Выбираем часы — кварцевые или механические?

0
99

В данной статье вниманию читателей предлагается подробное описание принципов работы механических и кварцевых часов, а также их сравнительная характеристика, описание преимуществ и ответы на наиболее часто задаваемые вопросы, возникающие во время принятие решение о покупке этого аксессуара. Данная статья изобилует техническими подробностями, поэтому интересна будет, прежде всего, тем, кто заинтересован в максимально полной информации о «начинке» часов и принципах работы часовых механизмов.

 Выбираем часы - кварцевые или механические?

 Итак, начнем с азов. Механизм всех современных часов состоит из четырех основных частей:

 • Двигателя, который обеспечивает энергией и приводит в действие остальные
компоненты механизма
• Регулятора, который вырабатывает колебания определенной частоты и задает тем
самым точность хода часов
• Счетчика, который считает колебания РЕГУЛЯТОРА и переводит их на понятный
человеку язык; и
• Индикатора, отображающего время

 

В зависимости от особенностей устройства основных узлов часы можно разделить на несколько видов. В первую очередь, по типам используемого РЕГУЛЯТОРА часы можно классифицировать на механические и кварцевые.

Механические часы — это часы, в которых время измеряется по механическим колеба¬ниям маятника или системы баланс-спираль. Источником энергии в таких часах обычно являются пружина или гири.

В кварцевых часах эталоном времени являются электромагнитные колебания, выраба¬тываемые генератором на основе кварцевого резонатора. Как правило, источником энер¬гии в них является батарейка.

В свою очередь, механические часы делятся по типу регулятора колебательной системы и по типу привода, а кварцевые — по типу индикации и источнику энергии.

 

Как работают наручные механические часы

Принцип работы балансовых часов такой же, как и гиревых маятниковых: есть двигатель (пружина), который заставляет вращаться зубчатые колеса и стрелки, и есть устройство, которое регулирует скорость их вращения. В наручных часах в качестве источника энергии используют скрученную пружину, которая и движет колеса и стрелки часов. Пружину и баланс можно переносить, трясти, вращать и даже переворачивать.

Пружина в часах представляет собой ленту из стали или специального сплава, свернутую внутри металлического барабана. На наружной цилиндрической поверхности барабана нарезаны зубья, и она является одним из зубчатых колес механизма часов. Барабан одет на вал, относительно которого может свободно вращаться. Внутренний конец пружины зацеплен за крючок на валу, а внешний — тем или иным способом закреплен на внутренней стенке барабана. Если вращать вал при неподвижном барабане, пружина будет закручиваться. Если затем зафиксировать вал, пружина, раскручиваясь, будет стремиться вращать барабан. Это вращение передается на центральный триб, а через триб минутной стрелки, вексельное колесо и триб вексельного колеса — на часовое колесо, на втулке которого закреплена часовая стрелка. Число зубьев в этой колесной передаче подобрано так, что часовая стрелка вращается е 12 раз медленнее минутной. 

Выбираем часы - кварцевые или механические? 

Кинематическая схема наручных часов

с боковой секундной стрелкой
 

Если пружину завести и отпустить, она раскрутится почти моментально. Но от часов мы хотим получить строго равномерное вращение стрелок в течение продолжительного времени. Для этого необходимо устройство, которое за равные промежутки времени будет разрешать барабану (и соответственно стрелкам) поворачиваться на строго определенный угол. Устройство, задающее эти промежутки времени, в часах называют регулятором. В настенных часах им обычно является маятник и спуск. В наручных и карманных часах вместо маятника используется система баланс-спираль.

 

Баланс — это тяжелый круглый обод, маховик, закрепленный на оси с помощью нескольких перекладин. Как и любой маховик, он обладает определенным моментом инерции. Спираль — это узкая полоска специальной пружинной стали, свернутая в форме спирали Архимеда. Из-за очень малой толщины ее иногда называют волоском. Внутренний конец спирали крепится на оси баланса, а внешний крепится к одной из неподвижных деталей каркаса часового механизма. Если баланс повернуть в какую-либо сторону, то в спирали возникнет напряжение, которое тем сильнее, чем больше угол поворота. Если теперь отпустить баланс, он под действием упругой спирали повернется обратно, в положение равновесия. В этом положении напряжение спирали исчезнет, но баланс по инерции повернется дальше почти на такой же угол, на который он был отклонен, снова напрягая пружину.   

Выбираем часы - кварцевые или механические?

Регулятор баланс-спираль

 

 Если бы не было трения и других внешних воздействий, то эти колебания повторялись бы бесконечно. Более того, частота колебаний системы баланс-спираль не зависит от амплитуды, т.е. максимального угла, на который был отклонен баланс. Про такую систему говорят, что она изохронна. Время, за которое баланс совершает полное колебание, зависит только от упругости спирали, диаметра и веса самого баланса. Таким образом, система баланс-спираль совершает колебания с постоянной частотой. Следовательно, мы можем использовать ее для стабилизации скорости вращения колесной передачи.

 

К сожалению, в реальной жизни возникает ряд проблем, Во-первых, из-за трения и других факторов баланс со временем остановится. Для поддержания колебаний необходимо периодически «подталкивать» баланс, передавая ему энергию. Кроме того, колебательное движение баланса необходимо как-то превратить в равномерное вращение колес стрелочной передачи.

 

Для решения этих проблем служит устройство, называющееся спуском или ходом. Анкерный ход (спуск) — это часть механизма часов, у которой две задачи: превращение равномерных колебаний баланса во вращение со стабильной скоростью системы зубчатых колес, включая стрелочную передачу, и передача энергии от двигателя балансу для поддержания его колебаний. При помощи хода система баланс-спираль управляет вращением зубчатой передачи так, что за одно колебание баланса колеса поворачиваются на определенные малые углы.

 

Известно множество различных конструкций спусковых механизмов, но в настоящее время почти все механические наручные часы снабжены спуском одного типа, называемого швейцарским анкерным спуском. Характерной чертой этого спуска является наличие элемента, похожего на корабельный якорь, называемого анкерной вилкой, которая расположена между балансом и последним из зубчатых колес. Анкерная вилка имеет два плеча, в которых закреплены рубиновые камни, называемые палетами, и раздвоенный хвост, концы которого называются рожками. Вилка насажена на ось, которая позволяет ей поворачиваться из стороны в сторону.

В состав спуска входят также колесо с зубьями особой формы, называемое анкерным колесом, и импульсный ролик с импульсным камнем, находящиеся на оси баланса. Детали спуска изображены на рисунке 5. Заводная пружина через зубчатую передачу постоянно стремится повернуть анкерное колесо против часовой стрелки. Но этому препятствует анкерная вилка. Большую часть времени одна из паллет анкерной вилки «запирает» зуб анкерного колеса, не давая тому повернуться.

 

Баланс большую часть времени двигается свободно и не имеет контакта с анкерной вилкой. Возвращаясь в своем колебании из крайней точки, он бьет импульсным камнем по рожку и поворачивает анкерную вилку. При этом палета, запиравшая зуб анкерного колеса, поднимается и освобождает зуб. Как только зуб оказывается свободным, анкерное колесо под влиянием заводной пружины начинает поворачиваться, и теперь уже зуб анкерного колеса «подталкивает» палету и поворачивает анкерную вилку. Рожок анкерной вилки догоняет импульсный камень и бьет по нему, сообщая балансу дополнительную энергию.

 

Анкерное колесо поворачивается еще на некоторый угол, и теперь уже другой его зуб упирается в противопо¬ложную палету анкерной вилки. При обратном движении баланса все повторится снова, но с другой стороны вилки, За одно полное колебание баланса анкерная вилка разрешает анкерному колесу повернуться на один зуб. В момент, когда анкерное колесо поворачивается и ударяется зубом о палету анкерной вилки, мы слышим звуки «тик-так».

 

Чем выше частота колебаний баланса, тем меньше на него влияют тряска и прочие внешние воздействия. В настоящее время в наручных часах используются балансы, совершающие колебание за 0.4 с, 0.33 с, а в особо точных — 0.2 с. Частота колебаний баланса в несколько тысяч раз больше скорости вращения барабана и, чтобы согласовать скорости их движения, между барабаном и анкерным колесом помещают еще ряд колес и трибов, называемых основной колесной системой.

 

Зубчатая передача от барабана к анкерному трибу увеличивает число оборотов, пропорционально снижая передаваемую мощность. Основную колесную систему обычно проектируют так, чтобы первый после барабана триб совершал оборот за 1 час, а его ось проходила через центр часов, поэтому он получил название «центральный триб». На ось центрального триба устанавливают триб минутной стрелки с закрепленной на нем минутной стрелкой. Ось триба, совершающего один оборот за одну минуту, часто выводят на циферблат выше отметки «6 часов» и крепят к ней секундную стрелку.

 

Как работают кварцевые часы

За несколько столетий человек смог значительно усовершенствовать наручные механические часы. Путем создания различных сложных по конструкции устройств удалось добиться точности хода до +/-Ь секунд в сутки. Но такие часы были сложны в изготовлении и, как следствие, очень дороги. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий, Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Предлагаем подробно рассмотреть их внутреннее устройство, принципы работы и причины, по которым достаточно многие покупатели отдают предпочтение именно кварцевым часам.

 Выбираем часы - кварцевые или механические? 

Основными узлами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот поворачивает стрелки.

 

Высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название. Источником энергии является батарейка, она питает электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании. Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр.

Выбираем часы - кварцевые или механические?

Схема кварцевых часов

 

По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно.

 

Кристалл кварца обладает пьезоэлектрическими свойствами: при сжатии он порождает электрическое поле, а при воздействии электрического поля кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься и колебаться под воздействием электрического поля. Каждый кристалл имеет некоторую резонансную частоту. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц. В электронный блок кварцевых часов входит генератор электрических колебаний. Он вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний с очень стабильной частотой. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.

 

Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя. Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора — постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестеренок вращает стрелки.

 

Сравнение разных типов часовых механизмов


Если история механических часов насчитывает около 400 лет, то кварцевые часы появились лишь 40 лет назад. Еще 2-3 года назад в нашей стране механические часы были популярнее кварцевых. Но сегодня ситуация меняется, и по, прогнозам зарубежных специалистов, через несколько лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка.

 

С самого момента их появления не прекращается спор о том, какие часы лучше: кварцевые или меха¬нические. Однозначного ответа на этот вопрос не существует. Ниже представлены сравнительные характеристики кварцевых и механических часов, а также описаны их преимущества.

 

Сравнение характеристик механических и кварцевых часов

 

 
Механические часы
Кварцевые часы

Точность хода, нормальная
+40/-20 сек/сутки
+/- 20 сек/месяц

Точность хода, максимальная
+/-7 сек/сутки
+/- 5 сек /год

Автономность (обычная/максимальная)
40 часов /20 суток
2 года/10 лет

Устойчивость к ударам
низкая
значительная

Потеря точности при изменении температуры
значительная
низкая

Срок службы
10 лет (выше при регулярной чистке-смазке)
5-10 лет (зависит от класса)

Ремонтопригодность
высокая
низкая

 

Преимущества кварцевых часов

 

Кварцевые часы более точные, чем механические
Обычные механические часы могут обеспечить точность порядка 40 сек в день. Самые лучшие механические +/- 5 сек в день. Обычные, самые дешевые кварцевые часы обеспечивают точность 20 сек в месяц, а лучшие кварцевые порядка 5 сек в год.

Надежность
Механизм кварцевых часов имеет меньше деталей и поэтому на порядок надежней, чем механизм механических часов.

Кварцевые часы не боятся ударов.
Механизм кварцевых часов не имеет тяжелых деталей, чувствительных к ударам. Удары, случающиеся при обычной эксплуатации, не могут вывести из строя кварцевые часы.

Кварцевые часы не нужно заводить, и можно долгое время не беспокоиться о том, что они остановятся
Современные кварцевые часы требуют замены батареек не чаще чем раз в 2-3 года. Есть модели, батарея у которых рассчитаны на срок службы до 10 лет.

Кварцевые механизмы дешевле в производстве и в них встречается меньше производственных дефектов
Благодаря отсутствию в механизме больших нагрузок и возможности использовать для изготовления деталей механизма пластик, изготовление деталей и сборка кварцевых часов поддается почти полной автоматизации, в то время как при изготовлении механических часов всегда используется ручной труд.

Достоинства механических часов

 

Отсутствие необходимости менять батарейку
Это означает независимость от сервиса, от наличия батареек и отсутствие денежных затрат на нее.

Большая ремонтопригодность
Любую отсутствующую деталь механических часов мастер в принципе может изготовить (в условиях хорошо оснащенной мастерской и при наличии должной квалификации). Неисправные детали кварцевого механизма, в большинстве случаев, не могут быть изготовлены вне завода. Механические часы любой степени старости могут быть отремонтированы с сохранением оригинального механизма, кварцевые после прекращения за водом-изготовителем производства запасных частей (чипов) могут быть отремонтированы только путем полной замены механизма.

Потенциально больший срок службы
Кварцевые часы появились сравнительно недавно, а история механических насчитывает не одну сотню лет. Последние имеют имидж более долговечных и престижных. В сравнении с механическими, кварцевые часы проигрывают в долговечности, т.к. пластмассовые детали подвержены саморазрушению и кварцевые часы зависят от источника питания. Например, ртутные батарейки, которые применялись в первых часах, сейчас не выпускаются. То есть, кварцевые часы, выпущенные в начале 70-х, сейчас работать не будут — наши современные батарейки им не подходят. 

 

Таким образом, невозможно однозначно ответить на вопрос, какие часы лучше — механи¬ческие или кварцевые. Обычно при выборе типа механизмов часов покупатель исходит из своих личных предпочтений. Поэтому для того, чтобы определить, какой тип часов вам необходим, следует четко определиться со своими предпочтениями и в соответствии с ними выделить для себя преимущества часов с тем или иным типом механизма.

 

Принимая решение в пользу покупки кварцевых или механических часов, как правило, покупателей интересуют одни и те же основные вопросы, ответы на которые предлагаются ниже в качестве заключительной части данной статьи:

 

Какие часы точнее?
У механических часов точность зависит от множества факторов: температуры, положения часов, степени завода пружины, износа деталей, регулировки. В кварцевых часах все проще: частота импульсов, вырабаты¬ваемых кварцевым генератором, практически постоянна. А двигатель и стрелки — это просто исполнитель¬ное устройство, их дело — вращаться по команде. И если для механических часов хорошим результатом считается отклонение +/-20 секунд в сутки, a +/-S секунд — почти предельным, то основная масса квар¬цевых часов обеспечивает точность около +/-20 секунд в месяц, а лучшие — до +/-Ь секунд в год. Даже дешевые кварцевые часы точнее механического хронометра.

 

Почему механизмы кварцевых часов часто делают пластмассовыми?
Все детали механических часов большую часть времени находятся под нагрузкой, которую создает заводная пружина, и только в очень малые моменты времени, когда баланс и анкерная вилка разрешают повернуться анкерному колесу, это напряжение падает. Большие нагрузки, высокое контактное давле¬ние требуют использования твердых материалов, таких как сталь, латунь, рубин, В кварцевых же часах все наоборот: большую часть времени детали свободны. И только когда шаговый двигатель поворачи¬вает колеса, на короткое время детали оказываются нагруженными. Это позволяет использовать менее износостойкие материалы. К тому же мощность, развиваемая шаговым двигателем, во много раз меньше мощности, развиваемой заводной пружиной. Чтобы двигатель смог повернуть стрелки, детали кварцевого механизма должны быть как можно легче, а трение — меньше. Пластик легче стали, а при специальном подборе пластиков удается сделать трение в паре «пластик-пластик» в несколько раз меньше, чем в паре «сталь-латунь», обычно используемой в механике. Другими словами, в кварцевых часах использование пластика по многим причинам предпочтительнее. Например, у Seiko состав пластмасс, используемых в механизмах, запатентован.

 

Почему в кварцевых часах обычно нет камней?
Потому, что они там не нужны. Вопреки распространенному мнению, камни в механических часах использу¬ются не потому, что они позволяют снизить трение, а потому, что рубин тверже, более износостоек и лучше выдерживает контактное давление, А в кварцевых часах оно совсем небольшое. Обычно в кварцевых часах ставят один камень — нижнюю опору ротора шагового двигателя. Дело в том, что статор двигателя достаточно сильно «притягивает» ротор, и эта опора единственное место в часах, где контактное давление относительно велико.

 

Почему кварцевые часы дешевле?
Точность хода кварцевых часов определяется только параметрами генератора. Кварцевые часы не требуют тонкой ручной настройки при сборке, в них относительно мало деталей. Это позволяет большинство опера¬ций по изготовлению деталей и сборке механизма поручить автоматике. Естественно, себестоимость таких часов ниже.

 

Боятся ли кварцевые часы ударов?
В кварцевых часах нет деталей, чувствительных к ударам подобно оси баланса в механических. Фактически, все кварцевые часы являются противоударными. Они почти не чувствительны к обычным в реальной жизни ударам, которые выводят из строя механику. Но экспериментировать, проверяя их на прочность, мы не сове¬туем.

 

Какие часы дольше прослужат?
Многие говорят, что механические часы служат намного дольше, чем кварцевые. В пример приводят экземп¬ляры сто- и даже двухсотлетней давности. Но многие ли из часов, выпущенных 100-200 лет назад, работают сегодня? Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долговечности не должны уступать механическим.
Статистики по «долгожительству» кварцевых часов пока не существует, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день. С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, и сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела.

купить планшет онлайнכיסויחיצונילרכברכבпоисковое продвижение сайтовчастные объявления житомирпродам экшн камеру

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here