Потребность в часах, одинаково точно показывающих время не зависимо от их положения в пространстве, привела к использованию пружинного двигателя вместо гири, уравновешенного маховичка баланса с волоском взамен маятника и, кроме того, к введению дополнительного механизма для завода часов и перевода стрелок.
Принципиальная схема механизма современных часов:
- Механизм завода часов и перевода стрелок
- Стрелочный механизм
- Пружинный двигатель
- Основная колесная система
- Спуск (ход)
- Регулятор (система баланс – волосок)
Ниже указывается назначение основных частей механизма.
Пружинный двигатель аккумулирует энергию во время завода часов, а затем постепенно отдает ее через колесную систему для поддержания действия механизма часов. Аккумулирование энергии основано на завивке упругой ленточной стальной пружины на валик. Пружина одним своим концом соединена с валиком, а другим с корпусом барабана. Барабан имеет зубчатый венец, находящийся в зацеплении с первым зубчатым звеном основной колесной системы. Энергия заведенной пружины расходуется на преодоление сил трения и инерционных сил в механизме, поддержание колебаний регулятора, вращение стрелочного механизма и т. д.
Основная колесная система служит для передачи энергии (усилия)от пружинного двигателя к анкерному (ходовому) колесу увеличению числа оборотов последнего по сравнению с оборотами барабана двигателя. По числу оборотов колес отсчитывают число колебаний баланса, т. е. определяют время. Например, у некоторых часов барабан (полое колесо, в котором находится пружина) делает за сутки 4 полных оборота, между тем как конечное колесо зубчатой передачи - анкерное - 14 400 оборотов за это же время. Соответственно крутящий момент на анкерном колесе примерно 3600 раз меньше по сравнению с крутящим моментом на барабане.
Спуск - узел часов, находящийся во взаимодействии с основной колесной системой и регулятором, совершающим колебательные движения с определенным постоянным периодом. Баланс в короткие, строго определенные промежутки времени воздействует на анкерную вилку и освобождает колесную систему для поворота на некоторый угол. Затем при помощи анкерного колеса и анкерной вилки энергия, получаемая от пружинного двигателя, преобразуется в импульсы, передаваемые балансу для поддержания его колебаний. Спуск часов действует периодически, о чем можно судить по скачкообратному движению секундной стрелки.
Регулятор (система баланс волосок) управляет периодичностью действия спуска. При этом используется свойство относительного постоянства периода колебаний баланса, так как в первом приближении можно считать величину периода колебания системы баланс - волосок постоянной. Для поддержания колебания баланса необходимо сообщать ему энергию, равную теряемой. Если, например, поставить в часовой механизм узел баланса с волоском без анкерной вилки и дать ему извне толчок, то баланс начнет колебаться. При этой волосок будет скручиваться и раскручиваться до тех пор, пока полученная энергия не израсходуется на преодоление трения в опорах оси баланса и сопротивления воздуха при движения баланса, на молекулярное трение в материале волоска, вызываемое изгибами волоска во время его закручивания и раскручивания. Вследствие израсходования энергии баланс остановится, Положение, в котором баланс останавливается, называется равновесным положением. При подводе энергии к балансу колебания его происходят непрерывно.
Стрелочный механизм работает также за счет энергии пружины и служит для создания определенного соотношения в скоростях вращения стрелок, т. е. для уменьшения числа оборотов часовой стрелки в 12 раз по сравнению с числом оборотов минутной стрелки.
Механизм завода часов и перевода стрелок служит для передачи энергии руки на заводную пружину при наматывание ее на вал, а также для установки стрелок на точное время.
