ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

Фердинанд Берту

Берту считал, что маятник как регулятор хода часов мало пригоден для применения в морских часах. Однако он не отри­ цал возможность применения маятниковых часов в мореплава­ нии; он даже сконструировал двое таких часов для применения на корабле. Но действительное и наиболее рациональное разре­ шение проблемы создания морских часов может быть достигну­ то, по мнению Берту, только на пути усовершенствования балан­ совых часов со спиральной пружиной. Перед Берту встала, таким образом, проблема, как сделать систему баланс—спираль отличным регулятором морских часов.

В связи с этим он изучает отрицательное действие изменений температуры, трения в опорах, состояния и консистенции масла, уравновешенности баланса, бортовой и килевой качки корабля, положения часов по отношению к горизонту и т. д. на точность и постоянство хода морских балансовых часов. Теоретические и практические выводы, полученные путем такого изучения, Бер­ ту излагал в печатных работах и использовал при конструиро­ вании морских часов. Некоторые из этих выводов сохраняют свое значение до сих пор. Он правильно утверждал, что если

трение в опорах остается одним и тем же, то оно не вызывает изменения хода часов; он рекомендовал давать балансу возмож­ но большую амплитуду и скорость движения, так как при этом достигается уменьшение влияния трения и более эффективное действие масла на ход часов.

В то же время некоторые его рекомендации носили иногда весьма элементарный характер. Так, он считал нужным для поддержания масла в жидком состоянии при низких темпера­ турах держать в ящике, куда помещены часы, зажженную лампу.

Берту отмечает влияние тепла и холода не только на регулирующую систему баланс — пружина, но и на из­ менение трения, на состояние масла. Если жидкое масло сгустится, это мо­ жет стать причиной остановки часов. Он рассматривает увеличение трения и сопротивления масла, как две поме­ хи на пути достижения вполне изо­ хронного колебания регулятора хода. Изучение влияния трения Берту осу­ ществлял вполне научно и со всей серьезностью.

Он проводит систематические ис­ следования линейного расширения ма­ териалов, желая подобрать наиболее пригодный из них для изготовления

балансовой пружины и для баланса. Берту нашел, что хотя стек­ ло наименее подвержено линейному расширению, но оно неудоб­ но для изготовления балансовой пружины или баланса. Сталь он не советовал применять, поскольку она подвержена коррозии и влиянию магнетизма. Наиболее подходящим материалом для этой цели он считал золото, однако от применения его отказы­ вается по причине высокой стоимости. Берту выбрал медь, как мало подверженную коррозии и влиянию магнетизма. Балансы у него вначале были неразрезные, позже он стал применять ба­ лансы биметаллические и разрезные (рис. 211). Берту также предпочитал применять плоские балансовые пружины.

Результаты своих исследований он использовал для создания целого ряда конструкций морских часов.

Морские часы № I, выполненные Берту (рис. 212), имели два баланса: один — стальной, другой — медный, оба большого размера — 35 см в диамет­ ре. Друг с другом они были соединены посредством двух колес, расположен­ ных в одной плоскости. Эти два баланса двигались одинаково и одновремен­ но, но в обратных направлениях. Когда внешний импульс вызывал ускорение колебания одного баланса, то тот же импульс передавался и на другой баланс, но оказывал свое действие в обратном направлении, в результате чего оба баланса колебались с одинаковой частотой, т. е. частотой, которую они имели до появления внешнего импульса. Каждый баланс имел свою спиральную пру-

жину, прикрепленную одним концом К Платине, а другим — К оси баланса. На конец одной пружины могло действовать компенсационное устройство, осно­ ванное на принципе решетчатого маятника. Балансовые пружины были так подобраны, что они могли совершать свое полное колебание за 1 с. Ввиду того что балансы были достаточно громоздки и увесисты, трение в осях было бы довольно значительным, если бы Берту не подвешивал их на пружинах, прикрепленных к платинам часов; оси балансов были закреплены только снизу.

Спусковое колесо имело зубцы, возвышающиеся над его ободом, которое было сцеплено с анкером. По существу, запирающие поверхности были пло­ скостями покоя с трением, но автор считал, что он нашел баланс, колебания которого приближаются к изохронному.

29 августа 1764 г. Берту представил в Академию наук новый доклад о сконструированных им морских и астрономических часах. В нем центральное место занимает описание морских часов; их конструкция в основном осталась такой -же, как и часов № 1, за исключением того, что Берту снабдил их ста­ билизатором импульса (remontoire), который оказался неудовлетворительным и впоследствии не нашел применения. Спуск был другой; он, по словам Берту, обеспечивал наименьшее трение.

Рис. 212. Морские часы Берту № 1

Рис. 213. Устройство свободного хода, предложенное Берту в 1771 г.

Морские часы № 3, в отличие от первых двух, имели уже только один ба­ ланс с компенсацией, основанной на принципе решетчатого маятника. Ход

уних — цилиндровый.

Вкачестве движущей силы в своих первых трех часах Берту применял ходовую пружину вместе с фузеей, но в последующих часах (№ 4, 5, 6 и 7) он вместо нее применял гирю. Последняя закреплялась на конце пружины и проходила по вертикально направляющему ролику и затем обматывала го­ ризонтальный цилиндр, связанный с осью ходового колеса. Во время завода пружина заменяла гирю, не давая часам остановиться. Все колеса в часах были расположены горизонтально. Легче всего, по мнению Берту, добиться передачи постоянного момента ходовому колесу посредством гири, а не пру­ жины; кроме того, при ее применении возможно в любое время, ничего не из­ меняя в морских часах, увеличивать или уменьшать силу, ею передаваемую. Постоянство момента, передаваемого гирей, в свою очередь может обеспечи­ вать постоянство амплитуды колебания баланса, если даже спираль не вполне

изохронна, чего весьма трудно добиться при применении ходовой пружины в качестве движущей силы. Имея в виду эти преимущества гири по сравне­ нию с пружиной, Берту и стал применять ее в своих часах в качестве дви­ жущей силы.

Изготовленные Берту часы № 4 мало отличались от часов № 3; они, как и часы № 3, имели один баланс. Эти часы были испытаны на море — по при­ казу короля — специально назначенными лицами. Наблюдения за суточным ходом этих морских часов велись с 7 по 24 октября 1764 г. Данные наблюде­ ний позволили комиссарам сделать следующее заключение: «Часы г-на Берту не достигли еще желаемой степени точности, какая необходима для определе­ ния долготы, но поскольку отклонения, имеющиеся в их ходе, не зависят от движения судна, то ему легко их будет устранить».

В конструкцию последующих морских часов Берту внес мало нового, по­ этому нет необходимости на них останавливаться особо. Часы № 8 Берту ха­ рактеризуют новое направление в применении более совершенного хода в его морских часах.

С 1764 г. Берту направляет свои усилия на создание свободного хода, ос­ нованного на принципе Пьера Леруа. Результаты его работы в этом направ­ лении нашли конкретное выражение в свободном ходе, созданном им в 1791 г. (рис. 213). Здесь А — ходовое колесо, В — собачка, поворачивающаяся вокруг оси К и имеющая три выступающих рычага; рычаг X, несущий палету / (так называемая стопорная палета), рычаг У, прижимающийся пружиной S к сто­ пору s, и рычаг r, конец которого пересекает траекторию штифта с, назы­ ваемого спусковой палетой, смонтированной на ободе колеса С. Колесо С находится на балансовой оси и несет импульсную палету р.

Работа механизма осуществляется следующим образом. Как показано на рис. 213, зуб 3 ходового колеса находится на стопорной палете, и при этом баланс свободно качается в направлении, показанном стрелкой. Спусковая палета с встречает конец рычага г, слегка поворачивает собачку В в направ­ лении, противоположном ходу часов, и палета / отпирает зуб 3. Затем зуб 1 падает на импульсную палету р и приводит в движение баланс. При этом спус­ ковая палета с освобождает конец рычага г, а пружина S возвращает собач­

палета с встречает конец рычага Z, но с противо­ положной стороны, которая скошена. При этом она незначительно изгибает рычаг вверх (рычаг Z делается очень тонким и гибким, чтобы допустить это) и проходит, не нарушая положения собачки В.

Вработе, опубликованной в Париже

в1787 г. и посвященной определению долготы посредством морских часов, Бер­ ту приводит описание многих из своих по­ следующих часов. Все они уже снабжены свободным ходом, а не цилиндровым. Часы, начиная с № 35, были снабжены

талей хода и числом зубцов ходового колеса. На рис. 214 показан один из вариантов этого хода.

По мнению Гоулда, «нет вопроса более горячо дебатируемо­ го в горологии, чем вопрос об изобретении современного хронометрового хода. Так неудачно сложились обстоятельства, что невозможно в этом вопросе добиться определенного заключе­ ния» [129,99].

Обычно изобретение этого хода приписывается Берту, Ар­ нольду и Ирншау. Однако невозможно допустить, как справед­ ливо отмечает Гоулд, что все эти три лица напали на одну и ту же идею независимо друг от друга. Патент на изобретение хода, выданный Джону Арнольду в 1772 г., менее всего может слу­ жить основанием для того, чтобы именно его считать изобрета­ телем хронометрового хода. Ирншау с полным основанием оспа­ ривал приоритет Арнольда. Гоулд склоняется к мысли, что Берту больше, чем Арнольд и Ирншау, может претендовать на право первого изобретателя современного хронометрового хода. Каких-либо солидных оснований для такого утверждения Гоул­ да, конечно, нет, за исключением того, что хронометровый ход Берту по существу является дальнейшим усовершенствованием хорошо известного хода Леруа.

В какой же степени изобретения Берту были оригинальны­ ми, что принадлежало ему и что он заимствовал у других, в ча­ стности у Пьера Леруа? Сам Берту скромностью не отличался и старался приписывать себе даже то, чего он в действительно­ сти и не сделал. Весьма объективную и справедливую оценку достижений и стиля работы Берту дает опять же Гоулд. «Одно порицание можно сделать Берту, — пишет он, — за его стремле-

ние представлять свое дело в весьма выгодном свете, но некото­ рые его утверждения не могут выдержать проверки. Таким яв­ ляется его претензия на то, что он опередил Леруа как в отно­ шении изобретения свободного хода, так и в формировании правила, которым нужно руководствоваться для получения изо­ хронного колебания балансовой пружины. Для подкрепления этого своего притязания Берту ссылается на созданный им в 1754 г. спусковой механизм и на одно из мест его «Трактата...» 1763 г. Первый свободный ход Леруа был представлен в акаде­ мию, а его описание опубликовано в ее трудах в 1748 г., между тем цитата из «Трактата..» утверждает только то, что Берту намеревался исследовать отношение между длинными и корот­ кими дугами. Такой подход к спору весьма типичен для Берту,

когда Леруа конструировал морские часы и к ним приспосабли­ вал свободный ход, изохронную спираль и компенсационный ба­ ланс, и даже тогда, когда он опубликовал об этом отчет, Берту четырьмя годами позже оставался еще верен своей машине, приводимой грузом, снабженной цилиндровым ходом и компен­ сационным устройством на принципе решетчатого маятника Гаррисона. Но, узнав об изобретениях соперника, скоро отка­ зался от своего механизма» [129, 106].

Далее Гоулд отмечает: «Однако имелось одно ценное качест­ во у Берту и в более значительной степени, чем у Леруа, а имен­ но его постоянная неудовлетворенность результатами своих ра­ бот и стремление все больше и больше улучшать часы. Во всех многочисленных его морских часах от начала и до конца можно проследить неуклонный прогресс, и в то же время среди них нет ни одних часов, которые могли бы считаться оригинальным про­ изведением и быть вне всякой конкуренции, как морские часы Леруа. Когда рассматриваем последовательный ряд часов Бер­ ту, начиная от самых грубых и кончая часами мало отличающи­ мися по своему устройству от современного хронометра, то с трудом верится, что эти часы могли быть произведением одного

(1749—-1829). На принципе устройства свободного хода, предло­ женного П. Леруа, трудами Ф. Берту, Д. Арнольда и Т. Ирншау был создан хронометровый ход.

Хронометровый ход с пружиной покоя. Устройство этого хода в выполне­ нии Д. Арнольда и Т. Ирншау показано на рис. 215. Их ход, кроме ходового колеса, имеет пружину покоя С с камнем покоя В, заделанным в эту пружи­ ну, золотую тонкую упругую пружину Е, импульсную рольку с импульсным камнем F. Импульсная и пусковая рольки D сидят на оси баланса одна под

в ходе Арнольда не нашла дальнейшего применения, от нее отказались из-за того, что их требовалось смазывать. Ходовое колесо Арнольда вращается в направлении, противоположном ходу Ирншау.

Пружина покоя одним концом прикреплена своей колодкой неподвижно к платине хронометра, другой конец у нее изогнут под углом книзу. Золотая пружина одним концом крепится к пружине покоя, другим свободным концом лежит на ее изгибе. Она может изгибаться только в одну сторону — противо­ положную ее прилеганию к пружине покоя (или изгибу крючка этой пружины в ходе Ирншау). Спусковая ролька со спусковым камнем колеблется вместе с балансом и может вступать в контакт с золотой пружиной при каждом по­ луколебании баланса.

На рис. 216 представлен тот момент работы хронометрового хода с пру­ жиной покоя, когда зуб ходового колеса 1 лежит без трения на камне покоя 2. Баланс в это время совершает свободное колебание, пока спусковой камень 8 не коснется своей передней фаской золотой пружинки 5. Спусковой камень,

Рис. 215. Хронометровый ход Ирншау с пружиной покоя (а) и Арнольда (б)

Рис. 216. Современный хронометровый ход (а) и хронометровый ход Ирн­ шау (б)

захватив эту пружину, потянет за собой пружину покоя 3 и освободит камень покоя 2 из-под зуба ходового колеса. Это освобождение в результате изгиба золотой пружины в ходе Арнольда происходит по направлению к центру хо­ дового колеса и при колебании баланса слева направо, а в ходе Ирншау —

по направлению от центра ходового колёса при колебании баланса Справа налево.

После освобождения зуба ходовое колесо 1 повернется на угол свободного падения. Спусковой камень поворачивается на тот же угол, что и импульсный камень. Угол между рабочими плоскостями этих камней сделан таким, что при освобождении одного зуба ходового колеса другой зуб должен упасть на импульсный камень и, скользя по нему, подать импульс. После этого пружины выпрямляются и принимают первоначальное положение, а следующий зуб хо­ дового колеса падает на камень покоя. Подача импульса, а затем остановка зуба на полный покой происходят в ходе Арнольда так же, как и в ходе Ирншау. После этого баланс будет совершать свободное колебание сначала в од­ ном направлении, а затем в обратном.

При обратном движении баланса (по часовой стрелке) импульсный камень проходит мимо ходового колеса, не соприкасаясь с его зубцами. Колесо в этот момент находится на покое. Спусковой камень 8, нажимая на золотую пружину, отводит ее от пружины покоя 3. Так как золотая пружина чрезвы­ чайно легка и тонка, то энергия, затраченная балансом на изгиб пружины, будет ничтожно мала, камень отогнет ее и тотчас же сбросит, не производя этим никакого действия на ходовое колесо. Таким образом, в хронометровом ходе импульс балансу сообщается только в одном направлении лишь раз — в период взаимодействия с системой спуска, а все остальное время баланс совершает почти свободное колебание.

Хронометровый ход боится резких толчков и сотрясений, недопустимо и неправильное положение хронометра. Поэтому он хотя и превосходит по точ­ ности свободный анкерный ход, все же в карманных часах неприменим.

Изобретение хронометрового хода Т. Ирншау совпадает по времени с изобретением Д. Арнольда. В связи с этим между ни­ ми возник горячий спор: Томас Ирншау категорически оспари­ вал приоритет Джона Арнольда. Ирншау изобрел этот ход рань­ ше и независимо от Арнольда, но медлил с получением патента на свое изобретение. Арнольд поспешил с получением патента, узнав, что аналогичный ход уже изобретен Ирншау. Последне­ му патент на изобретенный им хронометровый ход с пружиной покоя был выдан в 1783 г., на год позже, чем Арнольду.

Слово «хронометр» впервые было введено в употребление Арнольдом для прецизионных балансовых часов с хронометро­ вый ходом; в таком значении оно употребляется и в настоящее время.

Первые десять часов, выпущенные Ирншау с изобретенным им ходом, не имели большого успеха из-за того, что в них был применен импульсный ролик непропорционально малого разме­ ра по сравнению с ходовым колесом; по этой причине часы мог­ ли остановиться. Устранив этот недостаток, Ирншау сделал свой ход вполне пригодным для применения его в хронометрах.

Арнольд предложил применять в хронометрах вместо плос­ кой спирали спираль цилиндрической формы. Эта спираль без

Рис. 217. Геликоидальные волоски (а), предложенные Арнольдом, и сравнение их со спиральной пружиной Бреге (б)

Рис. 218. Современный биметаллический разрезной баланс (а) и такой же ба­ ланс у Ирншау (б)

1 — винты для регулировки; 2 — компенсационные грузики

имеется уже следующая констатация: «Изогнутые концы ци­ линдровой спирали способствуют изохронности ее колебаний. Его конфигурация всегда остается себе подобной». И далее: «Концы цилиндрической спирали искривлены для обеспечения концентрического развертывания спирали и совпадения центра тяжести спирали с осью баланса». Цилиндрические спирали с концевыми кривыми Арнольда известны под названием гелико­ идальной спирали. Сходство и различие этих спиралей с конце­ выми кривыми Бреге показаны на рис. 217.

Хотя к необходимости применения геликоидальной спирали Арнольд пришел чисто опытным путем, впоследствии Э. Филлипс доказал эту необходимость теоретически, указав на то, что