При сохранении в часах шпиндельного хода в момент падения зуба на палету имел место отход ходового колеса назад, и именно над устранением этого дефекта, оказывавшего дестабилизирующее действие на ход часов, больше всего работали часовщики после Гюйгенса.

Цилиндровый ход. Шпиндельный ход стал постепенно вытесняться после появления цилиндрового хода. Первоначально он был известен как горизонтальный ход, из-за того что ходовое колесо в этом ходе вращалось в той же плоскости, что и остальные колеса, т. е. параллельно с платинами карманных часов.

Принято считать, что Томас Томпион первым изготовил часы с цилиндровым однотактным ходом. Взамен шпинделя им был применен небольшой сталь ной цилиндр, плоский с одной стороны. Расстояния между зубцами ходового колеса были настолько значительны, что позволяли цилиндру свободно вращаться между ними. В продолжение колебания баланса в одном направлении зубцы падали на поверхность цилиндра и останавливались здесь на покой в продолжение колебания, тогда как при колебании баланса в обратном направлении зубец подходил к плоской стороне цилиндра и давал импульс. Отход назад колеса был сравнительно с шпиндельным ходом незначителен. На изобретение этого хода в сентябре 1695 г. был выдан патент (№ 344) Эдварду Барлоу, Виллиаму Хаутону и Томасу Томпиону.

Цилиндровый ход сначала не давал лучших результатов, чем шпиндельный ход. Ходовое латунное колесо быстро срабатывалось стальным цилиндром, по этому довольно скоро от применения горизонтального хода в карманных часах отказались.

Цилиндровый ход современной конструкции (рис. 176) изобрел в 1.725 г. Георг Грагам. Устройство его основано на том же принципе и обладает теми же свойствами, что и изобретенный им для маятниковых часов анкерный ход без отхода назад ходового колеса и с трением на покое. Применение цилиндрового хода можно считать первым реальным шагом на пути создания пригодного хода для карманных часов.

Новый ход среди часовщиков Англии успеха не имел, что отчасти объяснялось трудностями в изготовлении этого хода и отчасти недоверием к нему. Несомненные преимущества цилиндрового хода Грагама в сравнении со шпиндельным ходом должны были быть рано или поздно признаны в кругах часовщиков, и раньше всего это случилось не в Англии, а на континенте Европы — во Франции и Швейцарии. Популяризации этого хода значительно способствовал знаменитый французский часовщик Жюльен Леруа. В 1726 г. Г. Грагам послал Леруа по его просьбе данные об устройстве цилиндрового хода. Леруа был так восхищен этим ходом, что перенял его и затем способствовал его распространению.

Во Франции и Швейцарии изготовление карманных часов с цилиндровым ходом получило большое распространение; такие часы в небольших количествах продолжали там изготовлять вплоть до 1954 г. В Англии карманные часы с таким ходом изготовлялись в небольших количествах с 1830 г.

Основными частями цилиндрового хода являются ходовое колесо и цилиндр (рис. 177). Цилиндр представляет собой тщательно отшлифованную и отполированную внутри и снаружи трубку, изготовленную из твердой стали. В рабочей части цилиндра стенки вырезаны так, что остается только часть его боковой поверхности, обнимающая центральный угол приблизительно в 195— 200°. Внизу эта стенка еще уменьшена с таким расчетом, чтобы оставшаяся часть отвечала центральному углу в 100°. Края срезанной части цилиндра играют роль палет. Стенки цилиндра по возможности должны быть тонкими, на сколько позволяет прочность металла. Толщиной стенки цилиндра обусловливается разница между длиной зубца и величиной шага. Так как зубец колеса должен входить внутрь цилиндра, а сам цилиндр помещается в промежутке между двумя зубцами, то разница по ширине промежутка и длине зубца должна быть равна двойной толщине стенки цилиндра с прибавлением необходимой свободы для его свободного вращения. Цилиндр с толстой стенкой уменьшает подъемные площадки зубцов и увеличивает разницу между внутренними и наружными радиусами цилиндра.

Ходовое колесо Грагам изготовлял из латуни, цилиндр — из стали, обоймы были медные, в них вставлены стальные цапфы. Ходовое колесо имело выступы в ободе по числу зубцов (рис. 178). Зубцы в виде трехгранных головок закреплены на изогнутых под прямым углом ножках на ободе. Нормально ходовое колесо имеет 15 зубцов, но иногда в малогабаритных наручных часах применяется колесо с количеством зубцов от 13 до 14.

Ось цилиндра одновременно является и осью баланса, так как на ней на сажен баланс со спиральной пружиной. Функционирование цилиндрового хода достигается благодаря взаимодействию ходового колеса с цилиндром. Ходовое колесо передает импульс балансу непосредственно (поскольку баланс с цилиндром составляли одно целое). Цилиндровый ход относится к типу ходов, где импульс происходит главным образом на спинке зубца ходового колеса. Наклон импульсной поверхности зубцов ходового колеса составляет от 16 до 18°. При большем наклоне имеет место увеличение поверхности подъема зубца в цилиндре. В этом случае сила пружины может оказываться недостаточной, чтобы часы после завода могли начать ходить без раскачивания, что в карманных и наручных часах совершенно необходимо. При слишком малом наклоне (менее 12°) колесо будет двигаться во время подъема быстрее и терять большую часть механической работы.

Рис. 177. Цилиндр хода (а) и форма зуба ходового колеса (б)
а: / — входная губа, 2 — выходная губа, 3 — проход; 6. 1 — пятка зуба, 2 — спинка зуба,
3 — острие зуба, 4 — ножка зуба

Рис. 178. Схема расположения зубцов ходового колеса и цилиндра при работе цилиндрового хода в карманных часах

 

Рис. 179. Диаграмма работы цилиндрового хода

Рис. 180. Схема виргульного хода (а) и цикл работы этого хода (б)

Потери еще увеличиваются сильными удара ми кончиков зубцов колеса при их падении на покой цилиндра, что оказывает тормозящее действие на свободное движение последнего. Однако в малогабаритных наручных часах этот наклон может составить 20°; в некоторых швей царских карманных часах большего габарита наклон бывает меньше, чем 16°. Пята зуба подрезана под уклоном в 22° от радиальной линии с тем, чтобы его выступающая часть могла свободно перемещаться внутри полого цилиндра.

При выборе расстояния между осями колеса и цилиндра необходимо выдерживать следующее условие: зубцы по отношению к цилиндру должны иметь возможно меньшую свободу, притом одинаковую как вне, так и внутрицилиндра и во всех зубцах.

Цикл работы цилиндрового хода показан на рис. 179. В положении А зуб начинает импульс, в положении В заканчивает его. В положении С следующий зуб падает на цилиндр, в положении D баланс завершает свой размах; в положении Е зуб начинает входить внутрь цилиндра, сообщая импульс об ратного направления. В этом положении энергия импульса поглощена волос ком и баланс возвращается в положение А.

Амплитуда колебаний цилиндра не превосходит 180° и обычно бывает 150—160°; при амплитудах, больших 180°, может произойти заклинивание и поломка хода. Для устранения этого баланс снабжается упорным штифтом, который ограничивает его амплитуду. Цилиндровый ход, подобный ходу Грагама для маятниковых часов, есть ход с покоем без отхода назад ходового колеса, на осуществление которого в шпиндельном ходе тратилась значительная часть кинетической энергии баланса.

Цилиндровый ход после усовершенствования его Грагамом и другими часовщиками смог обеспечить большую точность хода карманных часов, нежели шпиндельный ход. Открылась возможность изготовлять карманные часы более плоского калибра, лучше расположив колесную передачу.

Бомарше

Немалое значение для последующего применения этого хода имела замена в нем латунного ходового колеса стальным. Хотя казалось разумным применять латунное колесо и стальной цилиндр, так как цилиндр во столько раз больше испытывает контактов, чем зуб, сколько зубцов на колесе, но было обнаружено, что латунное колесо сильно стирает цилиндр. Считается, что Урбан Юргенсон первым применил стальное ходовое колесо, однако имеются указания, что это было уже сделано Томасом Ирншау в 1780 г. и Абрагамом Луи Бреге в начале его деятельности. Мюдж и другие английские часовщики, так же как и Бреге, применяли рубиновые цилиндры, которые при всех их хороших качествах бы ли дороги и очень хрупки. Цилиндровый ход наряду с положительными сторонами имеет и недостатки. Он является несвободным ходом, в нем цилиндр испытывает сильное трение при соприкосновении с зубцами ходового колеса, вследствие чего часы начинают отставать и их часто приходится чинить.

Виргульный ход (ход «запятая»). В период дискуссий и экспериментов с цилиндровым ходом во Франции был предложен новый ход, получивший на звание виргульного. Его изобретателем был знаменитый писатель Бомарше (Пьер Огюстен Карон 1732—1799), автор бессмертных комедий «Севильский цирюльник» и «Женитьба Фигаро». Особенностью виргульного хода является то, что зубцы ходового колеса имеют форму запятых.

Ход, изобретенный Бомарше, был упрощен и усовершенствован Лепотом и в таком виде получил распространение во Франции (рис. 180). В положении А зуб вступает в контакт с кулачком, давая слабый импульс и перемещаясь в полукруглую выемку покоя, в положение В. В положении С импульс поглощен и волосок баланса переводит его в положение D, а затем в положение Е, где начинается основной импульс, продолжающийся до положения G, в кото ром зуб сходит с кулачка, и следующий зуб падает на внешнюю грань кулачка, в положение Н, находясь там в покое до окончания размаха баланса (положение О) и возвращения его в положение А.

Действие хода сходно с работой цилиндрового хода, но здесь импульсы неодинаковы и трение покоя также неодинаково. Внутренняя полуокружность покоя расположена очень близко к оси баланса, и работа сил трения здесь меньше, чем в цилиндре; внешняя окружность покоя также не намного больше, чем в цилиндре. Однако принципиально этот ход не имеет заметных пре имуществ перед цилиндровым, а трудности при смазке и ремонте сломанной оси баланса привели к тому, что он был вытеснен цилиндровым ходом и в 1800 г. совершенно оставлен.

Дуплекс-ход. Изобретение этого хода приписывается Роберту Гуку и Иоганну Баптисту Дютертру из Парижа.

Вильям Дергамм описывает ход Гука в своей книге «Искусный часовщик» («The Artificial Clockmaker», 1696) как ход, который имеет два баланса, установленных на отдельных осях и вместе сцепленных, причем один из них регулируется балансовой пружиной. На третьей оси сидит ходовое колесо, кото рое оказывает чередующиеся действия палет на балансовую ось. Эти три оси установлены в форме равностороннего треугольника. Ход Гука не давал, однако, лучших результатов, чем шпиндельный ход.

Дуплексный ход Дютертра имеет два баланса, сцепленных вместе, один из которых регулируется балансовой пружиной, но действие его было иным: здесь имел место период покоя, а не период отскока.

На рис. 181 приведен дуплексный ход, предложенный в 1725 г. французским часовым мастером Дютертром. Этот ход был с двумя ходовыми ко лесами. На оси О укреплены два колеса: колесо покоя и колесо импульса. Колесо покоя имеет больший диаметр, и зуб ограничен вогнутой кривой; колесо импульса имеет меньший диаметр, и зуб у него ограничен сзади выпуклой кривой. Зубцы колеса работают с одним-единственным зубом импульса на диске А. Зубцы же колеса покоя работают с насаженной на одной оси с диском ролькой с вырезом. Баланс с диском А и ролькой сидят на одной оси. Импульс диску А сообщается зубцами импульсного колеса.

Позднейшая и весьма обычная форма хода дуплекс была основана на изобретении выдающегося французского часовщика Пьера Леруа (1750 г.). Оно заключалось в замене двух колес одним и в совмещении на этом колесе зубцов, которые до того были расставлены на двух колесах. Этот ход в Англии получил некоторое распространение лишь в первой четверти XIX в. Он нашел также применение в так называемых «долларовых» часах, предназначенных для массового производства часовой фирмой «Ватербури» (США). Дуплекс-ход считается теперь устаревшим, но сохранился в некоторых старинных часах.

Рис. 181. Дуплексный ход Дютертра с колесом покоя и импульса 1 — ролька с вырезом; 2 — колесо покоя; 3 — колесо импульса
Рис. 182. Усовершенствованный дуплексный ход Леруа
1 — зуб покоя; 2— зуб импульса; 3 — импульсный камень; 4 — втулка баланса; 5 — роль ка с вырезом

Рис. 183. Рубиновый ролик (а) и импульсная палета дуплексного хода (б)

Рис. 184. Взаиморасположение импульсной палеты с импульсным зубом (а)

Интересно, что цилиндровый ход, который был изобретен в Англии, получил применение не в самой Англии, а на континенте Европы, в то время как дуплексный ход, усовершенствованный во Франции, получил наибольшее распространение среди часовщиков Англии. Имя Мак-Кабе, знаменитого часовщика Англии, всегда ассоциируется с успешными результатами, достигнутыми им в применении дуплексного хода в карманных часах. П. Леруа упразднил двухколесную систему; усовершенствованная им форма дуплексного хода по казана на рис. 182. В этом ходе ходовое колесо объединяет в себе’ функции двух колес (колеса покоя и колеса импульса), поскольку оно имеет зубцы обоях колес, совмещенных на одном колесе. Нормально ходовое колесо имеет 15 пар зубцов.

Основными частями усовершенствованного Леруа дуплекс-хода являются: ходовое колесо, рубиновый ролик и импульсная палета. Ходовое колесо обычно изготовляется из твердой откованной латуни, но в некоторых случаях при меняется колесо из твердой отпущенной стали. На ходовом колесе имеется несколько пар зубцов, которые различаются по форме и расположению: а) зубцы покоя — длинные тонкие и суженные к концу; они простираются в радиальном направлении от обода колеса; б) импульсные зубцы — короткие, треугольной формы, расположенные вертикально над ободом колеса.

Рубиновый ролик является цилиндром небольшого диаметра (рис. 183, а), изготовленным из полудрагоценного камня. В нем имеется очень небольшой вырез такой глубины, какая необходима для беспрепятственного прохода зуба покоя. Ролька своим отверстием насажена на нижний конец оси баланса с легким трением. После насадки ролька приклеивается к оси расплавленным шеллаком. Ролька обычно делается из рубина или сапфира; она должна быть
•совершенно круглой и хорошо отшлифованной.

Импульсная палета (рис. 183, б) изготовляется либо из стали, либо из драгоценного камня и представляет собой радиально направленное плечо, установленное на втулке или трубке, которая пригоняется плотно к телу оси баланса над рубиновым роликом, так что может вращаться вокруг оси, если это требуется для регулирования. Импульсная поверхность лежит на линии, проходящей через центр оси баланса.

Ролька работает в контакте с зубцами покоя, а импульсная палета — с зубцами импульса. Во все время движения баланса, за исключением спуска, зуб колеса покоя лежит на рольке и испытывает трение покоя. Импульс пере дается прямо через импульсную палету при движении баланса влево; вовремя правых движений баланс не получает импульса, так как импульсный зуб, ударив по палете, проскочит дальше и ляжет на покой. Это будут «мертвые» удары. Поэтому дуплекс-ход при любом его устройстве относится к классу ходов с «мертвым» ударом («single beat escapement»). Этим он отличается от цилиндрового хода. Известно, что при цилиндровом ходе импульс передается балансу при его движении в ту и другую сторону.

Дуплекс-ход имеет сходство с цилиндровым в том, что они оба являются ходами с трением на покое. При вращении вправо (во время «мертвого» удара) трение в дуплекс-ходе — выходящее и сравнительно небольшое, тогда как при левом (рабочем) колебании зуб колеса стремится въесться в поверхность ролика (входящее трение).

На рис. 184 дана схема действия дуплекс-хода. В положении а вращение ходового колеса происходит как показано стрелкой. Баланс, рубиновый ролик и импульсная палета, сидящие на одной оси, совершают колебания против часовой стрелки. Поскольку баланс колеблется, V-образный вырез рубинового ролика приходит на линию кончика зуба покоя, который входит в этот вырез; вследствие этого ходовому колесу открывается возможность начать совместное вращение с ролькой под влиянием движущих сил. Колесо продолжает вращаться до тех пор, пока зуб покоя не выскользнет из выреза; тогда в пре делах 8—10°, или угла спадения, колесо будет вращаться свободно. Пройдя этот угол, зуб покоя падает на поверхность ролика или будет находиться на трении покоя в течение завершения колебания баланса, происходящего по дуге против часовой стрелки. Этот покой едва заметно нарушается при встрече импульсного зубца с вырезом ролика небольшим обратным толчком и «мертвым» ударом.

Импульс подается балансу, когда он начнет свое колебание в обратном направлении или по часовой стрелке — в одну сторону с ходовым колесом (положения в и г). На рис. 183 показано взаиморасположение импульсной палеты с импульсным зубом при подаче импульса. Угол импульса 35°, т. е. угол, при котором повернется импульсная палета во время контакта с импульсным зубом. Наклон передней грани импульса к радиусу составляет 24°. Для обеспечения точного функционирования хода необходимо обеспечить строго фиксированное взаиморасположение импульсной палеты и рольки, импульсной палеты относительно стенки выреза рольки. Импульсная палета должна быть так расположена относительно выреза рубинового ролика, чтобы она была немного впереди импульсного зуба в момент, когда зуб покоя выходит из вы реза рольки. Длина импульсной палеты должна быть такой, чтобы она могла проходить между соседними ближайшими импульсными зубцами ходового ко леса, в то время когда зуб покоя находится на цилиндрической поверхности рубинового ролика.

Этот ход, более чем какой-либо другой, требует весьма высокого мастерства исполнения. Ходовое колесо должно быть аккуратно собрано из своих составных частей и установлено совершенно правильно; рубиновый ролик дол жен надежно устанавливаться концентрично к его оси, а его поверхность и вырез на нем должны быть хорошо отполированы. Глубина выреза ролика должна быть такова, чтобы зуб ни в коем случае не задел выреза, и, с другой стороны, не слишком велика, чтобы это не повредило прочности рольки. Если от конца зуба до дна выреза ролика остается зазор, равный ширине зуба, этого более чем достаточно.
Достоинством дуплексного хода П. Леруа является то, что он сравнительно прост и требует лишь небольшого количества масла для смазки рольки, чтобы смягчить трение покоя. С хорошим балансом, компенсированным на температуру и правильно уравновешенным, и со спиралью с концевыми кривыми удалось получить почти столь же хорошие хода часов, как и со свободным анкерным ходом.

К недостаткам этого хода относится: 1) необходимость тщательной полировки рольки; в осях должен быть минимально возможный люфт, в против ном случае в осях значительно увеличивается трение, особенно при левом (рабочем) ходе; 2) наличие тонкой и длинной оси, на которой сидит ролька;
3) чувствительность к внешним толчкам и сотрясениям. При внешних толчках или сотрясениях часы могут или останавливаться, или получить увеличение амплитуды. Остановка обычно происходит в момент получения балансом «мертвого» удара. Это устраняют путем встряхивания часов в плоскости баланса.