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주제
- #정밀 기계
- #H4 시계
- #시계 공학
- #항해 기술
1767년, 영국 왕립천문학회는 존 하리슨(John Harrison)의 혁신적인 항해용 시계 H4에 대한 상세한 기술 문서를 발행했습니다. 이 문서는 항해용 크로노미터 역사상 가장 중요한 출판물 중 하나로 평가받고 있습니다. 오늘은 이 문서를 통해 H4가 가진 혁신적인 기술들을 살펴보겠습니다.
정밀한 시간 측정을 위한 혁신적 설계
1. 균일한 동력 전달 시스템
[Fig. 5 - 퓨지와 메인스프링 시스템]
H4의 가장 주목할 만한 특징은 동력 전달 방식입니다. 위 그림에서 볼 수 있듯이, 첫 번째 휠과 퓨지(Fusee)를 통해 일정한 힘을 전달하도록 설계되었습니다. 특히 55개의 톱니를 가진 래칫과 75개의 톱니를 가진 영구 래칫을 통해 정교한 동력 전달이 가능했습니다.
[Fig. 4 - 콘트레이트 휠과 8핀 시스템]
또한 콘트레이트 휠에 장착된 8개의 핀을 통해 매 8분의 1분마다 자동으로 감기는 독창적인 리몬투아(remontoire) 시스템을 구현했습니다. 이는 마치 8초마다 작동하는 작은 시계를 내장한 것과 같은 원리입니다.
2. 온도 보정 시스템
[Fig. 12 - 온도계와 밸런스 시스템]
당시 시계의 가장 큰 문제점 중 하나는 온도 변화에 따른 오차였습니다. 위 그림은 하리슨이 고안한 '온도계 커브' 장치를 보여줍니다. 이 장치는 AA로 표시된 상부 플레이트와 함께 BB로 표시된 밸런스, 그리고 aa로 표시된 온도계가 하나의 시스템으로 작동하여 온도 변화에 대응했습니다.
3. 혁신적인 이스케이프먼트 설계
[Fig. 8 - 팔레트 상세도]
[Fig. 9 - 밸런스와 밸런스 휠의 비율]
이스케이프먼트의 혁신적 설계는 Fig. 8과 9에서 확인할 수 있습니다. 특히 Fig. 8의 팔레트는 실제 크기의 10배로 그려져 있어 상세한 구조를 보여주며, Fig. 9는 밸런스와 밸런스 휠, 팔레트 사이의 정교한 비율을 보여줍니다.
정밀도를 높이기 위한 세부 기술
1. 기어열의 정교한 설계
[Fig. 3 - 제2휠과 제3휠]
H4의 기어열은 매우 정교하게 설계되었습니다. 제2휠은 120개, 제3휠은 144개의 톱니를 가지고 있으며, 각각 18잇수와 16잇수의 피니언과 맞물려 정확한 동력을 전달합니다.
2. 정밀한 부품 제작 공정
마지막으로 주목할 만한 점은 하리슨의 혁신적인 열처리 방식입니다. 그는 납과 피우터의 비율을 정밀하게 조절한 합금을 사용했는데, 밸런스 스핀들은 피우터와 납을 1:12로, 밸런스 스프링과 피니언은 1:17로 혼합하여 각각 다른 온도에서 열처리했습니다.
마치며
하리슨의 H4는 단순한 시계가 아닌, 18세기 최고의 정밀 기계 기술이 집약된 걸작이었습니다. 위에서 살펴본 도면들은 그의 천재적인 엔지니어링 능력을 잘 보여주며, 현대 정밀 시계 제작의 기초가 되었습니다.
이러한 혁신적인 설계는 항해술의 발전에 큰 공헌을 했을 뿐만 아니라, 정밀 기계 공학 전반에 지대한 영향을 미쳤습니다. H4의 유산은 오늘날까지도 고정밀 기계 제작의 기준이 되고 있습니다.
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