Механические часы - как заставить их тикать правильно?

Как я и предупреждал в теме про историю часового дела в Швейцарии, сейчас подготовил тему про спусковые механизмы в механических часах.

Сразу хочу предупредить профессионалов часового дела (буди здесь такие попадутся), что я не часовой мастер и не ремонтник, поэтому русскоязычная терминология может быть не общепринятой. Но я всё равно постарался корректно использовать и/или переводить термины. Список источников приведу в конце.

Сегодня мы поговорим о механизме механических часов и постараемся объяснить его работу простым языком, совершив путешествие в самое их сердце. Рассмотрим кратко различные детали, из которых состоит часовой механизм, а также то, как они взаимодействуют друг с другом. Основной акцент будет на спусковой механизм.

Будет 23 картинок и видео.

Взглянем на некоторые ключевые компоненты. Главная пластина — это фундамент любого часового механизма. Все остальные детали монтируются именно на неё. Главная пластина вместе с мостами удерживает всё вместе: мосты крепятся к плате с помощью винтов. Камни же (в массе сейчас используются искусственные рубины, которые абсолютно ничем не отличаются от естественных, кроме способа производства) выполняют роль подшипников, позволяя касающимся их деталям (это в основном оси зубчатых колёс) двигаться с минимальным трением. Отметим по терминологии, что "большие" зубчатые колёса в часовых механизмах принято называть "колёсами", а "маленькие" - шестерёнками.

А что же является сердцем часов и заставляет их тикать? По сути, работа часового механизма - это история энергии: (1) аккумулирование энергии, (2) высвобождение и (3) регулирование высвобождения.

Аккумулирование энергии

При вращении заводной головки происходит аккумулирование энергии в главной пружине. Когда мы поворачиваем заводную головку (1), она вращает заводной вал (2). Тот, в свою очередь, вращает корончатое колесо (3), которое приводит в движение храповое колесо (4).

Храповое колесо расположено поверх барабана (5), внутри которого находится важная деталь механических часов — главная пружина. Заводя часы, вы вращаете храповое колесо, которое закручивает главную пружину, обеспечивая необходимый запас энергии для работы механизма. Заводная головка позволяет преобразовать механическую работу рук в энергию сжатой пружины.

Чтобы пружина не разматывалась мгновенно при затягивании, рядом с храповым колесом установлена собачка (клик) (6), которая входит в зубья храпового колеса и предотвращает самопроизвольное разматывание пружины. Теперь энергия хранится в барабане — никаких батареек внутри нет.

Это барабан отдельно и развёрнутая пружина. Хочу обратить внимание, что это современный вариант пружины, S-образной формы, что является более эффективным. Старую пружину от новой вы всегда можете отличить по этой форме - старая в развёрнутом виде представляла собой обычную спираль.

Когда требуется много энергии — например, для питания сложных функций — в механизме может быть более одного барабана, то есть более одной главной пружины. Возможно, вы слышали о калибрах с двойным, тройным или даже четырёхбарабанной конструкцией — это как раз указывает на количество барабанов или пружин в механизме. Однако подавляющее большинство часовых механизмов имеют всего один барабан.

Высвобождение энергии

Теперь у вас есть вся эта энергия, запасённая в барабане, и она стремится вырваться наружу. Путь, по которому энергия высвобождается из барабана, называется зубчатой передачей. Она состоит из колёс, которые передают аккумулированную в главной пружине энергию часового механизма к спусковому механизму, чтобы приводить в движение колесо баланса.

Передаточные числа колёс, которые входят в зубчатую передачу, преобразуют вращение колеса спуска на удобные единицы времени — секунды, минуты и часы — для поворота стрелок часов. Колеса зубчатой передачи — единственные в часах, которые подвергаются нагрузке, поскольку они несут постоянный крутящий момент пружины, который передается на спуск.

- Первое колесо совмещено с барабаном с главной пружиной и вращается медленнее всего.

- Второе (или центральное) колесо делает один оборот в час. Его вал проходит через отверстие в лицевой части главной пластины и приводит в движение специальную шестерню, которая называется "минутный триб" (cannon pinion) - деталь, которая служит основанием для крепления минутной стрелки. Оно также приводит в движение шестерню третьего колеса.

- Третье колесо принимает на свою шестерню, закреплённую на валу, энергию со второго колеса и передаёт вращение на четвёртое колесо, либо же сразу на спусковое колесо (escape wheel).

- Четвёртое колесо (если оно имеется) может приводить в движение секундную стрелку, которая делает один оборот за минуту. Также оно (если имеется) передаёт энергию на спусковое колесо.

Высвобождаемая энергия в процессе разматывания пружины должна быть строго регулирована. Ведь вы не хотите, чтобы накопленная энергия вырвалась хаотично: пружина не должна размотаться за несколько секунд (как на этом видео).

Этот путь в конечном итоге приводит энергию от главной пружины к спусковому механизму, что подводит нас к этапу регулирования высвобождения энергии.
Нам нужен механизм, который контролирует, с какой скоростью энергия может высвобождаться из барабана.



Это сообщение отредактировал hime - 8.02.2026 - 17:06

Регулирование высвобождения энергии

Итак, на данном этапе энергия из барабана передаётся через систему шестерён, которая ведёт нас к этой причудливо выглядящей детали — спусковому колесу (1). В данном случае показано анкерное колесо, потому что оно является компонентом анкерного спуска - частного случая спускового механизма (об этом позже). В анкерном механизме это колесо целыми днями «танцует» с анкерной вилкой (2), качающейся из стороны в сторону. Ритм этого танца задаётся балансовой пружиной (3) и балансом (4), которые колеблются взад-вперёд.

Как же это работает? Это история не только энергии, но и действия с реакцией на это действие. Помните, что энергия сейчас приводит в движение анкерное колесо, заставляя его двигаться вперёд. Пока в барабане есть энергия, колесо стремится сделать шаг вперёд. Важно понимать, что с каждым шагом анкерного колеса происходят две вещи: действие и реакция.

Сначала энергия движется от барабана к анкерному колесу, поэтому колесо стремится двигаться вперёд. При вращении вперёд оно ударяется о камни анкерной вилки, заставляя вилку качнуться в другую сторону. Двигаясь назад, вилка ударяет выступом по импульсному штифту (или импульсному камню), передавая небольшой толчок балансу, и баланс поворачивается в соответствующую сторону.

Теперь наступает очередь реакции. Баланс возвращается обратно, стремясь вернуться в центральное положение — это происходит благодаря балансовой пружине, прикреплённой к нему. Представьте, как вы отгибаете ветку куста, проходя мимо: вы отгибаете её, а когда отпускаете, она возвращается в исходное положение, как будто ничего и не было. Здесь происходит то же самое.

Когда баланс возвращается назад, вместе с ним движется импульсный штифт. Возвращаясь, штифт снова взаимодействует с анкерной вилкой, поворачивая её в другую сторону. При повороте вилки анкерное колесо на мгновение освобождается и делает ещё один шаг вперёд. Этого шага достаточно, чтобы снова толкнуть импульсный штифт и баланс, запуская цикл заново. Так может продолжаться до тех пор, пока в барабане остаётся энергия — она необходима для постоянного движения анкерного колеса вперёд.

(здесь показана замедленная работа этого механизма)

Именно взаимодействие анкерного колеса и анкерной вилки создаёт знакомый звук тикания ваших часов. Спусковой механизм обычно бьёт, например, 18 000 раз в час — так что он весьма занят.

Подводя итог: барабан хранит главную пружину и энергию. При разматывании он приводит в движение ходовое колесо, которое передаёт энергию к спусковому механизму. Анкерная вилка и анкерное колесо распределяют энергию, а баланс с балансовой пружиной регулируют её поток. Теперь вы знаете, что заставляет часы тикать.

(вот как происходит магия самостоятельного запуска)


Это сообщение отредактировал hime - 8.02.2026 - 16:57

Теперь об истории и развитии спусковых механизмов

Как я уже упомянул, анкерный спуск является только частным случаем спусковых механизмов. Он используется в подавляющем большинстве наручных механических часов. Однако у него были как предшественники, так и потомки.

Этот спектр различных конструкций включает в себя немеханические спусковые механизмы, спусковые механизмы, специфичные для определенных часов, а также варианты существующих спусковых механизмов, которые так и не получили распространения. Популярные спусковые механизмы можно охарактеризовать как такие, которые обеспечили значительный прогресс в точности, надежности или в обоих этих аспектах. Остановимся на популярных механических спусковых механизмах, которые использовались в карманных и наручных часах.

13 век: шпиндельный спусковой механизм, неизвестный изобретатель

Самым старым из известных механических спусков является шпиндельный спуск, а до его появления широко использовались водяные часы. Шпиндельный спуск можно отнести к категории спусков с трением, в которых колесо спуска почти всегда находится в контакте с колесом баланса во время его колебаний.

Основной проблемой шпиндельного спуска было то, что при колебаниях баланса зубчатая передача должна была в течение короткое времени двигаться в обратном направлении, что приводило к его износу и потере точности. Шпиндельный спуск появился раньше использования спирали в балансе, хотя в его более поздних версиях спираль и использовалась, обеспечивая несколько более высокую точность. Этот тип спусков использовался с 13 века до примерно конца 19 века.

(один из вариантов шпиндельного спуска)

1695–1726: Цилиндровый спуск, Томас Томпион и Джордж Грэм

Цилиндровый спуск был изобретен Томасом Томпионом в 1695 году, а позже усовершенствован Джорджем Грэмом. Одним из основных преимуществ цилиндрового спуска по сравнению с шпиндельным спуском было решение проблемы кратковременного обратного хода зубчатой передачи. Цилиндровый спуск также был спуском с трением, что приводило к чрезмерному износу.

Английские мастера решили проблему трения, изготовив цилиндры из рубина. Хотя это улучшило характеристики износа, но сделало механизм спуска гораздо более уязвимым к ударам. Это было связано с тем, что всё колесо баланса поддерживалось рубиновым цилиндром. Бреге же сделал важное усовершенствование, изменив расположение рубинового цилиндра так, чтобы он не поддерживал колесо баланса. Эта конструкция успешно использовалась в большом количестве изделий Бреге.

1700: Дуплексный спуск, Роберт Гук

Изобретенный английским учёным Робертом Гуком около 1700 года, дуплексный часовой спускной механизм является еще одним механизмом спуска с трением. Двойной спуск был сложен в изготовлении, однако его точность была намного выше, чем у цилиндрового. Двойной спуск использовался в английских карманных часах с 1790 по 1860 год, а также в недорогих американских часах Waterbury, которые были популярны среди широких масс с 1880 по 1898 год.

В конструкции дуплекса колесо спуска имеет два набора зубцов: длинные фиксирующие зубцы, выступающие снаружи колеса, и короткие импульсные зубцы, выступающие чуть сбоку. (В книге "Часовое дело", Глазго, Дэвид (1885)) утверждается, что «цикл начинается с того, что фиксирующий зубец упирается в рубиновый диск. Когда колесо баланса качается против часовой стрелки вокруг оси, выемка в рубиновом ролике освобождает зуб. Когда колесо спуска поворачивается, анкер находится в нужном положении, чтобы получить толчок от импульсного зуба. Затем следующий фиксирующий зуб падает на рубиновый ролик и остается там, пока балансовое колесо завершает свой цикл и поворачивается обратно по часовой стрелке (CW), и процесс повторяется. Во время поворота по часовой стрелке импульсный зуб снова на мгновение попадает в выемку рубинового ролика, но не освобождается».

Однако настроить спуск было нелегко без замены балансового колеса. Кроме того, дуплексный спуск не был самозапускающимся и мог остановиться при ударе.

(A) колесо спуска (B) фиксирующие зубцы © импульсные зубцы. (D) анкер, и (E) рубиновый ролик.

1750: Анкерный ("швейцарский") спуск, Томас Модж

Анкерный спуск был изобретен Томасом Моджем в 1750 году. Английские часовые мастера были самыми изобретательными и плодовитыми в области спусковых механизмов. Именно другой английский часовой мастер, Томас Модж, изобрел… швейцарский анкерный спуск. Этот спуск был первоначально разработан для часов высокого класса.

Это сообщение отредактировал hime - 8.02.2026 - 17:11

Почему изобретение англичанина стало называться "швейцарским" - во второй половине XIX века более старый и менее эффективный английский анкерный спуск был усовершенствован швейцарцами. Около 1842 года швейцарский часовой мастер Жорж-Огюст Лешо сыграл ключевую роль в индустриализации этого механизма. На протяжении десятилетий швейцарские производители совершенствовали конструкцию, сделав ее основой современного механического часового дела. Он получил широкое распространение и утвердился в конце XIX — начале XX века, когда индустриализация позволила повысить его точность и снизить стоимость производства. И с XIX века он является основной системой спуска, используемой в наручных часах, используемой многими производителями часов по всему миру.

Его работу вы видели уже выше.

Так что же делает этот анкерный спуск столь желанным для производителей? В отличие от дуплексного и других предыдущих конструкций спуска, анкерный спуск является «отделенным», при котором колесо баланса соприкасается с анкером только в течение короткого времени, что означает отсутствие постоянного контакта между спуском и генератором колебаний, что позволяет колесу баланса свободно колебаться между импульсами.

Анкерный спуск также является самозапускающимся, что означает, что если часы/механизм подверглись удару, в результате чего колесо баланса остановилось, спуск автоматически запустится снова.

Анкерный спуск отличается надежностью и точностью. Кроме того, он сравнительно прост в изготовлении и настройке по сравнению с предыдущими механизмами. Эти факторы способствовали тому, что сегодня он является самым популярным спускным механизмом в мире. Если вы носите механические часы, скорее всего, в них установлен анкерный спуск. Ахиллесовой пятой анкерного спуска является то, что используемое в нем скользящее трение требует смазки, которая со временем теряет свои свойства и негативно влияет на точность.

Последнее и одно из самых значительных достижений произошло в начале XXI века с применением в часовом деле кремния, полученного с помощью фотолитографического процесса. Преимущества этого промышленного метода многочисленны: для изготовления колес спуска больше не требуются дорогостоящие резаки для резки зубцов, материал может быть максимально легким и не является магнитным. Например, традиционно изготавливовавшееся колесо спуска из стали, теперь изготавливаются из никель-фосфора (с помощью технологии UV-LIGA) или кремния (с помощью DRIE, глубокого ионного травления).

1974: Соосный (co-axial) спуск, Джордж Дэниелс

В 1974 году Джордж Дэниелс изобрел коаксиальный спуск. Соосный спуск использует радиальное трение вместо скользящего трения для своего действия. Это усовершенствование позволяет коаксиальному спусковому механизму работать без смазки.

Соосный спуск был изобретен британским часовым мастером Джорджем Дэниелсом около 1974 года, а в 1980 году механизм был запатентован. Этот вид спуска является модифицированной версией анкерного спуска. Соосный спуск работает с системой из трех анкеров, которые отделяют функцию блокировки от передачи импульса. И вместо скользящего трения он использует радиальное трение на импульсных поверхностях. Поскольку это значительно снижает скользящее трение камней анкеров по зубьям колеса спуска, отпадает необходимость смазывать камни. Результатом является более высокая точность на протяжении долгого времени, а также снижение необходимости в частом обслуживании часов.

К сожалению, когда Джордж Дэниелс создал соосный механизм в 1974 году, часовая индустрия переживала кварцевый кризис. Другими словами, механические часы были сильно потеснены на рынке, что значительно снизило потребность в специально разработанных спусках. Также его сложнее изготовить и настроить, чем "швейцарский" анкерный спуск. Однако Дэниелс не позволил этому сбить себя с толку. Несмотря на то, что производители часов не проявили интереса к его разработке, Дэниелс взял на себя задачу доказать, что его соосный спуск будет работать. В 1975 году Дэниелс создал соосный спуск, используя свои собственные компоненты, а затем установил его в свои часы Omega Speedmaster.

Но даже после представления рабочей модели бренды по-прежнему не спешили использовать эту новую конструкцию спуска. Только в начале 1990-х годов компания Omega сама вмешалась и решила сотрудничать с Дэниелсом, чтобы помочь ему в коммерциализации его конструкции соосного спуска.

© Omega. Изображение, демонстрирующее версию коаксиального спуска Omega.

В современных часах только Omega и Roger Smith используют коаксиальные спускные механизмы в некоторых своих часовых механизмах. Обе компании использовали конструкцию Джорджа Дэниела и усовершенствовали её. Из этих двух брендов Omega является единственным брендом, использующим соосные механизмы спуска в промышленных масштабах.

Это сообщение отредактировал hime - 8.02.2026 - 17:08

В конце хочу добавить, что это только краткое изложение о различных модификациях механизмов регулирования энергии в механических часах. На самом деле, представленная история механизмов спуска не прямая последовательность от чего-то устаревшего к кардинально новому, а целое дерево с переплетением идей, заимствованиями, общими элементами и новыми подходами. Не упомянул я также морские хронометры, для которых в 1775 году изобретатель Джон Арнольд представил запорный спусковой механизм. Но морские хронометры заслуживают отдельной темы - ведь подумайте, что точность навигации (определение долготы) зависит от их хронометров, а это в свою очередь влияет, кто главный на море, а значит везде.

Это сообщение отредактировал hime - 8.02.2026 - 17:09