Рубиновые камни в часах: как советская трибология и лабораторный корунд защищали механику от износа
Когда мы смотрим на циферблат советских часов «Ракета», «Полет» или «Восток» и видим надписи «17 камней» или «23 камня», легко поддаться стереотипу, что это элемент декора или признак роскоши. На самом деле маркетинг здесь ни при чем. Использование искусственных рубинов в часовых калибрах диктовалось советскими ГОСТами и законами трибологии — науки, изучающей трение и износ деталей. Это техническое решение, без которого механические часы не смогли бы проработать долго без потери точности.
Почему пара «сталь по латуни» непригодна для точной механики
Проблема, с которой столкнулись инженеры Первого и Второго Московских часовых заводов при проектировании первых массовых калибров, заключалась в физике работы микроскопических узлов трения.
Цапфы (кончики осей) баланса, анкерной вилки и колесной системы изготавливали из жесткой углеродистой часовой стали марок А75 или У10А-Х. Их диаметр в наручных часах составлял от 0.1 до 0.07 мм. Если бы эти стальные оси вращались непосредственно в отверстиях, проделанных в латунных (чаще всего марки ЛС59-1) платинах и мостах, механизм быстро выходил бы из строя по трем причинам:
- Адгезионный износ. Под постоянным давлением заведенной заводной пружины микронеровности стальной цапфы и латунного отверстия цеплялись бы друг за друга на молекулярном уровне. При движении это приводило бы к постепенному вырыванию микрочастиц мягкой латуни.
- Абразивная паста. Оторвавшиеся частицы латуни и стальная пыль на воздухе окисляются, превращаясь в твердые оксиды (CuO, ZnO, Fe2O3). Смешиваясь с костным или вазелиновым часовым маслом, эта смесь превращается в абразивную пасту. Она начинает растачивать круглое отверстие в латуни, превращая его в эллипс.
- Нарушение зазоров (люфт). Как только геометрия отверстия нарушается, ось смещается и наклоняется. В результате зубья колес начинают зацепляться под неправильным углом, трение растет, передача энергии нарушается, и часы начинают сильно отставать или полностью останавливаются.
Как метод Вернейля помог советскому часпрому
Инженеры решили проблему, заменив латунные подшипники скольжения на искусственный рубин. С точки зрения химии это монокристалл оксида алюминия (Al2O3), то есть альфа-разновидность корунда. В СССР его производство развернули в промышленных масштабах. Основными поставщиками сырья стали Заводы точных технических камней: ТТК-1 в Петергофе (позже ставший Петродворцовым часовым заводом) и ТТК-2 в Кусе.
Синтетический корунд выращивали по методу Вернейля. Порошок чистого оксида алюминия смешивали с небольшим количеством оксида хрома Cr2O3 (около 1.5-2% для получения розового цвета) и просеивали через пламя водородно-кислородной горелки, где температура превышала 2050 градусов Цельсия. Расплавленные капли падали на подложку, постепенно остывая и образуя цилиндрический кристалл — булю.
Корунд имеет тригональную сингонию, что дает ему стабильную кристаллическую структуру. Его твердость по шкале Мооса равна 9 (выше только у алмаза). Стальная часовая ось не может оставить на нем выработку. Кроме того, искусственный рубин поддается алмазной полировке до 14-го класса чистоты поверхности (зеркальный блеск).
В паре «полированная сталь — полированный рубин» при наличии жидкой смазки коэффициент трения составляет всего 0.07-0.11 (при сухом трении — около 0.15). Это позволило свести к минимуму потери энергии в колесной системе (ангренаже).
Классификация часовых камней по функциям
Количество камней в часах строго регламентировалось техническими условиями. Каждый кристалл подбирался под конкретную задачу:
| Тип камня | Конструктивные особенности | Какую задачу решает |
| Сквозные камни | Цилиндрические диски с внутренним отверстием. Изнутри отверстие имеет скругленный профиль — оливирование. | Выполняют роль подшипников скольжения для осей колес. Оливирование уменьшает площадь контакта с осью и помогает удерживать смазку за счет капиллярного эффекта. |
| Накладные камни | Сплошные плоские диски без отверстий. | Работают как подпятники. Их устанавливают с двух сторон оси баланса, чтобы ограничить ее вертикальный люфт. Торцы осей упираются прямо в их полированную поверхность. |
| Палеты | Прямоугольные рубиновые призмы со строго рассчитанными углами среза. | Их вклеивают в пазы анкерной вилки шеллаком. Палеты поочередно взаимодействуют с зубьями анкерного колеса, принимая на себя импульсы баланса. |
| Импульсный камень (эллипс) | Штифт, имеющий в сечении форму срезанного цилиндра (буквы D). | Закрепляется на ролике баланса. Он связывает баланс с анкерной вилкой, передавая энергию колебаний. |
Удержание смазки и реальный ресурс
Помимо механической прочности, инженеры использовали еще одно свойство рубина — его поверхностную энергию. На торце сквозного камня делают небольшое углубление — масленку. Благодаря физико-химическим свойствам корунда и поверхностному натяжению специальных масел (например, советских МЗП-6 или МЦ-3), смазка не растекается по латунной плате. Она держится в виде устойчивой капли прямо вокруг вращающейся стальной цапфы.
Именно стабильность пары трения «сталь — рубин» позволила советским часовым калибрам — от ультратонкого «Полета 2209» до массового автоматического «Востока 2416Б» — работать десятилетиями. Камни не спасали от необходимости регулярно обновлять смазку, но они полностью решили проблему механического износа посадочных мест, сохранив точность хода часов на долгие годы.
Источник: gemini.google





2 комментария
1-ый М(осковский) — им. Кирова «Полёт» и 2-ой М(осковский) — «Слава» часовые заводы, ныне не функционируют.
Из работающих есть ещё Угличский часовой завод и Пензенский часовой завод.
Добавить комментарий