Введение
Часовой узел с низким трением (англ. low friction clock escapement) – это узел с низким трением для маятниковых часов, изобретенный британским часовщиком Джоном Харрисоном около 1722 года. Узел спуска, являющийся частью каждого механического часов, – это механизм, который периодически придает маятнику импульсы для поддержания его колебаний, и каждое колебание освобождает зубчатую передачу часов для перемещения вперед на фиксированное расстояние, тем самым перемещая стрелки вперед с постоянной скоростью. Узел спуска "саранча" использовался в нескольких регуляторных часах, созданных во времена Харрисона, и в нескольких других экземплярах за прошедшие годы, но не получил широкого распространения. Термин "саранча", по-видимому, связан с движением пальцев (палетов) и впервые появился в журнале Horological Journal в конце XIX века.
The grasshopper escapement is a low friction escapement for pendulum clocks invented by British clockmaker John Harrison around 1722. An escapement, part of every mechanical clock, is the mechanism that gives the clock's pendulum periodic pushes to keep it swinging, and each swing releases the clock's gears to move forward by a fixed amount, thus moving the hands forward at a steady rate. The grasshopper escapement was used in a few regulator clocks built during Harrison's time, and a few others over the years, but has never seen wide use. The term "grasshopper" in this connection, apparently from the kicking action of the pallets, first appears in the Horological Journal in the late 19th century.
История
Джон Харрисон использовал уход саранчи в своих регуляторных часах, а также в первых трех своих морских хронометрах, H1–H3. Определение долготы было серьезной проблемой в морской навигации; Ньютон полагал, что можно использовать астрономическое определение местоположения, но более простым теоретическим решением было точное знание времени в определенной базовой точке. Разница между местным временем, которое легко измерить, и временем в базовой точке дает разницу в долготе между базовой точкой и кораблем, поскольку 24 часа соответствуют 360 градусам долготы. За решение этой проблемы была предложена крупная награда, и Харрисон посвятил свою жизнь разработке и созданию высокоточных хронометров. Точность и трение были основными проблемами. Два преимущества ухода саранчи – повторяемость его работы и отсутствие необходимости в смазке. Повторяемость работы заложена в его конструкции. Один палет освобождается только при взаимодействии с другим; импульс, передаваемый маятнику, таким образом, полностью выверен по времени. Смазочные материалы, доступные Харрисону, были некачественными, грязными и быстро изнашивались. Это означало, что обычные часы приходилось часто останавливать для очистки и смазки. Используя свой чистый и абсолютно стабильный уход саранчи, Харрисон начал серию долгосрочных исследований работы часов, что привело к изобретению маятника решетки, компенсирующего влияние расширения и сжатия при изменении температуры. Работа его усовершенствованных часов, в свою очередь, дала ему точный и удобный эталон для испытания своих морских хронометров.
Операция
Харрисон разработал уход для саранчи из обычного анкерного ухода, который он построил для башенных часов, предназначенных для конюшенного блока в Броклзби-парке в Линкольншире. Этот уход оказался ненадежным, требуя постоянного внимания, что доставляло Харрисону неудобства, поэтому около 1722 года он модифицировал уход, установив шарнир в середине каждой плечи якоря. Шарнирные палеты были направлены в одну сторону, противодействуя вращению колеса. Когда колесо толкает палету, шарнир отходит от колеса. Палета вращается вокруг точки контакта с колесом, толкая якорь. Одновременно другая палета приближается к колесу. Когда она соприкасается с колесом, она слегка отталкивает его назад, и контакт между колесом и первой палетой прерывается. Обе палеты немного перевешивают сзади, поэтому они естественным образом стремятся отойти от колеса. Таким образом, первая палета выходит из пути колеса, и задача придания импульса маятнику переходит ко второй палете. Первая палета останавливается у упора, который удерживает ее в правильном положении, так что, когда маятник достигает конца своего хода, подталкиваемый второй палетой, первая палета снова опускается на путь колеса. Она соприкасается с колесом и, движимая импульсом маятника, слегка отталкивает колесо назад. Это освобождает вторую палету, которая плавно отходит к своему упору, передав задачу придания импульса маятнику первой палете. Небольшое движение палеты на шарнире создает гораздо меньше трения, чем скользящий контакт в обычном уходе; ему не требуется смазка, и износ настолько мал, что Харрисон смог изготовить свои палеты из дерева. Одна из оригинальных палет в Броклзби-парке все еще работала во время реставрации часов в 2005 году, а другая была заменена только после аварии в 1880 году. Позже Харрисон изменил конструкцию ухода, сделав так, чтобы одна палета тянула, а не толкала, добавив небольшой крючок на конце поворотной руки для контакта с зубьями колеса. Он также объединил обе оси шарниров на общем стержне. Когда палета толкает колесо назад, она также сильно прижимается к своему упору. Чтобы предотвратить износ или повреждение, упоры сконструированы так, чтобы уступать. Каждый упор шарнирно закреплен на той же оси, что и его палета. Палеты перевешивают сзади, а упоры – спереди, стремясь упасть к колесу. Упоры достаточно перевешивают спереди, чтобы комбинация палеты и упора также стремилась упасть к колесу, но этому препятствует фиксированный штифт на якоре. Это означает, что штифт удерживает упор, который удерживает палету в нужном положении для чистого зацепления с колесом. Когда палета соприкасается с колесом, она отталкивает колесо назад и, делая это, поднимает упор со штифта. Когда колесо толкает палету, упор опускается обратно на штифт и разъединяется с палетой. Каждый упор также поднимается со штифта один раз за цикл импульсом приближающейся палеты.
Ограничения
Тенденция поддонов отклоняться от колеса имеет серьезные последствия. Первое заключается в том, что при любом прерывании привода колеса отхода поддоны теряют контакт, а при восстановлении привода колесо отхода может остаться не зафиксированным и начать быстро и неконтролируемо ускоряться. Чтобы предотвратить это при заводе часов, Гаррисон изобрел один из своих самых долговечных механизмов – механизм поддерживающего хода, который до сих пор широко используется в часах и часовых механизмах. В обычной конструкции он состоит из храпового колеса, расположенного между первым (и самым медленно вращающимся) ведущим колесом механизма и барабаном, к которому прикреплен груз (или пружина), и коаксиального с ним. При заводе часов барабан вращается назад, а храповик на поддерживающем колесе проскальзывает по зубьям, вырезанным на барабане. Первая передача при этом продолжает вращаться вперед, поскольку между поддерживающим колесом и первой передачей находится пружина, которая давит на нее. Пытаясь это сделать, она стремится оттолкнуть поддерживающее колесо назад. Этому препятствует собачка, закрепленная на раме часов, которая входит в зацепление с зубьями, вырезанными по краю поддерживающего колеса. Когда часы полностью заведены, давление на ключ ослабевает, и барабан приводит в движение поддерживающее колесо и первую передачу обычным образом. Он также снова сжимает поддерживающую пружину, готовя ее к следующему заводу часов. Во время нормальной работы собачка, предотвращающая обратное вращение поддерживающего колеса, просто проскальзывает по его зубьям. Второе следствие тенденции поддонов отклоняться от колеса заключается в том, что когда часы останавливаются из-за разряда, оба поддона возвращаются в свои крайние положения. Изначально изобретенный Ричардом Таунли в 1675 году, Джастин и Бенджамин Вуллиами изготовили небольшое количество регуляторов по проекту Харрисона, но и сегодня он остается тем, чем был во времена Харрисона: блестящей и уникальной редкостью.
Часы Джона Тейлора
Уникальные общественные часы, созданные в качестве дани уважения грассхопперному спуску Джона Харрисона, были представлены в Корпус Кристи Колледж, Кембриджский университет, в Кембридже, Англия, 19 сентября 2008 года. Промышленник Джон Тейлор потратил 1 миллион фунтов стерлингов на создание этих механических часов. Считая, что механизм Харрисона недостаточно известен, грассхопперный спуск часов был вынесен наверх, воплощенный в форме демонической саранчи, названной "Хронофагом" или "пожирателем времени", которая ритмично открывает и закрывает свои челюсти, символизируя поглощение времени. Часы диаметром 1,5 метра обладают множеством других примечательных особенностей. Вместо стрелок они используют три концентрические пары наложенных кольцевых дисков – по одной паре для часов, минут и секунд – с прорезями и линзами, позволяющими выборочно пропускать свет из замкнутого, постоянно освещенного набора светодиодов. Расположение прорезей в каждом диске, в сочетании с вращением переднего диска каждой пары, создает эффект Вернье, создавая иллюзию вращения огней с разной скоростью по трем концентрическим окружностям на циферблате. Маятник ускоряется, замедляется и иногда останавливается, но возвращается к точному времени каждые пять минут. Тейлор спроектировал эти часы, чтобы напоминать себе о собственной смертности.
Пармиджиани Сенфин
В совершенно новом механизме, предназначенном для наручных часов, используется анкерный спуск типа "саранча". Этот новый тип механического регулятора использует гибкие элементы как в спуске, так и в генераторе. Кремниевое колесо совершает около 86 400 колебаний в час, что примерно в три раза быстрее, чем в традиционных наручных часах. Первоначальная разработка была проведена в Швейцарском центре электроники и микротехнологии (CSEM) под руководством Пьера Женекуана, швейцарского физика, являющегося ведущим изобретателем. Благодаря максимальному снижению трения, такие часы могут работать более месяца после завода, обеспечивая исключительный запас хода. Прототип этого нового калибра (механизма) был представлен компанией Parmigiani Fleurier.
Часы Бёрджесса
Механизм косого хода является важной частью скульптурных часов Мартина Берджесса, известных как Часы Берджесса B. Один из двух часов, созданных на основе технологии поздних регуляторных часов Джона Харрисона, он был завершен компанией Charles Frodsham & Company по заказу его владельца, Дональда Саффа. После успешного тестирования часы были переданы в Королевскую обсерваторию в Гринвиче для детальной оценки их долгосрочной работы. Контроль осуществлялся Почтенной компанией часовщиков и Национальной физической лабораторией, представители которых нанесли на корпус часов пломбы, защищающие от несанкционированного доступа. Несмотря на то, что часы заводятся электрически, что исключает любое воздействие на ход часов во время оценки, в остальном они полностью механические. По истечении ста дней максимальная погрешность не превысила пяти восьмых секунды, без учета систематической ошибки хода. В результате, 18 апреля 2015 года организация Guinness World Records вручила Мартину Берджессу сертификат мирового рекорда за создание самых точных чисто механических часов, работающих в свободной атмосфере. Часы остаются в Королевской обсерватории в Гринвиче; в 2017 году они были перемещены в галерею, где представлены морские хронометры Харрисона, и их работа продолжает отслеживаться.