Фузея (часы)

Фузея — специальное устройство в механических часах с пружинным приводом, в виде усеченного конуса, предназначенное для выравнивания крутящего момента, передаваемого от барабана заводной пружины на главную колесную систему часов.

Фрагмент механизма напольных часов, демонстрирующий устройство фузейного узла. (Задняя крышка снята).

По мере расходования завода пружины, фузея компенсирует падение крутящего момента путём увеличения передаточного числа, повышая, таким образом, равномерность хода часов, за весь период работы механизма от одного завода до другого.

После изобретения английским часовщиком Томасом Мьюиджем[англ.] в 1755 году свободного анкерного хода, практическая необходимость в фузее отпала, однако, её все ещё можно встретить в дорогих коллекционных часах эксклюзивных серий.

Предпосылки к созданию

править

Первые механические часы использовали в качестве источника энергии гиревой двигатель. Он был прост в изготовлении, весьма надежен и обеспечивал высокую равномерность крутящего момента. Гиревой двигатель состоял из приводного барабана, на который наматывался трос, державший металлическую гирю. В абсолютном большинстве случаев вес тросика или цепи, на которых подвешена гиря, можно считать пренебрежимо малым по сравнению с весом самой гири, следовательно, усилие, развиваемое гиревым двигателем, можно считать постоянным за все время работы часов от подъёма на гири на максимальную высоту до её полного опускания.

Пружинный двигатель, в отличие от гиревого, имел серьёзный недостаток: крутящий момент, развиваемый заводной пружиной, убывал по мере расходования завода.

 
Вариант конструкции фузеи, предложенный Леонардо да Винчи примерно за 30 лет до изобретения, сделанного Якобом Цехом. (Рисунок выполнен не позднее 1500 г.).

Все ранние варианты спусковых механизмов (цилиндровый, штифтовой спуск Аманта, английский анкерный спуск с отходом) имели сильную зависимость скорости хода от величины крутящего момента, передаваемого на спусковое колесо.[1] В особенности указанный недостаток относится к часам со шпиндельным спуском и билянцем, так как билянец, применявшийся в качестве регулятора хода, вообще не имел собственного периода колебаний. Его период колебаний напрямую зависел от крутящего момента.

Изобретение фузеи обычно приписывается пражскому часовщику Якобу Цеху в 1525 г. [2]

Однако, поскольку совершенно очевидно, что до изобретения балансового колеса ни один портативный прибор для измерения времени не мог работать без устройства для выравнивания крутящего момента, то можно предположить, что механизмы, подобные фузее, существовали значительно раньше.

Устройство и принцип работы

править
 
Барабан заводной пружины и фузея, соединённые цепью Гааля.
Рис. 1. (вверху): пружина полностью заведена.
Рис. 2. (внизу): завод пружины полностью израсходован.
(A) ось заводной пружины (закреплена неподвижно), (B) барабан заводной пружины, (C) цепь Гааля, (E) и (e) точки крепления цепи Гааля к барабану заводной пружины и к фузее соответственно, (F) Фузея, (G) заводной вал, (W) ведущая шестерня.

Фузея представляет собой усеченный конус, который соединяется с барабаном заводной пружины при помощи специальной цепочки (т. н. цепь Гааля). На боковой поверхности фузеи выточена канавка в виде конической винтовой спирали, в которую укладывается цепь Гааля при наматывании её на фузею. Цепочка крепится к конусу в нижней его части (в точке наибольшего радиуса) и наматывается на него снизу вверх.

В основании конуса размещается шестерня, которая передает крутящий момент на главную колесную систему часов.

В начальный момент времени (рис. 1.) завод пружины максимальный, а цепочка полностью намотана на конус фузеи. По мере расходования завода, барабан заводной пружины вращается, цепочка наматывается на барабан и сматывается с фузеи. При этом радиус огибания цепочкой барабана остается постоянным, а радиус огибания конической поверхности фузеи плавно увеличивается с каждым витком. Передаточное число является отношением радиуса ведомого вала к радиусу ведущего вала.[3]

Таким образом, уменьшение крутящего момента, развиваемого заводной пружиной компенсируется увеличением передаточного числа между барабаном заводной пружины и фузеей. Радиальный и осевой шаг спиральной канавки фузеи подбираются таким образом, чтобы крутящий момент, передаваемый через шестерню (W) на главную колесную систему часов, оставался постоянным.

Когда весь завод пружины израсходован (рис 2)., вся цепочка намотана на барабан. Для того чтобы снова завести часы, необходимо вращать ключом не ось пружины, как это делается в большинстве современных конструкций (в часах с фузеей она закреплена неподвижно), а ось фузеи, при этом цепь Гааля наматывается обратно на фузею, вращая таким образом барабан и заводя пружину часов.

В отличие от обычных часовых механизмов, где усилие, с которым нужно вращать заводной ключ, плавно возрастает по мере завода пружины, в часах с фузеей усилие заводного ключа всё время остаётся постоянным. Заводящий такие часы не знает, сколько ещё осталось до полного завода пружины. Поэтому часы с фузеей обязательно обязательно должны иметь ограничитель, препятствующий перезаводу пружины и обрыву цепи, связывающей заводной барабан с конусом фузеи. Обычно ограничитель выполняется в форме флажка (см. иллюстрацию в правом верхнем углу статьи). Когда последний виток цепочки будет намотан на конус, цепочка приподнимет флажок, и тот упрётся в ограничитель, расположенный на задней крышке часов, препятствуя таким образом дальнейшему проворачиванию заводным ключом конуса фузеи.

Литература

править
  • Станислав Михаль. Часы (От гномона до атомных часов / перевод с чешского Р.Е.Мельцера. — М.: "Знание", 1983. — 256 с. — 80 000 экз.
  • Попова В.Д. Гольдберг Н.Б. Устройство и технология сборки часов. — М.: "Высшая школа", 1989. — 416 с. — 75 000 экз.

Ссылки

править
  1. Старинные карманные часы с фузеей Murray & Co (Мельбурн, Австралия). Дата обращения: 17 марта 2013. Архивировано 27 сентября 2013 года.
  2. Музей часов. Дата обращения: 16 марта 2013. Архивировано 12 марта 2016 года.
  3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в трёх томах / под. ред. И.Н.Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — С. 719. — 912 с.