Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Подшипник с драгоценными камнями, используемый в прецизионных приборах, особенно в механических часах.
Jewel lined bearing used in precision instruments, particularly mechanical watches
Подшипник с драгоценными камнями – это гладкий подшипник, в котором металлический шпиндель вращается в отверстии, облицованном драгоценным камнем. Отверстие обычно имеет форму тора и немного больше диаметра вала. Драгоценные камни обычно изготавливаются из минерала корунда, как правило, из синтетического сапфира или синтетического рубина. Подшипники с драгоценными камнями используются в прецизионных приборах, где важны низкое трение, длительный срок службы и размерная точность. Их основное применение – в механических часах.
A jewel bearing is a plain bearing in which a metal spindle turns in a jewel lined pivot hole. The hole is typically shaped like a torus and is slightly larger than the shaft diameter. The jewels are typically made from the mineral corundum, usually either synthetic sapphire or synthetic ruby. Jewel bearings are used in precision instruments where low friction, long life, and dimensional accuracy are important. Their main use is in mechanical watches.
История
Ювелирные подшипники были изобретены в 1704 году для использования в часах Николасом Фацио де Дюйлье, Питером Дебауфре и Якобом Дебауфре, которые получили английский патент на эту идею. Первоначально использовались природные драгоценные камни, такие как алмаз, сапфир, рубин и гранат. В 1902 году Огюст Вернель изобрел процесс получения синтетического сапфира и рубина (кристаллический оксид алюминия, также известный как корунд), что сделало ювелирные подшипники значительно дешевле. Сегодня большинство ювелирных подшипников изготавливаются из синтетического рубина или сапфира. Исторически, ювелирные оправы изготавливались путем шлифовки с использованием бриллиантового абразива. Современные ювелирные оправы часто изготавливаются с помощью мощных лазеров, химического травления и ультразвукового фрезерования. Во время Второй мировой войны ювелирные подшипники были одним из продуктов, ограничение производства которых было введено правительством США через Военный производственный совет, поскольку они считались критически важными для военных усилий.
Jewel bearings were invented in 1704 for use in watches by Nicolas Fatio de Duillier, Peter Debaufre, and Jacob Debaufre, who received an English patent for the idea. Originally natural jewels were used, such as diamond, sapphire, ruby, and garnet. In 1902, a process to make synthetic sapphire and ruby (crystalline aluminium oxide, also known as corundum) was invented by Auguste Verneuil, making jewelled bearings much cheaper. Today most jewelled bearings are synthetic ruby or sapphire. Historically, jewel pivots were made by grinding using diamond abrasive. Modern jewel pivots are often made using high powered lasers, chemical etching, and ultrasonic milling. During World War II jewel bearings were one of the products restricted by the United States government War Production Board as critical to the war effort.
Характеристики
Преимущества подшипников скольжения с драгоценными камнями включают высокую точность, очень малые размеры и вес, низкое и предсказуемое трение, хорошую температурную стабильность и способность работать без смазки и в агрессивных средах. Они известны низким кинетическим трением и стабильным статическим трением. Коэффициент статического трения латуни по стали составляет 0,35, а сапфира по стали – 0,10–0,15. Сапфировые поверхности очень твердые и износостойкие, с твердостью по Моосу 9 и твердостью по Кнупу 1800, и способны сохранять гладкость на протяжении десятилетий эксплуатации, тем самым снижая вариативность трения.
The advantages of jewel bearings include high accuracy, very small size and weight, low and predictable friction, good temperature stability, and the ability to operate without lubrication and in corrosive environments. They are known for their low kinetic friction and highly consistent static friction. The static coefficient of friction of brass on steel is 0.35, while that of sapphire on steel is 0.10–0.15. Sapphire surfaces are very hard and durable, with Mohs hardness of 9 and Knoop hardness of 1800, and can maintain smoothness over decades of use, thus reducing friction variability.
Применение
Преобладающее применение ювелирных подшипников – в механических часах, где их низкое и предсказуемое трение повышает точность хода часов и увеличивает срок службы подшипников. Производители традиционно указывали количество драгоценных камней на циферблате или на задней крышке часов в качестве рекламного хода. Типичные полностью инкрустированные драгоценными камнями часы содержат 17 камней: два крышечных камня, два опорных камня и один импульсный камень для балансового колеса, два опорных камня и два камня для вилки анкерного механизма, а также по два опорных камня для каждого из секундного, третьего, четвертого и центрального колес. В современных кварцевых часах роль регулятора выполняет кварцевый кристалл в электронной схеме, приводящий в действие небольшой шаговый двигатель. Поскольку для перемещения стрелок требуется незначительный крутящий момент, давление на подшипники минимально и использование ювелирного подшипника не дает существенных преимуществ, поэтому они не применяются в большинстве кварцевых механизмов. Другое важное применение ювелирных подшипников – в прецизионных механических измерительных приборах. Обычно они используются в деликатных кинематических связях, предназначенных для передачи небольших усилий, в таких приборах, как гальванометры, компасы, гироскопы, карданные подвесы, индикаторные приборы, штангенциркули и турбинные расходомеры. В таких приборах ювелирные подшипники часто служат опорами для стрелок, которые должны перемещаться надежно и с минимальными колебаниями даже при измерении малых изменений. Диаметр отверстия подшипника обычно составляет менее 1 мм, а нагрузка не превышает 1 грамма, хотя существуют подшипники диаметром до 10 мм, способные выдерживать нагрузку до 500 г. Их применение сократилось с распространением цифровых измерительных приборов.
The predominant use of jewel bearings is in mechanical watches, where their low and predictable friction improves watch accuracy as well as improving bearing life. Manufacturers traditionally listed the number of jewels prominently on the watch face or back, as an advertising point. A typical fully jeweled time only watch has 17 jewels: two cap jewels, two pivot jewels and an impulse jewel for the balance wheel, two pivot jewels and two pallet jewels for the pallet fork, and two pivot jewels each for the escape, fourth, third, and center wheels. In modern quartz watches, the timekeeper is a quartz crystal in an electronic circuit, powering a small stepper motor. Because of the small amount of torque needed to move the hands, there is almost no pressure on the bearings and no real gain by using a jewel bearing, hence they are not used in a large proportion of quartz movements. The other major use of jeweled bearings is in sensitive mechanical measuring instruments. They are typically used for delicate linkages that must carry very small forces, in instruments such as galvanometers, compasses, gyroscopes, gimbals, dial indicators, dial calipers, and turbine flow meters. In such instruments, jewel bearings are often used as pivots for their needles which need to move reliably and with low variability even when measuring small changes. Bearing bores are typically smaller than 1 mm and support loads weighing less than 1 gram, although they are made as large as 10 mm and may support loads up to about 500 g. Their use has diminished with the popularization of digital measuring instruments.