ميزان الرافعة

إن آلية الميزان الرافعة ، التي اخترعها صانع الساعات الإنجليزي توماس مودج في عام 1754 (على الرغم من استخدامها لأول مرة في عام 1769)، هي نوع من آليات الميزان المستخدمة في جميع الساعات الميكانيكية تقريبًا ، بالإضافة إلى الساعات الميكانيكية الصغيرة غير البندولية، وساعات المنبه ، ومؤقتات المطبخ .

الميزان هو آلية ميكانيكية تنقل نبضات إلى عجلة التوازن في الساعة ، مما يحافظ على تذبذبها ذهابًا وإيابًا، ومع كل تأرجح لعجلة التوازن، يسمح ذلك لسلسلة تروس الساعة بالتقدم مسافة ثابتة، وبالتالي تحريك العقارب للأمام بمعدل ثابت. الميزان هو ما يُصدر صوت "التكتكة" في الساعات الميكانيكية.

اخترع صانع الساعات البريطاني توماس مودج آلية ميزان الساعة ذات الرافعة حوالي عام 1754، ^{[ 1 ] [ 2 ]} وطوّرها أبراهام لويس بريغيه (1787)، وبيتر ليثرلاند (1791)، وإدوارد ماسي (1800). وطوّر جورج سافاج شكلها الحديث ("الآلية الدوارة") في أوائل القرن التاسع عشر. ^{[ 1 ] [ 2 ]} ومنذ حوالي عام 1900، باتت آلية ميزان الساعة ذات الرافعة مستخدمة في جميع الساعات الميكانيكية تقريبًا، وساعات المنبه، وغيرها من الساعات المحمولة.

تتمثل مزايا آلية الرافعة، أولاً، في كونها آلية ميزان "منفصلة"؛ إذ تسمح لعجلة التوازن بالتأرجح بحرية تامة عن آلية الميزان خلال معظم تذبذبها، باستثناء لحظة إعطائها دفعة قصيرة، مما يُحسّن دقة ضبط الوقت. ثانياً، بفضل آليتي "القفل" و"السحب"، تتميز بدقة عالية في عملها. ثالثاً، تتميز بخاصية التشغيل الذاتي؛ فإذا تعرضت الساعة لاهتزاز أثناء الاستخدام وتوقفت عجلة التوازن، فإنها ستعاود الدوران. أما النسخة الأرخص والأقل دقة من آلية الرافعة، والتي تُسمى آلية ميزان الدبابيس ، والتي اخترعها جورج فريدريك روسكوف عام 1867، فتُستخدم في الساعات والمؤقتات.

عجلة التوازن مُرتبطة بنظام تروس الساعة ، الذي يُطبّق عليها عزم الدوران من النابض الرئيسي . ويتم التحكم في دوران عجلة التوازن بواسطة الصفائح . تحتوي عجلة التوازن على أسنان مُصممة خصيصًا، إما على شكل سقاطة أو على شكل هراوة، تتفاعل مع جوهرتين تُسميان صفيحتي الدخول والخروج. تحتوي عجلة التوازن، باستثناء حالات نادرة، على 15 سنًا وهي مصنوعة من الفولاذ. تُثبّت هذه الصفائح بإحكام على الرافعة، التي تنتهي بشوكة لاستقبال دبوس النبض الياقوتي لبكرة التوازن المُثبّتة على محور عجلة التوازن . تُعاد عجلة التوازن إلى وضعها المركزي الثابت بواسطة نابض توازن مُلحق (غير موضح في الرسم التخطيطي). في التصميم الحديث، من الشائع أن تُصنع حوامل الصفائح والشوكة كوحدة واحدة. تُثبّت الرافعة على محور وتدور بحرية بين دبوسين ثابتين.

في حالة السكون، يكون أحد أسنان عجلة التحرر مثبتًا على منصة. وكما هو موضح في الرسم التخطيطي، تدور عجلة التحرر باتجاه عقارب الساعة، ويكون سن الدخول مثبتًا في مكانه على منصة الدخول، بينما يثبت ذراع التدوير في مكانه بواسطة مسمار التثبيت الأيسر. يقع مسمار الدفع داخل شوكة ذراع التدوير، وتكون عجلة التوازن قريبة من مركزها. لبدء الدوران، يجب أن تتلقى شوكة ذراع التدوير دفعة صغيرة من دوران عجلة التوازن عكس اتجاه عقارب الساعة عبر مسمار الدفع (عن طريق هزها مثلاً)، مما يؤدي إلى دوران ذراع التدوير قليلاً باتجاه عقارب الساعة بعيدًا عن مسمار التثبيت الأيسر. هذا بدوره يحرر منصة الدخول، مما يسمح للعجلة بالدوران باتجاه عقارب الساعة.

مع دوران عجلة الهروب الآلية باتجاه عقارب الساعة، ينزلق سن الدخول على سطح الدفع المائل لمنصة الدخول. يؤدي هذا إلى دوران المنصات حول محورها، مما يضع منصة الخروج في مسار عجلة الهروب الدوارة. بمجرد أن يغادر سن الدخول سطح الدفع لمنصة الدخول، تستطيع العجلة الدوران مسافة قصيرة (تُسمى الهبوط) حتى يستقر سن الخروج على سطح القفل لمنصة الخروج. عندئذٍ، تُصبح العجلة مُثبتة على منصة الخروج. من لحظة تحريرها من منصة الدخول وحتى هذه اللحظة، تكون عجلة الهروب قد دارت نصف الزاوية البالغة 24 درجة بين سنين.

تنتقل الدفعة التي تتلقاها لوحة الدخول أثناء تحرك السن فوق سطح الدفع بواسطة الرافعة إلى عجلة التوازن عبر دبوس الدفع الياقوتي الموجود على بكرة عجلة التوازن. تتحرك الرافعة حتى تستقر على دبوس التوازن الأيمن؛ وتُثبَّت في هذا الوضع بفعل قوة سن الخروج على جوهرة لوحة الخروج (المسماة بالسحب). هذا يعني أنه لفتح العجلة، يجب تدويرها للخلف قليلاً، وهو ما يتم بفعل زخم عودة عجلة التوازن عبر دبوس الدفع.

بعد تثبيت سن الخروج، تدور عجلة التوازن عكس اتجاه عقارب الساعة، دون أي عائق من آلية الميزان، حتى يسحبها نابض الشعرة إلى الخلف باتجاه عقارب الساعة، فيعود دبوس الدفع إلى الشوكة. يؤدي هذا إلى تحرير آلية الميزان، مما يسمح لعجلة الهروب بالانزلاق فوق مستوى الدفع لمنصة الخروج، ناقلاً نبضة باتجاه عقارب الساعة إلى دبوس دفع عجلة التوازن عبر شوكة الرافعة، بينما يدفع الرافعة لأعلى باتجاه دبوس التوازن الأيسر. تهبط عجلة الهروب مرة أخرى حتى يثبت سن الدخول على منصة الدخول التي يثبتها الآن دبوس التوازن الأيسر عبر الرافعة. تستمر عجلة التوازن بالدوران في اتجاه عقارب الساعة، دون أي عائق، حتى يسحبها نابض الشعرة إلى الوضع المركزي. ثم تبدأ الدورة من جديد.

كل حركة ذهابًا وإيابًا لعجلة التوازن من وإلى وضعها المركزي تُقابلها هبوط سن واحد (يُسمى نبضة). تنبض آلية ميزان الساعة النموذجية بمعدل 18000 نبضة أو أكثر في الساعة. تُعطي كل نبضة عجلة التوازن دفعة، لذا توجد دفعتان في كل دورة. على الرغم من أن عجلة الميزان تكون ثابتة في معظم الأوقات، إلا أنها تدور عادةً بمعدل 10 دورات في الدقيقة أو أكثر.

يعود أصل صوت "تكتكة" إلى آلية التوازن هذه. فعندما تتأرجح عجلة التوازن ذهابًا وإيابًا، يُسمع صوت التكتكة.

تعتمد موثوقية آلية ميزان الساعة الحديثة على قوة السحب؛ حيث تُصمم الصفائح بزاوية تجعل عجلة الميزان ترتد قليلاً أثناء فك القفل. وتُبقي قوة السحب الرافعة مُلامسةً لدبابيس التثبيت خلال الجزء المنفصل من دورة التشغيل. وتتراوح زاوية السحب عادةً بين 11 و15 درجة بالنسبة للمحور القطري.

كانت آليات الميزان الرافعة المبكرة تفتقر إلى السحب (بل إن بعض الصانعين اعتبروه ضارًا لأنه سبب احتكاك إضافي في الفتح)؛ ونتيجة لذلك، يمكن أن تؤدي الصدمة إلى فتح آلية الميزان.

معظم الساعات الميكانيكية الحديثة هي ساعات ذات رافعة مرصعة بالجواهر ، وتستخدم جواهر الياقوت أو الياقوت الأزرق الاصطناعية للمناطق المعرضة للتآكل الشديد في الساعة.

يُستخدم نوعٌ أرخص وأقل دقة من آلية الرافعة في ساعات المنبه ، ومؤقتات المطبخ ، وساعات الموقد ، وحتى أواخر سبعينيات القرن الماضي، في الساعات الرخيصة، ويُعرف باسم آلية روسكوف ، أو آلية الرافعة الدبوسية ، أو آلية الميزان الدبوسي، نسبةً إلى جورج فريدريك روسكوف الذي أنتجها بكميات كبيرة منذ عام 1867. وتعمل هذه الآلية بشكل مشابه للرافعة، باستثناء استبدال جواهر الميزان بدبابيس معدنية عمودية. في آلية الرافعة، تحتوي الميزانات على وجهين مائلين، وجه القفل ووجه الدفع، واللذان يجب ضبطهما بدقة على الزوايا الصحيحة. أما في آلية الميزان الدبوسي، فقد صُمم هذان الوجهان على شكل أسنان عجلة الميزان، مما يُلغي الحاجة إلى عمليات ضبط معقدة. وتقع الدبابيس بشكل متناظر على الرافعة، مما يُسهّل ضبط الإيقاع. كانت الساعات التي تستخدم هذه الآليات تُسمى ساعات الرافعة الدبوسية ، وقد حلت محلها ساعات الكوارتز الرخيصة.

من الاتجاهات الحديثة في تصميم ميزان الساعة استخدام مواد جديدة، كثير منها مستوحى من صناعة أشباه الموصلات . ^{[ 3 ]} إحدى مشاكل ميزان الرافعة هي الاحتكاك. ينزلق سن عجلة الميزان على سطح الميزان، مما يُسبب احتكاكًا، لذا يجب تزييت الميزان والأسنان. مع مرور الوقت، يتصلب الزيت، مما يُسبب عدم دقة، ويتطلب تنظيف وإعادة تزييت الحركة كل أربع سنوات تقريبًا. يتمثل الحل في تصنيع عجلة الميزان وأجزاء أخرى من مواد أصلب من الفولاذ، مما يُلغي الحاجة إلى التزييت. تشمل المواد التي يجري تجربتها السيليكون ، والنيكل والفوسفور، والماس ، والماس على السيليكون. قدمت أوليس ناردين في عام 2001، ^{[ 4 ]} وباتيك فيليب في عام 2005، وزينيث في عام 2013 ساعات مزودة بعجلات ميزان من السيليكون.

• هروب المرساة
• ميزان محوري

• تحليل آلية ميزان الساعة ذي الرافعة ، بقلم إتش آر بلايتنر، 1910، من مشروع غوتنبرغ