Рубиновые камни в часах: как советская трибология и лабораторный корунд защищали механику от износа

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

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.

Ракета 2623Н, 24-часовой механизм
Ракета 2623Н, 24-часовой механизм
Автор: Luca Bergamasco / Лицензия: CC BY 3.0 Источник: commons.wikimedia.org

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).

часы Полет
часы Полет
Автор: W2k2 / Лицензия: CC BY-SA 3.0 Источник: commons.wikimedia.org

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.

Изображение в превью:
Автор: gemini
Источник: gemini.google
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

3 комментария

Добавить комментарий

710728207@vkontakte
И где сейчас это все?
Д
«Восток» — там же, где и был — в городе Чистополь (Чистопольский часовой завод), «Молния» — в Челябинске (Челябинский часовой завод), «Ракета» — в Петергофе (Петродворцовый часовой завод). Технические камни (рубины и корунды) для мануфактурных калибров (часовых механизмов) «Ракета» изготавливает Петродворцовый ЧЗ, для «Востоков» — Чистопольский ЧЗ, для «Молний» — ООО «Прибор» (г. Куса, Челябинская область) и Петродворцовый часовой завод «Ракета».
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.
Д
По сути есть только «Восток». Остальные к предприятиям советской эпохи мало отношения имеют и просто паразитируют на советских брендах и результатах работы конструкторов тех времён. Ракета с её часами по 200к (что по заявлению иностранного главы компании нормально, потому что «Французы же не все Карте себе могут позволить, вот и вам нечего» )нафиг никому не нужна. Угличский и пензенский давно не существуют и ничего не выпускают. «Слава» не часовые заводы не функционируют, а 2МЧЗ снесён, там сейчас или ТЦ или ЖК. Бренд принадлежит компании, которая по сути последний гроб в крышку 2МЧЗ и забила. Угличский и Пензенский часовые заводы не существуют и ничего не выпускают. Челябинский часовой завод зачем-то сует механизмы карманных молний в наручные корпуса китайские. Главным образом для того, чтобы марьяжистов с интернет площадок по судам таскать. Ещё есть от 1МЧЗ какое-то отпочкование, которое примерное тоже самое делает. Рефарб остатков механизмов 1МЧЗ в китайских корпусах за баснословные деньги.
Но с другой стороны оставшийся восток сохраняет приемлемое качество и цену. И это предприятие с очень сильной историей. Это само по себе не мало.
А статью гемини выдал интересную, но с совсем не верным посылом. Будто в СССР в какой-то момент взяли и решили как побороть выработки на осях и поставили камни. Камни изначально применялись в носимых механизмах задолго до самого СССР. И первые производимые в СССР механизмы камни уже имели.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Севиче: как сок лайма меняет текстуру сырой рыбы почти так же заметно, как нагревание

У севиче есть редкое кулинарное свойство: за несколько минут оно демонстрирует химическую реакцию почти без маскировки. Кусочки свежей рыбы попадают в сок лайма прозрачными, мягкими и явно сырыми,...

Обзор топовой RockTek G2 Next на Amlogic S905X5M-J: сертифицированная тв-приставка с Dolby Vision, HDR10+, Dolby Atmos, WiFi6 и LAN 1000

RockTek G2 Next это топовая версия сертифицированной приставки на процессоре Amlogic S905X5M-J с поддержкой передовых стандартов Dolby Vision и HDR10+, многоканального звука Dolby Atmos и DTS,...

Почему считается, что на Сейшельских островах нет змей и так ли это на самом деле

Сейшельские острова часто называют одним из немногих тропических мест, где можно отдыхать, не опасаясь встретить змею. Кажется, что среди пальм, густой растительности и влажных лесов этих островов...

Почему при сонном параличе мы видим «демонов»: что наука говорит о жутких ночных приступах

Многие люди хотя бы раз в жизни сталкивались с пугающим состоянием: вы просыпаетесь посреди ночи, находитесь в полном сознании, видите свою комнату, но не можете пошевелиться. Руки, ноги и...

Почему волки избегают людей, но сами выходят на дороги: что показали GPS-ошейники

Волки обычно стараются держаться подальше от людей. Но есть одна странность. В лесах их следы нередко обнаруживают прямо на дорогах, причём иногда звери проходят по ним несколько километров....