Ранний механический часовой механизм: коромысловый спуск

Введение

Ранний часовой механизм

Эскапемент на волоске (или эскапемент с короной) – самый ранний известный тип механического эскапемента, механизм в механических часах, который контролирует их ход, позволяя зубчатой передаче продвигаться вперед через регулярные интервалы или «тики». Эскапементы на волоске использовались с конца XIII века до середины XIX века в часах и карманных часах. Название «волосок» происходит от латинского слова virga, означающего «палка» или «стержень». Его изобретение имеет важное значение в истории техники, поскольку оно сделало возможным развитие всех механических часов. Это привело к переходу от измерения времени непрерывными процессами, такими как течение жидкости в водяных часах, к повторяющимся, колебательным процессам, таким как колебание маятника, которые потенциально могли быть более точными. Колебательные измерители времени используются в большинстве современных часов.

Часы для вершин и листов

Эскапирование с верге (или с границей) датируется XIII веком в Европе, где его изобретение привело к созданию первых полностью механических часов. Начиная с XIII века, большие башенные часы строили на городских площадях, в соборах и монастырях Европы. Они отсчитывали время, используя эскапирование с верге для привода фолиота – примитивного типа балансового колеса. Скорость хода часов можно было регулировать, перемещая грузы на фолиоте. Эскапирование с верге, вероятно, произошло от механизма сигнализации для звона в колокол, который появился за столетия до этого. Существует предположение, что Виллард де Хоннекур изобрел эскапирование с верге в 1237 году, представив иллюстрацию странного механизма для поворота статуи ангела, чтобы он следил за солнцем своим пальцем, однако общепринятое мнение состоит в том, что это не было эскапированием. Считается, что в конце XIII века механизм эскапирования с верге был применен к башенным часам, что привело к созданию первых механических часов с эскапированием. Астроном Роберт Англикус в 1271 году писал, что часовщики пытались изобрести эскапирование, но пока не преуспели. Самое раннее описание эскапирования содержится в рукописи Ричарда Уоллингфорда 1327 года «Tractatus Horologii Astronomici», посвященной часам, которые он построил в аббатстве Сент-Олбанс; это было не эскапирование с верге, а его разновидность, называемая эскапированием «строб». Оно состояло из пары колес с зубцами на одной оси, с чередующимися радиальными зубьями. Стержень эскапирования с верге подвешивался между ними, с коротким поперечным бруском, который вращался сначала в одном направлении, а затем в другом, когда зубцы проходили мимо. Хотя других примеров не известно, возможно, что эта конструкция предшествовала более распространенному эскапированию с верге в часах. Поскольку часы были ценными, после изобретения маятника многие часы с эскапированием с верге были переделаны с использованием этой более точной технологии измерения времени, поэтому очень мало ранних часов с эскапированием с верге и фолиотом сохранились до наших дней в неизменном виде. Насколько точными были первые часы с эскапированием с верге и фолиотом – вопрос спорный, оценки варьируются от одного до двух часов погрешности в день. Ранние часы с эскапированием с верге, вероятно, не были точнее предыдущих водяных часов, поэтому сегодня трудно найти оригинальные часы с эскапированием с верге и фолиотом в целости и сохранности. Аналогичное повышение точности в часах с эскапированием с верге последовало за введением спиральной пружины в 1658 году.

The verge escapement dates from 13th century Europe, where its invention led to the development of the first all mechanical clocks. Starting in the 13th century, large tower clocks were built in European town squares, cathedrals, and monasteries. They kept time by using the verge escapement to drive a foliot, a primitive type of balance wheel. The rate of the clock could be adjusted by moving the weights in or out on the foliot. The verge escapement probably evolved from an alarm mechanism to ring a bell which had appeared centuries earlier. There has been speculation that Villard de Honnecourt invented the verge escapement in 1237 with an illustration of a strange mechanism to turn an angel statue to follow the sun with its finger, but the consensus is that this was not an escapement. It is believed that sometime in the late 13th century the verge escapement mechanism was applied to tower clocks, creating the first mechanical escapement clock. Astronomer Robertus Anglicus wrote in 1271 that clockmakers were trying to invent an escapement, but hadn't been successful yet. The earliest description of an escapement, in Richard of Wallingford's 1327 manuscript Tractatus Horologii Astronomici on the clock he built at the Abbey of St. Albans, was not a verge, but a variation called a 'strob' escapement. It consisted of a pair of escape wheels on the same axle, with alternating radial teeth. The verge rod was suspended between them, with a short crosspiece that rotated first in one direction and then the other as the staggered teeth pushed past. Although no other example is known, it is possible that this design preceded the more usual verge in clocks. Since clocks were valuable, after the invention of the pendulum many verge clocks were rebuilt to use this more accurate timekeeping technology, so very few of the early verge and foliot clocks have survived unaltered to the present day. How accurate the first verge and foliot clocks were is debatable, with estimates of one to two hours error per day Early verge clocks were probably no more accurate than the previous water clocks, to the extent that it is difficult to find original verge and foliot clocks intact today. A similar increase in accuracy in verge watches followed the introduction of the balance spring in 1658.

Как это работает

Крайний спуск состоит из колеса в форме короны, называемого спусковым колесом, с зубами в форме пилы, выступающими по оси вперед, и с горизонтально ориентированной осью. Перед ним расположен вертикальный стержень – спуск, с двумя металлическими пластинами – поддонами, которые поочередно зацепляют зубы спускового колеса с противоположных сторон. Поддоны не параллельны, а ориентированы под углом друг к другу, чтобы только один зацеплял зуб в данный момент времени. К верхней части спуска прикреплен инерционный осциллятор – балансовое колесо или, в самых ранних часах, – фолиот, горизонтальная балка с грузами на обоих концах. Он определяет ход часов. Когда зубчатые колеса часов вращают спусковое колесо (см. анимацию), один из его зубов зацепляется за поддон и толкает его.

Недостатки

Как и следовало ожидать от его раннего изобретения, спусковой механизм с балансиром – самый неточный из широко используемых спусковых механизмов. Он страдает от следующих проблем: часы и часовые механизмы со спусковым механизмом с балансиром чувствительны к изменениям в силе завода; они замедляются по мере раскручивания главной пружины. Причина этого в том, что зубья коронного колеса постоянно давят на палеты, приводя в движение маятник или балансирующее колесо на протяжении всего цикла; элементу отсчета времени никогда не дается возможность свободно колебаться. Эти более поздние часы в разговорной речи называли «репами» из-за их громоздкой конструкции. Спусковой механизм с балансиром использовался лишь короткое время в маятниковых часах, прежде чем его заменил анкерный спуск, изобретенный около 1660 года, вероятно, Робертом Гуком, и получивший широкое распространение начиная с 1680 года. Проблема спускового механизма с балансиром заключалась в том, что для его работы требовалось, чтобы маятник колебался в широкой дуге от 80° до 100°. Кристиан Гюйгенс в 1674 году показал, что маятник, качающийся в широкой дуге, является неточным хронометром, поскольку его период колебаний чувствителен к небольшим изменениям в силе завода, обеспечиваемой часовым механизмом. В ходе испытаний их точность составляла до одной пятой секунды в день. Сегодня спусковой механизм с балансиром можно увидеть только в антикварных или репликах антикварных часов. Многие оригинальные напольные часы подвергаются отмене викторианской модернизации до анкерного спуска, и восстанавливается оригинальный спусковой механизм с балансиром. Часовые мастера называют это «возврат к спусковому механизму с балансиром».