Баланс. Центральний вузол, який регулює точність ходу годинника.
Баланс - це центральний вузол, який регулює хід коливальної системи годинників. Він замінив собою маятники, які сильно залежали від гравітації, температури навколишнього середовища та атмосферного тиску.
По суті, до появи балансу, щоб забезпечити точний хід, годинники повинні були зберігати нерухомість, тобто бути настільними, підложними або настінними. Саме заміна маятників на баланси дозволила випускати малогабаритні механізми, відкривши еру переносних годинників. Баланс і спіраль винайшов в 1675 році голландський математик і фізик Крістіан Гюйгенс.
Система баланс-спіраль складається з балансу з віссю, спіралі, колодки, колонки та пристрою регулювання точності ходу. Баланс повинен рухатися по ідеальній кругової траєкторії, всі точки якої розташовані в одній площині.
Тому досі пір зустрічаються баланси з регулювальними гвинтами на ободі, завдання яких - встановити баланс в оптимальне положення, "збалансувати баланс". На відміну від компенсуючих гвинтів, регулювальні гвинти після їх установки ніколи більше не чіпають.
Для того, щоб досягти постійності періоду коливань балансу і, отже, сталості похибки ходу, необхідно мінімізувати розширення і стиснення його обода при зміні температури навколишнього середовища. Це досягається шляхом застосування спеціального берилієво-бронзового сплаву, відомого під назвою глюсідур (glucydur).
Більш рання (але менш ефективна) альтернатива такому рішенню - створення балансу з розрізним біметалічним ободом. Зовнішній шар його роблять із сталі, а внутрішній - з латуні. При зміні температури обід згинається, змінюється його розмір, а, отже, і момент інерції.
Але відмінність коефіцієнтів теплового розширення сталі і латуні змушує обід деформуватися у зворотний бік і призводить до відновлення вихідного моменту інерції. Таким чином, відбувається автоматичне регулювання ходу годинника в залежності від зміни температури навколишнього середовища.
Недоліки такої конструкції - складність, дорожнеча виготовлення і більший опір повітря. Крім того, пара сталь-латунь гарна не у всіх температурних діапазонах через нелінійності теплових характеристик.
Біметалічні баланси, які почали застосовувати в 40-х роках минулого століття, поступово були витіснені балансами з глюсідура. Цей тип балансу, популярний і сьогодні, породив практично ідеальний механізм регулювання ходу годинника. Комбінацію глюсідурового обода і спіралі з залізонікелевого сплаву (ніварокса) можна зустріти практично у всіх механічних годинниках високої якості.
Прогрес в технології виготовлення матеріалів уможливив (для балансів з малим періодом коливання з глюсідура) повну відмову від регулювальних гвинтів. Це, зробивши баланс більш обтічним, зменшило опір навколишнього повітря. Деякі виробники продовжують використовувати баланси з регулювальними гвинтами, але таке рішення викликане лише бажанням надати балансу більш вражаючий зовнішній вигляд.
Слід, однак, зауважити, що все вищесказане відноситься до імпортних годинників. У нашій країні використовуються інші матеріали. Так, обід виготовляють з латуні або нейзильберу. Важко сказати, чим це викликано, але, швидше за все, деякою ізольованістю СРСР в період розвитку годинникової справи, а також наявністю іноземних патентів, що захищають права на використання нових матеріалів.
Спіраль нерозривно пов'язана з балансом. Разом вони становлять коливальну систему що є "серцем" наручних годинників. Спіраль - це тонка вирівняна смужка металу, яку раніше виготовляли зі сталі або з бронзи, закручена у формі спіралі Архімеда.
Всупереч своїй назві, волосок (спіраль) насправді в три рази тонше за людську волосину. Але, незважаючи на надзвичайну тонкість і вагу, що рідко перевищує 0,002 г, спіраль може овладати з натягом силою до 600 р. Годинникарі часто використовують вислів "дихання спіралі" щоб описати її пульсуючі цикли стиснення та розширення. Надзвичайно пружний волосок скручується в тугу спіраль і розкручується більше 200 мільйонів разів на рік.
Дослідження, проведені ще в 30-і роки, привели до появи сплаву заліза, нікелю та хрому з додаванням деякої кількості магнію, кремнію, титану та берилію, названих "ніварокс" (за першими літерами німецьких слів nicht variabel, oxidabel - "не змінюється , не окислюється "). Підтверджуючи свою назву, матеріал відрізняється рядом чудових властивостей. Він має надзвичайно малий коефіцієнт температурного розширення і володіє антимагнітними властивостями.
Спіраль з ніварокса, здатна автоматично компенсувати зміни температури, вперше була запропонована в 1933 році. У 40-і роки якісні біметалічні баланси зі спіралями з ніварокса заполонили ринок. У наші дні ці спіралі використовуються у всіх високоякісних наручних годинниках. Всі витки сучасного волоска балансу лежать в одній площині. Спіралі бувають як з правого, так і з лівого навивкою.
Точність механічного годинника сильно залежить не тільки від матеріалу, а й від форми спіралі. У минулому використовувалися так звані брегетірування спіралі. Абрахам-Луї Бреге поліпшив властивості спіралі, змінивши її геометрію шляхом загину зовнішнього витка догори на частки міліметра над усією спіраллю. У цьому випадку колонка знаходиться не в площині спіралі, а над нею.
Властивості спіралі визначають сталість і рівномірність руху балансу, а величина активної ділянки спіралі і момент інерції обода балансу - період його коливання. Саме тому більшість годин обладнано градусником, повертаючи які, можна міняти активну довжину спіралі, тобто її жорсткість. Подовження призводить до уповільнення ходу годинника, а укорочення - до прискорення.
Ще одна важлива деталь - підшипник балансу. Баланс має відносно велику масу і набуває значні позитивні і негативні прискорення в моменти до і відразу після зміни напрямку обертання. Щоб справитися з цими силами, пом'якшити можливі зовнішні удари і струси, а також зменшити тертя між цапфами осі балансу та їх посадочними місцями, годинникові майстри були змушені розробити складну двухпідшипникову систему. Наскрізний камінь балансу та накладний камінь (підп'ятник) встановлені з обох кінців осі балансу.
Підп'ятник слугує для обмеження вертикальних переміщень балансу, а також для забезпечення схоронності рідкого мастила. Хвостовик кожної цапфи відполірований і має форму півсфери, що допомагає зменшити тертя. Усередині наскрізного каменю є спеціальне поглиблення - маслянка, в якій утримується годинникове масло. Більше того, отвори для цапф, просвердлені в наскрізному камені до підп'ятника, мають не циліндричну, а округлену форму, так званий "оліваж" щоб забезпечити найменшу можливу зону тертя цапф.
Більшість сучасних механізмів обладнано протиударним пристроєм з фіксуючою пружинкою, яка тисне на накладній і наскрізний камені у відповідному чашоподібною підшипнику, встановленому в платині. Ця пружинка може компенсувати удари і тим самим охороняти цапфи осі балансу від вискакування з підшипника або навіть від їх поломки.
Точність годинників найбільшою мірою залежить від конструкції балансу. У типових механізмах баланс коливається з частотою 5 напівколивань (тактів) в секунду, або 18 000 тактів за годину. У більш нових, більш точних годинниках баланси коливаються з частотою 19800, 21600, 28800 або навіть 36000 тактів на годину. У більшості годинниках - і японських, і російських, а також у багатьох швейцарських - використовується частота 21600. Частота 28800 застосовується в деяких вітчизняних годинниках і в багатьох точних швейцарських механізмах з малим періодом коливання балансу. Частота 18000 застосовується в класичних швейцарських механізмах, а також у нашому "Востоке".
Регулювання механізму включає себе вимір добового ходу годинника і, якщо потрібно, його оптимізацію при різних температурах і в різних позиціях. Залежно від якості механізму і бажаного ступеня точності, можливі різного роду регулювання.
Стандартна регулювання гарних наручних годинників виконується в двох положеннях (вгору циферблатом і вгору заводною головкою). Відхилення ходу між цими двома положеннями не повинні перевищувати 30 секунд на добу.
Для точного регулювання відповідно до заводських вимогами механізм повинен регулюватися як мінімум в п'яти різних положеннях. Якщо випробування проведено офіційно визнаною установою, і ряд параметрів механізму перевершує встановлені мінімальні значення, то годинник може вважатися "офіційно сертифікованим хронометром". Переважна більшість механічних годинників має відхилення 30 секунд добового ходу, тобто похибка - всього 0,035%.
Підводячи підсумок, ми не перебільшимо, якщо скажемо, що коливальна система, побудована на балансі в наручних годинниках, є одним з найбільш вдалих часових винаходів.
Система баланс-спіраль складається з балансу з віссю, спіралі, колодки, колонки та пристрою регулювання точності ходу. Баланс повинен рухатися по ідеальній кругової траєкторії, всі точки якої розташовані в одній площині. 
Спіраль нерозривно пов'язана з балансом. Разом вони становлять коливальну систему що є "серцем" наручних годинників. Спіраль - це тонка вирівняна смужка металу, яку раніше виготовляли зі сталі або з бронзи, закручена у формі спіралі Архімеда.
Всупереч своїй назві, волосок (спіраль) насправді в три рази тонше за людську волосину. Але, незважаючи на надзвичайну тонкість і вагу, що рідко перевищує 0,002 г, спіраль може овладати з натягом силою до 600 р. Годинникарі часто використовують вислів "дихання спіралі" щоб описати її пульсуючі цикли стиснення та розширення. Надзвичайно пружний волосок скручується в тугу спіраль і розкручується більше 200 мільйонів разів на рік.
Регулювання механізму включає себе вимір добового ходу годинника і, якщо потрібно, його оптимізацію при різних температурах і в різних позиціях. Залежно від якості механізму і бажаного ступеня точності, можливі різного роду регулювання.
