Как работают механические часы?

В механических часах нет ни батарейки, ни платы, ни кварцевого кристалла. Они работают от свёрнутой металлической ленты, горстки колёс и крошечного колёсика, которое качается туда-сюда несколько раз в секунду. И всё. При этом хорошие часы держат время с точностью до нескольких секунд в сутки.

Стоит разобраться в пяти-шести деталях — и любые механические часы, от винтажных костюмных с ручным заводом до современного дайвера с автоподзаводом, становятся понятными. Вот вся схема — в том порядке, в каком по ней течёт энергия.

Если коротко

Механические часы выполняют три задачи, одну за другой:

1. Запасают энергию — когда вы крутите заводную головку, скручивается пружина, которую называют заводной пружиной.
2. Передают её дальше — пружина медленно раскручивается и вращает цепочку колёс, колёсную передачу.
3. Выпускают её равными порциями — спуск и баланс отпускают колёса по одному крошечному шагу, в ровном ритме. Именно этот ритм и делает часы часами, а не волчком.

А стрелки просто закреплены на колёсах, которые делают один оборот в час и один оборот за двенадцать часов.

1. Заводная пружина: батарейка часов

Заводная пружина — это длинная тонкая лента из закалённого сплава, свёрнутая внутри небольшой коробочки-цилиндра, которую называют барабаном. Когда вы крутите головку (или когда качается ротор автомата), пружина скручивается туже. Медленно раскручиваясь, она вращает барабан, а его зубчатый край приводит в движение всё остальное.

Время, на которое пружины хватает часам, называется запасом хода. У большинства часов он около 40 часов; в некоторых стоит более длинная пружина или несколько барабанов подряд, и они идут восемь дней. Храповое колесо с собачкой не даёт пружине просто раскрутиться обратно, как только вы отпустите головку, — это те самые щелчки, которые вы чувствуете при заводе.

2. Колёсная передача: превращаем силу во время

Барабан вращается медленно и с большим усилием. Колёсная передача — обычно четыре колеса: центральное, третье, четвёртое и анкерное — превращает это в более быстрое и мягкое движение. Каждое колесо входит в зацепление с маленькой шестерёнкой следующего колеса — трибом, — а передаточные числа подобраны так, что:

• центральное колесо делает один оборот в час (обычно на нём сидит минутная стрелка),
• четвёртое колесо делает один оборот в минуту (на нём часто сидит секундная стрелка — поэтому малая секундная стрелка оказывается там, где расположено это колесо),
• анкерное колесо вращается быстро, зубец за зубцом.

Если ничего не делать, пружина раскрутит эту передачу за долю секунды, и завод кончится. Что-то должно её сдерживать.

3. Спуск: выпускаем энергию порциями

Спуск — самое хитроумное место. В большинстве современных часов это швейцарский анкерный спуск: анкерное колесо с зубцами причудливой формы и небольшая, похожая на якорь анкерная вилка с двумя камнями — палетами.

Вилка качается из стороны в сторону. При каждом качании одна палета пропускает зубец анкерного колеса, а другая ловит следующий. Колёсная передача продвигается ровно на один шаг и снова замирает. Этот цикл «запер — отпустил» и есть тиканье, которое вы слышите, — и причина, по которой секундная стрелка механических часов движется крошечными шажками, а не плывёт по-настоящему плавно.

У спуска есть и вторая задача: каждый зубец, проскальзывая, слегка подталкивает вилку, а та передаёт толчок балансу. Этот толчок и не даёт балансу остановиться.

4. Баланс и спираль: сердцебиение часов

Баланс — это небольшой утяжелённый обод, который качается на оси туда и обратно. Тончайшая спиральная пружинка — спираль, или волосок, — каждый раз возвращает его к центру, поэтому он колеблется с постоянной частотой: как маятник, только такой, что работает в любом положении.

Каждое качание баланса щёлкает по анкерной вилке, а та отпускает анкерное колесо на один зубец. Так баланс задаёт ритм всем часам. Большинство современных часов делает 21 600 или 28 800 полуколебаний в час — это 6 или 8 шажков секундной стрелки в секунду. Что значат эти цифры, мы разбираем в гайде «Частота хода часов».

Точность сводится к тому, насколько ровно качается баланс. На него влияют температура, магнитные поля, положение часов и то, сколько завода осталось в пружине. Часовщик «регулирует» механизм, меняя рабочую длину спирали, пока часы не перестанут и спешить, и отставать.

5. Камни: зачем в часах рубины

Там, где вращаются цапфы осей, и на палетах в часах используют крошечные синтетические рубины. Рубин очень твёрдый и гладкий, поэтому изнашивается медленно и почти не требует масла. В базовом механизме с ручным заводом обычно 17 камней — этого хватает на все важные точки трения. В автоматах их часто от 21 до 25, потому что система автоподзавода добавляет подвижных деталей.

Больше камней — не значит лучше часы. Сверх функционального набора дополнительные камни — в основном украшение.

6. Ремонтуар: работа заводной головки

Заводная головка соединена с заводным валом внутри часов, а небольшой набор рычагов и колёс — ремонтуар, механизм завода и перевода стрелок, — определяет, что именно делает вращение головки:

• Головка прижата — вращение заводит пружину.
• Вытянута на один щелчок (в часах с датой) — вращение меняет дату.
• Вытянута полностью — вращение переводит стрелки, и вы выставляете время.

Примерно до 1840 года часы заводили и переводили отдельным ключом — отсюда английское название этого узла, keyless works, «бесключевой механизм». Подробнее — в гайде «Как настроить механические часы».

7. Стрелочный механизм: часы из минут

Минутная стрелка сидит на оси центрального колеса, а часовая должна вращаться в двенадцать раз медленнее. Небольшой набор колёс под циферблатом — стрелочный механизм — делит вращение минутной стрелки на двенадцать и приводит в движение втулку, на которой сидит часовая стрелка. Отсюда же получают движение диски даты, дня недели и фазы Луны — обычно через колесо, которое делает один оборот за 24 часа.

Чем отличаются автоматы

В часах с автоподзаводом есть всё перечисленное и ещё груз в форме полумесяца — ротор. Когда запястье движется, ротор качается и через систему реверсивных колёс взводит заводную пружину за вас. Фрикционная накладка на конце пружины не даёт её перезавести. Как это меняет жизнь с часами, читайте в гайде «Автоподзавод или ручной завод».

Почему механические часы останавливаются

Механические часы останавливаются по одной простой причине: в заводной пружине кончается энергия. Почти раскрутившись, она уже не может толкать анкерное колесо с достаточной силой, чтобы баланс продолжал качаться, и вся передача замирает. Заведите часы — и они снова пойдут. Это не поломка, а уговор, который вы заключаете с механическими часами.

Посмотрите, как это работает, в Mecha Watch

Читать про баланс — одно. Смотреть на него — совсем другое. В Mecha Watch вы выбираете один из четырёх механизмов — каждый тикает со своей настоящей частотой, — собираете вокруг него часы, а потом переворачиваете их и видите механизм через заднюю крышку.

А поскольку они ведут себя как настоящие, энергию им должны давать вы. Заводите их головкой и чувствуйте каждый щелчок собачки; ходите — и автомат заведётся сам; забудьте о них — и пружина раскрутится, а часы остановятся. Лучшего способа понять механические часы мы не знаем: make a watch — или, если сказать быстро, Mecha Watch. Соберите часы и не давайте им остановиться.

Частые вопросы

Нужна ли механическим часам батарейка?

Нет. Механические часы работают только от свёрнутой заводной пружины, которую вы взводите, вращая головку, а в автомате — движениями запястья.

Почему механические часы тикают?

Из-за спуска. Анкерная вилка запирает и отпускает анкерное колесо по одному зубцу, в ритме качаний баланса. Каждое освобождение — один «тик».

Насколько точны механические часы?

Обычные механические часы за сутки уходят вперёд или отстают на величину от нескольких секунд до примерно 20 секунд. К сертифицированным хронометрам требования строже. Кварцевые часы намного точнее.

Зачем в механических часах камни?

Синтетические рубины служат подшипниками в точках с сильным трением: они твёрдые и гладкие, поэтому детали изнашиваются медленно и им нужно мало масла.

Чем заводная пружина отличается от спирали баланса?

Заводная пружина запасает энергию и приводит часы в движение. Спираль — гораздо более тонкая пружинка, закреплённая на балансе: она управляет его колебаниями, а значит, и точностью хода часов.