и триба. Поскольку трибы обычно имеют очень малое количество зубьев, то при зацеплении с большим зубчатым колесом с эвольвентными зубьями возникают большие колебания приводной силы. У циклоидальной зубчатой передачи условия передачи силы более благоприятны тогда, когда тщательно поддерживаются предписанные расстояния между осями зубчатых колес. Для дальнейшего улучшения зацепления полезна коррекция зубьев понижением их головок и упрощением их профильных кривых, что позволяет приблизиться к идеальному состоянию, при котором пара зубчатых колес переносит одинаково большую силу в начале и в конце своего зацепления. Следующим достоинством циклоидального зубчатого зацепления является большая простота изготовления его.
У башенных часов и у первых напольных, настенных и переносных часов зубчатые колеса были железными. Позднее стали использовать более выгодные качества бронзовых колес. Трибы всегда были стальными, причем в местах наибольшей нагрузки их закаливали. Поверхности зубьев, особенно у трибов, всегда полировали, чтобы понижать потери от трения. Наряду с трубчатыми трибами, у лучших малогабаритных часов делали фрезерованные трибы (зачастую из прутковых полуфабрикатов). Для больших колес трибы склепывали, а для меньших часов склепанный комплект обычно лишь насаживался на рифленую поверхность вала. Поскольку трибы всегда относились к самым напрягаемым деталям часов, то можно по степени их износа определить время, до которого данные часы были в ходу, и степень их эксплуатационной надежности.
Устройство и расчет передаточного механизма часов
К передаточному механизму часов относится система колес и трибов, осуществляющая передачу движения от двигателя к регулятору. Каждая пара зацепления отличается своими размерами и количеством зубьев. Колесо обычно имеет больше 15 зубьев, а триб до 15 зубьев.
Колесная система, общая для всех часов, состоит из следующих колес и трибов:
1. Барабан. В часах с гиревым заводом на барабан наматывают шнур, струну или цепь, а в часах с пружинным заводом пружина преимущественно помещается в барабан.
2. Колесо добавочное (преимущественно в часах с продоложительным заводом).
3. Колесо среднее (центральное).
4. Колесо промежуточное.
5. Колесо секундное.
6. Колесо спусковое (анкерное, цилиндрическое).
7. Минутник (триб минутной стрелки)
8. Колесо вексельное.
9. Колесо часовое
Во время каждого полуколебания регулятора колесная система часового механизма поворачивается на строго определенный угол, после чего останавливается на какую-то долю секунды - до конца полуколебания. При обратном движении регулятора колесная система вновь поворачивается на тот же определенный угол и снова останавливается на такой же отрезок времени. Это движение повторяется непрерывно.
Зубчатая передача часового механизма увеличивает скорость передачи во столько раз, во сколько раз число зубьев ведущих колес больше числа зубьев ведомых трибов.
Зубчатое зацепление передаточного механизма часов называется ангренажем.
Колесо (или триб), передающее движение, называется ведущим, а получающее движение - ведомым. В часовом механизме обычно колесо является ведущим, а триб - ведомым.
Передаточным числом называется отношение количества зубьев ведущего колеса к зубьям ведомого. Оно показывает, сколько оборотов сделает ведомое колесо за один оборот ведущего, т. е. за один и тот же промежуток времени колесо сделает меньшее число оборотов, чем триб.
Баланс карманных и наручных часов с анкерным ходом обычно делает 18 000 колебаний в час, т. е. 300 колебаний в минуту. Анкерное колесо почти всегда имеет 15 зубьев. Следовательно за один оборот анкерного колеса баланс сделает 30 колебаний (каждому зубу колеса соответствует два колебания баланса).
Число оборотов анкерного колеса панк найдем из следующего соотношения:
панк =300/15*2=10 об/мин
Т. е. анкерное колесо за одну минуту сделает 10 оборотов.
Секундное колесо, на ось которого насаживается секундная стрелка, делает один оборот в минуту, а центральное колесо (с минутной стрелкой) делает один оборот в час, или его оборота в минуту.
Общее передаточное число от центрального колеса до анкерного триба равно произведению передаточных чисел отдельных сцепляющихся пар:
Следовательно передаточное число показывает отношение количества зубьев ведущих колес к количеству зубьев ведомых трибов или отношение количества оборотов ведомых трибов к количеству оборотов ведущих колес. Обычно передаточное число в карманных и наручных часах от центрального колеса к анкерному трибу равно 600.
Вариантов соотношения числа зубьев колес и трибов много, ко практически уже выработаны определенные нормы (табл. 1).
Таблица 1
Количество зубьев, колес и трибов карманных и наручных часов, делающих
18 000 колебаний баланса в час
|
Название колеса или триба |
В а р и а н 1 |
: ы |
||||||
|
Центральное колесо |
||||||||
|
Промежуточный триб. . . |
||||||||
|
Промежуточное колесо. . |
||||||||
|
Секундный триб |
||||||||
|
Секундное колесо |
||||||||
|
Анкерный триб |
||||||||
|
Анкерное колесо |
||||||||
При подборе нового колеса или триба можно руководствоваться табл. 1 или нижеследующим способом.
Если в часах отсутствует одно колесо, а все остальные колеса имеются, а также известно количество колебаний баланса в часах, то недостающее колесо можно найти, пользуясь расчетом, указанным в следующем примере.
Пример. Найти число зубьев утерянного промежуточного колеса, если известно, что центральное колесо имеет 80-12 зубьев, секундное - 80-10 зубьев, анкерное - 15-8 зубьев; 80; 80 и 15 - числа зубьев колес; 12; 10 и 8 - числа зубьев триба. Баланс делает 18 000 колебаний в час.
Допустим, что Триб промежуточного колеса имеет 10 зубьев, тогда число зубьев промежуточного колеса будет:
Чтобы найти количество оборотов анкерного колеса за 1 час, надо количество колебаний баланса за 1 час разделить на удвоенное число зубьев анкерного колеса:
18 000 /2*15 = 600 оборотов
Число зубьев барабана можно найти следующим образом: обычно центральное (среднее) колесо делает I оборот в час, продолжительность хода часов - 36 часов. Следовательно за 36 часов центральное (среднее) колесо сделает 36 оборотов. Такое же количество оборотов сделает центральный (средний) триб.
Зная, что барабан должен обеспечить до 5,5 оборота, можно найти передаточное число:
Чтобы обеспечить большое передаточное число (10: 1; 9:1 и т. д.), в зубчатой передаче часов применяют циклоидальное зацепление, которое благодаря особой форме зубьев позволяет применять трибы с малым числом зубьев.
Передачу вращения и усилий зубчатая пара осуществляет в месте соприкасания зубьев колес и трибов по так называемой начальной окружности (рис. 39). Каждое колесо или триб имеет три окружности: окружность выступов, начальную окружность it окружность впадин.
Окружностью выступов называется окружность, описанная из центра колеса и ограниченная головками зубьев колеса.
Начальной окружностью называется окружность, по которой проходит зацепление колеса и триба.
Окружностью впадин называется окружность, проходящая через основания зубьев колеса или триба.
Правильным зацепление между трибом и колесом будет тогда, когда начальные окружности колеса и триба соприкасаются в одной точке (рис. 39). При глубоком зацеплении (рис. 40) начальные окружности колеса и триба пересекаются. При мелком зацеплении (рис. 41) начальные окружности колеса и триба не соприкасаются и не пересекаются. Колесо и триб должны иметь одинаковый шаг зацепления. Зубчатая передача работает правильно, если величина передаваемой силы не меняется и потери на трение сведены до минимума. Изменение величины передаваемой силы зависит от правильного профиля зубьев.
В часах упрощенной конструкции фрезерованные трибы заменены цевочными (штифтовые наборные трибы). Число штифтов должно быть 8-12, но не меньше 6. Цевочные трибы просты в изготовлении, мало чувствительны к ошибкам в расстояниях осей и легче переносят загрязнение. Штифты цевочных трибов должны вращаться, чтобы обеспечить меньшее трение во время работы и меньший их износ. Ошибки в зубчатых зацеплениях вызывают увеличение трения.
В каждой паре зубчатого зацепления надо иметь достаточный зазор между зубьями, иначе попадание незначительной
рязи между зубьями может вызвать остановку часов. Это особенно важно в колесах, двигающихся с маленьким усилием (секундное, анкерное). Колеса, находящиеся ближе к источнику энергии - пружине, должны быть толще и по мере удаления от него - тоньше. В среднем боковой зазор между зубьями должен быть в пределах 0,1-0,17 шага, а радиальный зазор -
0,4 модуля. Боковой зазор осуществляется за счет уменьшения толщины зуба триба. При правильном зацеплении вращение происходит легко, без толчков и ударов. Правильность зацепления зависит также от правильно подобранного числа зубьев триба: с увеличением числа зубьев триба зацепление улучшается и, наоборот, чем меньше число зубьев триба, зацепление ухудшается, ибо каждый зуб триба дольше находится в зацеплении с зубчатым колесом. При правильном зацеплении зубья колес должны касаться друг друга в тех точках, где их головки переходят в закругления, т. е. должны касаться начальные окружности колес и триба.
Рис. 39. Правильная практическая форма зубьев колеса и триба
Рис. 40. А-глубокое зацепление; Б-зацепление с малым трибом В-исправление глубокого зацепления вельцеванием; Г-исправление зацепления при малом трибе
Рис. 41. А-мелкое зацепление; Б-исправление мелкого зацепления
Шагом зубчатого зацепления t называется расстояние между вершинами двух соседних зубьев, измеренное по начальной окружности в линейных мерах.
Модуль зубчатого зацепления
Диаметр начальной окружности колеса или триба меньше его наружного диаметра на удвоенную высоту головки зуба.
Наружные диаметры колес и трибов можно измерять микрометрами, диаметры начальных окружностей определяют при помощи таблиц или соответствующими вычислениями (диаметр начальной окружности равен модулю, умноженному на число зубьев).
Автокварцевый механизм (Autoquartz movement) - сочетание автоматического и кварцевого механизма. В следствие повседневных движений руки, генератор заряжает мини-аккумулятор часов. Энергии полностью заряженной батарейки-аккумулятора хватает на 50-100 суток бесперебойной работы часов.
Автоматический механизм (Automatic movement) - часы с таким механизмом заводятся автоматически. В простых механических часах пружина заводится с помощью вращения заводной головки. Система автоподзавода сводит почти на нет такую необходимость. Металлический груз в виде сектора, закрепленный на оси, вращается при любых движениях часов в пространстве, заводя пружину. Груз должен быть достаточно тяжелым, чтобы преодолеть сопротивление пружины. Чтобы избежать перезавода и поломки механизма, ставится специальная защитная муфта, которая проскальзывает, когда пружина достаточно заведена.
Автоматическая регулировка равномерности хода (Automatic adjustment of movement steadiness) - термин, обозначающий автоматическое регулирование положения анкера относительно спускового колеса в случае колебаний маятника с повышенной амплитудой. За счет точной подборки трения между анкером, осью анкера и дополнительным диском удается добиться равномерного звука «тик-так», после окончания периода колебаний маятника с повышенной амплитудой.
Автоматическое ночное отключение мелодии и боя (Automatic night delivery sound) - функция на часах с боем, репетирах, либо карильонах, позволяющая отключать звуковое оповещение времени на ночной период. Представляет собой дополнительный механизм, прерывающий мелодию или бой.
Автоматическое переключение мелодий (Automatic tune changer) - дополнительная функция в часах-репетирах или карильонах, меняющая играющую мелодию по прошествии каждого часа.
Академия независимых производителей часов (Académie Horlogère des Créateurs Indépendants (AHCI) - общество, основанное Свендом Андерсеном (Svend Andersen) и Винсентом Калабрезе (Vincent Calabreseв 1985 году. Целью этого сообщества являлось желание возродить традиционное ремесленное искусство часового дела, равносильное индустриальному изготовлению механических часов. Месторасположением сообщества является коммуна Вихтрах в кантоне Берн. AHCI является интернациональной организацией и насчитывает в настоящий момент 36 членов и 5 кандидатов из более чем 12 различных стран, которые изготавливают самые разнообразные виды механических часов (наручные, карманные, настольные, музыкальные, а также часы с маятником)
Алмаз (diamond) - кристаллизированный углерод, самое твердое вещество в мире. Впоследствие специальной огранки приобретает уникальный блеск и называется бриллиантом. Часто используется для украшения наручных часов верхней ценовой категории.
Альтиметр (Altimeter) - прибор, определяющий высоту над уровнем моря за счет изменения атмосферного давления. Уровень атмосферного давления оказывает влияние на точность хода часов. При увеличении высоты и понижении давления снижается сопротивление воздуха в корпусе часов, увеличивается частота колебаний и часы начинают работать с опережением, «спешить».
Амортизаторы (Shock reducer) - детали противоударной системы часового механизма, предназначенные для защиты осей деталей механизма от поломки при импульсных нагрузках.
Аналоговый дисплей (Analogue Display) - Дисплей, время при помощи относительного перемещения маркера и пластинки (как правило, стрелок и циферблата).
Аналоговые часы (Analogue watch) - часы, в которых индикация времени осуществляется при помощи стрелок.
Анкерный механизм (анкер) (Escapement) - часть часового механизма, состоящая из анкерного колеса, вилки и баланса и преобразующая энергию заводной пружины в импульсы, передаваемые балансу для поддержания строго определенного периода колебаний, что необходимо для равномерного вращения шестереночного механизма.
Антимагнитные свойства (Antimagnetic) - Вид часов, которые неподвержены магнитному воздействию.
Антимагнитные часы (Nonmagnetic watch) - часы, в которых для изготовления корпуса используется специальный сплав, защищающий часы от намагничивания.
Апертура (Aperture) - небольшое окно в циферблате, в котором показывается текущая дата, день недели и т.д.
Аппликация (Applique) - цифры или символы, вырезанные из металла и прикрепленные к циферблату.
Астрономические часы (Astronomical watch) - часы с дополнительными индикациями на циферблате, показывающие фазы Луны, время восхода и захода Солнца либо схему движения планет и созвездий.
Атмосфера (Atm.) - единица измерения давления. Часто применяется в часовой сфере для обозначения уровня водонепроницаемости часов. 1 атмосфера (1 ATM) соответствует глубине в 10,33 метра.
Часы - одно из древнейших изобретений человечества в области техники. (Мы не преуменьшаем приобретенные навыки и умение человека добывать огонь, плавить бронзу и железо, изобретение письменности,пороха, бумаги, паруса).
Некоторые исследователи ставили изобретение часов на второе место. Первое место отводилось колесу. Предполагалось, что самое древнее колесо появилось в Бронзовом веке в 3500 - 1000 году до нашей эры в Месопотамии. (Там же были найдены и первые повозки). Сколоченные вместе доски и бревна обрезались по кругу, и получался сплошной диск. Со временем колесо усовершенствовалось. Это уже был обод со спицами.
Такая конструкция имела значительно меньший вес. Около 3000 лет назад у колеса появился металлический обод. Жизнь колеса весьма продлилась.
*** ***** ***
Трудно переоценить значение и влияние на развитие человеческой цивилизации изобретение часов. Первые приборы для определения Времени и его интервалов мы сейчас называем «примитивными».
Первоначально это были солнечные, затем водяные, а с появлением стекла, люди придумали часы песочные. Но прорывом в измерении времени стало изобретение механических часов.
Этот инструмент контроля времени не зависел от пасмурной погоды, сумерек и ночи, равно как и от забывчивости слуги, ответственного за долив - перелив воды или переворот емкости с песком. Ученые, занятые установлением времени и авторства изобретения механических часов, не имеют по этому вопросу общего мнения.
Данная тема является предметом научных дискуссий.По одним данным, первенство в изобретении механических часов, отдают ученому из города Верона по имени Пацификус. Механические часы он изобрел еще в началеIX века.
Но наиболее широко распространено мнение, что это изобретение было сделано в конце Х века, и принадлежало оно монаху Герберту из местечка Оверни. Этот человек был воспитателем будущего императора Германии ОттонаIII. Да и сам Герберт сделал весьма успешную карьеру, став римским папой Сильвестром II. Его папство длилось с 999 по 1003 год.
Как изобретенный им часовой механизм был устроен ничего не известно. Но потому, что он был забыт, косвенно можно сделать вывод, что должного признания современниками и соответствующего применения это изобретение не получило.
История развития часового дела на Руси была изучена мало. Но имя искусного мастера, кото-рый в 1404 году установил на Спасской башне Кремля первые механические часы в Москве известно. Его звали Лазарь. 
И был он монахом. Он пришел из Афонского монастыря, расположенного на греческом острове Айон-Орос. Лазарь родился в Сербии, поэтому он получил прозвище Сербин.
Сохранилась миниатюра, изображающая пуск башенных механических часов в Москве. На миниатюре Лазарь рассказывает князю Василию Первому, как устроены часы. Судя потому, что у этих часов были три гири, можно говорить о сложности их механизма.
Одна гиря могла служить для привода основного механизма, молот, ударявший по колоколу, приводился в действие другой гирей, а третья служила для привода механизма, показывающего фазы Луны. На миниатюре диска Луны не видно, но в одной из летописей указывалось, что часы умели это делать. Стрелки на циферблате отсутствуют, можно предположить, что двигался сам диск циферблата.
Хотя точнее было бы придумать для диска слово типа «буквоблат». Вместо цифр стояли старославянские буквы: аз-1, буки-2, веди-3, глаголь-4, добро-5 и далее. Часы с боем совершенно приводили москвичей и гостей Москвы в восторг и изумление. Василий Iзело оценил шедевр и заплатилталантливому Лазарю более полутора сотен рублей. По курсу начала XX века эта сумма составила бы 20 000 золотых рублей.
Первые механические часы были башенными. Механизм башенных часов приводился в дви-жение тяжестью груза.
Груз, камень или позднее гиря, на канате крепился к гладкому, перво-начально деревянному, а позднее металлическому, валу. Чем выше башня, тем длиннее канат и, соответственно, больше запас хода часов.(Поэтому они и были названы «башенные часы»). 
Сила тяжести заставляла гирю опускаться, канат или цепь разматывалась и вращала вал. Через посредство промежуточных колес, вал соединялся с храповым колесом. Последнее в свою очередь приводило в движение стрелку. Изначально стрелка была одна.
Подобие своему «родственнику» - шесту солнечных часов гномону. Собственно и направление движения стрелки, привычное и не вызывающее вопросов сейчас (просто: «по часовой стрелке») было выбрано по направлению движения тени, отбрасываемой гномоном. Равно, как и деления на циферблате механических часов, по делениям на круге часов солнечных.
Следует добавить, что высота башни должна была быть не ниже 10 метров, а вес гири порой достигал двухсот килограммов. Со временем деревянные детали часового механизма были замещены деталями, изготовленными из металла
В первых часовых механизмах можно было выделить шесть основных компонентов:
- О двигателе. Использование вместо гравитационной силы, воздействующей на вес груза, энергии пружины, привело к значительному уменьшению габаритов часового механизма. Пружина предствляла собой эластичную ленту, изготовленную из стальной закаленной полосы. Пружины была свернута вокруг вала внутри барабана. Один ее конец крепился к валу, а второй, внешний, крючком цеплялся за барабан. Стремясь развернуться, закрученная эластичная и упругая пружина заставляла вращаться барабан, а с ним и зубчатое колесо и весь набор зубчатых колес - шестеренок.Изобретение пружинного двигателя открыло путь к созданию в будущем миниатюрных часов, которые можно было бы носить на руке.(гиревой двигатель используется до сих пор. Пример «Часы с кукушкой». Напольные часы).
- Передаточный механизм зубчатых колес принципиальных изменений не приобрел и сегодня (только он сталболее миниатюрным). Количество зубчатых колес в часовом механизме было многочисленным. К примеру, итальянскому часовых дел мастеру Джунелло Турриано для своих башенных часов потребовалось таковых - 1 800 штук.Усложненный часовой механизм этих часов показывалне только текущее время, а дополнительно еще движение Солнца, Луны, Сатурна и других планет, как это представлялось по системе мироздания Птоломея. Полдень, полночь, каждый час и каждая четверть часа отбивалась разным колокольным боем. Базовый принцип устройства передаточного механизма зубчатых колес сохранился и в миниатюрных механизмах современных наручных часов.
А вот неравномерность хода часов, связанная с ускорением движения вала при получении энергии от двигателя, и, в конечном итоге, ускорение вращения шестерен всего механизма, должно было компенсироватьустройство, позволяющее сдерживать ускорение храпового колеса. 
Оно называлось билянец
, (коромысло).Регулятор - билянец представлял собой стержень, расположенный параллельно плоскости храпового колеса.
Под прямым углом к нему крепилось коромысло с двумя подвижными регулировочнами грузиками, как правило шарообразной формы.
При работе билянец раскачивался. Каждое полное качение передвигало храповое колесо на один зубец. Регулируя расстояние грузиков от оси можно было изменять скорость движения храпового колеса, так как частота качения, в этом случае, изменялась. Но и это качение, во избежание его угасания надо было подпитывать энергией.
Постоянная передача энергии для обеспечения колебаний билянца возлагалась на спусковой распределитель
. 
Это устройство являлось своеобразным промежуточным звеном между регулятором и передаточным механизмом.
Оно передавало энергию от двигателя к билянцу, с одной стороны, и подчиняло себе и контролировало движение шестеренок передаточного механизма, с другой стороны.
Это изобретение увеличило точность хода механических часов. Хотя она, по нонешним меркам, оставляла желать лучшего. Суточная погрешность порой превышала 60 минут в сутки.Что вполне приемлимо для средневековья. В 1657 году голландец Христиан Гюйгенс применил в механических часах как регулятор не коромысло, а маятник.
Суточная погрешность таких часов с маятником составлла уже не более 10 секунд.
В 1674 году Христиан Гюйгенс доусовершенствовал регулятор. К колесику-маховику он прикрепил тончайшую спиральную пружинку. Когда колесико отклонялось от нейтрального положения и проходило точку равновесия, пружинка заставляла его возвращаться назад. 
Такой балансовый механизм обладал свойствами маятника. Большим достоинством подобного устройства балансового механизма стало то, что такая констукция могла функционировать в любом своем положении в пространстве.
Это весьма способствовало применению такого балансового устройства в механизмах карманных и далее наручных часов. Справедливости ради, следует упомянуть имя англичанина Роберта Гука, который независимо от Гюйгенса изобрел балансовый механизм, основанный на колебаниях подпружиненного колеса.
Упрощенный часовой механизм приведен на рисунке 
Базовые принципы работы часового механизма сохранились и в современных часах.
Как наружний скелет насекомых и головогрудых и внутренний скелет млекопитающих служат для крепления внутренних органов, так основой механизма часов служит платина или плата .
Платина
- самая большая деталь каркаса часового механизма. На ней крепятся мосты, детали и опоры часовых колес.
Форма платины может быть круглой или некруглой. Эта деталь чаще изготавливается из латуни марки ЛС63-3Т. Для кварцевых часов платина обычно делается из пластмассы. Калибр часов определяется по диаметру платины. Если диаметр платины составляет 18 миллиметров и меньше, то часы причисляют к женским.
Если ее диаметр 22 миллиметра и более, то часы считаются мужскими.
- ангренаж (набор шестиренок, маленьких и побольше).
Эта система шестеренок включает в себя:
- двигатель.
Служит для накопления энергии и последующей ее передачи в ангренж.Двигатель состоит из пружины, вала (корэ) и барабана. Пружина может иметь S-образную форму или же быть спиральной. Пружины изготавливают из специального железо-кобальтого сплава или углеродистой стали, подвергнутой специальной термообработке. Продолжительность хода часов зависит от толщины пружины и ее длины. Рабочей и расчетной характеристикой заводной пружины является ее крутящий момент (произведение ее упругой силы на число оборотов).
1. Барабан нужен для защиты, находящейся внутри пружины-спирали, от попадания на нее пыли или влаги.
2. Баланс- спираль является одним из основных узлов часового механизма. Баланс представляет собой круглый тонкий обод с поперечной перекладиной, посаженной на стальную ось. Балансы бывают винтовыми и без винтовыми. У винтового баланса в обод ввинчены винты, которые служат для уравновешивания обода и регулировки частоты его колебаний.
3. Спираль - волосок изготавливают из никелевого сплава. Это упругая пружина, конец которой заделан в латунную втулочку. Под действием энергии, поступающей от двигателя, баланс совершает колебательные движения, вращаясь делает повороты то в одну, то в другую стороны - либо заводит либо раскручивает спираль. В результате, то запираемая, то освобождаемая спусковым распределителем колесная передача часового механизма периодически двигается. Это движение можно наблюдать по скачкообразному движению секундной стрелки. В большинстве наручных часов баланс совершает 9 000 колебаний в час. Период колебания баланса регулируется путем изменения длины спирали.
4.Турбийон (фр.tourbillon - вихрь). Механизм, компенсирующий земное притяжение. Колесо баланса и спусковой механизм устанавливаются на специальную вращающуюся платформу. Платформа вращаясь вокруг собственной оси(как правило, один оборот за одну минуту) меняет центр тяжести всего механизма. При вращении платформы, часы то полминуты спешат, то пол минуты отстают. Таким образом и компенсируется погрешность хода, связанная с воздействием гравитации.
В часовых механизмах повышенного качества и высокими требованиями к точности хода часового механизма, и с целью уменьшения трения и износа осей шестеренок механизма, в качестве опорных подшипников применяются рубиновые камни или синтетический корунд.
Такие камни имеют наименьший коэффициент трения и наибольшую твердость (по шкале Мооса - 9)
- Мосты . Все детали часового механизма: двигатель, баланс, ангераж и другие фиксируются к плате мостами
- стрелочный механизм. Стрелочный механизм расположен с подциферблатной стороны платины. Он состоит из часового колеса, вексельного колеса и минутного триба. Стрелочный механизм входит составной частью в общую кинематическую схему механических наручных часов: 1. Заводной барабан; 2. Центральное колесо; 3. Центральный триб;4. Промежуточный триб; 5. Промежуточное колесо; 6. Секундный триб. (триб - зубчатое колесо, составляющее единое целое с собственной осью вращения,кроме часовых механизмов применяется в других точных механизмах).
- механизм перевода стрелок и заводки пружины
.(ремонтуар
) Этот механизм обеспечивает зацепление заводного вала со стрелочным механизмом (при переводе стрелок) или вводит заводной вал в зацепление с узлом завода пружины. Минутный триб обеспечивает движение всего стрелочного механизма. Часовое колесо установлено на втулке минутного триба. На выступающей части втулки часового колеса установлена часовая стрелка, а на выступающей части минутного триба - минутная стрелка. Таким образом минутная стрелка расположена над часовой.Вексельное колесо имеет сцепление с минутным трибом, а триб вексельного колеса сцепляется с часовым колесом. Эта кинематика и обеспечивает перевод обеих стрелок в желаемое положение на циферблате. Для перевода стрелок заводная головка вытягивается. Для завода пружины головка (коронка
) должна быть утоплена. Завод осуществляется ее вращением по часовой стрелке.
Это основные детали и узлы часового механизма и краткое описание припципов их работы.
Современные наручные часы часто имеют еще функции автоподзавода, снабжены противоударным механизмом, имеют водо или влагонепроницаемый корпус, конструкция механизма может иметь календарь.
NB Часы, имеющие календарь, лучше подзаводить на ночь - до 19 часов. В период с 22:00 до 01:00 происходит изменение календарного значения. часовая пружина должна находиться в ее максимально возможном энергетическом состоянии.
