Основная схема устройства карманных часов после Гюйгенса не претерпела существенных изменений: пружинный двигатель, колесная передача, спусковой механизм (ход), регулятор, стрелочный механизм продолжали применяться по их прямому на значению. Однако они в течение XVIII—XIX вв. подвергались существенным конструктивным изменениям и усовершенствованию. Применение вспомогательных механизмов, таких, как бое вой и сигнальный механизмы, календарное устройство, ремонтуарный механизм и другие, не изменило основную схему часов, а только дополнило ее.

Пружинный двигатель. От заводной пружины зависит не только определенное усилие, достаточное для приведения механизма часов в действие, но и определенная продолжительность хода часов от одной заводки. В карманных часах, относящихся ко времени Гюйгенса и несколько позже, применялась ходовая пружина, которая позволяла иметь запас завода на 12—15 часов. При мерно с ,1690 г. стало возможным обеспечивать в этих часах завод на 24 часа. В настоящее время часы заводятся на 36—40 часов.

В ранних карманных часах не было заводного барабана. Пружина была открытой, навивалась на заводной валик, а наружный ее конец прикреплялся к стойке. Применение барабана создало более нормальные условия для работы заводной пружины (уменьшило потери на трение, способствовало концентрическому развертыванию витков, сохранению формы плоской спирали и постоянства смазки витков пружины и т. д.).

С заводом часов связаны три отдельных устройства: ограничитель заводки пружины, указатель состояния и времени заводки пружины и устройство для поддержания хода часов во время завода ходовой пружины. Ограничение работы заводной пружины на средних ее витках необходимо для того, чтобы она могла действовать лишь на пологом участке кривой спуска пружины. Достигалось это механически при помощи так называемых остановов, чаще всего с помощью мальтийского креста. Этими остановами снабжалось небольшое количество выпускаемых часов (не более 5%); большинство часов обходилось без них.

В наиболее точных карманных часах с пружинным заводом применялась фузея. С ее помощью вращающий момент, передаваемый на ходовое колесо, становится постоянным. Но применение в карманных часах фузеи усложняло их конструкцию. Отказаться от нее стало возможным после того, как удалось значительно повысить качество изготовляемой заводной и балансовой пружины, особенно когда они стали изготовляться более однородными, без примесей, ухудшающих их качество. В США, Франции и Швейцарии отказались от применения фузеи в начале XIX в. В Англии продолжали применять это устройство по традиции вплоть до второй половины XIX в.

Для повышения ходовых качеств пружины (постоянство движущей ее силы и крутящего момента) имело значение улучшение ее механических свойств и технологии изготовления, рациональный выбор геометрических размеров пружины (толщины, ширины, длины).

Английский часовщик Джон Гаррисон в 1734 г. изобрел и ввел в употребление устройство с двойным храповым механизмом 1, 2 с собачками 3, 4 для поддержания хода часов во время завода ходовой пружины 5 (рис. 164). В карманных часах с неподвижным барабаном это устройство применяется и теперь; но оно не требуется при использовании заводного барабана, вращающегося в ту же сторону, в какую вращается и валик при заводе пружины. В этом случае остановки часов во время завода не произойдет.

Зубчатая передача. Основная задача пере даточного механизма — передавать энергию от пружинного двигателя системе колес, трибов и в особенности регулятору, которому это необходимо для поддержания его колебаний. В зубчатой передаче должно быть по возможности меньше трения, нужная точность и постоянство передаточного отношения.

Рис. 164. Устройство для безостановочного завода Гаррисона

Для обеспечения этих условий имеет большое значение применение особого часового зацепления, построенного на основе циклоидального зацепления. В нем циклоида, очерчивающая головку зуба, заменена дугой окружности, а гипоциклоида, очерчивающая ножку зуба, превращается в радиальную прямую. Часовое зацепление, как я циклоидальное, допускает получение больших передаточных отношений, доходящих до 10 и даже до 12 для одной сцепляющейся пары. Там, где величины передаточных отношений небольшие (например, в барабанных и заводных колесах), профили зубцов очерчиваются по эвольвенте.

Основа принципа действия колесной передачи заключается в том, что колесо, имеющее большой диаметр, делает меньше оборотов, а колесо меньшего диаметра (в данном случае триб) делает во столько раз больше оборотов, во сколько раз его диаметр меньше диаметра большего колеса. Колесо и триб должны иметь одинаковый шаг зацепления. Зубчатая пара работает правильно в том случае, если профиль зубцов не нарушен и глубина зацепления выполнена надлежащим образом.

Теоретические исследования для создания особого часового зацепления с помощью кривых (циклоиды, эпициклоиды, гипоциклоиды) были начаты учеными еще в XVII в. Дезарг был первым, кто предложил для профилирования зубцов использовать эпициклоиду. Датский астроном Рёмер в 1675 г. указал на целесообразность применения для этой цели циклоиды. В конце этого же века над созданием особого часового зацепления работал также Лагир. Основываясь на работах последнего, Камус в 1735 г. внес значительный вклад в разработку часового зацепления. В часах Камуса за профиль зубца приняты гипо- или эпициклоиды.

В XVIII в. теория эвольвентного зацепления получила надлежащую теоретическую разработку в трудах Леонарда Эйлера. Способ зацепления, разработанный Эйлером’, обладает многими преимуществами по сравнению с циклоидальным, или часовым, зацеплением, но, как указывалось выше, область его применения в часовой механике весьма ограниченна.

Совершенствование методов и средств деления и нарезки зубцов часовых колес и трибов происходило крайне медленно. Самые ранние сведения о применении специальных технических средств для механического воспроизведения зубчатого зацепления относятся только ко второй половине XVII в. В 1670 г. Роберт Гук изобрел и применил станок для нарезки зубцов часовых колес. В первой половине XVIII в. было сделано также ряд попыток использовать технические средства для нарезки часовых зубчатых колес. В 1720 г. шварцвальдский часовщик М. Леффлер изобрел для этой цели особое приспособление. Около 1750 г. швед X. Полемс изобрел станок для нарезки зубчатых колес, а англичанин Хиндли усовершенствовал изобретение Гука. В России подобные станки были изобретены и изготовлены Андреем Нартовым. Однако при применении примитивных технических средств неизбежны были ошибки в шаге и в делении зубцов колеса, которые были трудно устранимы. Применение фрезерных станков хотя и намного улучшило технологию нарезания зубцов, но и в этом случае как вследствие систематических ошибок делительного круга станка, так и вследствие небрежности при фрезеровании могли быть ошибки в шаге и в делении. Только применение зуборезных автоматов открыло большие возможности для устранения подобных ошибок.

Фрезы для очень мелких зубчаток нередко имеют не циклоидальный, а приближающийся к циклоидальным кривым круговой профиль, что также при водит к неправильной форме зуба. Однако такие колеса при работе с достаточно хорошими трибами притираются и дают в конце концов удовлетвори тельное зацепление.
Камневые опоры. В самом начале XVII в. в Англии в карманных часах начали применяться опоры из драгоценного камня — рубина. Инициатором Их введения считается Николай Фацио (1664—,1753). Ему вместе с Пьером и Яковом Дефобром в l704 г. был выдан патент на это изобретение. Однако вскоре приоритет Фацио начал оспариваться. Стало известным более раннее применение