После преодоления экономической депрессии 1932 г. в Западной Европе и прежде всего в Швейцарии производство на ручных часов с палетным и штифтовым анкерным ходом постепенно приобретает массовый и крупносерийный характер. Важной и необходимой предпосылкой для этого служило эффективное использование научно-технических достижений и проведение соответствующих организационно-технических мероприятий.
1. Расширение применения автоматов и полуавтоматов для изготовления деталей наручных часов. Если в 1880—1900 гг. при производстве 2,5—3 млн. комплектов часов использовались только полуавтоматы, составлявшие лишь 15—20% общего парка оборудования, то после 1932 г. в Швейцарии возрастает применение полуавтоматов и автоматов и усиливается контакт часового и станкостроительного производства.
Для успешности проведения автоматизации часового производства большое значение имело широкое внедрение твердо сплавных инструментов, по своей стойкости превосходящих обычные инструменты в 40—50 раз, а также материалов с за данными свойствами и размерами, необходимыми для их обработки на автоматах.
2. Совершенствование способов и средств регулировки и контроля хода наручных часов в условиях крупносерийного и массового их производства. Применение приборов оптического измерения и контроля, намного облегчавших регулировку хода часов и осциллографа, и других средств для измерения мгновенного хода часов, а также для контроля ударов и вибрации. С помощью этих средств стало возможным обнаруживать скрытые дефекты, которые не мог заметить в лупу самый опытный часовщик.
3. Использование мелкомодульного зацепления в колесной передаче, соответствующего требованиям конструкции мужских и женских наручных часов. Особенно большое значение имело введение зубофрезерных автоматов для изготовления колес и трибов с мелкомодульным зацеплением.
4. Всемерное ограничение количества базовых механизмов наручных часов наряду с расширением количества модификаций по каждому базовому механизму, что способствовало расширению автоматизации часового производства.
В наручных часах классического типа имеются четыре три ба в основном механизме и два — в стрелочной передаче. Три бы должны обеспечивать высокую стабильность передаваемого момента при возможно высоком значении КПД. В женских на ручных часах применяются трибы высотой в 3—3,5 мм, диаметром 0,5 мм и шириной зубцов 0,08—0,09 мм. Колесная передача современных женских наручных часов составляет цепочку: барабан— центральное колесо с трибом — промежуточное колесо с трибом — анкерное колесо с трибом.
Кроме основной и стрелочной передач применялась отдельная передача для завода с помощью заводной головки. Применение в классических наручных часах отдельных механических устройств для календаря, хронографа, сигнального устройства и т. д. не было характерно для изделий до второй мировой войны.
Механизм наручных часов по сравнению с карманными в основном не изменился, но необходимо было наилучшим образом использовать объем корпуса и компактно разместить все части механизма так, чтобы можно было добиться еще большей миниатюризации часов. Эту задачу можно кратко сформулировать так: разместить как можно больше элементов в наименьшем объеме. Потребовалось придать наилучшие пропорции ходовой пружине в барабане, системе колесной передачи и регулирующему устройству. Стал вопрос об изготовлении колес и трибов с мелкомодульным зацеплением.
После 1960 г. в конструировании и производстве наручных часов был достигнут особенно значительный прогресс. В этот период перед учеными-исследователями и часовыми фирмами Швейцарии, СССР, США, Японии и других стран с развитой часовой промышленностью особо остро встала проблема все мерного усовершенствования механизма наручных часов. Это было вызвано начавшимся развитием производства наручных часов с электрическим и электронным приводом.
Дальнейшее повышение точности и надежности хода механических наручных часов шло по линии все более широкого применения автоматического подзавода пружины, противоударных опор для балансов, нержавеющих заводных пружин, балансов с меньшим периодом колебания, антимагнитных защитных устройств, усовершенствованных компенсационных спиралей, безвинтовых балансов, подвижных колонок.
Применение S-образной пружины вызвано необходимостью повышения постоянства крутящего момента пружины после ее укладки в барабан. Пружина при укладке несколько сжимается, и у нее появляется натяг. Регулируя первоначальное натяжение, можно частично стабилизировать крутящий момент пружины. С этой целью свободной заводной пружине придают форму буквы S, завивая наружный конец в обратном направлении.
Экспериментально и практически установлено, что балансы с периодом колебания 0,2—0,25 с обеспечивают значительно большее постоянство и точность хода, чем балансы с периодом 0,4 или 0,33 с, хотя и требуют применения более мощного пружинного двигателя или двух пружинных двигателей, соединенных последовательно или параллельно.
Безвинтовой баланс с тремя или четырьмя спицами обеспечивает большую жесткость баланса и значительно устраняет влияние центробежной силы на период колебания. Несмотря на некоторые трудности в его освоении, безвинтовые балансы ста ли широко применяться в наручных часах.
Для повышения точности и стабильности хода наручных часов исключительное значение имело использование спирали из элинвара, имеющего малый температурный коэффициент упру гости.
Введение подвижных колонок вместо неподвижных повышает точность закрепления в колонке конца спиральной пружины и качество сборки. При неподвижной колонке установка спирали трудоемка и не гарантирует качества.
Технически проблема использования центральной секундной стрелки вместо боковой была уже решена в XVIII в. Использование этой стрелки в карманных часах началось со времени Г. Грагама, а в хронометрах —со времени Д. Гаррисона. Впоследствии центральная секундная стрелка нашла применение в часах для подсчета пульса. Такие часы предназначались для врачей и назывались пульсомерами. В наручных часах центральная секундная стрелка получила широкое применение после второй мировой войны. Такая стрелка позволяет наблюдать за различными процессами, а расположение ее в центре циферблата придает часам более привлекательный внешний вид. Особое значение центральная секундная стрелка имеет для наручных часов малого калибра, где применение боковой секундной стрелки затруднено. Существует несколько конструктивных схем расположения основной колесной передачи в часах с цен тральной секундной стрелкой. Чаще всего осью секундной стрелки служит обычный триб, проходящий сквозь полый центральный триб и получающий вращение от оси промежуточного колеса, или конструктивно измененный секундный триб, помещенный в центре механизма и также проходящий сквозь центральный триб; оба конструктивных варианта имеют одинаковое значение.
Большинство наручных часов теперь снабжается автоподзаводом, что является дополнительным фактором, способствующим стабилизации хода наручных часов за счет постоянства импульса, передаваемого балансу. Начало применению автозавода в наручных часах было положено английским часовым мастером Джоном Гарвудом. Патент на свое изобретение он взял в 1924 г. Права на патент он заявил одновременно в Великобритании, Швейцарии, Франции и Германии. Конструируя самозаводящую систему для наручных часов, Гарвуд стремился ре шить две проблемы, а) исключить заводной валик в механизме часов, б) получить от малого колеблющегося груза под действием случайных и бессознательных движений запястья руки силу, достаточную для подзавода ходовой пружины.
Он изобрел оригинальный механизм перевода стрелок, который действовал от поворота ободка корпуса. Составляя одно целое с устройством автоподзавода, механизм перевода стрелок позволил удалить валик, проходивший сквозь корпус. Для автоподзавода использован большого размера грузовой инерционный сектор, подвешенный в центре механизма часов, который мог колебаться между ограничивающими остановами по обе стороны механизма. Размах колебаний сектора ограничивали два подпружинных упора. Ограничение размаха колебаний при водило к быстрому износу опоры сектора в результате ударных нагрузок.
Поскольку из механизма часов был исключен заводной валик, то, для того чтобы заставить часы идти в начале или после того, как они остановятся, требовалось предварительное встряхивание.
В наручных часах Гарвуда оставался тот же дефект, который был свойствен старой системе автозавода, основанного на принципе шагомера. Применение инерционного сектора большого размера почти втрое увеличивало объем часов по сравнению с обычными наручными часами.
Для эксплуатации изобретений Гарвуда в Лондоне было создано коммерческое предприятие, и в течение первых лет изготовления часов с автоподзаводным устройством было выпущено и продано несколько тысяч таких часов. Они, однако, имели кратковременный успех. Потребители этих часов жаловались на трудность смазки, на постукивания, производимые колеблющимся грузом подзавода, и т. д. Но, по признанию самого Гарвуда, главными причинами неуспеха его дела были трудности коммерческого порядка, вызванные наступившей в то время экономической депрессией, а также новизна самого дела.
Тем не менее начинание Гарвуда не прошло бесследно для последующего развития конструкции наручных часов с автоподзаводом. В течение двадцати последующих лет немало изобретателей работали над усовершенствованием конструкции авто подзавода, не изменяя, однако, принципиальной схемы устройства автоподзавода Гарвуда. В это время лишь одна из швей царских фирм выпускала наручные часы с автоподзаводом, имеющим неограниченные движения инерционного (грузового) сектора.
Во время второй мировой войны исследовательские отделы многих швейцарских фирм работали над проблемой заводящих механизмов, В 1942 г. часовой фирме «Фелс» удалось сконструировать первый механизм автоподзавода, инерционный груз которого вращался в обе стороны без ограничения угла поворота. Конкурентная борьба между различными фирмами способство вала новым исследованиям, необходимым для усовершенствования часов с автоподзаводом.
Часовая фирма «Эбош» в 1948 г. приступила к выпуску первых женских часов с автоподзаводом. Десять лет спустя фирма «Барен Ватч» сконструировала механизм автоподзавода с планетарным ротором, конструкция которого заинтересовала специалистов часовой промышленности.
До 1960 г. наручные часы с подзаводом занимали, однако, незначительную долю в общем выпуске наручных часов. Конструкция механизмов автоподзавода имела разнообразное оформление, среди них преобладали механизмы с центральным рас положением грузового сектора, но с ограниченным углом его поворота и с различными способами передачи момента от грузового сектора на барабанное колесо.
С 1962—1963 гг. резко возрос выпуск наручных часов с авто подзаводом в связи с затянувшимся освоением наручных электронных часов. Стали выпускать элегантные на вид часы, имеющие повышенную точность и надежность хода. После 1963 г. в Швейцарии ежегодный прирост выпуска наручных часов с автоподзаводом достигал 13%; более двадцати швейцарских фирм стали выпускать такие часы. В Японии с течением времени 40% всех наручных часов выпускались с автоподзаводом. Появилась необходимость в унификации конструкции автоматически заводящихся механизмов. В настоящее время основным типом автоподзавода является конструкция с центральным рас положением грузового сектора, который вращается без ограничения и подзаводит пружину при любом направлении вращения.
Механизм автоподзавода с вращением грузового сектора на 360° состоит из четырех основных узлов: грузового сектора, переключателя (или реверсивного устройства), редуктора и под завода пружины.
Грузовой сектор свободно вращается как по часовой, так и против часовой стрелки. Его ось вращения расположена в центре механизма часов. Грузовой сектор должен создавать вращающий момент, достаточный для подзавода пружины. В существующих конструкциях автоподзавода применяют камневые, шариковые и втулочные опоры. В последнее время наряду с опорами скольжения для уменьшения трения и повышения прочности узла стали применять опоры качения, т. е. ставить шарикоподшипники.
Переключатель предназначен для преобразования двустороннего вращения грузового сектора в одностороннее вращение редуктора с помощью различных устройств — трензельного, храпового механизма и муфты. Переключатель имеет холостые ходы, возникающие при перемене направления вращения грузового сектора: одно колесо должно выйти из зацепления с коле сами редуктора, а другое войти в зацепление. Холостой ход не большой, когда ось вращения переключателя совпадает с осью вращения грузового сектора.
Редуктор состоит из серии зубчатых шестерен, предназначенных для увеличения момента вращения грузового сектора и передачи его на подзаводку пружины.
Подзаводка пружины фактически происходит тогда, когда двустороннее вращение грузового сектора преобразуется в одностороннее вращение барабанного колеса и вала барабана. Вращением храпового колеса, укрепленного на конце вала барабана, и самого вала осуществляется подзавод пружины.
Механизм автоподзавода работает с фрикционным двигателем, чтобы предохранить заводную пружину от перенапряжения и поломки при полной заводке. В этом случае внешний конец заводной пружины закреплен в барабане с помощью фрикционной накладки, упругость которой рассчитана так, чтобы при полной заводке внешний конец пружины мог вместе с фрикционной накладкой проскальзывать в барабане.
За рубежом применяется несколько систем автоподзавода, заслуживающих внимания.
а) Система «Лако-дюромат» с качающимся трензелем и храповой муфтой; б) система «Бурен-ротавинд» с трензелем, двумя храповиками и дополнительным трензелем, полностью отключающим заводной ключ при автоматической заводке; в) система «Мидо-поверинд» без трензеля, с двумя зубчатыми колесами, находящимися в постоянном зацеплении с трибом инерционного сектора с двумя храповиками (правым и левым); г) система «Интернациональватч» с сердечником на оси инерционного сектора и качающимся рычагом с двумя храповыми собачками; в этой системе имеется амортизатор оси сектора; д) система «Этернаматик» с миниатюрным шарикоподшипни ком на оси инерционного сектора, двусторонним кликером и отключением заводного ключа при автоматическом заводе. Применение шарикоподшипника в часах позволило фирме «Этернаматик» создать узел автоматического завода толщиной не более 3 мм без ограничения колебаний. Это передается пружине при двустороннем движении грузового сектора. Передача завода имеет два колеса с собачками и обладает высоким КПД. Имеется и много других систем, отличных по своему механизму.
Наличие автоподзавода создает предпосылки к применению в наручных часах водопыленепроницаемого (герметического) корпуса. Этот тип корпуса — важное условие для хорошего со хранения качества регулировки хода часов. Наручные часы с герметическим корпусом в соединении с автоматическим заводом обладают большой равномерностью хода.
Влагопыленепроницаемые корпуса часов были впервые созданы в 1926 г. швейцарской фирмой «Ролекс ватч компани». Большое значение герметизации корпуса наряду с автоподзаводом часов придавал Д. Гарвуд. Устройства для герметизации корпуса часов от проникновения в часовой механизм пыли и влаги широко применяются в современных наручных часах. Герметизация осуществляется в трех местах: там, где крышка соединяется с корпусом и стекло с корпусом, а также в узле заводной головки.
Чаще всего для герметизации крышки с корпусом применяется резьбовое соединение. Под крышку ставится прокладка из особой пластмассы, а иногда из свинца. При затяжке крышки ключом достигается герметичность соединения. При завинчивании резьбовой крышки возможно отделение заусенцев и попадание их в механизм — крупный недостаток такого способа герметизации. Нередко в месте соединения крышки с корпусом герметизация достигается путем использования различных конструкций сжимаемых и пластмассовых прокладок. Герметизация соединения стекла с ободком осуществляется с помощью каучукового кольца, которое после постановки на место вулканизируется. Герметизация заводной головки, имеющей вращательное и осевое движение относительно корпуса часов, производится с помощью пластмассовых втулок, сжимаемых металлической арматурой.
Большое значение для улучшения хода наручных часов на ряду с автоподзаводом имело применение противоударных устройств для амортизации ударов, какого бы действия или направления они ни были, и для точного центрирования оси баланса до и после удара.
Отмечено, что с 1888 по 1922 г. в Швейцарии было выдано всего пять патентов на противоударные устройства. Внимание к ним повысилось после 1931 г., когда началось крупносерийное производство наручных часов. На практике получили применение две группы противоударных устройств: универсальные, предназначенные для амортизации всего механизма относительно корпуса часов, и различные комбинации амортизаторов, предохраняющих цапфы оси баланса и эллипс от поломки вследствие случайных ударов и толчков.
В случае применения универсального амортизатора механизм наручных часов вставляется в корпус с небольшим радиальным зазором и предохраняется стальным кольцевым амортизатором, заключенным между корпусом и механизмом. Обычно кольцевой амортизатор снабжен несколькими пружинящими лапками, упирающимися в крышку корпуса. При ударе (напри мер, вследствие падения часов) происходит некоторое смещение механизма в корпусе за счет деформации пружинящихся лапок кольца.
Цапфы оси баланса — самая чувствительная часть часового механизма. При случайных ударах и толчках они часто ломаются. Для предохранения цапфы оси баланса от ударов и толчков используются соответствующие амортизаторы, в которых балансовые камни монтируют в подвижных опорах с соблюдением соответствующих осевых и радиальных зазоров по отношению к оси баланса. Противоударные устройства такого типа, известные за рубежом под названием «инкаблок» (inca- Ыос), имеют накладные и сквозные камни, вставленные в специальную втулку (бушон). Коническим гнездом для него является накладка. Бушон снабжен коническими опорными фаска ми, ;для того чтобы обеспечить самоцентрирование при скольжении по внутренней конической поверхности накладки. Предохранение цапфы оси баланса в этом случае сводится к перемещению накладного камня и подвижной опоры и к изгибу лирообразной пружины. По окончании удара лирообразная пружина, выпрямляясь, возвратит подвижную опору в исходное положение относительно накладки.
Удары возможны в любом направлении. Ось баланса может смещаться одновременно в осевом и радиальном (боковом) на правлении. При таком комбинированном ударе бушон передвигается по конической расточке накладки до упора и таким об разом предохраняет цапфу оси баланса. При радиальном на правлении удара накладка коснется утолщенной части оси баланса, которая и примет на себя всю силу удара и тем самым предохранит тонкие цапфы от поломки или изгиба. При ударе в осевом направлении накладной камень коснется оси баланса, а накладка коснется также уступа оси, отчего лирообразная пружина изогнется, и тогда сработает предохранительная система.
Наличие центральной секундной стрелки, противоударного устройства и автоподзавода не считается уже в мужских наручных часах дополнительным устройством, они стали неотъемлемой частью этих часов. Новым является стремление снабжать часы репетицией, календарем и сигнальным устройством.
В связи с применением дополнительных устройств в наручных часах большое значение имеет проблема снижения общей высоты механизма часов путем сокращения прежде всего «этажности» в центре механизма. Речь идет об оптимально возможном уменьшении высоты, но не о выпуске ультраплоских часов. В Швейцарии их выпуск был вызван не столько потребностью, сколько модой.
Высоту механизма в зарубежных конструкциях плоских часов снижают в основном за счет уменьшения высоты платины мостов, барабана и других деталей, нередко даже путем устранения центральной секундной стрелки. Кинематическая схема этих часов в большинстве случаев классическая.В результате распространения таких наручных часов и автоматизации сборки все реже применяют некоторые конструктивные усовершенствования (например, брегетировэнную спираль). В прецизионных часах и хронометрах концевые кривые сохраняют свое значение.
Сотрясения, столь опасные прежде, после всех достигнутых усовершенствований механизма наручных часов и применения соответствующих предохранительных устройств стали оказывать незначительное воздействие на их суточный ход.
В современных конструкциях наручных часов широко при меняются антимагнитные сплавы типа ниварокса (волоски), нивафлекса (пружины), бериллиевой бронзы (балансы) и т. д. Вследствие этого ход наручных часов практически не меняется в магнитных полях напряженностью от 100 до 200 Э. Однако имеются категории потребителей часов (инженеры ряда отраслей, пилоты, химики, рентгенологи, исследователи и др.), которые ежедневно в процессе работы подвергаются сильному воз действию магнитных полей, иногда достигающих 1000 Э, и тог да обычные антимагнитные часы оказываются непригодными. В этих случаях используются наручные часы, экранированные от самых сильных магнитных полей. Внутри обычного водонепроницаемого корпуса помещен особый кожух из мягкого железа, полностью экранирующий механизм с мостовой и циферблатной сторон.
Наручные часы с календарем, подачей сигнала и хронографом. Календарное устройство чаще всего применялось в старинных настенных, напольных и настольных часах. В карманных часах оно применялось реже и то только в часах со спусковым механизмом, вышедшим теперь из употребления. В карманных часах со свободным анкерным ходом, получившим широкое распространение со второй половины XIX в., долгое время считалось нецелесообразным применять календарное устройство как ухудшающее точность хода. Наручные мужские часы с календарем вошли в употребление уже после второй мировой войны. Сначала применялось простое календарное устройство, показывавшее только числа месяца (даты), затем появились двойные календарные устройства, показывающие числа месяца и дни недели, названия месяцев и фазы Луны. Известны также календари универсальной конструкции, или «вечные» календари (например, в наручных часах фирмы «Филипп Патек»). Их описание приведено в книге Б. Л. Елисеева.
Календари, показывающие только даты (числа месяца), требуют установки от руки каждого первого числа месяца, когда оканчивающийся месяц имеет меньше, чем 31, дней. Более сложные календари требуют такой установки только 3 марта, когда предыдущий месяц — февраль — оканчивается 28-м либо 29-м днем. В часах с вечным календарем все даты переставляются автоматически.
В настоящее время наиболее распространены календари с цифровым показанием (цифры видны сквозь окошко в циферблате). Сложные календари часто снабжаются дополнительной центральной стрелкой, показывающей числа месяца, дни недели по шкале, нанесенной на циферблате.
В простых календарях корректировку показаний осуществляют многократным нажатием кнопки, установленной рядом с заводной головкой. В часах с двойным календарем числа месяца и дней недели устанавливаются заводной головкой вручную; календарный механизм переключается автоматически раз в сутки. В часах с вечным календарем вследствие большого числа разнообразных календарных показателей практически невозможно использовать для коррекции заводную головку. Каждый календарный показатель имеет самостоятельную кнопку, выведенную сквозь корпусное кольцо.
Календарное устройство, предназначенное для показания числа месяца (даты), расположено поверх часового колеса, кинематически связанного с суточным колесом, совершающим один оборот за сутки. Оно снабжено ведущим пальцем, который раз в сутки входит в зацепление с зубцами диска и передвигает зуб числового колеса, имеющего 31 зуб (по наибольшему числу дней месяца). На наружной поверхности часового колеса нанесены числа от 1 до 31 включительно. Сделанное в циферблате окошко позволяет видеть, какое сегодня число.
Календарные устройства изготовляются мгновенного и затяжного действия. Они описаны в книге С. В. Тарасова.
Механизм календарного устройства не имеет автономного источника энергии, на его работу расходуется часть энергии заводной пружины, что отрицательно сказывается на амплитуде колебаний баланса и, следовательно, на точности хода.
Устройство для подачи звукового сигнала с давних времен использовалось в настенных, напольных, настольных и карманных часах. Новым и менее известным является применение его в наручных часах для подачи сигнала в заранее установленное время, как в будильниках. Такие часы состоят из двух самостоятельных, но кинематически связанных между собой механизмов— часового и сигнального. Оба они имеют свой собственный двигатель (пружинный завод), который заводится при помощи дополнительной (второй) заводной головки. Этой же головкой при ее вытягивании устанавливают сигнальную стрелку.
Заведенная пружина боя приходит в действие только при совпадении часовой и сигнальной стрелок, установленных на определенное время. Тогда палец часового колеса войдет в паз втулки сигнального колеса, а конец пружины-защелки освободит стержень боя; затем механизм начнет быстро вращаться. Молоточек будет часто ударять в колокольчик. Допустимое отклонение сигнала от показаний минутной стрелки ±5 мин.
Наручные часы с хронографом являются прецизионными часами с секундомерным устройством, позволяющим производить отсчет времени с точностью до сотых долей секунды. Секундо- мерное устройство хронографа приводится в действие нажимом заводной головки, а для отсчета долей секунды и целых секунд имеется кнопочное управление с секундомерным устройством. Период колебания баланса хроноскопов составляет 0,02; 0,04 и 0,06 с.
На рис. 229 представлены наручные часы сложного устройства (с календарем, хронографом, с индикацией фаз Луны и т. д.), выпускаемые известными швейцарскими фирмами («Патек— Филипп», «Мовадо» и др.).
Наручные часы по характеру их устройства можно подразделить на три группы. Первую группу составляют часы классического типа (мужские и женские) — исторически наиболее ранний тип таких часов. Они имеют схему компоновки и конструкцию основного механизма, аналогичные карманным часам. Секундная стрелка или отсутствует, или расположена сбоку. Вторую группу образуют карманные часы, усложненные наличием в них календарного, сигнального, секундного и других дополнительных устройств. Они часто снабжены автоподзаводом, герметическим корпусом, противоударным устройством. Эти устройства раньше всего нашли применение в мужских часах нормального калибра, а затем — и в женских наручных часах. Третью группу составляют наручные часы специального назначения, которые исторически являются самым поздним типом наручных часов. Сюда входят: а) наручные часы для занимающихся подводным спортом (они снабжены дополнительным устройством и шкалами для определения глубины погружения, высоты подъема, времени прилива и отлива и т. д.); б) анти магнитные часы для лиц, работающих в среде, подверженной сильному влиянию магнитного поля; в) наручные часы для врачей со специальной шкалой для определения пульса (пульсомер); г) часы для альпинистов и т. д.
