ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

палетах, и поэтому он называется равнопокойным; в равноплечих и смешан­ ных ходах нельзя обеспечить это условие. В равноплечих ходах середины плоскостей импульса палет равноудалены от оси вилки, поэтому данный спуск можно назвать равноимпульсным.

В рассмотренных выше конструкциях английского и швейцарского анкер­ ных ходов ось ходового колеса, ось якоря и ось баланса расположены по пря­ мой линии. Поэтому такой анкерный ход называют прямым ходом, или ходом

В этом случае анкерный ход называют боковым. Прямой анкерный ход при­ меняется в лучших швейцарских часах, а боковой анкерный ход применяется в английских и швейцарских часах низкого качества.

На рис. 194 изображен боковой ход, который подобен прямому швейцар­ скому ходу. Части механизма здесь остаются те же, что и у швейцарского хода, однако якорь несколько отличается — имеет противовес для уравнове­ шивания вилки.

В кинематическом отношении прямой и боковой хода одинаковы. В боко­ вом ходе ходовое колесо 1 с якорем 2 и вилка с колонштейном 3 являются независимыми и отдельными механизмами, однако это не меняет принцип их действия.

Боковой ход в часах низкого качества стали применять потому, что при нем кончики осей и осевые отверстия срабатываются несколько меньше, чем при прямом ходе. Это позволяет применять более дешевые материалы, что снижает стоимость часов. Следует также отметить, что боковой ход занимает меньше места, что позволяет уменьшить габариты часов.

Штифтовый анкерный ход. Штифтовый ход для маятниковых часов, опи­ санный выше, не следует смешивать с ходом со штифтовыми палетами, пред­ назначенными для балансовых часов. Этот ход в карманных часах был приме­ нен Георгом Фредериком Роскопфом около 1865 г. и впервые появился на Парижской выставке 1867 г. Обычно этот штифтовый ход относят к типу сво­ бодных ходов, предназначенных для применения в карманных и наручных часах. Однако ход со штифтовыми палетами по своему качеству во всех от­ ношениях уступает всем другим типам свободных ходов и имеет несравненно более ограниченную область применения; он используется только в дешевых карманных или наручных часах массового изготовления. Часто ход со штиф­ товыми палетами выдают за ход Роскопфа, но это не совсем правильно. Этот ход не может считаться изобретением Роскопфа, его заслуга заключается лишь в том, что он сумел удачно объединить в созданной им конструкции хода механические изобретения, сделанные другими, и организовать массовое изготовление дешевых карманных часов с этим ходом.

Роскопф применил в карманных часах простейшие и экономичные в изго­ товлении детали и узлы; немало он потрудился над усовершенствованием тех­ нологии массового их производства.

Большинство карманных и наручных часов с ходом со штифтовыми пале­ тами не являются собственно камневыми часами, хотя в современной практи­ ке и имеется тенденция снабжать их двумя, четырьмя или пятью камнями: первые два камня — для опор балансовых осей, следующие два — как кончики осей (end stones); иногда, хотя и редко, применяют камневые штифты. Меж-

Рис. 195. Штифтовый анкерный ход с прямым расположением вилки

Рис. 196. Штифтовый ход с расположением анкера сбоку

1 — противовес; 2 — колонштейн; 3 — ось баланса; 4 — спицы баланса

ду тем во всех вращающихся опорах в плоскости подшипников имеет место трение, а следовательно, быстрый износ деталей, вращающихся в опоре.

Ход со штифтовыми палетами широко применяется не только в дешевых карманных и наручных часах, но и в будильниках, изготовление которых так­ же имеет массовый характер. В этом случае штифтовый ход стоит вне кон­ куренции.

На рис. 195 представлен штифтовый анкерный ход с прямым расположе­ нием вилки. Двигатель через посредство колесной системы, оканчивающейся трибом 1, передает вращательный момент ходовому колесу 2, которое стре­ мится вращаться в направлении стрелки. Ходовое колесо снабжено зубцами, имеющими форму неправильного четырехугольника: зуб спереди ограничен

3 и плоскость импульса 4 лежат полностью на зубе, тогда как в английском анкерном ходе они лежат на палете, а в швейцарском плоскость импульса распределена между зубом и палетой.

Якорь 6, представляющий одно целое с вилкой 7, вращается на оси 12. При каждом колебании баланса 8 импульсный штифт 9, запрессованный снизу баланса перпендикулярно к плоскости якоря, входит в вырез вилки и пере-

кладываег ее из одного крайнего положения в другое, при этом штифты 5 якоря пропускают ходовое колесо на половину шага. При повороте ходового колеса на половину шага зуба колесо своей плоскостью импульса толкает штифт, передающий через систему якорь — вилка балансу импульс, поддер­ живающий его колебание. Спираль (волосок) 10 внутренним концом закреп­ лена в рольке, посаженной на ось баланса, наружным — в колодке, установ­ ленной в мостике. На рычаге сделан U-образный изгиб, между вертикальны­ ми стенками которого пропущен наружный виток волоска; при повороте ры­ чага меняется действующая длина волоска, что вызывает изменение периода колебания баланса. Якорь может быть отдельной и самостоятельной деталью и не составлять единого целого с вилкой. Такой якорь употребляется тогда, когда вилка расположена сбоку анкера. В этом случае вилка дополняется противовесом веслообразой формы (рис. 196).

Если амплитуда колебания баланса будет больше, чем 3/4 оборота, то колонштифт упрется в боковой рог, при этом получится мягкий удар, так как вилка слегка пружинит.

Штифтовый ход в смысле точности и постоянства нисколько не хуже английского и швейцарского анкерных ходов. К его недостатку следует отне­ сти недолговечность. Часы со штифтовым ходом раньше изнашиваются.

Глава III ИСТОРИЯ ХРОНОМЕТРА

колониальной торговли и дальних океанических плаваний в больших масштабах. К. Маркс, характеризуя особенности эконо­ мики Западной Европы XVI—XVII вв., отметил, что «торговля и судоходство расширялись быстрее, чем мануфактура, играв­ шая второстепенную роль: колонии начали приобретать значение крупных потребителей; отдельные нации в длительных битвах делили между собой открывавшийся мировой рынок. Этот период начинается законами о мореплавании и колониальными монопо­ лиями» [2, 58].

После перемещения мореплавания с замкнутого Средиземно­ го моря в открытый Атлантический океан жизненно важной становится проблема обеспечения безопасности дальних океани­ ческих плаваний. Этого нельзя было добиться без умения точно определять широту и долготу —основные координаты местона­ хождения корабля в океаническом просторе. Широту места мог­ ли удовлетворительно определять еще до XVI в. по высоте полю­ са над горизонтом; долготу же с необходимой точностью не уме­ ли определять даже в XVII и XVIII вв., несмотря на то что все европейские страны, связанные с колониальной торговлей и мо-

XVII в., Англия и Франция —в XVIII в. объявили крупные на­ грады за удачное решение проблемы определения долготы.

В 1714 г. английский парламент утвердил билль (закон), оп­ ределивший премии в 10, 15, 20 тыс. фунтов стерлингов в зави­ симости от точности определения долготы. Наибольшая награда назначалась за определение долготы с погрешностью в '/20, или 30 миль, за время плавания в Вест-Индию и обратно. Такой крупной награды за решение подобной проблемы до этого ни­ кем не предлагалось. Для принятия и рассмотрения предложе­ ний по этому закону было создано Бюро долготы, в которое вош­ ли выдающиеся ученые — Ньютон, Самуил Кларк, Уитстон.

Глубокий и все возрастающий интерес к определению долго­ ты в правительственных кругах Англии и Королевского общест­ ва, крупные награды за его удачное решение сильно поощряли изобретательскую и научную мысль.

В итоге наметились два способа определения долготы: один— механический, с применением часов, другой — с применением средств и методов астрономии.

Механический способ определения долготы с помощью часов был указан еще в 1510 г. испанцем Санто Крусом. Его идея была повторена Гемсой Фризиусом в книге «О принципах астрономии и космографии», изданной в 1530 г. в Антверпене. Впервые опре­ деление географической долготы посредством часов сделано Пьером Кругером в 1615 г. [269].

Однако этот способ определения долготы не мог в мореход­ стве получить дальнейшего практического применения. При сох­ ранении в часах балансира фолио и шпиндельного хода нельзя было добиться той точности хода, какая нужна для определения долготы. Не удалось повысить точность хода часов до уровня этих требований и сразу после применения вместо фолио маят­ ника и спиральной пружины (волоска) в балансовых часах в качестве регулятора. Причина та, что был сохранен старый шпиндельный ход.

Сам факт применения в часах маятника и системы баланс — спираль или регуляторов с собственным периодом колебания имел настолько большое значение, что открыл новую эру в исто­ рии хронометрии. С этого времени устанавливается тесная связь между развитием классической механики и физики и хрономет­ рии. Известно, что работа X. Гюйгенса по конструированию маятниковых часов привела к созданию нового раздела теорети­ ческой механики — динамики системы материальных точек твер­ дого тела. Роберт Гук по результатам экспериментальных работ над спиральной пружиной для применения ее в качестве регуля­ тора хода балансовых часов сформулировал законы сопротив­ ления материалов и изохронность колебаний спиральной пружи­ ны [209].

Гюйгенс, Сюлли и другие во второй половине XVII в. потер­ пели неудачу в использовании маятниковых и балансовых часов для определения долготы. Вследствие этого сделалась популяр­ ной среди астрономов идея о применении для этой цели астроно­ мических методов. В частности, стал пользоваться популяр­ ностью метод лунных расстояний —измерение расстояний между Луной и звездами. О пригодности его для этой цели еще в 1514 г. писал Д. Вернер из Нюрнберга в примечаниях к «Географии» Птолемея. В XVIII в. этот метод был в центре внимания Грин­ вичской обсерватории и астрономов. До изобретения хронометра ему отдавалось явное предпочтение перед определением долготы с помощью часов.

Созданные в Париже в 1668 г. и в Гринвиче в 1676 г. астро­ номические обсерватории были поставлены на службу навига­ ции. Они нуждались в применении точных маятниковых часов в качестве эталона времени. Проблема была решена в первые десятилетия XVIII в. выдающимся английским часовщиком Ге­ оргом Грагамом, который применил ртутный маятник для тем­ пературной компенсации и вместо шпиндельного анкерный ход с трением на покое и без отхода назад ходового колеса. Его часы более 150 лет оставались образцом для изготовления и применения часов в астрономических обсерваториях.

Научные проблемы астрономии и механики, имевшие отноше­ ние к определению долготы на море, были в центре внимания ученых XVIII в. Леонард Эйлер в 1753 г. разработал гравитаци­ онную теорию движение Луны. Геттингенский астроном Тобиас Майер на основе этой теории составил лунные таблицы, которые служили для вычисления эфемерид Луны и для определения долготы в Гринвичской обсерватории до начала XIX в. Будучи выдающимся научным вкладом в разработку проблем небесной механики, теория движения Луны Эйлера способствовала даль­ нейшему развитию не только астрономии, но и теоретической механики, как и теоретические исследования Гюйгенса при создании им маятниковых часов.

Парижская обсерватория начиная с 1669 г. стала регулярно выпускать «Connaissance des Temps» («Знание времени»), ко­ торое было основано Ж- Д. Кассини. Гринвичская обсерватория с 1677 г. выпускает «Nautical Almanax» («Морской Альманах») Джона Флемстида. Эти издания сделались настольными книга­ ми моряков.

Астрономические методы определения долготы в практиче­ ском применении оказались сложными, трудоемкими и недоста­ точно точными. К концу XVIII в. эта проблема была решена, но не с применением методов практической астрономии, а путем создания точных часов на основе усовершенствования балансо­ вых часов со спиралью.

Самая крупная награда была присуждена Джону Гаррисону, который к 1759 г. изготовил четверо морских часов. Он практи­ чески доказал возможность с помощью своих четвертых морских

часов определять долготу точнее, чем предусматривалось зако­ ном 1714 г., и успешнее, чем с применением средств и способов практической астрономии. Однако устройство морских часов Гаррисона было довольно сложным, а их изготовление было со­ пряжено с крупными затратами, и поэтому они не могли стать моделью для серийного производства. Попытки Томаса Мюджа и Ларкума Кендаля усовершенствовать часы Гаррисона и сде­ лать их пригодными для серийного производства не увенчались успехом. Заслуга Гаррисона в основном заключалась в том, что ему далось убедить своих современников, что с помощью создан­ ных им часов можно с желательной точностью определять дол­ готу, во что до него не верили ни ученые, ни часовщики.

По ту сторону Ла-Манша, во Франции, Пьер Леруа создавал морские часы, тоже претендуя на награду, объявленную Париж­ ской академией наук. Устройство большинства его часов оказа­ лось настолько удачным по сравнению с четвертыми морскими часами Гаррисона, что все дальнейшие успешные разработки стали проводиться на их основе [259].

Совершенно не случайно то, что наибольшие успехи в усовер­ шенствовании конструкции маятниковых часов и балансовых ча­ сов со спиралью после Гюйгенса были достигнуты во Франции и Англии, где — раньше, чем в других странах—астрономиче­ ские обсерватории стали нуждаться в маятниковых часах с точ­ ным ходом. В XVIII в. именно Англия и Франция становятся самыми крупными и наиболее заинтересованными в создании хронометра державами.

Изобретение хронометра, или прецизионных часов, пригодных для определения долготы, совпало с началом технического переворота в Англии и с изобретением Уаттом паровой машины двойного действия, патент на которую он получил в 1784 г.

Изобретение морских часов и хронометра

Джон Гаррисон (1693—1766) родился возле Йоркшира в семье плотника, который, возможно, занимался также и ремонтом ча­ сов. В 1700 г. он переехал в Барроу (Ланкашир). Д. Гаррисон обучался профессии отца, но рано проявил склонность к механи­ ке. Когда ему исполнилось 22 года, он изготовил часы с деревян­ ными деталями. В 1726 г. он изобрел так называемый решетча­ тый маятник для температурной компенсации.

Когда Гаррисон узнал о высоких премиях за разработку ме­ тодов, пригодных для определения долготы, то перспектива по­ лучения награды увлекла его. Он проникся стремлением изгото­ вить часы, которые могли бы соответствовать поставленному условию. В 1726 г. он отправился в Лондон, чтобы более точно узнать условия получения награды и добиться необходимой де­ нежной помощи для осуществления своего замысла. Директор Гринвичской обсерватории Эдмунд Галлей, к которому Гаррисон

Рис. 197. Самая ранняя конструкция морских часов Гаррисона 1735 г.

Рис. 198. Спусковое устройство под названием «кузнечик», примененное Гаррисоном в трех его морских часах

обратился, отказал в денежной помощи, но порекомендовал об­ ратиться к Георгу Грагаму. Последний предоставил в распоряже­ ние Гаррисона денежное пособие, необходимое для создания первого образца часов.

В 1728 г. он снова прибыл в Лондон с изобретенным им «ре­ шетчатым» компенсационным маятником и спуском особого ус­ тройства, чтобы продемонстрировать их в Бюро долготы. Ознако­ мившись с этими изобретениями, Грагам посоветовал Гаррисону не торопиться с представлением их на рассмотрение Бюро дол­ готы до окончательного изготовления самих часов и предвари­ тельного испытания их хода.

После возвращения в Барроу из Лондона Гаррисон с еще большей энергией продолжил опыты по созданию часов. При этом он стремился уменьшить действие на ход часов движения корабля и изобрести устройство, обеспечивающее завод часов на ходу, без перерыва действия механизма. Опыты продолжались до 1735 г., когда Гаррисон переселяется в Лондон и привозит сюда первые законченные им часы. Они были достаточно гро­ моздки, с деревянной рамой и напоминали большие маятниковые часы (рис. 197). Теперь они хранятся в Гринвичской обсервато­ рии. В этих часах в качестве регулятора применен не маятник, а два массивных баланса, которые приводились в действие че­ тырьмя балансовыми пружинами. Балансы, образуя между со­ бой фрикционную передачу, могли колебаться в противополож-

ных направлениях по отношению друг к другу и испытывать действие корабля одинаково, но в противоположном направле­ нии. Этим достигалось значительное уменьшение влияния на ход часов движения корабля.

Спусковое устройство (рис. 198), изобретенное Гаррисоном, известно под названием «кузнечика» из-за сходства с задними лапками этого насекомого. Две палеты А и В шарнирно присоединены в точках С и D к концам рычагов, находящихся на одной оси с маятником. Палеты А и В изготовлены из твер­ дого дерева, а спиральные пружины Е и F служат демпфером отскоков. В этой механической системе при наличии одной неподвижной точки имеется воз­ можность свободного движения всех остальных звеньев. Ходовое колесо попе­ ременно толкало то правую, то левую палету и вместе с тем передавало им­ пульс регулятору. В этой конструкции спуска отсутствует трение между па­ летами и зубцами ходового колеса. Смазки не требовалось.

В качестве движущей силы в часах Гаррисона служили две ходовые пру­ жины, установленные в отдельных барабанах, которые двигали центральную фузею вместе с двойным храповым устройством, обеспечивающим завод ча­ сов на ходу, не останавливая механизма часов (рис. 199). Оно было собствен­ ным изобретением Гаррисона.

При нормальной работе часов заводная пружина передает свое усилие на фузею через цепь. От фузеи движение передается храповому колесу D через храповое колесо Е, а от колеса — к большому колесу А через штифт G.

Во время завода барабан вращается в обратную сторону, чем при обыч­ ной работе, и механизм часов останавливается вследствие разъединения с ис­ точником энергии. Для предотвращения этой остановки Гаррисоном был вве­ ден вспомогательный завод собственного изобретения. Во время завода хра­ повое колесо Е перестает вращать храповое колесо D, так как этому препят­ ствует собачка К. Пружина G на колесе D, предоставленная самой себе, на­ чинает сокращаться и приводит в действие большое колесо А и всю колесную передачу. Обычно эта пружина способна приводить в действие колесную пе­ редачу в течение 3—4 мин или с интервалом более чем достаточным, чтобы можно было осуществить полный завод основной ходовой пружины.

Гаррисоном было проявлено много изобретательности, чтобы свести к возможному минимуму трение в работающих частях ме­ ханизмов и добиться автоматической компенсации действия на балансовые пружины изменений температуры. Эта компенсация была достигнута присоединением неподвижных концов пружин к разнородным латунным и стальным стержням, расширением и сжатием которых автоматически регулировалось напряжение пружин, как в решетчатом маятнике Гаррисона.

Первые часы Гаррисона (или часы №1) перед доставкой в Лондон были испытаны на борту шлюпки. Эксперты Галлей, Брадлей, Грагам и Шмидт в 1735 г. засвидетельствовали, что Гаррисон изобрел и создал инструмент для измерения времени на море, что принципы, заложенные в конструкции этих часов, позволяют определять долготу и, наконец, что эти часы необхо­ димо подвергнуть дальнейшему испытанию в морских условиях. Последнее требование экспертов было выполнено. Первые часы

Джон Гаррисон

Гаррисона совершили путешествие в мае 1736 г. до Лиссабона и обратно с одобряющими результатами. Руководствуясь резуль­ татами этих испытаний, Бюро долготы представило в распоряже­ ние Гаррисона некоторую сумму денег, чтобы он мог продолжить опыты по созданию вторых часов. 30 мая 1737 г. в сводках Грин­ вичской обсерватории появилось сообщение об изобретении Гар­ рисона. С этого времени он приобретает известность. Вторые свои часы Гаррисон закончил в 1739 г. Они отличались от его первых часов применением устройства для стабилизации им­ пульса (remontoire) с промежуточными пружинами. В нем две геликоидальные, или цилиндрические, пружины через каждые 33/4 минуты подзаводились силой от действия ходовой пружины. Получался крутящий момент всегда на одном и том же уровне и передавался от этих пружин ходовому колесу.

Рис. 199. Вспомогательный завод, примененный в часах Гаррисона

храповое колесо, составляющее одно целое с фузеей; зубцы нарезаны в направлении,

тельная пружина F. Колесо А связано с колесом D посредством этой пружины (см. сечение по А и D в положении IV)

Основной механизм часов включал в себя также фузею для выравнивания крутящего момента, передаваемого ходовой пру­ жиной, и устройство для ограничения диапазона работы пружи­ ны, а также двойной храповой механизм для завода ходовой пружины без остановки механизма часов.

Чтобы противодействовать влиянию движения корабля, боко­ вой и килевой его качке, два тяжелых баланса были соединены проволоками и образовывали фрикционную передачу, как и в первых часах. Они двигались в противоположных направлениях и были поэтому мало подвержены действию движения корабля. Колебание балансов регулировалось четырьмя геликоидальными пружинами. Температурная их компенсация достигалась приме­ нением системы из четырех коротких латунных и двух длинных стальных стержней (рис. 200). Действие компенсационного уст-