Що таке "камені" і для чого вони потрібні в годиннику?

Камені - напевно, найцікавіша частина годинникового механізму. Чому їх кількість завжди маркується на корпусі чи циферблаті годинника?

Камені - напевно, найцікавіша частина годинникового механізму. Чому їх кількість завжди маркується на корпусі чи циферблаті годинника? Чому англійці називають їх коштовними (jewels) і скільки вони коштують? Яку роль вони грають у механізмі? Чи впливає їх кількість на якість та вартість самого годинника? І це лише питання, що лежать на поверхні.

Будь-який фахівець на запитання, навіщо потрібне в годиннику каміння, не замислюючись відповість: "Для стабілізації тертя та зниження ступеня зношування контактуючих поверхонь механізму". Саме так позначено функцію каміння у стандарті NIHS 94-10, прийнятому 1965 року швейцарською організацією NIHS (Normes de l’industrie Horloge Suisse). Спробуймо розібратися, що це означає.

Камінь цапфу точить
Якщо хоча б у загальних рисах уявити роботу годинникового механізму, то стає зрозуміло, що його основні осі повинні знаходитися під постійною напругою: з одного боку на них тисне сила заводної пружини, змушуючи обертатися, а з іншого - швидкість їх обертання стримує регулятор баланс- спіралі. Опора балансу відчуває чи не найбільше навантаження у всьому механізмі. Мало того, що ця вісь здійснює з високою швидкістю здійснює зворотно-поступальні рухи, так на ній ще й закріплений сам баланс – штука вагома.

Цапфи, якими осі контактують з платиною та мостами механізму, роблять якомога тонше, щоб зменшити тертя в опорах осей та витрату енергії пружини на його подолання.У будь-якому механізмі для стабілізації тертя віссю, що обертається, і нерухомим каркасом (платиною) встановлюють підшипник.

Так ось, вартове каміння зазвичай і використовують як підшипники або підп'ятники для цапф осей. Насправді, не можна сказати, що камені застосовуються зменшення тертя в опорах осей. І в принципі коефіцієнт тертя в парі загартована сталь - рубін (алмаз) приблизно дорівнює коефіцієнту тертя загартованої сталі в парі з латунню. Навіщо тоді використовувати коштовності в ролі підшипників?

Як вже було сказано вище, цапфи осей наручного та кишенькового годинника мають дуже малий діаметр – 100 мікрон. А відомо, що сила тиску прямо залежить від площі поверхонь, що контактують. Таким чином, годинникове каміння покликане не стільки зменшувати тертя, скільки збільшувати довговічність опор осей у годиннику. Крім того, камені не корозують, а відшліфувавши камінь, можна отримати досконалу та довготривалу чисту поверхню.

Крім опор, каміння використовується ще у двох місцях, що піддаються інтенсивному впливу. З них виготовляються палети, що кріпляться на плечах анкерної вилки, та імпульсний камінь. Знову ж таки - тільки дуже міцний мінерал може витримати тиск зубів анкерного колеса та удари об ріжки анкерної вилки.

Не дивно, що годинникове каміння стало справжньою знахідкою для годинникарів у XVIII столітті - коли почалася ера кишенькового годинника. Механізми стали настільки малі, що деталі під тиском пружини швидко приходили в непридатність.

Перший годинник з дорогоцінним камінням у механізмі було випущено в 1704 році.Але ідея використовувати їх у такій незвичайній якості належала великому англійському годиннику Джорджу Грему (George Graham 1673-1751), що прославився винаходом в 1713 механізму вільного анкерного спуску, який найбільш поширений і в наш час. За своє життя Грем створив понад 3000 кишенькових годинників, і у всіх з них, починаючи з 1725 осі, палети та імпульсний ролик зроблені з рубіну.

Де служать каміння
Якщо ми вже розібралися, для чого саме потрібне каміння, давайте подивимося, яку форму вони повинні мати, види каменів і де саме в годинах вони несуть свою службу.
Вартові камені можуть бути наступних видів:
наскрізні
накладні
паллети
імпульсні

Наскрізне каміння – основа годинника. У класичному 17-кам'яному механізмі їх 12 штук. Вони сприймають радіальні навантаження в опорах осей. Деякі мають циліндричні або оливовані (округлені) отвори. У всіх наскрізних каменях є спеціальне поглиблення - маслянка, здатна утримувати олію годинника.

Накладне каміння покликане зменшувати тертя на торцевих поверхнях осей. Їх встановлюють, як правило, на балансі та осях швидкохідних коліс. У кварцовому годиннику підп'ятники іноді взагалі не ставляться.

Оптимальне число каменів у простому механічному годиннику з бічною стрілкою - 17. Розташовуються вони зазвичай наступним чином:

Опора балансу - 4 (2 наскрізні та 2 накладні)
Імпульсний камінь (еліпс) - 1 Вісь проміжного колеса - 2
Палети - 2 Вісь анкерного колеса - 2
Вісь анкерної вилки - 2 Центральний триб - 2
Вісь секундного колеса – 2

Іноді виробники, з конструкторських міркувань, прибирають частину каміння: ставлять камінь тільки на нижню опору центрального колеса, а у верхню запресують підшипник з латуні, керуючись тим, що на неї доводиться менше тиску. У такому разі на годиннику буде чесно написано: 16 каменів. Ну а якщо годинник має центральну секундну стрілку, необхідність у секундній осі відпадає і кількість каменів скорочується до 15. Природно, що різні додаткові пристрої та циферблати – календарні, секундомірні, автопідзавод можуть збільшувати кількість каменів.
Останнім часом сучасні механізми використовують 21 камінь: дві пари каменів стоять ще й на кінцях осей анкерного та третього колеса ставляться накладні камені.

Промисловість проти природи
До початку ХХ століття в кишеньковому годиннику справжнє дорогоцінне каміння знаходилося і всередині механізму і, як прикраса, - на корпусі. Все змінилося, коли у 1902 році було винайдено технологію вирощування штучних сапфірів та рубінів, що дозволило збільшити виробництво годинникових механізмів у багато разів. Годинник став масовим товаром. Зараз у годиннику натуральні рубіни практично не використовуються. З технічної точки зору вирощені кристали стабільніші за своїми властивостями і більш передбачувані в обробці. Єдиний аспект, за яким справжні камені все-таки вважаються кращими за штучні - естетичний.

Багато – не мало?
Якщо у попередньому розділі було описано типові види та класичне розташування каменів, то зараз давайте подивимося, які відхилення від прийнятої норми зустрічаються частіше.

В принципі, зрозуміло, що кількість каменів у годиннику залежить від кількості осей.Якщо, наприклад, у хронографі є додаткові циферблати з секундними стрілками, то цапфи їх осей непогано б захистити камінням, те саме - у випадку з віссю репетира. Однак коли зустрічаєш такі маркування «50 каменів», «83 камені» чи навіть «100 каменів», виникає подив: яким чином і навіщо їх туди запхали?!

У годинниковому виробництві існує таке поняття як "нефункціональне" або "декоративне" каміння - ним можна, наприклад, дірку в некрасиву платі закрити або просто прикрасити механізм - якщо задня кришка прозора. Але, згідно зі стандартом, прийнятим у всьому світі, на маркуванні вказується лише кількість функціональних каменів. Принаймні на всіх годинниках, вироблених після 1965 року. У чому тоді справа?

Справа в тому, що поняття «функціональність» досить розтяжне. Хтось вважає, що каміння, встановлене для плавнішого ходу календарного диска, - не функціональне. Але вони дійсно знижують тертя, причому набагато. У звичайних механізмах приведення диска в рух потрібно зусилля 20-25 грамів на міліметр. А каміння дозволяє знизити це зусилля вдвічі, а значить суттєво зменшити навантаження на механізм. Хіба це не функціонально, скажімо, для ультратонкого або складного механічного годинника, в якому крім хронографа є ще й покажчики фаз Місяця, запасу ходу та інші функції?

Щоправда, зустрічаються і досить курйозні приклади. Наприклад, американська фірма Waltham випустила годинник. 100 каменів. 17 каменів у них знаходилися на своїх законних місцях, а решту 83 було розміщено по колу ротора автопідзаводу. При цьому вийшло, що дірочок на колі просвердлили 84, і одна з них так і залишилася сяяти пусткою - виробники не захотіли перевалювати за круглу цифру.Хід ротора, обвішаного камінням, був, звичайно, плавнішим, але цього ефекту можна було б досягти за рахунок меншої кількості каменів.

Або ще приклад: годинник швейцарського виробника, який зі скромності не вказав своє ім'я, зате гордо розмістив на кришці маркування «41 камінь». Як видно на фотографії, 16 із цих каменів вставлені в барабанне колесо, мабуть, для того, щоб воно не терлося об заводну пружину. Тертя, звичайно, знижено, але досить марнотратним способом. Хоча якщо цей годинник люди купували саме через вказану на корпусі кількість каменів, назвати його зовсім «нефункціональними» складно.

Інша «крайність» - годинник без каміння, адже в кварцових механізмах він загалом не потрібний. Колісна передача кварцового механізму має навантаження лише тоді, коли повертається кроковий двигун. А в такому випадку, оскільки напруга в осях практично відсутня, єдине, що потрібно для зменшення тертя та запобігання зносу деталей – це зробити поверхні якомога легшим. Тому плати та колеса кварцового годинника часто взагалі роблять із пластику.

А коефіцієнт тертя стали осі про пластик або пластика про пластик дуже невисокий. Тому функціонально в кварцовому годиннику камені потрібні тільки в одному місці - опорі ротора крокового двигуна. Це єдина вісь, яка перебуває під напругою. Так що маркування на кварцовому годиннику "2 камені", "1 камінь" (якщо він вміщений тільки під нижньою цапфою) або навіть "0 каменів" (No jewels) зовсім не означає, що вас у чомусь обділили. Не в камінні щастя.

Опубліковано в журналі "Мої Годинники" №1-2003