Стабилизаторы силы привода в виде улитки можно найти в старых часах французского, английского и немецкого происхождения. Вероятно, несколько старше другой стабилизатор в виде особого кулачка, который встречается иногда у некоторых немецких карманных и настольных часов. Для компенсации приводной силы здесь достаточна сравнительно малая сила плоской пружины, прижимающей тормозной палец к окружности плоского кулачка, насаженного на вал барабана пружины (здесь тормозной момент действует против приводного момента пружины). Форма кулачка подбиралась так, чтобы равнодействующая приводная сила была постоянной. По сравнению с улиткой кулачок занимал меньше места, а поэтому его применяли прежде всего для карманных часов. Однако в целом он не слишком привился и был вытеснен улиткой и для плоских часов, где она удерживалась примерно до конца XVIII и начала XIX в., когда заканчивавшаяся эра «шпиндлевок» сменялась новыми типами часов с современными спусковыми механизмами. У этих часов с анкерными спусковыми механизмами стабилизаторы силы привода быстро отпадали, они сохранились лишь у морских хронометров.
Однако на работу самой совершенной пружины постоянно влияют некоторые факторы, например потери от трения между витками, которые теперь понижаются путем полирования поверхности пружины и смазкой. Ослабление приводной силы, вызываемое усталостью материала, существенно уменьшали тем, что делали пружины из нержавеющей стали или из особых сплавов. Однако, несмотря на это, каждая пружина в ходе своего разматывания изменяет свою приводную силу. Для устранения этого недостатка применяли несколько способов.
Самый старый способ исходил из стремления исключить в работе пружины ее начальную и конечную фазу, поскольку приводная сила пружины резко падает именно при полной заводке и при окончании завода. Для карманных часов использовали в целях ограничения рабочего диапазона пружины кулачковый механизм. На практике встречались различные кулачковые механизмы, самым известным из которых является мальтийский механизм, далее идут кольцевидные кулачковые механизмы, или же пальцевые. Кулачковые механизмы должны были ограничить натяжение и разматывание пружины до нескольких оборотов вала держателя пружины (как правило, до четырех). Как и улитка, кулачковый механизм сохранился до сих пор лишь в конструкции морских хронометров. При дозаводке цепочка наматывается на последние суженные витки компенсатора до того момента, когда боковая сторона цепочки нажимает на кулачок кулачкового механизма и ставит его на пути пальца на завитке. Кулачковый механизм одновременно сохраняет от разрыва не только саму пружину, но и филигранную цепочку или струну.
У малых карманных часов роль кулачкового механизма позднее взяла на себя реверсивная защелка, которая обеспечивает малое обратное движение пружины и связанное с этим ослабление ее натяжения. Кулачковый механизм и реверсивная защелка защищали пружину от перетяжки. Реверсивная защелка, правда, исключает перетяжку пружины и использование быстро уменьшающейся приводной силы при полностью заведенной пружине, но не мешает тому, чтобы пружина дошла до конца и вызывала замедление хода в последние часы. Этому можно воспрепятствовать только ежедневной регулярной заводкой пружины в одно и то же время, чтобы пружина могла развиваться лишь в оптимальный период своей приводной силы.
Изменчивость приводной силы можно также ограничивать удлинением пружины и увеличением запаса ее энергии. Однако удлинение пружины идет за счет ее толщины. Для тонких пружин требуются также специальные сплавы, лучше выдерживающие нагрузку и усталость. Приводная сила современных пружин несравненно выше, чем у пружин старых часов. Исключительно благоприятные особенности современных пружинных сталей с высоким пределом упругости и особой технологией производства привели к созданию так называемых S-пружин (названных так по их форме в развернутом состоянии), — которые имеют повышенный срок службы и более равномерную приводную силу.
Однострелочные пружинные часы XVI и XVII вв. первоначально заводились ключиком спереди через отверстие в циферблате, а позднее заводной четырехгранник вала пружинного барабана был выведен на заднюю сторону. В отдельных случаях, например у некоторых часов Бреге, четырехгранник находится в оси вала часовой стрелки.
Примерно около 1800 г. некоторые часовщики пытались создать часы с бесключевым заводом. Один из первых вариантов таких часов имел заводной механизм в шейке подвесного кольца карманных или подвесочных часов. Пружина заводилась несколькими нажиманиями и вытягиванием кольца.
Рис. 26. Корончатая заводка: а — зазодка, б — перевод стрелок
1 — коронка, 2 — муфтовое колесо, 3 — триб муфты, 4 — заводной вал, 5 — заводное колесо, 6 — храповое колесо, 7 — барабан пружины, 8 — установочный рычаг, 9 — муфтовый рычаг, 10 — колесо для управления стрелками, 11 — сменное колесо
Механизм завода с корончатой передачей, которую используют и теперь, запатентовал в 1820 г. англичанин Т. Прест. Его идею усовершенствовал в 1842 г. до нынешнего вида Адриен Филипп (рис. 26). Несколько позднее производством таких механизмов завода начала заниматься известная швейцарская фирма «Патек Филипп и компания». В английской часовой промышленности, консервативно придерживающейся стабилизатора приводной силы типа улитки, для которого такой механизм завода не подходил, не могли использовать этот способ.
Лишь в последние десятилетия XIX в. и в начале нашего века большинство английских часовых фирм тоже перешли на корончатый механизм завода с коронной передачей и передвижным рычажным механизмом для передвижения стрелок, управляемым небольшой кнопкой на боковой стороне футляра часов. Однако система Патека была самой простой: стрелки перемещались и пружина заводилась одной заводной головкой, которая перемещалась на две позиции. У старых часов стрелки передвигались вручную ключом, насаживаемым на четырехгранник минутного колеса или же рукой (у «роскопфок»). Вращение стрелок независимо от всего остального механизма часов было возможно благодаря наличию специально для этого приспособленной муфты.
Рис. 27. Автоматический заводной механизм: 1 — рабочее колесо, 2 — преобразователь, 3 — понижающая передача. 4 — ограничитель натяжения при заводке коронкой, 7 — пружина, 8 — барабан пружины, 9 — коронка
Механизм для автоподзавода часов, схема которого приведена на рис. 27, относится теперь к основному оснащению современных наручных часов. Его главные составные части: ротор, заводимый в обе стороны, в виде сегмента, отлитого из тяжелого металла, преобразователь вращения для изменения двухстороннего вращения ротора в однонаправленное движение заводки и передаточный механизм, увеличивающий малую силу заводки сегмента. Автоподзавод не являлся новинкой, его изобрел еще в XVIII в. швейцарец Перрелет, позднее усовершенствовал Бреге, а в 1780 г. на нее получил в Лондоне патент Рекордон. В период 1780-1800 гг. Бреге изготовил ряд карманных часов с автоподзаводом, у которых заводной элемент был не вращающимся сегментом, а имел сбалансированные рычаги. Швейцарский патент на автоматический заводной механизм получил в 1924 г. англичанин Джон Гарвуд, изготовивший одним из первых так называемые автоматические наручные часы. Главное значение этого решения заключается в сохранении сравнительно постоянной приводной силы пружины, если часы носят регулярно, а это обеспечивает повышенную точность их хода. Однако и то, что отпала ручная заводка, является большим удобством, которым нельзя пренебречь.
Зубчатые передачи механических часов всегда имели двойную задачу — подавать энергию осциллятору и подсчитывать его колебания. Сохранилось много конструктивных вариантов — от простой трехколесной системы с валами в одной плоскости (у балансирных часов) и обычным расположением и системы с центральной секундной стрелкой до сложных механизмов, указывающих дату и другие календарные и астрономические данные.
Рис. 28. Главная передача часов: а — с минутным колесом (1 — ведущее колесо, 2 — барабан пружины, 3 — минутное колесо, 4 — минутный триб, 5 — промежуточный триб, 6 — промежуточное колесо, 7 — секундный триб, 8 — секундное колесо, 9 — спусковой триб, 10 — спусковое колесо); б — без минутного колеса (1 — барабан пружины, 2 — ведущее колесо, 3 — сменное колесо, 4 — второе промежуточное колесо, 5 — второй промежуточный триб, 6 — первый промежуточный триб, 8 — триб спускового колеса)
На рис. 28а приведены два основных типа часовых зубчатых передач. Первый из них проще, и с ним мы встречаемся у дешевых часов с шварцвальдским, или штифтовым, спусковым механизмом. Для привода стрелочного механизма здесь служит специальное колесо на пружинном барабане. Несколько сложнее второй механизм (рис. 28б) с минутным колесом, от которого в этом случае выводится движение часовой стрелки. Еще более сложен механизм часов с центральной секундной стрелкой. Уже при беглом осмотре этих механизмов можно видеть, на какой срок хода с одной заводкой часов рассчитывал производитель этих часов. (На механизмах, приведенных на рис. 28, видно, что это механизмы с односуточным ходом.) Чтобы часы при одинаковой длине пружины шли дольше, необходимо увеличить общее передаточное отношение и поместить между ведущим колесом вала барабана пружины и трибом на валу минутного колеса еще одно или два дополнительных колеса с трибами.
Часовые зубчатые колеса сильно отличаются от эвольвентных зубчатых передач, используемых в машиностроении общего назначения, так как в часовом деле привилась циклоидная зубчатая передача. Производство зубчатых деталей относилось в ранний период часового производства к самым трудным ручным работам. После прорезания зазоров на окружности колеса оставляли ровные боковые стороны зубьев и слегка закругляли их головки. За небольшим исключением речь шла о производстве колес с торцовыми зубьями.