Спусковой механизм

Спусковой механизм — это механическое соединение в механических часах , которое подает импульсы на элемент хронометража и периодически отпускает зубчатую передачу для движения вперед, продвигая стрелки часов. Импульсное действие передает энергию элементу хронометража часов (обычно маятнику или балансировочному колесу ), чтобы возместить энергию, потерянную на трение во время его цикла, и поддерживать колебание хронометра. Спусковой механизм приводится в действие силой от спиральной пружины или подвешенного груза, передаваемой через зубчатую передачу часов. Каждое колебание маятника или балансировочного колеса освобождает зуб спускового колеса спуска , позволяя зубчатой ​​передаче часов продвигаться или «сбегать» на фиксированную величину. Это регулярное периодическое продвижение перемещает стрелки часов вперед с постоянной скоростью. В то же время зуб толкает элемент хронометража, прежде чем другой зуб зацепится за поддон спуска, возвращая спусковой механизм в его «заблокированное» состояние. Внезапная остановка зубца спускового механизма создает характерный «тикающий» звук, который можно услышать при работе механических часов.

Первый механический спусковой механизм, спусковой механизм с верге , был изобретен в средневековой Европе в XIII веке и стал решающим нововведением, которое привело к развитию механических часов. Конструкция спуска оказывает большое влияние на точность часов, и усовершенствования в конструкции спуска привели к улучшению измерения времени в эпоху механического измерения времени с XIII по XIX век.

Спусковые механизмы также используются в других механизмах, помимо часов. Ручные пишущие машинки использовали спусковые механизмы для шага каретки при наборе каждой буквы (или пробела).

Изобретение спускового механизма стало важным шагом в истории технологий , поскольку оно сделало возможным создание полностью механических часов. ^{[1] : стр. 514-515  [2] [3]} Первый полностью механический спусковой механизм, спусковой механизм с гранями , был изобретен в Европе в 13 веке. Он позволил методам хронометража перейти от непрерывных процессов, таких как поток воды в водяных часах , к повторяющимся колебательным процессам, таким как качание маятников , что позволило обеспечить более точный хронометраж. ^[3] Осциллирующие хронометристы являются контролирующими устройствами во всех современных часах. ^{[4] [5] [6]}

Самый ранний спусковой механизм с жидкостным приводом был описан греческим инженером Филоном Византийским в 3 веке до н. э. в главе 31 его технического трактата «Пневматика» как часть умывальника . [ ^7] Ложка с противовесом , снабженная резервуаром с водой, опрокидывается в тазу, когда она наполнена, выпуская при этом сферический кусок пемзы . После того, как ложка опустошается, ее снова поднимает противовес, закрывая дверцу на пемзе натягивающейся веревкой. Примечательно, что комментарий Филона о том, что «ее конструкция похожа на конструкцию часов», указывает на то, что такие механизмы спуска уже были встроены в древние водяные часы. ^[7]

В Китае буддийский монах династии Тан И Син вместе с правительственным чиновником Лян Линзанем в 723 (или 725) году нашей эры изготовили спусковой механизм для работы армиллярной сферы и часового привода , работающего на воде , что стало первым в мире часовым механизмом. ^{[8] [9]} Часовщики династии Сун Чжан Сиксунь и Су Сун в X веке должным образом применили спусковые устройства для своих астрономических часовых башен , ^[10] где вода текла в контейнер на оси. Однако позже технология застоялась и регрессировала. По словам историка Дерека Дж. де Соллы Прайса , китайский спусковой механизм распространился на запад и стал источником западной технологии спуска. ^[11]

По словам Ахмада Й. Хассана , ртутный спусковой механизм, описанный в испанском документе для Альфонсо X в 1277 году, можно проследить до более ранних арабских источников. ^{[12] [ ненадежный источник? ]} Знания об этих ртутных спусковых механизмах могли распространиться по Европе с переводами арабских и испанских текстов. ^{[12] [13]}

Однако ни один из них не был настоящим механическим спусковым механизмом, поскольку они все еще зависели от потока жидкости через отверстие для измерения времени. В этих конструкциях контейнер опрокидывался каждый раз, когда он заполнялся, таким образом, продвигая колеса часов каждый раз, когда отмерялось равное количество воды. Время между выпусками зависело от скорости потока, как и во всех жидкостных часах. Скорость потока жидкости через отверстие меняется в зависимости от изменения температуры и вязкости и уменьшается с давлением, когда уровень жидкости в исходном контейнере падает. Развитие механических часов зависело от изобретения спускового механизма, который позволял бы контролировать движение часов с помощью колеблющегося груза, который оставался бы постоянным.

Первый механический спусковой механизм, спусковой механизм с вертлюгом , использовался в звонильном аппарате, называемом аларумом, в течение нескольких столетий, прежде чем он был адаптирован для часов. ^[14] Некоторые источники утверждают, что французский архитектор Виллар де Оннекур изобрел первый спусковой механизм в 1237 году, ссылаясь на чертеж канатной связи, чтобы повернуть статую ангела, чтобы она следовала за солнцем, найденный в его записных книжках; ^[15] однако, консенсус заключается в том, что это не был спусковой механизм. ^{[16] [17] [18] [19] [20] [21]}

Астроном Робертус Англикус писал в 1271 году, что часовщики пытались изобрести спусковой механизм, но пока не добились успеха. ^[22] Записи финансовых операций по строительству часов указывают на конец XIII века как на наиболее вероятную дату перехода механизмов башенных часов от водяных часов к механическим спусковым механизмам. ^{[23] : 103-104  [24]} Большинство источников сходятся во мнении, что механические спусковые часы существовали к 1300 году. ^{[25] [26]}

Однако самое раннее доступное описание спуска не было спуском с гранями, а его разновидностью, называемой стробоскопическим спуском. Описанный в рукописи Ричарда Уоллингфорда 1327 года Tractatus Horologii Astronomici о часах, которые он построил в аббатстве Сент-Олбанс , этот спуск состоял из пары спусковых колес на одной оси с чередующимися радиальными зубцами. Стержень с гранями был подвешен между ними, с короткой перемычкой, которая вращалась сначала в одном направлении, а затем в другом, когда ступенчатые зубцы проталкивались мимо. ^{[23] : 103-104} Хотя других примеров не известно, возможно, что это была первая конструкция спускового механизма для часов. ^{[23] : 103-104  [27] [28]}

Верге стал стандартным спусковым механизмом, используемым во всех других ранних часах и часах, и оставался единственным известным спусковым механизмом в течение 400 лет. Его производительность была ограничена трением и отдачей, но что самое важное, ранние балансовые колеса, используемые в спусковых механизмах верге, известные как фолиот , не имели пружины баланса и, таким образом, не имели естественного «биения», что серьезно ограничивало их точность измерения времени. ^{[1] : стр. 514-515  [14] [29] [23] : 124-125}

Большой скачок в точности спусковых механизмов произошел после 1657 года, в связи с изобретением маятника и добавлением пружины баланса к балансовому колесу, ^{[29] [14] [23] : 124-125} , что сделало хронометры как в часах, так и в часах гармоническими осцилляторами . Полученное в результате улучшение точности хронометража позволило больше сосредоточиться на точности спуска. Следующие два столетия, «золотой век» механического часового дела , увидели изобретение более 300 конструкций спусковых механизмов, хотя только около десяти из них когда-либо широко использовались в часах. ^[30]

Изобретение в 1920-х годах кварцевого генератора и кварцевых часов , которые к 1930-м годам стали самыми точными часами, переместило технологические исследования в области хронометража в сторону электронных методов, и конструкция спускового механизма перестала играть роль в повышении точности хронометража.

Надежность спуска зависит от качества изготовления и уровня обслуживания. Плохо сконструированный или плохо обслуживаемый спуск может вызвать проблемы. Спуск должен точно преобразовывать колебания маятника или балансирного колеса во вращение часовой или часовой зубчатой ​​передачи, а также должен передавать достаточно энергии маятнику или балансирному колесу для поддержания его колебаний.

Во многих спусковых механизмах разблокировка спуска включает скользящее движение; например, в анимации, показанной выше, поддоны анкера скользят по зубцам колеса спуска, когда маятник качается. Поддоны часто изготавливаются из очень твердых материалов, таких как полированный камень (например, искусственный рубин), но даже в этом случае они обычно требуют смазки. Поскольку смазочное масло со временем ухудшается из-за испарения, пыли и окисления, необходима периодическая повторная смазка. Если этого не делать, часы могут работать ненадежно или вообще остановиться, а компоненты спуска могут подвергаться быстрому износу. Повышенная надежность современных часов обусловлена ​​в первую очередь более качественными маслами, используемыми для смазки. Срок службы смазки может превышать пять лет в высококачественных часах.

Некоторые спусковые механизмы избегают трения скольжения, например, спусковой механизм «кузнечик» Джона Гаррисона в 18 веке. Такие конструкции могут избежать необходимости смазки спускового механизма (хотя это не устраняет необходимость смазки других частей зубчатой ​​передачи).

Точность механических часов зависит от точности устройства отсчета времени. Если это маятник, то период качания маятника определяет точность. Если стержень маятника сделан из металла, он будет расширяться и сжиматься под воздействием тепла, удлиняя или укорачивая маятник; это изменяет время, необходимое для качания. В дорогих маятниковых часах используются специальные сплавы, чтобы минимизировать это искажение. Градусы дуги, по которым маятник может качаться, различаются; высокоточные маятниковые часы имеют очень маленькие дуги, чтобы минимизировать круговую погрешность .

Маятниковые часы могут достигать выдающейся точности. Даже в 20 веке маятниковые часы были эталонными часами в лабораториях.

Спусковые механизмы также играют большую роль в точности. Точная точка движения маятника, в которой подается импульс, будет влиять на то, насколько точно по времени маятник будет качаться. В идеале импульс должен быть равномерно распределен по обе стороны от самой низкой точки качания маятника. Это называется «быть в ритме». Это происходит потому, что толкание маятника, когда он движется к середине качания, заставляет его набирать обороты, тогда как толкание его, когда он движется от середины качания, заставляет его терять обороты. Если импульс распределен равномерно, то он дает энергию маятнику, не изменяя время его качания. ^[31]

Период маятника немного зависит от размера колебания. Если амплитуда изменяется с 4° до 3°, период маятника уменьшится примерно на 0,013 процента, что соответствует приросту примерно на 12 секунд в день. Это вызвано тем, что восстанавливающая сила на маятнике является круговой, а не линейной; таким образом, период маятника лишь приблизительно линейен в режиме приближения малого угла . Чтобы быть независимым от времени, траектория должна быть циклоидальной . Чтобы минимизировать эффект с амплитудой, колебания маятника поддерживаются как можно меньшими.

Как правило, независимо от метода импульса, действие спуска должно иметь наименьшее влияние на осциллятор, которое может быть достигнуто. Этот эффект, который все спуски имеют в большей или меньшей степени, известен как ошибка спуска .

Любой спусковой механизм с трением скольжения будет нуждаться в смазке, но по мере его ухудшения трение будет увеличиваться, и, возможно, на устройство отсчета времени будет передаваться недостаточная мощность. Если устройство отсчета времени представляет собой маятник, возросшие силы трения уменьшат фактор Q , увеличивая резонансную полосу и уменьшая его точность. Для часов с пружинным приводом импульсная сила, прикладываемая пружиной, изменяется по мере того, как пружина раскручивается, следуя закону Гука . Для часов с гравитационным приводом импульсная сила также увеличивается по мере того, как движущий груз падает, и больше цепи подвешивает груз к зубчатой ​​передаче; на практике, однако, этот эффект наблюдается только в больших общественных часах, и его можно избежать с помощью замкнутой цепи.

Часы и часы меньшего размера не используют маятники в качестве устройства отсчета времени. Вместо этого они используют пружину баланса : тонкую пружину, соединенную с металлическим балансовым колесом, которое колеблется (вращается вперед и назад). Большинство современных механических часов имеют рабочую частоту 3–4  Гц (колебаний в секунду) или 6–8 ударов в секунду (21 600–28 800 ударов в час; bph). В некоторых часах используются более высокие или низкие скорости (33 600  bph или 19 800  bph). Рабочая частота зависит от жесткости пружины баланса ( постоянной пружины ); чтобы отсчитывать время, жесткость не должна меняться в зависимости от температуры. Следовательно, пружины баланса используют сложные сплавы; в этой области часовое дело все еще развивается. Как и в случае с маятником, спусковой механизм должен обеспечивать небольшой толчок каждый цикл, чтобы поддерживать колебание балансового колеса. Кроме того, со временем возникает та же проблема со смазкой; часы теряют точность (обычно они ускоряются), когда смазка спускового механизма начинает выходить из строя. ^{[ необходима цитата ]}

Карманные часы были предшественниками современных наручных часов. Карманные часы, находясь в кармане, обычно находились в вертикальной ориентации. Гравитация приводит к некоторой потере точности, поскольку со временем она усиливает любую несимметрию в весе баланса. Турбийон был изобретен, чтобы минимизировать это: баланс и пружина помещены в клетку, которая вращается (обычно, но не обязательно, один раз в минуту), сглаживая гравитационные искажения. Этот очень умный и сложный часовой механизм является ценным усложнением в наручных часах, хотя естественное движение владельца в любом случае имеет тенденцию сглаживать гравитационные воздействия.

Самыми точными коммерчески производимыми механическими часами были электромеханические часы Shortt-Synchronome со свободным маятником, изобретенные WH Shortt в 1921 году, которые имели погрешность около 1 секунды в год. ^{[32] [33]} Самыми точными механическими часами на сегодняшний день, вероятно, являются электромеханические часы Littlemore, построенные известным археологом ET Hall в 1990-х годах. В статье Холла ^[34] он сообщает о погрешности в 3 части в 10 ^{9 ,} измеренной в течение 100 дней (погрешность около 0,02 секунды за этот период). Оба эти часа являются электромеханическими : они используют маятник в качестве элемента хронометража, но для подачи энергии на маятник используется электрическая энергия, а не механическая зубчатая передача.

Этот раздел, возможно, содержит оригинальные исследования . Пожалуйста, улучшите его, проверив сделанные заявления и добавив встроенные цитаты . Заявления, состоящие только из оригинальных исследований, должны быть удалены. ( Май 2019 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

С 1658 года, когда введение маятника и балансировочной пружины сделало возможным создание точных часов, было подсчитано, что было изобретено более трехсот различных механических спусковых механизмов, но только около 10 нашли широкое применение. ^[35] Они описаны ниже. В 20 веке электрические методы измерения времени заменили механические часы, поэтому конструкция спускового механизма стала малоизвестной диковинкой.

Самый ранний механический спуск, с конца 1200-х годов, ^{[21] [23] : 105} был спусковым механизмом с гранями , также известным как спуск с корончатым колесом. Он использовался в первых механических часах и изначально контролировался фолиотом , горизонтальной планкой с грузами на обоих концах. Спусковой механизм состоит из спускового колеса, имеющего форму короны, с заостренными зубцами, торчащими аксиально из стороны, ориентированными горизонтально. Перед корончатым колесом находится вертикальный вал, прикрепленный к фолиоту сверху, который несет две металлические пластины (поддоны), торчащие как флаги из флагштока, ориентированные примерно на девяносто градусов друг от друга, так что только один зацепляет зубцы корончатого колеса за раз. Когда колесо вращается, один зуб толкает верхний поддон, вращая вал и прикрепленный фолиот. Когда зуб толкает верхний поддон, нижний поддон качается на пути зубцов с другой стороны колеса. Зубец зацепляется за нижний поддон, вращая вал в обратном направлении, и цикл повторяется. Недостатком спуска было то, что каждый раз, когда зубец приземлялся на поддон, импульс фолиота толкал коронное колесо назад на небольшое расстояние, прежде чем сила колеса меняла направление движения. Это называется отдачей и является источником износа и неточности.

Верге был единственным спусковым механизмом, который использовался в часах и наручных часах в течение 350 лет. В часах и наручных часах с пружинным приводом требовалась фузея для выравнивания силы главной пружины . Он использовался в первых маятниковых часах в течение примерно 50 лет после изобретения маятниковых часов в 1656 году. В маятниковых часах коронное колесо и рейка были ориентированы горизонтально, а маятник подвешивался к рейке. Однако верге является самым неточным из обычных спусковых механизмов, и после того, как маятник был представлен в 1650-х годах, верге начали заменять другими спусковыми механизмами, отказавшись от них только к концу 1800-х годов. К этому времени мода на тонкие часы потребовала, чтобы спусковое колесо было сделано очень маленьким, что усиливало эффекты износа, и когда часы этого периода заводят сегодня, они часто будут работать очень быстро, прибавляя много часов в день.

В 1584 году Йост Бюрги изобрел спусковой механизм с крестообразным биением, разновидность спускового механизма с верге, который имел два фолиота, вращавшихся в противоположных направлениях. ^[36] Согласно современным свидетельствам, его часы достигли замечательной точности в пределах минуты в день, ^[36] на два порядка лучше, чем другие часы того времени. Однако это улучшение, вероятно, было связано не с самим спусковым механизмом, а скорее с лучшим мастерством и изобретением им ремонтуара , устройства, которое изолировало спусковой механизм от изменений движущей силы. ^[36] Без пружины баланса с крестообразным биением было бы не более изохронным, чем с верге. ^[36]

Спусковой механизм Галилея — конструкция часового спуска, изобретенная около 1637 года итальянским ученым Галилео Галилеем . Это была самая ранняя конструкция маятниковых часов . Поскольку к тому времени он уже ослеп, Галилей описал устройство своему сыну , который нарисовал его эскиз. Сын начал строительство прототипа, но и он, и Галилей умерли до его завершения.

Изобретенный около 1657 года Робертом Гуком , якорь (см. анимацию) быстро вытеснил верж, став стандартным спусковым механизмом, использовавшимся в маятниковых часах вплоть до 19 века. Его преимуществом было то, что он уменьшал широкие углы качания маятника вержа до 3–6°, делая маятник почти изохронным и позволяя использовать более длинные, более медленно движущиеся маятники, которые потребляли меньше энергии. Якорь отвечает за длинную узкую форму большинства маятниковых часов и за разработку дедушкиных часов , первых якорных часов, которые продавались в коммерческих целях, которые были изобретены около 1680 года Уильямом Клементом, который оспаривал заслугу за спусковой механизм у Гука.

Якорь состоит из спускового колеса с острыми, наклоненными назад зубцами и детали в форме «якоря», вращающейся над ним, которая качается из стороны в сторону, связанной с маятником. Якорь имеет наклонные поддоны на рычагах, которые поочередно цепляются за зубцы спускового колеса, получая импульсы. Работа механически похожа на спусковой механизм с вертлюгом, и у него есть два недостатка спускового механизма с вертлюгом: (1) маятник постоянно толкается зубом спускового колеса на протяжении всего своего цикла и никогда не может свободно качаться, что нарушает его изохронность, и (2) это спусковой механизм с откатом ; якорь толкает спусковое колесо назад во время части своего цикла. Это вызывает люфт , повышенный износ шестерен часов и неточность. Эти проблемы были устранены в спусковом механизме с апериодическим биением , который медленно заменил якорь в точных часах.

Спуск Грэхема или асинхронный спуск был усовершенствованием анкерного спуска, впервые созданного Томасом Томпионом по проекту Ричарда Таунли в 1675 году, ^{[38] [39] [40]} хотя его часто приписывают преемнику Томпиона Джорджу Грэхему , который популяризировал его в 1715 году. ^[41] В анкерном спуске качание маятника толкает спусковое колесо назад во время части его цикла. Эта «отдача» нарушает движение маятника, вызывая неточность, и меняет направление зубчатой ​​передачи, вызывая люфт и вводя высокие нагрузки в систему, что приводит к трению и износу. Главное преимущество асинхронного спуска заключается в том, что он устраняет отдачу. ^[14]

В случае апериодического хода поддоны имеют вторую изогнутую «запирающую» поверхность, концентрическую вокруг оси, на которой вращается якорь. Во время крайних положений маятника зуб спускового колеса упирается в эту запирающую поверхность, не передавая импульса маятнику, что предотвращает откат. В нижней части маятника зуб соскальзывает с запирающей поверхности на наклонную «импульсную» поверхность, давая маятнику толчок, прежде чем поддон отпустит зуб. Апериодический ход впервые был использован в прецизионных регуляторных часах, но из-за своей большей точности он вытеснил якорь в 19 веке. Он используется почти во всех современных маятниковых часах, ^[31] за исключением башенных часов, в которых часто используются гравитационные спуски.

Изобретенная около 1741 года Луи Аманом, эта версия апериодического спуска может быть сделана довольно прочной. Вместо использования зубцов, спусковое колесо имеет круглые штифты, которые останавливаются и освобождаются ножницеобразным анкером. Этот спуск, который также называется спуском Амантом или (в Германии) спуском Маннхардта , довольно часто используется в башенных часах. ^{[ необходима цитата ]}

Спусковой механизм с фиксатором или хронометром использовался в морских хронометрах , хотя некоторые точные часы в течение 18-го и 19-го веков также использовали его. ^[42] Он считался самым точным из спусковых механизмов с балансирным колесом до начала 20-го века, когда хронометры с рычажным спуском начали превосходить их в конкуренции. ^[43] Ранняя форма была изобретена Пьером Леруа в 1748 году, который создал спусковой механизм с поворотным фиксатором, хотя он был теоретически несовершенным. ^{[44] [45] [46]} Первая эффективная конструкция спускового механизма с фиксатором была изобретена Джоном Арнольдом около 1775 года, но с поворотным фиксатором. Этот спусковой механизм был модифицирован Томасом Эрншоу в 1780 году и запатентован Райтом (на которого он работал) в 1783 году; однако, как изображено в патенте, он был неработоспособен. Арнольд также спроектировал пружинный стопорный спусковой механизм, но, с улучшенной конструкцией, версия Эрншоу в конечном итоге возобладала, поскольку основная идея претерпела несколько незначительных изменений в течение последнего десятилетия XVIII века. Окончательная форма появилась около 1800 года, и эта конструкция использовалась до тех пор, пока механические хронометры не устарели в 1970-х годах.

Фиксатор представляет собой отсоединенный спусковой механизм; он позволяет балансировочному колесу качаться без помех в течение большей части его цикла, за исключением короткого периода импульса, который дается только один раз за цикл (каждый второй качание). ^[44] Поскольку зуб ведущего спускового колеса движется почти параллельно паллете, спусковой механизм имеет малое трение и не нуждается в смазке. По этим причинам, среди прочих, фиксатор считался самым точным спусковым механизмом для часов с балансировочным колесом. ^[47] Джон Арнольд был первым, кто использовал стопорный спусковой механизм с пружиной баланса с перекручивающейся спиралью (запатентовано в 1782 году), и с этим усовершенствованием его часы стали первыми по-настоящему точными карманными хронометрами, сохраняющими время с точностью до 1 или 2 секунд в день. Они производились с 1783 года.

Однако спусковой механизм имел недостатки, которые ограничивали его применение в часах: он был хрупким и требовал квалифицированного обслуживания; он не был самозаводящимся, поэтому если часы вибрировали во время использования и баланс останавливался, они не заводились снова; и его было сложнее производить в больших объемах. Поэтому самозаводящийся рычажный спусковой механизм стал доминирующим в часах.

Горизонтальный или цилиндрический спуск, изобретенный Томасом Томпионом в 1695 году ^[48] и усовершенствованный Джорджем Грэхемом в 1726 году ^[49], был одним из спусков, которые заменили спусковой механизм с вергеем в карманных часах после 1700 года. Главной его привлекательностью было то, что он был намного тоньше, чем с вергеем, что позволяло делать часы модно тонкими. Часовщики обнаружили, что он страдает от чрезмерного износа, поэтому он нечасто использовался в 18 веке, за исключением нескольких часов высокого класса с цилиндрами, сделанными из рубина . Французы решили эту проблему, сделав цилиндр и колесо спуска из закаленной стали, ^[48] и спусковой механизм использовался в больших количествах в недорогих французских и швейцарских карманных часах и небольших часах с середины 19-го по 20-й век.

Вместо паллет спусковой механизм использует разрезной цилиндр на валу балансирного колеса, в который зубцы спуска входят один за другим. ^{[48] [49]} Каждый клиновидный зубец импульсирует балансирное колесо, надавливая на край цилиндра, когда он входит, удерживается внутри цилиндра, когда он поворачивается, и снова импульсирует колесо, когда оно выходит с другой стороны. Колесо обычно имело 15 зубцов и импульсировало баланс под углом от 20° до 40° в каждом направлении. ^[48] Это фрикционный спусковой механизм с зубцами, находящимися в контакте с цилиндром в течение всего цикла балансирного колеса, и поэтому он не был таким точным, как «отдельные» спусковые механизмы, такие как рычаг, а высокие силы трения вызывали чрезмерный износ и требовали более частой чистки. ^[49]

Дуплексный часовой спуск был изобретен Робертом Гуком около 1700 года, усовершенствован Жаном Батистом Дютертром и Пьером Леруа и окончательно оформлен Томасом Тайрером, который запатентовал его в 1782 году. ^[50] Ранние формы имели два спусковых колеса. Дуплексный спуск был сложен в изготовлении, но достигал гораздо более высокой точности, чем цилиндрический спуск — он мог сравниться с (ранним) рычажным спуском , и при тщательном изготовлении был почти таким же хорошим, как стопорный спуск. ^{[50] [51] [52]} Он использовался в качественных английских карманных часах примерно с 1790 по 1860 год, ^{[53] [54] [55]} и в Waterbury, дешевых американских «часах для всех», в 1880–1898 годах. ^{[56] [57]}

В дуплексе, как и в спусковом механизме хронометра, с которым он имеет сходство, балансир получает импульс только во время одного из двух колебаний в своем цикле. ^[53] Спусковое колесо имеет два набора зубцов (отсюда и название «дуплекс»); длинные фиксирующие зубцы выступают со стороны колеса, а короткие импульсные зубцы торчат аксиально сверху. Цикл начинается с фиксирующего зубца, упирающегося в рубиновый диск. Когда балансир качается против часовой стрелки через свое центральное положение, выемка в рубиновом диске освобождает зуб. Когда спусковое колесо поворачивается, паллета находится как раз в правильном положении, чтобы получить толчок от импульсного зубца. Затем следующий фиксирующий зубец падает на рубиновый ролик и остается там, пока балансир завершает свой цикл и качается обратно по часовой стрелке, и процесс повторяется. Во время качания по часовой стрелке импульсный зубец снова на мгновение падает в выемку рубинового ролика, но не освобождается.

Дуплекс технически является фрикционным спусковым механизмом; зуб, упирающийся в ролик, добавляет некоторое трение балансовому колесу во время его качания ^{[53] [58],} но оно очень минимально. Как и в хронометре, во время импульса трение скольжения незначительно, поскольку паллета и импульсный зуб движутся почти параллельно, поэтому требуется мало смазки. ^[59] Однако он уступил предпочтение рычажному спусковому механизму; его жесткие допуски и чувствительность к ударам сделали дуплексные часы непригодными для активных людей. Как и хронометр, он не является самозапускающимся и уязвим для «настройки» — если внезапный толчок остановит баланс во время его качания по часовой стрелке, он не сможет перезапуститься.

Рычажный спуск , изобретенный Томасом Маджем в 1750 году, использовался в подавляющем большинстве часов с 19 века. Его преимуществами являются: (1) это «отдельный» спуск, в котором (в отличие от цилиндрических или дуплексных спусков) балансовое колесо контактирует с рычагом только в течение короткого импульсного периода, когда он качается через свое центральное положение и свободно качается в течение остальной части своего цикла, что повышает точность; и (2) это самозапускающийся спуск, поэтому если балансовое колесо останавливается из-за того, что часы встряхивают, они автоматически запускаются снова. Первоначальной формой был реечный рычаговый спуск, в котором рычаг и балансовое колесо всегда находились в контакте через зубчатую рейку на рычаге. Позже было обнаружено, что все зубцы с шестерен можно снять, кроме одного, и это создало отсоединенный рычажный спуск. Британские часовщики использовали английский отсоединенный рычаг, в котором рычаг находился под прямым углом к ​​балансовому колесу. Позже швейцарские и американские производители использовали встроенный рычаг, в котором рычаг находится на одной линии между балансиром и спусковым колесом; эта форма используется в современных часах. В 1798 году Луи Перрон изобрел недорогую, менее точную форму, называемую штифтовым спусковым механизмом , которая использовалась в дешевых « долларовых часах » в начале 20-го века и до сих пор используется в дешевых будильниках и кухонных таймерах. ^[60]

Редким, но интересным механическим спусковым механизмом является спусковой механизм «кузнечик » Джона Харрисона, изобретенный в 1722 году. В этом спусковом механизме маятник приводится в движение двумя шарнирными рычагами (поддонами). Когда маятник качается, конец одного рычага зацепляется за спусковое колесо и слегка отводит его назад; это освобождает другой рычаг, который отходит в сторону, чтобы позволить спусковому колесу пройти. Когда маятник снова качается назад, другой рычаг зацепляется за колесо, толкает его назад и освобождает первый рычаг и так далее. Спусковой механизм «кузнечик» использовался в очень немногих часах со времен Харрисона. Спусковые механизмы «кузнечик», изготовленные Харрисоном в 18 веке, все еще работают. Большинство спусковых механизмов изнашиваются гораздо быстрее и тратят гораздо больше энергии. Однако, как и другие ранние спусковые механизмы, «кузнечик» импульсивно воздействует на маятник на протяжении всего его цикла; ему никогда не позволяют свободно качаться, что приводит к ошибке из-за изменений в силе привода, ^[61] и часовщики 19-го века сочли его неконкурентоспособным по сравнению с более отсоединенными спусковыми механизмами, такими как апериодический. ^{[62] [61]} Тем не менее, при достаточной тщательности в конструкции он способен на точность. Современные экспериментальные часы-кузнечик, часы Burgess B, имели измеренную погрешность всего 5 ⁄ 8 секунды в течение 100 рабочих дней. ^[63] После двух лет эксплуатации они имели погрешность всего ±0,5 секунды, после барометрической коррекции. ^{[64] [65]}

Гравитационный спуск использует небольшой груз или слабую пружину, чтобы дать импульс непосредственно маятнику. Самая ранняя форма состояла из двух рычагов, которые были повернуты очень близко к пружине подвески маятника, с одним рычагом с каждой стороны маятника. Каждый рычаг нес небольшую апериодическую паллету с наклонной плоскостью, ведущей к ней. Когда маятник поднимал один рычаг достаточно высоко, его паллета освобождала спусковое колесо. Почти сразу же другой зуб на спусковом колесе начинал скользить вверх по наклонной поверхности на другом рычаге, тем самым поднимая рычаг. Он достигал паллеты и останавливался. Другой рычаг тем временем все еще находился в контакте с маятником и снова опускался в точку ниже, чем он начал. Это опускание рычага давало импульс маятнику.

Конструкция постоянно совершенствовалась с середины XVIII века до середины XIX века. В конечном итоге она стала предпочтительным спусковым механизмом для башенных часов , поскольку их колесные передачи подвергаются большим изменениям силы привода, вызванным большими внешними стрелками с их переменными ветровыми, снеговыми и ледяными нагрузками. Поскольку в гравитационном спусковом механизме движущая сила от колесной передачи сама по себе не приводит в движение маятник, а просто сбрасывает грузы, которые обеспечивают импульс, спусковой механизм не подвержен изменениям силы привода.

«Двойной трехногий гравитационный спуск», показанный здесь, является формой спуска, впервые изобретенной адвокатом по имени Блоксэм и позже усовершенствованной лордом Гримторпом . Это стандарт для всех точных башенных часов. В анимации два «гравитационных рычага» окрашены в синий и красный цвета. Два трехногих спусковых колеса также окрашены в синий и красный цвета. Они работают в двух параллельных плоскостях, так что синее колесо воздействует только на блокировочный блок на синем рычаге, а красное колесо воздействует только на красный рычаг. В реальном спусковом механизме эти воздействия вызывают громкие слышимые «тики» (обозначенные в анимации появлением звездочки (*) рядом с блокировочными блоками). Три черных подъемных штифта являются ключом к работе спуска. Они заставляют утяжеленные гравитационные рычаги подниматься на величину, обозначенную парой параллельных линий на каждой стороне спуска. Этот прирост потенциальной энергии является энергией, передаваемой маятнику в каждом цикле. Для часов Trinity College Cambridge масса около 50 граммов поднимается на 3 мм каждые 1,5 секунды, что составляет 1 мВт мощности. Движущая сила от падающего груза составляет около 12 мВт, поэтому для приведения в действие спускового механизма используется существенный избыток мощности. Большая часть этой энергии рассеивается при ускорении и замедлении фрикционной «мухи», прикрепленной к спусковым колесам. Большие часы в башне Элизабет в Вестминстере, которые звонят в лондонском Биг-Бене, используют двойной трехногий гравитационный спусковой механизм.

Изобретенный около 1974 года ^[66] и запатентованный в 1980 году ^[67] британским часовщиком Джорджем Дэниелсом , коаксиальный спуск является одним из немногих новых часовых спусков, принятых в коммерческих целях в наше время.

Можно считать ^{[ по мнению кого? ]} что он имеет отдаленные истоки в спусковом механизме, изобретенном Робертом Робином около 1792 года, который дает один импульс в одном направлении. Однако с блокировкой, достигаемой пассивными рычажными палетами, ^[68] конструкция коаксиального спуска больше похожа на спусковой механизм Фасольда (еще один вариант Робина), который был изобретен и запатентован американцем Чарльзом Фасольдом в 1859 году. ^{[69] [70] [71]} Оба спуска Робина и Фасольда дают импульс только в одном направлении.

Спуск Fasoldt имеет рычаг с неравными падениями; он зацепляется с двумя спусковыми колесами разного диаметра. Меньшее импульсное колесо воздействует на одиночную паллету на конце рычага, в то время как заостренные паллеты рычага блокируют большее колесо. Баланс зацепляется с рычагом и приводится им в движение через роликовый штифт и вилку рычага. Паллета «анкера» рычага блокирует большее колесо; когда оно разблокировано, паллета на конце рычага получает импульс от меньшего колеса через вилку рычага. Обратный ход «мертвый», при этом паллеты анкера служат только для блокировки и разблокировки, импульс подается в одном направлении через паллету одного рычага. Как и в случае с дуплексом, колесо блокировки больше, чтобы уменьшить давление и, следовательно, трение.

Однако коаксиальный спуск Дэниелса достигает двойного импульса с пассивными рычажными паллетами, служащими только для блокировки и разблокировки большего колеса. С одной стороны, импульс подается посредством меньшего колеса, действующего на рычажный паллет через ролик и импульсный штифт. При возврате рычаг снова разблокирует большее колесо, которое подает импульс непосредственно на импульсный ролик на оси баланса.

Главное преимущество заключается в том, что это позволяет обоим импульсам возникать на центральной линии или вокруг нее, с расцепляющим трением в обоих направлениях. ^{[ требуется ссылка ]} Этот режим импульса в теории превосходит рычажный спуск, который имеет зацепляющее трение на входном поддоне. Долгое время это считалось мешающим влиянием на изохронность баланса. ^{[72] [73]}

Покупатели больше не покупают механические часы в первую очередь из-за их точности, поэтому производители были мало заинтересованы в инвестировании в оборудование, необходимое для производства коаксиальных спусковых механизмов; хотя, наконец, Omega приняла его в 1990 году. ^[73]

Поскольку недорогие кварцевые часы могут достигать гораздо большей точности, чем любые механические часы, усовершенствованные конструкции спускового механизма больше не мотивируются практическими потребностями в хронометрировании, а являются новинками на рынке часов высокого класса. В попытке привлечь внимание общественности в последние десятилетия некоторые производители механических часов высокого класса представили новые спусковые механизмы. Ни один из них не был принят ни одним часовщиком, кроме их первоначального создателя.

На основе патентов, первоначально поданных Rolex от имени изобретателя Николя Дехона ^[74], постоянный спуск был разработан компанией Girard-Perregaux в качестве рабочих прототипов в 2008 году (Дехон тогда возглавлял отдел исследований и разработок Girard-Perregaux), а к 2013 году он был использован в часах.

Ключевым компонентом этого спуска является кремниевая изогнутая пластина, которая сохраняет упругую энергию. Эта пластина сгибается до точки, близкой к ее нестабильному состоянию, и высвобождается со щелчком при каждом повороте балансира, чтобы придать колесу импульс, после чего оно снова взводится колесной передачей. Заявленное преимущество заключается в том, что, поскольку пластина передает колесу одинаковое количество энергии при каждом освобождении, балансир изолирован от изменений импульсной силы из-за колесной передачи и главной пружины, которые вызывают неточности в обычных спусках.

Parmigiani Fleurier с его спусковым механизмом Genequand и Ulysse Nardin с его спусковым механизмом Ulysse Anchor воспользовались свойствами плоских пружин из кремния. Независимый часовщик De Bethune разработал концепцию, в которой магнит заставляет резонатор вибрировать с высокой частотой, заменяя традиционную пружину баланса . ^[75]

В конце 19 века были разработаны электромеханические спусковые механизмы для маятниковых часов. В них переключатель или фотоэлемент активировали электромагнит для короткого периода качания маятника. В некоторых часах импульс электричества, который приводил в движение маятник, также приводил в движение плунжер, который приводил в движение зубчатую передачу.

В 1843 году Маттеус Хипп впервые упомянул чисто механические часы, приводимые в движение переключателем под названием «echappement à palette». ^[76] Разнообразная версия этого спуска использовалась с 1860-х годов внутри маятниковых часов с электрическим приводом, так называемый «hipp-toggle». ^[77] С 1870-х годов в улучшенной версии маятник приводил в движение храповое колесо через собачку на стержне маятника, а храповое колесо приводило в движение остальную часть часового механизма, чтобы показывать время. Маятник не приводился в движение при каждом качании или даже через установленный интервал времени — он приводился в движение только тогда, когда его дуга качания опускалась ниже определенного уровня. Помимо счетной собачки, маятник нес небольшую лопасть, известную как пуговица Хиппа, поворачиваемую вверху, которая могла качаться совершенно свободно. Он был помещен так, что тащился по треугольному полированному блоку с V-образным пазом в верхней части. Когда дуга качания маятника была достаточно большой, лопасть пересекала паз и свободно качалась на другой стороне. Если дуга была слишком маленькой, лопасть никогда не покидала дальнюю сторону паза, а когда маятник качался назад, она сильно толкала блок вниз. Блок нес контакт, который замыкал цепь с электромагнитом, который приводил в движение маятник. Маятник приводился в движение только по мере необходимости.

Этот тип часов широко использовался в качестве главных часов в больших зданиях для управления многочисленными подчиненными часами. Большинство телефонных станций использовали такие часы для управления синхронизированными событиями, такими как управление настройкой и тарификацией телефонных звонков, периодически выдавая импульсы различной длительности, например, каждую секунду.

Разработанный в 1895 году Фрэнком Хоупом-Джонсом , переключатель Synchronome и гравитационный спусковой механизм стали основой для большинства часов компании Synchronome в 20 веке ^[78] , а также основой ведомого маятника в свободных маятниковых часах Shortt-Synchronome . ^[79] Собирающий рычаг, прикрепленный к маятнику, перемещает 15-зубчатое счетное колесо в одном положении, а собачка предотвращает движение в обратном направлении. К колесу прикреплена лопасть, которая один раз за 30-секундный оборот освобождает гравитационный рычаг. Когда гравитационный рычаг падает, он толкает поддон, прикрепленный непосредственно к маятнику. Как только рычаг падает, он создает электрический контакт, который активирует электромагнит для сброса гравитационного рычага и действует как полуминутный импульс для ведомых часов. ^[80]

В 20 веке английский часовщик Уильям Гамильтон Шорт изобрел часы со свободным маятником, запатентованные в сентябре 1921 года и произведенные компанией Synchronome Company, с точностью до одной сотой секунды в день. В этой системе «главный» маятник хронометража, стержень которого изготовлен из специального сплава стали и никеля ( инвара ), а длина которого очень мало меняется с температурой, качается максимально свободно от внешнего воздействия, запечатанный в вакуумной камере; он практически не выполняет никакой работы . Он находится в механическом контакте со своим спусковым механизмом всего лишь на долю секунды каждые 30 секунд. Вторичный «ведомый» маятник поворачивает храповик, который запускает электромагнит чуть реже, чем каждые 30 секунд. Этот электромагнит отпускает рычаг гравитации на спусковой механизм над главным маятником. Через долю секунды (но ровно каждые 30 секунд) движение главного маятника отпускает рычаг гравитации, чтобы он упал ниже. В процессе этого гравитационный рычаг дает крошечный импульс главному маятнику, который заставляет этот маятник качаться. Гравитационный рычаг падает на пару контактов, замыкая цепь, которая (1) активирует второй электромагнит, чтобы поднять гравитационный рычаг над главным маятником в его верхнее положение, (2) посылает импульс для активации одного или нескольких часовых циферблатов и (3) посылает импульс синхронизирующему механизму, который поддерживает подчиненный маятник в такт с главным маятником.

Поскольку именно ведомый маятник освобождает рычаг гравитации, эта синхронизация жизненно важна для работы часов. Синхронизирующий механизм использовал небольшую пружину, прикрепленную к валу ведомого маятника, и электромагнитный якорь, который ловил пружину, если ведомый маятник двигался немного позже, тем самым сокращая период ведомого маятника для одного колебания. Ведомый маятник был настроен на движение немного медленнее, так что примерно на каждом втором импульсе синхронизации пружина ловилась якорем. ^[81]

Эта форма часов стала стандартом для использования в обсерваториях (было изготовлено около 100 таких часов ^[82] ) и была первыми часами, способными обнаруживать небольшие изменения скорости вращения Земли.

• Спусковой механизм (радиоуправление)

• Бриттен, Фредерик Дж. (1881). Справочник часовщика и часовщика, 4-е изд. Лондон: W. Kent & Co., стр. 56-58
• Беккет, Эдмунд; Кюнингхэм, Генри Хардинг (1911). «Watch»  . В Чисхолм, Хью (ред.). Encyclopaedia Britannica . Т. 28 (11-е изд.). Cambridge University Press. С.  362–366 .
• Глазго, Дэвид (1885). Изготовление часов. Лондон: Cassel & Co., стр. 137–154.
• Милхэм, Уиллис И. (1945). Время и хранители времени . Нью-Йорк: MacMillan. ISBN 0-7808-0008-7.
• Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физическая технология, Часть 2, Машиностроение . Тайбэй: Caves Books Ltd.
• Роулингс, Артур Лайонел (1993). Наука о часах, 3-е изд . Аптон, Великобритания: Британский институт часового дела. ISBN 0-9509621-3-9.
• Уайт, Линн Таунсенд (1964). Средневековая технология и социальные изменения. Oxford Univ. Press. ISBN 0-19-500266-0.

• Денни, Марк (июнь 2010 г.). «Турбийон и как он работает». Журнал IEEE Control Systems . 30 (3). Общество IEEE Control Systems : 19– 99. doi :10.1109/MCS.2010.936291. S2CID  24169789.

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Escapements» .

Найдите информацию о спусковом механизме в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Страница часового искусства Марка Хедрика с анимированными изображениями многих спусковых механизмов
• Характеристики коаксиального спуска Daniels, Horological Journal , август 2004 г.
• Спусковые механизмы часов, The Keystone (журнал), 1904 г., через проект Gutenberg : «Полное исследование теории и практики рычажных, цилиндровых и хронометрических спусковых механизмов, а также краткий отчет о происхождении и развитии спускового механизма в часовом деле».
• Патент США номер 5140565, выданный 23 марта 1992 года, на циклоидальный маятник, аналогичный маятнику Гюйгенса.
• findarticles.com: Некролог профессора Эдварда Холла, The Independent (Лондон), 16 августа 2001 г.
• Американский институт часовщиков-часовщиков, некоммерческая торговая ассоциация
• Федерация швейцарской часовой промышленности FH, торговая ассоциация часовой промышленности
• Метод передачи импульсов механической энергии от источника питания к колеблющемуся. Архивировано 29.06.2013 в archive.today
• Альтернативные спуски, Europa Star , сентябрь 2014 г.
• Эволюция спускового механизма, Монохромные часы, Ксавье Маркл , Февраль 2016 г.