Маятниковые часы Гюйгенса были введены в Англии в 1659 г. Английские часовщики скоро разгадали причину непостоянства хода этих часов. При наличии шпиндельного хода нельзя было добиться изохронного колебания маятника, т. е. колебания его при малой дуге в пределах 2—3° (даже при применении особых средств для ограничения амплитуды колебания маятника). Было установлено, что длинный и тяжелый маятник, менее подверженный случайным нарушениям хода и колеблющийся при малой дуге, более пригоден для создания часов, чем короткий и легкий, применение которого и было возможно только при сохранении в часах шпиндельного хода. Отсюда появилась проблема создания такого хода, который мог бы обеспечить применение в часах длинного и тяжелого маятника, колеблющегося при малой дуге. С 1660 г. над решением этой проблемы начал работать Роберт Гук (1635—1703) в Королевском обществе.

Отличный от шпиндельного новый анкерный ход для маятниковых часов был изобретен в Англии перед 1671 г. Часы с таким ходом и с длинным, тяжелым маятником, которые сохранились до нашего времени, были изготовлены Вильямом Клементом в 1671 г. (теперь они находятся в Лондонском научном музее).

В литературе между тем изобретение часов с анкерным ходом, с длинным и тяжелым маятником часто приписывается только Клементу, даже без упоминания имени Гука, что явно несправедливо. На это, в частности, указывает биограф Гука Маргарет Эсшшассе: «Одно только можно сказать,— пишет она,—что для изобретения анкерного хода больше шансов и возможностей было у выдающегося механика — ученого того века, который на практике доказал свою способность решать проблему создания часов с маятником, совершающим свое колебание при малой амплитуде. Многих, однако, приводит в смущение тот факт, что в „Дневнике» Гука нет упоминания об изобретении им анкерного хода. Хотя это действительно так, но следует учесть, что с 1675 г. мысли Гука были всецело сосредоточены на разработке конструкции карманных часов с балансом и спираль ной пружиной. Это явилось предметом его спора с Ольденбургом, что наделало много шума в Королевском обществе».

После изобретения в Англии анкерного хода там были достигнуты значительные успехи в создании точных маятниковых часов, благодаря чему английские часы приобрели мировую славу. Многие часовщики, особенно Томас Томлион и Георг Грагам, уже при жизни пользовались большой -известностью, состоя ли членами Королевского общества.

Ранний этап анкерного хода (крючковый ход). Анкерный ход в маятниковых часах впервые был практически применен в 1670 г. английским часовщиком Вильямом Клементом (1640— 1696). Маятник имел длину 9,5 м и делал 48 колебаний в минуту. Томас Томпион (1638—1713), которого по справедливости считают «отцом» английского часостроения, использовал анкерный ход для устройства двух своих маятниковых часов, предназначенных для королевской обсерватории, открытой в 1676 г. в Гринвиче. Они имели маятник длиной около 4 м, а период колебания— 2 с. Впоследствии практически было установлено, что лучше всего изготовлять маятник с секундным периодом колебания.

Анкерный ход, который был применен в часах Клемента, известен также под названием крючкового хода (рис. 135). Здесь ходовое колесо 1 приняло уже современную форму с зубцами, расположенными по направлению радиусов. Эти зубцы ограничены с одной стороны радиальной плоскостью, а с другой — слегка вогнутой поверхностью, с тем чтобы при работе хода зубец мог действовать лишь своим острым концом, не касаясь якоря другими частями. Шпиндель с палетами заменен в крючковом ходе Клемента якорем 2, жестко посаженным на ось вилки маятника и взаимодействующим с зубцами ходового колеса. По форме якорь напоминает скобу с плечами, оканчивающимися двумя наклонными плоскостями (3 и 4), у которых на концах имеются импульсные поверхности, или палеты, с которыми зубцы ходового колеса могут вступать в контакт. Палеты по их положению относительно ходового колеса называются входной (3) и выходной (4). Действие крючкового хода на колебание маятника обусловливалось двумя движениями — вращательным движением ходового колеса и колебательным движением якоря, вызываемым действием маятника. Поскольку якорь имеет форму скобы и состоит из цельного куска, то при отодвигании одного его плеча от ходового колеса другое, противоположное, приближается к ходовому колесу. Вследствие этого концы якоря, или палеты, могли попеременно входить в контакт с зубцами ходового колеса и прерывать его движение.

На рис. 136 показано взаимное расположение палет и зубцов ходового колеса при действии крючкового хода и маятника. Положение хода 1 со ответствует такому моменту его работы, когда зуб ходового колеса только что упал на входную палету а. В этот момент маятник начинает свое дополнительное колебание, а при продолжении его увлекает за собой якорь, который затем поворачивается вокруг своего центра качания на определенный угол. Зуб ходового колеса будет при этом скользить по палете, преодолевая трение (положение 2). Ходовое колесо при этом слегка повернется назад. От ход назад произойдет потому, что так называемая поверхность покоя палеты ограничена дугой, центр которой не совпадает с осью вращения якоря. Когда маятник начнет свое колебание налево, зуб будет перемещаться с поверхности покоя на поверхность импульса и вместе с тем начнется постепенное освовождение палеты из-под зуба, так как якорь выталкивается кверху (положение 3).

Рис. 135. Крючковый, или возвратный, ход Клемента
1 — ходовое колесо; 2 — якорь; 3 — входная палета; 4 — выходная палета; 5 — вилка; 6 — пружинный подвес маятника

Рис. 136. Взаиморасположение палет и зубцов ходового колеса при действии крючкового хода и маятника

Рис. 137. Башенные часы Клемента 1671 г.

Этим самым маятнику сообщается импульс, который будет продолжаться до тех пор, пока зуб не спадет с входной палеты а. После этого колесо свободно и быстро повернется на небольшой угол, пока зуб его не упадет на выходную палету и (положение 4), и на ней повторится весь цикл аналогично описанному выше процессу на входной палете а.

Поднимаясь то одним, то другим плечом, якорь позволяет ходовому колесу подвигаться вперед на !/2 зуба, а за весь период колебания маятника — на 1 зуб.

Изобретение крючкового хода дало возможность, во-первых, применять более тяжелый и длинный маятник, чем при шпиндельном ходе при той же самой силе завода, и, во-вторых, явилась возможность значительно уменьшить амплитуду колебания маятника без применения каких-либо дополнительных средств. Другой крупной заслугой Клемента следует считать изобретение пендельфедера со стальной пружиной взамен шелкового подвеса. Часы, снабженные крючковым ходом и пендельфедером, имели очень хороший ход по сравнению со шпиндельным ходом. На рис. 137 изображены башенные часы В. Клемента (1671 г.) и его же напольные часы (1685 г.) (рис. 138). Они снабжены секундным маятником и крючковым ходом.

После Клемента крючковый ход получил применение также в часах с коротким маятником и со сравнительно большой амплитудой (порядка 10—15°). При такой амплитуде неизохронности маятника получаются уже довольно большие погрешности хода часов и крючковый ход в значительной мере их исправляет.

Анкерный ход Грагама для маятниковых часов. Для весьма точных маятниковых часов нельзя допускать отхода назад ходового колеса. Этому требованию соответствует улучшенный анкерный ход, изобретенный в Лондоне в 1715 г. учеником Томпио- на-— Георгом Грагамом (1678-—1751). Изобретение этого хода отмечает весьма важный шаг в развитии хронометрии: благодаря ему было достигнуто не только устранение отхода назад ходового колеса, но и последующее уменьшение амплитуды колебания маятника и ненужных сопротивлений. Исключительно высоким часовым мастерством Грагама были созданы часы с точностью хода 0,1 с. В течение почти двух столетий после Грагама его ход остался лучшим и применялся для создания астрономических часов, т. е. часов, используемых в астрономических обсерваториях, пока в 1890 г. не появились часы Рифлера почти со свободным ходом.

С момента своего появления ход Грагама подвергался раз личным изменениям, нашедшим конкретное выражение в модификациях знаменитого Томаса Ирншау (ок. 1790 г.), Вениамина Льюиса Виллиама (ок. 1820 г.), Чарльза Фродшама (ок. 1860 г.), Роберта Гарднера (начало XX в.). В XIX в. в Англии лучшие маятниковые часы изготовлялись с ходом Грагама. На континенте Европы и в России с ходом Грагама изготовлялись лучшие маятниковые часы с температурной компенсацией, которые чаще всего были известны под названием «регулятора». Еще до сих пор ход Грагама используется в малого размера башенных часах; если часы с этим ходом изготовлены хорошо, то обеспечивается большое постоянство их хода в течение продолжительного времени.

Анкерный ход Грагама (рис. 139) внешне мало чем отличается от крючкового, или возвратного, хода Клемента. Маятник при помощи вилки соединяется с якорем В, который в ходе Грагама состоит также из двух плеч и имеет две палеты — входную и выходную. На входной палете имеется плоскость наружного покоя F1 и импульсная наклонная плоскость S1 а на выходной — внутренняя плоскость покоя F2 и импульсная наклонная плоскость S2, которые являются рабочими поверхностями палет. Плоскости покоя имеют цилиндрическую форму и описаны из В, как из центра; центр поверхности покоя одно временно является центром вращения якоря, или анкера. Центр якоря легко определяется по касательным линиям Т1и Т2, отсюда получается расстояние между центром анкера и ходового колеса как равное 1,4 радиуса ходового ко леса. Импульсные поверхности S1 и S2 с радиусами Rt и R2 образуют угол в 60°. Линии, проходящие из В через центр поверхности покоя с Т1 и Т2, должны составлять угол 2°; эти касательные линии граничат с плоскостями S1 и S2 .

Палеты взаимодействуют с зубцами ходового колеса, которое имеет 30 зубцов, как и в ходе Клемента; одна четверть из этого числа зубцов охватывается анкером. Зубцы ходового колеса с той стороны, с которой концы их подрезаны с уклоном 6°, при работе механизма скользят по рабочим поверхностям палет передними кромками, в то время как анкер, связанный вилкой с маятником, совершает колебания вокруг своей оси в такт с колебаниями маятника. Зубцы ходового колеса падают сначала на поверхности покоя (F1 и F2). Импульс передается на поверхности S1и S2. В часах Грагама колебания маятника совершаются при малой дуге, или размахе, потому угол подъема анкера не должен составлять более 2°, а лучше 1,5°.

Благодаря применению в ходе Грагама таких форм палет, где рабочая поверхность разделена на поверхность (плоскость) покоя и поверхность им пульса, ходовое колесо после передачи импульса маятнику ложится на поверхность покоя, или, что то же, его зубцы спадают на так называемый покой, а не на наклонные поверхности палет, как в возвратном, или крючковом, ходе Клемента. Зуб ходового колеса, лежащий на поверхности покоя входной или выходной палеты, передает на ось анкера тормозной момент, пропорциональный моменту на оси ходового колеса.

Для того чтобы подробно рассмотреть действие хода Грагама, предположим, что на входную палету А упал кончик зуба а (рис. 140), а анкер под воздействием маятника продолжает движение против часовой стрелки. Маятник (положение 1) описывает дополнительную дугу и, дойдя до конца ее, поворачивает обратно. В этот момент зуб скользит по поверхности покоя, проходя сперва дополнительный угол, а затем угол покоя до грани палеты, где начинается передача импульса. Она начинается после того, как анкер, изменив свое направление, перейдет на плоскость импульса и зуб будет толкать его вверх (по часовой стрелке). Импульс передается маятнику во время скольжения зуба по плоскости импульсной палеты. За время передачи импульса анкер поворачивается на угол 1020′, а ходовое колесо — на 3°.

Рис. 138. Напольные часы Клемента с секундным маятником 1685 г.

Рис. 139. Анкерный ход Грагама для
маятниковых часов

Рис. 140. Схема взаимодействия палет и ходового колеса с анкером и маятником в ходе Грагама

Весьма важно понять, что в ходе Клемента подача импульса начинается сразу после отхода назад ходового колеса, в ходе Грагама импульс происходит только тогда, когда зуб совершает путь вдоль импульсной поверхности той или иной палеты. Сообщив импульс маятнику, зуб соскакивает с входной палеты, и ходовое колесо, будучи свободным, стремится вращаться по часовой стрелке. Это вращение продолжается до тех пор, пока стоящий на очереди у выходной пале
ты В зуб d не упадет на поверхность покоя (положение 2).

Угол, на который ходовое колесо повернулось после окончания импульса до момента падения очередного зуба на поверхность покоя выходной палеты, называется углом падения. Этот угол должен быть по возможности малым во избежание бесполезной траты энергии завода. Однако при грубом изготовлении хода приходится допускать несколько больший угол, так как при малейшей неточности в изготовлении ходового колеса и якоря может быть заклинивание хода.

С момента соприкосновения зуба d с поверхностью покоя выходной пале ты повторяется тот же процесс, который имел место на выходной палете, т. е. скольжение вершины зуба по поверхности покоя, а при перемене анкером на правления движения возникает импульс на выходной4 палете (положение 3). После того как зуб d соскочит с выходной палеты, зуб а падает на поверхность покоя входной палеты. За полный период колебания маятника, т. е. за цикл работы регулятора, ходовое колесо повернется на один зуб.

Подводя итоги, можно сказать, что действие анкерного хода Грагама со стоит из падения-покоя-импульса на одной палете, а затем — на другой и т. д. Поскольку между запирающей поверхностью покоя и кончиком зуба происходит трение, то ход Грагама считают ходом трения на покое.

Общей чертой конструкции часов Гюйгенса и ходов Клемента и Грагама является постоянное взаимодействие ходового колеса с маятником, за исключением тех малых промежутков времени, соответствующих «падению» ходового колеса, когда теряется контакт между ходовым колесом и маятником; на ось маятника постоянно передается момент, пропорциональный моменту на ходовом колесе. Перечисленные конструкции, представляющие собой последовательные модификации часов Гюйгенса, объединяются в группу несвободных часовых ходов и имеют своим предшественником часы Гюйгенса.

Другим замечательным изобретением Грагама в области часового дела является ртутный компенсационный маятник (рис. 1.41). Он стал известен после доклада Грагама в Королевском обществе в 1726 г., хотя эксперименты с ним начались на девять лет раньше. Маятник состоит из тонкого стержня, к нижнему концу которого подвешена подставка, на которой удерживается сосуд, наполненный до известной высоты ртутью. Стержень маятника и оба боковых стержня — из стали. Когда температура повышается, все три стержня удлиняются — маятник становится длиннее. Одновременно с этим находящаяся в сосуде ртуть (ее способность расширяться по крайней мере в 10 раз больше, чем у стали) расширяется и подымает центр тяжести ртутного столба. Высота уровня ртути в стакане и размеры прочих частей маятника подбираются так, чтобы несмотря на изменение температуры математическая длина маятника оставалась постоянной.

Этот компенсационный маятник при одном и том же принципе устройства может иметь различное конструктивное выполнение.

Прежде чем Грагам пришел к идее создания ртутного компенсационного маятника, он в течение ряда лет проводил экспериментальную работу по вы явлению влияния тепла и холода на стержень маятника. Эти исследования по казали, что факторами, влияющими на ход часов, являются загрязнение механизма, дефекты материала и т. д., но если маятник тяжелый и отклоняется от вертикали на малый угол, а детали выполнены хорошо, то неравномерность хода таких часов будет малой и на нее будут влиять только температурные изменения маятника.

Рис. 142. Внешний вид маятниковых часов («регулятора») Грагама 1740 г.

Рис. 141. Ртутный компенсационный маятник Грагама

Грагам исследовал относительные коэффициенты линейного расширения стали, латуни и некоторых других металлов. Хотя эти исследования и не были им завершены, все же ему удалось выяснить, что различные металлы (бронза, сталь, железо, медь, серебро и др.), подвергнутые нагреву до одинаковой температуры, расширяются по-разному. Отсюда он сделал практически важный вывод, что «путем использования двух различных металлов, значительно отличающихся степенью своего линейного расширения, можно в большей степени компенсировать нерегулярность колебаний обычного маятника». Этот вывод получил практическое применение в часах Грагама в устройстве ртутного ком пенсационного маятника. В декабре 1721 г. Грагам стал работать над созданием ртутного компенсационного маятника, изучал влияние изменений температуры на изменение высоты ртутного столба. Путем тщательных наблюдений и подсчетов он точно определил, сколько потребуется ртути, чтобы длина маятника не изменилась при той или иной температуре.

На рис. 142 показан внешний вид маятниковых часов («регулятора») Гра гама, относящихся к 1740 г. Механизм часов помещен в высоком стоячем корпусе из красного дерева; размер циферблата 30 см.

Свободные анкерные хода маятниковых часов. Большое значение для повышения точностных характеристик хода маятниковых часов имело применение в конце XIX в. свободных ходов Рифлера, Штрассера и Манхардта вместо несвободных ходов.

Свободные хода известны также под названием ходов с постоянной силой. Это название они получили из-за того, что в часах с таким ходом колебания маятника почти независимы от механизма часов, от величины момента на оси ходового колеса. Им пульс, сообщаемый маятнику, зависит только от пружины или груза, производящих всегда один и тот же эффект с постоянной силой. Маятник соединен с ходом посредством пендельфедера, никакой вилки нет; следовательно, жесткая связь между якорем и маятником отсутствует. В ходе Штрассера маятник получает импульс за счет изгибания вспомогательной плоской пружины (вспомогательного пендельфедера, соединенного с нижней оправой основного пендельфедера), а в ходе Рифлера — за счет изгибания того же самого пендельфедера, на котором висит маятник. В ходе Манхардта груз, опускаясь каждый раз с одной и той же высоты, сообщает маятнику один и тот же импульс.

Во всех прежних ходах соединение их с маятником сопровождалось все-таки некоторым толчком. Штрассер, Манхардт и Риф- лер избежали этого благодаря применению своих ходов с постоянной силой.

Значительно больший простор и широкие перспективы в от ношении создания свободных ходов появились при применении электромагнитных импульсов взамен механических.

Ход Штрассер а (1859—1917). Ходовое колесо этого хода (рис. 143) не имеет существенного отличия от ходового колеса, используемого в ходе Грагама. Однако анкер значительно отличается от якоря хода Грагама главным образом устройством палет. Здесь анкер имеет по две палеты с каждой стороны — палеты импульса K1и К2 и палеты покоя L1 и L2. Палеты покоя своими концами (рабочими поверхностями) несколько выступают за палеты импульса; выступающие плоскости палет наклонены вправо на 12° к радиальной прямой. Поэтому когда зуб ходового колеса покоится на этой плоскости, возникает момент, который стремится повернуть якорь вниз и прижать палету к зубу ходового колеса — так называемый момент притяжки.

Основное отличие хода Штрассера от покоящегося хода Грагама состоит в том, что зуб вначале падает на импульсную поверхность и потом доходит до положения покоя, а у покоящегося хода зуб сначала падает на положение покоя и затем переходит на импульс. Это различие вытекает из условий взаимодействия спускового устройства с вспомогательным пендельфедером, который в ходе Штрассера выполняет некоторую работу по преодолению силы притяжки.

Рассмотрим работу хода. Пока маятник совершает движение от крайнего правого положения влево, пружина пендельфедера согнута. Согнута и вспомогательная пружина справа от вертикали, которая прижимает входную палету к зубу колеса. По мере того как маятник подходит к положению равновесия, напряжение вспомогательной пружины (точнее, пружин, так как их две) ослабевает. В момент прохождения через положение равновесия напряжение пендельфедера ослабнет до нуля. После того как маятник пройдет положение равновесия, вспомогательные пружины будут выправлены, а затем перегнуты в обратную сторону. Изгиб этот как пендельфедера, так и вспомогательной пружины происходит за счет кинетической энергии, приобретенной маятником во время движения. Сила изогнутой вспомогательной пружины все время возрастает, в связи с чем возникает момент, который стремится повернуть якорь по часовой стрелке. Когда вспомогательные пружины изогнуты настолько, что этот момент окажется больше момента притяжки, палета вместе с якорем повернется вверх и освободит палету из-под зубца Z\, и колесо станет свободным. Тогда ходовое колесо будет вращаться по часовой стрелке, зуб Z2 встретит скошенную плоскость выходной палеты импульса K2 и будет скользить по этой плоскости, поворачивая якорь влево, пока не упрется в плоскость покоя палеты.

После того как вспомогательная пружина изогнулась под влиянием упавшего зуба Z2, дальнейший ее изгиб происходит вместе с пендельфедером вплоть до крайнего левого отклонения. Благодаря этому вспомогательные пружины окажутся изогнутыми влево от вертикали и при обратном движении маятника служат источником энергии для него. Освобождение зуба Z\ и перегиб вспомогательной пружины вправо от вертикали произойдут после перехода маятником положения равновесия при его движении слева направо.

Так как момент пружины при данных ее размерах и материале зависит только от угла, образованного касательным и концом ее, то импульс, передаваемый пружиной маятнику, всегда один и тот же и обусловливается конструкцией хода. Ход Штрассера применяется в астрономических часах обычно в комбинации с гиревым двигателем.

Рис. 143. Ход Штрассера с постоянной силой

Сами часы помещаются в обыкновенном негерметическом футляре. По своим качествам ход Штрассера уступает ходу Рифлера.

Ход Манхардт а (1789—1878) состоит из системы колес а и b и воз душного тормоза с (рис. 144). Маятник получает импульс, передаваемый хо дом, только раз в минуту, а не при каждом колебании. Следовательно, 59 колебаний маятника являются «мертвыми» и он совершает их почти свободно. В течение этого времени маятник не испытывает воздействия со стороны механизма. Последний начинает оказывать действие на него лишь после совершения маятником 59 колебаний. В этом и заключается основной принцип работы хода Манхардта. Он получил наибольшие применения в башенных часах, где этот ход успешно применялся (например, в башенных часах Берлинской городской думы).

В ходе Манхардта свободное колебание маятника в течение минуты вне зависимости от часового механизма, приводимого в действие гирей, достигается следующим образом. На маятнике А, подвешенном на двух стальных пружинах, имеется недалеко от точки подвеса зубчатое колесико е; на нем столь ко зубцов, сколько колебаний в минуту делает маятник (вперед и назад). Это колесико при каждом колебании маятника справа налево поворачивается собачкой (из слоновой кости) на один зубец, затрачивая на это силу самого маятника. Собачка присоединена к устою В. На оси храповика сидит рычаг а, который при повороте колесика на полное число зубцов, т. е. один раз в минуту, ударяется в приспособление 1тп, освобождающее механизм часов, дающее возможность тормозу Сс сделать один оборот. После полного оборота механизм сдерживается рычагом около п с помощью зацепления 1тп.

На оси воздушного тормоза находится эксцентриковый диск к, который с помощью ролика р опускает рычаг ss, передающий импульс маятнику. Все это происходит спокойно, без рывков. В конце каждого оборота эксцентрик k вновь поднимает ролик кверху и маятник опять колеблется совершенно свободно в течение всей следующей минуты, в конце которой груз (рычаг) снова опускается. Следовательно, здесь роль механизма зубчатой передачи заключается лишь в поднятии груза, который, опускаясь каждый раз с одной и той же высоты, сообщает один и тот же импульс маятнику.

Ход Рифлер а (1847—1912). Часы с этим ходом появились на Чикагской выставке 1893 г. Часы Рифлера, будучи впервые установлены в Мюнхенской обсерватории, показали высокую точность хода. Очень скоро они вытеснили астрономические часы с ходом Грагама. Вариация суточного хода при изменении температуры составляла 0,0008 с. Часы с ходом Рифлера стали использовать большинство обсерваторий мира.

Ходовое колесо в этом ходе двойное, состоящее из импульсного колеса Н\ и колеса покоя H2, жестко связанных между собой (рис. 145). Число зубцов ходового колеса 30, угол обхвата 10,5 зубцов (или 126°), что дает возможность удобно расположить детали и узлы хода. В массивном якоре А укреп лены две агатовые палеты P1 и Р2, каждая из которых представляет собой цилиндр со срезанной с передней части половинкой. Палеты укреплены так, что их цилиндрическая часть проходит против зубцов импульсного колеса, а срезанная часть — против зубцов колеса покоя, причем плоская часть палеты наклонена к радиусу ходового колеса под углом 12°.

Колесо покоя, имеющее острые зубцы Z1 работает на полусрезанной части палет и ложится кончиками своих острых зубцов на плоскости палеты. Колесо импульса имеет короткие зубцы, которыми оно слегка приподнимает цилиндрическую часть палеты и производит импульс.

Палеты в ходе Рифлера, как и в ходе Штрассера, прижимаются не силой, передаваемой от двигателя, не вспомогательной пружиной или вспомогательным пендельфедером, как в ходе Штрассера, а силой, передаваемой пружиной подвеса маятника, или пендельфедера. В ходе Рифлера пендельфедер выполняет двойную задачу —играет роль вспомогательной пружины и, кроме того, выполняет свое прямое назначение. Ход Рифлера хотя весьма похож на ход Штрассера, но представляет своеобразную конструкцию. Разница между хода ми Рифлера и Штрассера заключается в том, что в ходе Штрассера вспомогательная пружина должна совершать некоторую работу по преодолению силы притяжки, тогда как в ходе Рифлера эта работа сведена к нулю, и если затрачивается на палете какая-нибудь работа, то только на преодоление силы трения, которую опять-таки при помощи наклона палеты и обработки поверхности палет и зубцов покоя стремятся сделать возможно меньшей.

Палеты в ходе Штрассера прижимаются к колесу и пружиной, и притяжкой, а в ходе Рифлера — только пружиной пендельфедера, поэтому часы с хо дом Рифлера нуждаются в абсолютно неподвижной установке в месте, свобод ном от всяких сотрясений, тогда как ход Штрассера в этом отношении менее требователен. Поскольку ход Рифлера применяется в точных астрономических часах, устанавливаемых в местах, не подвергающихся сотрясениям, то указанная чувствительность хода не имеет особого значения.

Маятник подвешен на пендельфедере, верхняя основа которого (см. рис. 145) лежит в соответствующем углублении поперечной рамки, имеющей в середине прямоугольное отверстие, в которое проходит пендельфедер. С попе речной рамкой наглухо соединен якорь. По вертикали он имеет продольный раз рез и два винта — зажимный и упорный, для того чтобы при установке хода можно было точнее отрегулировать падение и импульс. Палеты укреплены в отверстиях якоря, который снабжен также продольными разрезами с зажимными винтами, для возможности поворота палет и установки правильного на клона плоскости среза. Вопреки обычным конструкциям, верхняя часть якоря не имеет отверстия для оси, а снабжена отверстиями для винтов, при помощи которых якорь крепится к поперечной рамке. Рамка стальными призмами опирается на агатовые подушки. Точка подвеса маятника находится выше плоскости подушек на 1 мм. Якорь качается вокруг острого ребра призмы. Вследствие качания маятника якорь также приходит в колебательное движение на опор ной призме.

Маятник связан с часовым механизмом посредством двух тонких и упругих пружин, на которых он подвешен. От натяжения пружин в результате их изгиба маятник получает импульс, необходимый для поддержания его колебания. Этот изгиб получается при каждом колебании маятника вследствие одновременного перемещения якоря, когда поперечная рамка с якорем поворачивается вокруг своей оси по направлению движения маятника. Колебания якоря лишь немного превышают 10 в обе стороны от положения равновесия. Угол изгиба пружин всегда один и тот же и не зависит от вращающего момента на оси ходового колеса. Момент должен быть достаточным для того, чтобы якорь при своем движении мог произвести изгиб пружин в точности по оси, совпадающей с осью колебания маятника. Маятник совершает колебания в одну и другую стороны. Размах лежит в пределах 3° и зависит только от натяжения пружин подвеса. Импульс сообщается маятнику в тот момент, когда он проходит через положение равновесия и поэтому имеет наибольший запас живой силы. Маятник колеблется фактически совершенно свободно и вполне изохронно.

На рис. 145 изображено положение якоря в тот момент, когда зуб лежит своим кончиком на плоскости входной палеты; маятник в это время находится в крайнем правом положении. Маятник движется влево, а зуб покоя продолжает лежать на плоскости палеты. Действующий момент стремится вытолкнуть палету вместе с якорем вверх и вывести ее из-под зуба колеса, но этому препятствует упругая сила пружинок подвеса, прижимающая палету к наклонной плоскости зуба импульсного колеса.

Освобождение этого зуба происходит вместе с поворотом рамки якоря справа налево под действием натяжения пру жинок подвеса, когда маятник пройдет примерно на1/4° за положение равновесия. Тогда зуб Z1 покидает плоскость входной палеты, освобождая ходовое колесо. После свободного поворота колеса на угол падения зуб импульсного колеса встречает выходную импульсную палету и, воздействуя на нее, поворачивает якорь в обратном направлении, пока зуб Яг колеса покоя не ляжет на выходную палету покоя. В результате поворота якоря пружинки изогнутся влево от положения равновесия и маятник получит импульс, после чего он будет проходить дополнительную дугу, а якорь останется неподвижным. С возвращением маятника в обратную сторону описанное действие хода повторяется.

Процесс работы пружины схематически показан на рис. 146. В положении I маятник движется влево, а пружины подвеса изогнуты вправо. Положение II показывает маятник в момент его прохождения через положение равновесия. Пружинный подвес все еще изогнут, как в положении 1. Когда маятник перейдет положение равновесия на угол около 0°15′, пружинный подвес быстро перегнется влево (положение III), и маятник продолжит свое движение по до полнительной дуге (положение IV). При движении маятника вправо те же явления происходят в обратном порядке. Положение V не отличается по виду от положения IV, но предусмотрено обратное движение слева направо; маятник, пройдя положение равновесия, достигает положения VII (около 0015′ вправо), тогда пружинный подвес перегибается, а движущийся вправо маятник до положения VIII изгибает подвес еще больше. Затем все повторяется.

С особой наглядностью изображает особенности хода Рифлера Л. П. Ши- шелов. В этом ходе, по его мнению, «все явления происходят так, как если бы, держа в руке пендельфедер за верхнюю часть, изгибать ее влево и вправо на один и тот же угол, сообщая тем самым импульс маятнику, подвешенному за нижнюю оправу этого пендельфедера. Импульсы будут передаваться плавные и мягкие, все время одной и той же величины, ибо изгиб пендельфедера (или вспомогательной пружины в ходе Штрассера) будет происходить на один и тот же угол… Следовательно, ход Рифлера, как и ход Штрассера, может быть по справедливости назван ходом с постоянной силой».

Спусковое устройство Рифлера уменьшает требуемую на ход часов силу и обеспечивает в соединении с инварным маятником высокую точность. Погрешность суточного хода маятниковых астрономических часов Рифлера может быть в пределах 0,002—0,003 с (на один порядок меньше часов Грагама).

Рис. 146. Последовательность работы пружины в ходе Рифлера

Рис. 147, Астрономические маятниковые часы Рифлера Рис. 148. Ход Блоксама гравитационного типа

Рис. 149. Двойной коленчатый гравитационного типа ход Гримторпа (Денисона)

Кроме хода, обусловливающего сообщение маятнику импульса за счет сгибания пружины подвеса, маятниковые часы Рифлера имеют: а) инварный секундный маятник с компенсационной трубкой и линзой из латуни; б) электрозавод со вспомогательным заводом; в) секундный колесный контактный прерыватель; г) корпус часов стеклянный или из красной меди, но герметически за крытый стеклянным колпаком. Степень желаемого разрежения воздуха в корпусе часов поддерживается с помощью ручного насоса.

Механизм часов (рис. 147) смонтирован на станине, составляющей одно целое с кольцом Е, устанавливаемым на торцевую поверхность цилиндра. От механизма внутрь цилиндра уходит стержень маятника. Под колпаком установлен микроскоп М, позволяющий производить отсчет амплитуды колебания маятника по шкале, закрепленной на стержне маятника.

Ход гравитационного типа. При наличии такого хода колесная передача действует на маятник не непосредственно; она служит только для подъема рычагов. Импульс подается падением рычагов всегда с одной и той же высоты. Такие импульсы остаются постоянными по величине и знаку и независимы ми от каких-либо изменений, которые могут происходить в крутящем моменте, передаваемом колесной системой ходовому колесу. Этот ход гравитационного типа относится к ходу с постоянной силой, так как импульсы, подаваемые маятнику при наличии этого хода, всегда постоянны по своей величине или весьма близки к этому.

Идея создания хода такого типа впервые была выдвинута Томасом Мюд- жем — выдающимся английским часовщиком XVIII в. В ходе Мюджа усилия для подъема и размыкания рычага одинаковы по величине. Оно было достаточным для подъема, но оказалось слишком большим для того, чтобы получить надежное замыкание.

Ряд изобретателей (Камминг, Харди, Катер, Готвальд, Рид и Блоксам) пытались использовать идею создания хода гравитационного типа, выдвину тую Томасом Мюджем. Ход Мюджа получил дальнейшее совершенствование в ходе Блоксама, который описан в 1853 г. в «Ученых записках» Королевского астрономического общества. Если в ходе Мюджа не была достигнута надежность запирания хода, то в ходе Блоксама это было уже достигнуто тем, что подъем у него стал осуществляться посредством очень коротких зубцов с полной отдачей силы, а запирание происходит длинными зубцами, но с малой отдачей силы. Его ход имеет два весовых рычага, которые могут вращаться на одной и той же оси отдельно (рис. 148). Ходовое колесо состоит из внутренней шестерни А с девятью зубцами для осуществления подъема рычагов путем сцепления с палетами D и из внешней шестерни В (тоже с девятью зуб цами), которая запирает рычаги, когда они сцепляются с защелками. Рычаги имеют выступы, которыми они могут сцепляться с маятником.

В 1852 г. Эдмунд Беккет Денисон (лорд Гримторп) изобрел двойной трех коленчатый гравитационный ход. Впервые он был применен в знаменитых вестминстерских башенных часах, установленных в мае 1859 г. Вариация су точного хода этих часов не должна была превышать ± 1 с, и этому требованию соответствовал ход Гримторпа.

Двойной трехколенчатый гравитационный ход (рис. 149) состоит из трех основных частей: 1) двух рычагов, или палет (A1 и A2); 2) двух отдельных трехколенчатых устройств, каждое с тремя длинными ко ленами, которые соответствуют зубцам ходового колеса других спусковых устройств, и 3) пружинного регулятора хода, обеспечивающего регулирование скорости движения спускового механизма и предотвращение вибраций, отскоков и других вредных действий, могущих отразиться на сохранности прибора. Этот регулятор служит как бы глушителем всех нежелательных проявлений при работе хода.

Между коленами С1 и С2 расположены три штифта, которые толкают рычаги А\ и А2 посредством рычагов Е\ и Е2. Когда маятник колеблется направо, он увлекает за собой рычаг А2, и в конце концов выталкивает запирающий блок В2 из-под колена С2. Двойное трехколенчатое спусковое устройство вращается, пока колено С\ не запрет на блоке В\. Маятник, продолжая колебание вправо, увлекает за собой рычаг А2 пока он достигает своего крайнего положения. Рычаг А2, следуя за маятником, спускается вниз и подает ему импульс, пока он в конце концов не будет застопорен выступающими частями Е2, вступающими в контакт со штифтом. Так как маятник движется налево, он в итоге выталкивает блок B1 из-под колеса С\, пока другое колено не запрет его на блоке В2. При вращении штифт, нажимая, поднимает рычаг А2 против Е2. Поскольку рычаг А2 увлекается маятником вверх на меньшую дистанцию, чем следующий за ним рычаг, увлекаемый вниз, то возникает добавочный источник импульса.

Двойной трехколенчатый гравитационный ход как ход с постоянной силой имеет ряд преимуществ перед другими ходами для применения в башенных часах.