Спусковой механизм «Кузнечик»

Спусковой механизм «кузнечик» с низким коэффициентом трения — это спусковой механизм для маятниковых часов, изобретенный британским часовщиком Джоном Харрисоном примерно в 1722 году. Спусковой механизм, являющийся частью каждых механических часов , представляет собой механизм, который периодически толкает маятник часов , поддерживая его колебание, и каждое колебание освобождает спусковой механизм. шестерни часов перемещаются вперед на фиксированную величину, тем самым перемещая стрелки вперед с постоянной скоростью. Спусковой механизм «кузнечик» использовался в нескольких часах-регуляторах, построенных во времена Харрисона, а также в некоторых других на протяжении многих лет, но никогда не нашел широкого применения. Термин « кузнечик » в связи с этим, видимо, из-за ударного действия поддонов, впервые появляется в «Часовом журнале» в конце XIX века. ^[1]

История

Джон Харрисон использовал спусковой механизм «кузнечик» в своих часах-регуляторах, а также в первых трех своих морских хронометристах, H1–H3. ^{[ нужна ссылка ]} Определение продольного положения было серьезной проблемой в морской навигации; Ньютон утверждал, что можно использовать астрономическое позиционирование, но более простой теоретической возможностью было использовать точное знание времени в определенном базовом месте. Разница во времени между местным временем, которое было легко измерить, и временем на базе дает разницу в долготе между базой и кораблем, поскольку 24 часа времени эквивалентны 360 градусам долготы. За решение проблемы был предложен крупный приз, и Харрисон посвятил свою жизнь разработке и созданию высокоточных хронометристов. точность и трение Основными проблемами были . Двумя преимуществами спускового механизма «Кузнечик» являются повторяемость его работы и отсутствие необходимости в смазке . Повторяемость его работы заложена в его конструкцию. Один поддон освобождается только при включении другого; Таким образом, импульс, передаваемый маятнику, является совершенно регулярным по времени. Смазочные материалы, доступные Харрисону, были плохими, грязными и недолговечными. Это означало, что обычные часы приходилось часто останавливать для чистки и смазки. Используя свой чистый и абсолютно стабильный спусковой механизм в виде кузнечика, Харрисон начал серию долгосрочных исследований работы часов. ^[2] что привело к его изобретению решетчатого маятника , который нейтрализовал эффекты расширения и сжатия при изменении температуры. Характеристики его улучшенных часов, в свою очередь, дали ему точный и удобный эталон, по которому можно было проверять свои морские хронометристы.

Операция

Харрисон разработал спусковой механизм в виде кузнечика на основе обычного анкерного спуска , который он построил для башенных часов, которые можно было использовать в конюшне в Броклсби парке в Линкольншире . Это оказалось ненадежным, ^[3] нуждаясь в постоянном внимании, что доставляло Харрисону неудобства, поэтому примерно в 1722 году он модифицировал спусковой механизм, поместив шарнир в середину каждого плеча якоря. Оба шарнирных поддона были направлены в одну сторону, препятствуя вращению спускового колеса. Когда спусковое колесо толкает поддон, шарнир отходит от спускового колеса. Поддон поворачивается вокруг точки контакта с колесом, толкая якорь. В то же время другой поддон приближается к колесу. При соприкосновении с колесом оно слегка толкает его назад, и контакт между колесом и первым поддоном нарушается. Оба поддона немного тяжелые, поэтому они естественным образом стремятся отойти от колеса. Таким образом, первый поддон уходит с пути спускового колеса, и работа по приведению маятника в движение передается второму поддону.

Первый поддон упирается в упор, который удерживает его в правильном положении, так что, когда маятник, толкаемый вторым поддоном, достигает конца своего хода, первый поддон снова опускается на путь колеса. Он вступает в контакт с колесом и под действием импульса маятника слегка толкает колесо назад. Это освобождает второй поддон, который изящно останавливается, снова передав задачу по приданию импульса маятнику первому поддону. Небольшое перемещение поддона на шарнире требует гораздо меньшего трения, чем скользящий контакт в обычном спусковом механизме; он не требует смазки и настолько мало изнашивается, что Харрисон смог сделать свои поддоны из дерева. Один из оригинальных поддонов в парке Броклсби все еще работал, когда часы были отремонтированы в 2005 году. ^[4] в то время как другой был заменен только после аварии в 1880 году. Позже Харрисон изменил компоновку спускового механизма, заставив один поддон тянуть, а не толкать, поместив небольшой крючок на конце поворотного рычага, чтобы он контактировал с зубьями спускового колеса. Он также соединил обе шарнирные оси на общем штифте.

Когда поддон толкает спусковое колесо назад, его также сильно толкают до упора. Чтобы предотвратить износ или повреждение, стопоры имеют возможность поддаваться. Каждый упор шарнирно закреплен вокруг той же оси, что и его поддон. Поддоны тяжелые, но упоры тяжелые и имеют тенденцию падать к колесу. Упоры достаточно тяжелые, поэтому комбинация поддона и упора также имеет тенденцию падать в сторону колеса, но этому препятствует фиксированный штифт на анкере. Это означает, что штифт удерживает стопор, который удерживает поддон в нужном месте, чтобы обеспечить чистое зацепление со спусковым колесом. Когда поддон встречается с колесом, он толкает колесо назад и при этом снимает стопор со штифта. Когда колесо затем толкает поддон, упор возвращается на свой штифт и отделяется от поддона. Каждый упор также отрывается от штифта один раз в каждом цикле под действием импульса прибывающего поддона.

Ограничения

Тенденция поддонов смещаться с пути колеса имеет серьезные последствия. Во-первых, каждый раз, когда привод спускового колеса прерывается, поддоны теряют контакт, а когда привод восстанавливается, спусковое колесо может не удерживаться и может быстро и неконтролируемо ускоряться. ^[5] Чтобы этого не произошло во время завода часов, Харрисон изобрел один из своих самых долговечных механизмов — поддерживающую силу , которая до сих пор широко используется в часах. В своей обычной конструкции он состоит из храпового колеса, расположенного между первой (и самой медленно вращающейся) ведущей шестерней механизма и барабаном, к которому прикреплен груз (или пружина), и соосно с ней. При заводе часов ствол движется назад, и храповой механизм на поддерживающем колесе проскальзывает по зубьям, прорезанным на стволе. Однако первая передача по-прежнему движется вперед, поскольку между опорным колесом и первой шестерней имеется пружина, которая давит на нее. При этом он пытается толкнуть поддерживающее колесо назад. Этого предотвращает собачка, прикрепленная к раме часов, которая входит в зацепление с зубцами, прорезанными по краю поддерживающего колеса. Когда часы полностью заведены, давление на ключ ослабляется, и барабан приводит в движение поддерживающее колесо и первую передачу обычным способом. Он также перематывает поддерживающую пружину, готовую к следующему заводу часов. При нормальной работе собачка, удерживающая поддерживающее колесо назад, просто проскальзывает по зубьям поддерживающего колеса.

Второе последствие тенденции поддонов уходить с пути колеса состоит в том, что, когда часы останавливаются и останавливаются, оба поддона возвращаются на свои места. ^[5] Если концы одного или обоих поддонов не достаточно длинные, чтобы попасть в зазор между зубьями спускового колеса, тогда колесо будет свободно двигаться, как только часы будут заведены. Такая же проблема может возникнуть, если петли упоров загрязнятся и заклинят в поднятом положении.

Как и другие менее точные спусковые механизмы, кузнечик толкает маятник взад и вперед на протяжении всего цикла; ему никогда не разрешается свободно раскачиваться. ^[5] Это нарушает естественное движение маятника как гармонического осциллятора . Примерно в то же время, когда Харрисон изобрел кузнечика, Джордж Грэм представил улучшенную версию спускового механизма с невозвратным ходом . ^[6] первоначально изобретен Ричардом Таунли в 1675 году, ^[6] что позволило маятнику практически беспрепятственно раскачиваться на протяжении большей части своего цикла. Этот точный спусковой механизм стал стандартом в прецизионных часах-регуляторах. ^[6]

Из-за этих различных особенностей спусковой механизм кузнечика никогда широко не использовался. ^[5] Харрисон использовал его в своих прототипах морских хронометров H1-H3. ^[7] а Джастин и Бенджамин Вуллиами изготовили небольшое количество регуляторов, используя конструкцию Харрисона. ^[8] но сегодня он остается тем, чем был во времена Харрисона: блестящей, уникальной диковинкой.

Джона Тейлора Корпусные часы

Уникальные общественные часы, построенные как дань уважения к спуску кузнечика Джона Харрисона, « Часы Корпуса » были открыты в Корпус-Кристи колледже Кембриджского университета в Кембридже , Англия , 19 сентября 2008 года. Промышленник Джон Тейлор потратил 1 миллион фунтов стерлингов на постройку механических часов. Чувствуя, что спусковой механизм Харрисона недостаточно известен, на верхней части часов выставлен спусковой механизм в виде кузнечика, построенный в форме демонического кузнечика , называемого «Хронофаг» или «Пожиратель времени», который ритмично открывает и закрывает свои челюсти. представляющее пожираемое время.

Часы диаметром 1,5 метра имеют множество других примечательных особенностей. У него нет стрелок, а используются три концентрические пары сложенных друг на друга кольцевых дисков — по одной паре для часов, минут и секунд — с прорезями и линзами, позволяющими избирательно выходить свету из закрытого, постоянно светящегося набора светодиодов . Расположение прорезей на каждом диске, а также вращение переднего диска каждой пары создает эффект нониуса , создавая иллюзию света, вращающегося с разной скоростью вокруг трех концентрических окружностей на циферблате часов.

Маятник ускоряется, замедляется, а иногда и останавливается, но каждые пять минут возвращается к правильному времени. Тейлор разработал часы, чтобы напомнить себе о своей смертности. ^[9]

Пармиджани Инфинит

Используется спусковой механизм типа «кузнечик». ^{[ нужна ссылка ]} в совершенно новом механизме, предназначенном для наручных часов. В этом новом типе механического регулятора используются гибкие конструкции как спускового механизма, так и генератора. Силиконовое колесо совершает около 86 400 колебаний в час, примерно в три раза быстрее, чем в обычных наручных часах. Первоначальная разработка была осуществлена в Швейцарском центре электроники и микротехнологий (CSEM) под руководством Пьера Женеканда, швейцарского физика, в качестве ведущего изобретателя. ^[10] За счет максимального устранения трения такие часы могут работать более месяца после завода, что является исключительным запасом хода. ^[11] Прототип такого нового калибра (механизма) был представлен компанией Parmigiani Fleurier . ^[12]

Берджесс Часы B

Спусковой механизм в виде кузнечика является неотъемлемой частью скульптурных часов Мартина Берджесса , известных как Burgess Clock B. Одни из пары, основанной на технологии последних часов-регуляторов Джона Харрисона , они были завершены компанией Charles Frodsham & Company по заказу его владелец Дональд Сафф . После успешных испытаний он был передан в Королевскую обсерваторию в Гринвиче для детальной оценки его долгосрочных характеристик. ^[13] За этим следили Благочестивая компания часовщиков и Национальная физическая лаборатория , представители которой прикрепили к корпусу часов защитные пломбы. Хотя часы имеют электрический завод, что предотвращает любые помехи в работе часов во время оценки, в остальном они полностью механические. По истечении периода в сто дней максимальная ошибка не превышала пяти восьмых секунды - не требовалось допускать постоянный дрейф времени (скорости). В результате 18 апреля 2015 года организация Книги рекордов Гиннеса вручила сертификат мирового рекорда. ^[14] Мартину Бёрджесу за создание самых точных чисто механических часов, работающих на открытом воздухе. Часы остаются в ROG; в 2017 году его перенесли в галерею морских хронометристов Харрисона, где его работу продолжают контролировать.

Ссылки

^ Часовой журнал . Британский часовой институт. Июль 1898 г. с. 152.
^ Лэйкок, Уильям (1976). Утраченная наука Джона «Долготы» Харрисона . Брант Райт Ассошиэйтс Лимитед. п. 28. ISBN 978-0-903512-07-7 .
^ Рид, Томас (1846). Трактат о часовом деле, теоретический и практический . Блэки и сыновья. п. 192.
^ Треффри, Тимоти (2005). По следам Джона Харрисона; Часовой журнал, Том 147, №4 . Британский часовой институт. стр. 136–139.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ду, Руксу; Се, Лунхан (2012). Механика механических часов . Springer Science and Business Media. стр. 17–19. ISBN 978-3642293085 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Эндрюс, WJH, Часы и часы: скачок к точности в Мейси, Сэмюэл (1994). Энциклопедия времени . Тейлор и Фрэнсис. п. 126. ИСБН 0-8153-0615-6 .
^ Беттс, Джонатан (2006). Время восстановлено: хронометристы Харрисона и RT Gould . Издательство Оксфордского университета. п. 444. ИСБН 0-19-856802-9 .
^ Беттс, Джонатан; сигнал регулятора Входной Бад, Роберт; Дебора Джин Уорнер (1998). Энциклопедия времени: Историческая энциклопедия . Тейлор и Фрэнсис. стр. 122–123. ISBN 0-8153-1561-9 .
^ «Новые фантастические часы даже показывают время» . Новости Эн-Би-Си . Архивировано из оригинала 2 ноября 2020 года.
^ Дэниел Хуг: Конец тик-так. В: Neue Zürcher Zeitung в воскресенье , 21 сентября 2014 г., стр. 29
^ «Инновация часового дела: часы, которые нужно заводить только раз в месяц» . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 1 февраля 2016 г.
^ «Parmigiani Fleurier представляет SENFINE в 2016 году» . Архивировано из оригинала 1 февраля 2016 г. Проверено 1 февраля 2016 г.
^ МакЭвой, Рори (2015). Вторая за сто дней; Часовой журнал, том 157, №9 . Британский часовой институт. стр. 407–410.
^ «Видео: Как «идеальные часы» переосмысливают историю хронометража спустя 300 лет» . Книги рекордов Гиннесса . 28 апреля 2015 г.

Внешние ссылки

Хедрик, Марк. «Побег кузнечика» . abbeylock.com . Проверено 24 апреля 2015 г. Анимированная диаграмма, показывающая работу.
Часы-регулятор Бенджамина Вуллиами - Механизм регулятора 1780 года от Вуллиами, один из немногих, принявших спусковой механизм «кузнечик».
Спусковой механизм «Кузнечик» с двумя шарнирами — Джон Харрисон на YouTube, трехмерная анимация двухшарнирного варианта спускового механизма «Кузнечик». Это более симметрично и, следовательно, легче следовать, но обычно не используется.
Спусковой механизм кузнечика с одним шарниром - Джон Харрисон на YouTube, трехмерная анимация более компактной формы спускового механизма кузнечика с одним шарниром.
Спуск кузнечика на YouTube: четкое изображение голого спускового механизма кузнечика.
Часы Бёрджесса B в Королевской обсерватории, 19 января 2015 г., на YouTube: ограниченный вид спускового механизма кузнечика в работающих высокоточных часах.
Часы Burgess B - описание часов B Мартина Берджесса , в которых используется спусковой механизм «кузнечик» для достижения точности лучше одной секунды за 100 дней.

[1] Часовой журнал . Британский часовой институт. Июль 1898 г. с. 152.

[2] Лэйкок, Уильям (1976). Утраченная наука Джона «Долготы» Харрисона . Брант Райт Ассошиэйтс Лимитед. п. 28. ISBN 978-0-903512-07-7 .

[3] Рид, Томас (1846). Трактат о часовом деле, теоретический и практический . Блэки и сыновья. п. 192.

[4] Треффри, Тимоти (2005). По следам Джона Харрисона; Часовой журнал, Том 147, №4 . Британский часовой институт. стр. 136–139.

[Du-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ду, Руксу; Се, Лунхан (2012). Механика механических часов . Springer Science and Business Media. стр. 17–19. ISBN 978-3642293085 .

[Macey-6] Jump up to: ^а ^б ^с Эндрюс, WJH, Часы и часы: скачок к точности в Мейси, Сэмюэл (1994). Энциклопедия времени . Тейлор и Фрэнсис. п. 126. ИСБН 0-8153-0615-6 .

[7] Беттс, Джонатан (2006). Время восстановлено: хронометристы Харрисона и RT Gould . Издательство Оксфордского университета. п. 444. ИСБН 0-19-856802-9 .

[8] Беттс, Джонатан; сигнал регулятора Входной Бад, Роберт; Дебора Джин Уорнер (1998). Энциклопедия времени: Историческая энциклопедия . Тейлор и Фрэнсис. стр. 122–123. ISBN 0-8153-1561-9 .

[9] «Новые фантастические часы даже показывают время» . Новости Эн-Би-Си . Архивировано из оригинала 2 ноября 2020 года.

[10] Дэниел Хуг: Конец тик-так. В: Neue Zürcher Zeitung в воскресенье , 21 сентября 2014 г., стр. 29

[11] «Инновация часового дела: часы, которые нужно заводить только раз в месяц» . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 1 февраля 2016 г.

[12] «Parmigiani Fleurier представляет SENFINE в 2016 году» . Архивировано из оригинала 1 февраля 2016 г. Проверено 1 февраля 2016 г.

[13] МакЭвой, Рори (2015). Вторая за сто дней; Часовой журнал, том 157, №9 . Британский часовой институт. стр. 407–410.

[14] «Видео: Как «идеальные часы» переосмысливают историю хронометража спустя 300 лет» . Книги рекордов Гиннесса . 28 апреля 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]