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
| Статья | Оффтопик

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
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
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

Как заправится без очереди и отдохнуть от города за один день: путешествие к Каверзинским водопадам

Иногда, чтобы полностью перезагрузить голову, не нужно покупать билеты на самолет или планировать сложную экспедицию. Достаточно просто открыть карту, отъехать на пару часов от города и позволить...

Почему на пляже Хайамс в Австралии нельзя находиться без очков

Пляж Хайамс в австралийской бухте Джервис-Бэй место, известное среди туристов по громкой фразе в каждом буклете, что именно здесь рассыпан самый белый песок мира. Причем в качестве доказательств...

Как починить LED-лампу под любой цоколь за 5 минут: простой способ

Светодиодные лампы иногда выходят из строя, но починить их зачастую очень просто, так что не спешите выбрасывать такие лампочки. Данный метод подойдёт абсолютно для всех лампочек под цоколь Е27,...

Обзор наушников Letshuoer Astralis: планарный звук нового поколения

Пока остальные продолжают свои эксперименты с гибридными схемами излучателей, у компании Letshuoer вышел новейший планарный драйвер на 15.5 мм округлой формы. Напомню, что у флагманских Ember...

Какие человеческие продукты опасны для кошек и почему питомцы хотят их съесть

Владельцы кошек часто могли встречаться с жалобным прошением или уверенным покушением питомца на вашу еду. Желание поделиться с любимцем кажется проявлением заботы, но за этим может скрываться...

Компания Ford устанавливала один двигатель в 500 лошадиных сил для авто Ford Mustang и для танка Второй Мировой «Шерман»

500-сильный V8. Этот показатель — распространенная цель для автопроизводителей, особенно учитывая доступность современных двигателей с впрыском топлива, таких как Ford Coyote и GM...