Что такое "камни" и для чего они нужны в часах?
Камни - наверное, самая интригующая часть часового механизма. Почему их количество всегда маркируется на корпусе или циферблате часов?
Камни - наверное, самая интригующая часть часового механизма. Почему их количество всегда маркируется на корпусе или циферблате часов? Почему англичане называют их драгоценными (jewels) и сколько они стоят? Какую роль они играют в механизме? Влияет ли их количество на качество и стоимость самих часов? И это только лежащие на поверхности вопросы.
Любой специалист на вопрос, зачем нужны в часах камни, не задумываясь ответит: “Для стабилизации трения и понижения степени износа контактирующих поверхностей механизма”. Именно так обозначена функция камней в стандарте NIHS 94-10, принятом в 1965 году швейцарской организацией NIHS (Normes de l’industrie Horloge Suisse). Попробуем разобраться, что это означает.
Камень цапфу точит
Если хотя бы в общих чертах представить себе работу часового механизма, то становится понятно, что его основные оси должны находиться под постоянным напряжением: с одной стороны на них давит сила заводной пружины, заставляя вращаться, а с другой - скорость их вращения сдерживает регулятор баланс-спирали. Опора баланса испытывает чуть ли не наибольшую нагрузку во всем механизме. Мало того, что эта ось совершает с высокой скоростью совершает возвратно-поступательные движения, так на ней еще и закреплен сам баланс – штука весомая.
Цапфы, которыми оси контактируют с платиной и мостами механизма, делают как можно тоньше, чтобы уменьшить трение в опорах осей и расход энергии пружины на его преодоление. В любом механизме для стабилизации трения вращающейся осью и неподвижным каркасом (платиной) устанавливают подшипник.
Так вот, часовые камни обычно и используют как подшипники или подпятники для цапф осей. На самом деле, нельзя сказать, что камни применяются для уменьшения трения в опорах осей. И в принципе коэффициент трения в паре закаленная сталь – рубин (алмаз) примерно равен коэффициенту трения закаленной стали в паре с латунью. Зачем же тогда использовать драгоценности в роли подшипников?
Как уже было сказано выше, цапфы осей наручных и карманных часов имеют очень малый диаметр – 100 микрон. А известно, что сила давления прямо зависит от площади контактирующих поверхностей. Таким образом, часовые камни призваны не столько уменьшать трение, сколько увеличивать долговечность опор осей в часах. Кроме того, камни не коррозируют, а отшлифовав камень, можно получить совершенную и долговременную чистую поверхность.
Помимо опор, камни используются еще в двух местах, подвергающихся интенсивному воздействию. Из них изготавливаются палеты, крепящиеся на плечах анкерной вилки, и импульсный камень. Опять же - только очень прочный минерал может выдержать давление зубьев анкерного колеса и удары о рожки анкерной вилки.
Неудивительно, что часовые камни стали настоящей находкой для часовщиков в XVIII веке - когда началась эра карманных часов. Механизмы стали настолько малы, что детали под давлением заводной пружины быстро приходили в негодность.
Первые часы с драгоценными камнями в механизме были выпущены в 1704 году. Но идея использовать их в столь необычном качестве принадлежала великому английскому часовщику Джорджу Грэму (George Graham 1673-1751), прославившемуся изобретением в 1713 году механизма свободного анкерного спуска, который наиболее распространен и в наше время. За свою жизнь Грэм создал более 3000 карманных часов, и во всех из них, начиная с 1725 года оси, палеты и импульсный ролик сделаны из рубина.
Где служат камни
Раз уж мы разобрались, для чего именно нужны камни, давайте посмотрим, какую форму они должны иметь, виды камней и где именно в часах они несут свою службу.
Часовые камни могут быть следующих видов:
сквозные
накладные
палеты
импульсные
Сквозные камни – основа часов. В классическом 17-камневом механизме их 12 штук. Они воспринимают радиальные нагрузки в опорах осей. Некоторые из них имеют цилиндрические или оливированные (скругленные) отверстия. Во всех сквозных камнях есть специальное углубление - масленка, способная удерживать часовое масло.
Накладные камни призваны уменьшать трение на торцевых поверхностях осей. Их устанавливают, как правило, на балансе и осях быстроходных колес. В кварцевых часах подпятники иногда вообще не ставятся.
Оптимальное число камней в простых механических часах с боковой стрелкой - 17. Располагаются они обычно следующим образом:
Опора баланса - 4 (2 сквозных и 2 накладных)
Импульсный камень (эллипс) - 1 Ось промежуточного колеса - 2
Палеты - 2 Ось анкерного колеса - 2
Ось анкерной вилки - 2 Центральный триб - 2
Ось секундного колеса – 2
Иногда производители, из конструкторских соображений, убирают часть камней: ставят камень только на нижнюю опору центрального колеса, а в верхнюю запрессовать подшипник из латуни, руководствуясь тем, что на нее приходится меньше давления. В таком случае на часах будет честно написано: 16 камней. Ну а если часы имеют центральная секундную стрелку, необходимость в секундной оси отпадает и количество камней сокращается до 15. Естественно, что различные дополнительные устройства и циферблаты – календарные, секундомерные, автоподзавод могут увеличивать число камней.
В последнее время современные механизмах используют 21 камень: две пары камней стоят еще и на концах осей анкерного и третьего колеса ставятся накладные камни.
Промышленность против природы
До начала ХХ века в карманных часах настоящие драгоценные камни находились и внутри механизма и, как украшение, - на корпусе. Все изменилось, когда в 1902 году была изобретена технология выращивания искусственных сапфиров и рубинов, что позволило увеличить производство часовых механизмов во много раз. Часы стали массовым товаром. Сейчас в часах натуральные рубины практически не используются. С технической точки зрения выращенные кристаллы более стабильны по своим свойствам и более предсказуемы в обработке. Единственный аспект, по которому настоящие камни все-таки считаются лучше искусственных - эстетический.
Много - не мало?
Если в предыдущем разделе было описано типовые виды и классическое расположение камней, то сейчас давайте посмотрим, какие отклонения от принятой нормы встречаются чаще.
В принципе, понятно, что количество камней в часах зависит от количества осей. Если, например, в хронографе есть дополнительные циферблаты с секундными стрелками, то цапфы их осей неплохо бы защитить камнями, то же самое - в случае с осью репетира. Однако когда встречаешь такие маркировки «50 камней», «83 камня» или даже «100 камней», возникает недоумение: каким образом и зачем их туда запихнули?!
В часовом производстве существует такое понятие как “нефункциональные” или “декоративные” камни - им можно, например, дырку в плате некрасивую закрыть или просто украсить механизм - если задняя крышка прозрачная. Но, согласно стандарту, принятому во всем мире, на маркировке указывается только количество функциональных камней. Во всяком случае, на всех часах, произведенных после 1965 года. В чем же тогда дело?
Дело в том, что понятие «функциональность» достаточно растяжимо. Кто-то считает, что камни, установленные для более плавного хода календарного диска, - не функциональны. Но ведь они действительно снижают трение, причем намного. В обычных механизмах для приведения диска в движение требуется усилие 20-25 граммов на миллиметр. А камни позволяют снизить это усилие в два раза, а значит существенно уменьшить нагрузку на механизм. Разве это не функционально, скажем, для ультратонких или сложных механических часов, в которых помимо хронографа есть еще и указатели фаз Луны, запаса хода и прочие функции?
Правда встречаются и достаточно курьезные примеры. Например, американская фирма Waltham выпустила часы на... 100 камнях. 17 камней в них находились на своих законных местах, а остальные 83 были размещены по кругу ротора автоподзавода. При этом получилось, что дырочек на окружности просверлили 84, и одна из них так и осталась зиять пустотой – производители не захотели переваливать за круглую цифру. Ход ротора, увешенного камнями, был, конечно, более плавный, но этого эффекта можно было бы добиться за счет меньшего количества камней.
Или еще пример: часы швейцарского производителя, из скромности не указавшего свое имя, зато гордо разместившего на крышке маркировку «41 камень». Как видно на фотографии, 16 из этих камней вставлены в барабанное колесо, видимо, для того, чтобы оно не терлось о заводную пружину. Трение, конечно, снижено, но довольно расточительным способом. Хотя если эти часы люди покупали как раз из-за указанного на корпусе количества камней, назвать их совсем «нефункциональными» сложно.
Другая «крайность» - часы без камней, ведь в кварцевых механизмах они, в общем-то, не нужны. Колесная передача кварцевого механизма имеет нагрузку только в тот момент, когда поворачивается шаговый двигатель. А в таком случае, поскольку напряжение в осях практически отсутствует, единственное, что нужно для уменьшения трения и предотвращения износа деталей - это сделать поверхности как можно легче. Поэтому платы и колеса кварцевых часов часто вообще делают из пластика.
А коэффициент трения стали оси о пластик или пластика о пластик очень невысок. Поэтому функционально в кварцевых часах камни нужны только в одном месте – опоре ротора шагового двигателя. Это единственная ось, находящаяся под напряжением. Так что маркировка на кварцевых часах “2 камня”, “1 камень” (если он помещен только под нижней цапфой) или даже “0 камней” (No jewels) совсем не означает, что вас в чем-то обделили. Не в камнях счастье.
Опубликовано в журнале "Мои Часы" №1-2003