Архив за етикет: часовникови механизми

Закрепване на пружината за барабана

Както видяхме, от начина на закрепване на пружината към барабана до голяма степен зависят загубите от триене между навивките, а оттам и к. п. д. на пружинния двигател. На фиг. 20 са показани различни начини на закрепване външния край на пружината за барабана.
При шарнирно закрепване (фиг. 20-а) триенето между навивките на пружината е много голямо благодарение на ексцентричното развиване на последната. Употребява се този начин на закрепване в големи часовници — стенни и за маса.
При V-образно закрепване резултатите са много по-добри. На фиг. 20-б и е са показани два начина на V-образно закрепване. Вторият начин е с пластинка, която пружинира и дава по-концентрични навивки на пружината. И тук съществува значително триене, но поради лесната изработка този начин на закрепване намира широко приложение в малките часовници (джобни и ръчни). Недостатък (особено за първия) е, че много лесно се чупи закачката. Пластинката, поставена във V-образната закачка при втория случай, е по-устойчива против счупване.
Мечовидната закачка се прилага в по-прецизните механизми, изготвя се по-трудно, но поради това, че дава отлични резултати за концентрично развиване на навивките на пружината, има по-широко приложение. Закрепена на края на пружината като отделна пластинка, мечовидната закачка се предвижва шарнирно и с опашката си изтиква пружината към средата на барабанната ос. Загубите от триене тук са сведени до минимум (фиг. 20-г).

fig-20-nachini-za-zakrepvane-na-vynshen-krai-na-prujina

Фиг. 20-л, б, в, г, д, е. Начини за закрепване външния край на пружината

На фиг. 20-д е показан комбиниран начин на закрепване на външния край на пружината. Това закрепване дава най-добри резултати. Състои се от една отделна пластинка от пружина, закрепена на барабана. За другия й край е надянат краят на пружината. При навито състояние пластинката се деформира, а пружината се съсредоточава концентрично към барабанната ос и запълва средата на барабана. Изработва се по-трудно, но за сметка на това триенето между навивките е минимално. По подобие на този начин на закрепване са и закачките на пружините при седмичните часовници (фиг. 20-г), само че пластинката при тях е по-дълга и се задържа в специални напречни канали на стената на барабана. При навито състояние на пружината вследствие създадения опън към барабанната ос пластинката се отделя от едно каналче и се намества в следващото. По този начин се осигурява концентричност на навитата пружина, а също така се предпазва пружината от пренавиване. Сигналите против пренавиване се получават чрез прескачане на пластинката, което показва, че пружината е навита в крайно положение. Такива пружини работят по-продължително време без скъсване.

Двигателен момент. Основни съотношения между размерите на елементите на пружинния двигател

Източник на енергия при пружинния двигател е пружината. Тя представлява еластичен прът, чието напречно сечение е много малко в сравнение с дължината му. На фиг. 16 е дадено

fig-16-sechenie-na-prujina

Фиг. 16 Сечение на пружина

сечението на пружината. За всеки механизъм съответствува пружина с точно определени размери: дължина (диаметър) L, височина (ширина) h и дебелина Ь. Размерите, качеството на материала (еластичността) и степента на навиване обуславят двигателния момент за даден часовник.
Размерите и еластичността на материала са предварително подбрани и изчислени за съответния часовник и са неизменни. За да се акумулира енергия, пружината, се навива. При крайно навита пружина вложената енергия създава двигателен момент, който привежда в движение другите механизми в часовника. Но този двигателен момент не е еднакъв между първоначално навитата и окончателно развитата пружина, следователно двигателният момент при пружинния двигател е променлива величина, което е голям недостатък. Когато работи часовникът, размерите и еластичността на пружината не се променят, т. е остават постоянни величини. Тогава промяната на двигателния момент ще зависи изключително от степента на навиване на пружината, при което се получават по-голям или по-малък брой обороти на барабана.
Ако означим размерите и еластичността на пружината като постоянни (константни) величини с буквата К, а оборотите, на барабана с П, то двигателният момент на пружинния двигател М ще бъде М=К.П.
Ясно е, че двигателният момент ще зависи от броя на оборотите на барабана. За всеки оборот П на барабана ще съответствува двигателен момент М или зависимостта на двигателния момент от оборотите на барабана е праволинейна. При максимален брой обороти ще имаме максимален момент и при минимален оборот ще имаме МхП.
С оглед на горното следва, че при крайно навита пружина полезните обороти на барабана трябва да бъдат най-много. За да се из¬пълни това условие, съществуват основни зависимости между размерите на пружината, барабана и барабанната ос. На фиг. 17 е показана пружина, поставена в барабан в напълно развито (положение а) и напълно навито (положение б) състояние. С R е означен вътрешният . Радиус на барабана, с R0 — радиусът на барабанната oq, с г — вътрешният радиус на развитата пружина, с г, — външният радиус на навитата пружина, c b — дебелината на пружината.
Броят на навивките на барабана в отпуснато състояние ще бъде п0 и в навито състояние пн. Тогава оборотите на барабана ще бъдат:fig-17-krano-systoqnie-na-prujina-v-barabani

Фиг. 17. Крайно състояние на пружината в барабани:  а)непълно навито  б)пълно навито

Очевидно е, че от брой на навивките на пружината в барабана при двете крайни положения ще зависят и оборотите на барабана, а броят на навивките в барабана зависи от размерите на барабана, барабанната ос и пружината (дължината L и дебелината Ь). Тези размери именно трябва да се подберат така, че когато пружината се постави в барабана при крайно отпуснато състояние, вътрешният й радиус г (фиг. 17-а) да бъде равен на външния й радиус г, при навито състояние (фиг. 17-5). Или както някои практици казват „пълното“ на барабана, когато пружината е навита, да е равно на „празното“ от барабана, когато пружината е развита. Тогава броят на оборотите на барабана ще бъде най-голям. Това е доказано по пътя на точни математически изчисления. Тези изчисления са сложни и не са дадени в настоящото ръководство.
За часовникаря-практик са от значение практическите изводи за тези основни съотношения на елементите на пружинния двигател. Така например в повечето случаи радиусът на барабана Rt 3 пъти по-голям от радиуса на барабанната ос R0 (фиг. 17). Особено това е важно при малките преносими часовници (ръчни и джобни), т. е

Дебелината на пружината b влияе най-чувствително на броя на навивките на пружината в барабана. При навиване на пружината спираловидно тя се деформира и се създават напрежения по повърхностния й слой. Тези напрежения са толкова по-големи, колкото радиусът на барабанната ос R0 е по-малък и дебелината на пружината b е по-голяма. При това огъването на пружината около барабанната ос е по-голямо, отколкото в другата част на барабана и на практика най-често скъсване на пружина се наблюдава при вътрешния й край. За да се избягнат опасни и разрушаващи напрежения, дебелината на пружината b не бива да надминава една петнадесета част от радиуса на валяка или h<~R°
Ако размерите на елементите на пружината са подбрани правилно, то полезните обороти на барабана ще бъдат най-големи. На практика това може да се провери ориентировъчно, като се преброят навивките на пружината в барабана при отпуснато състояние. Те трябва да бъдат от 10 до 12 броя. Акумулираната двигателна енергия или двигателният момент обаче, ще бъде различен. При крайно навита пружина той ще бъде по-голям, а при крайно отпусната—най-малък.
На фиг. 18 е изобразена графически зависимостта между двигателния момент М и оборотите П. Теоретически тази зависимост е праволинейна, но в действителност благодарение на триенето между навивките на пружината се получава практическата диаграма, която има вид на хистерезисна крива.
От графика се виждат следните шест характерни положения на пружинния двигател:
Първо положение
Първоначално състояние, т. е. преди навиването пружината е била права — точка А.
Второ положение
След неколкократно навиване и развиване пружината е получила устойчивата си спираловидна форма. В зависимост от еластичността и свойствата на материала пружината има известен брой навивки в свободно състояние, изразени в графика при точка В. Колкото по-малко са тези навивки като остатъчна деформация, толкова пружината е по-висококачествена. Пружините за прецизните часовници нямат такива остатъчни деформации. Те са известни като S-образни пружини. .
Трето положение
Пружината е монтирана в 6apa6aна и е в крайно отпуснато състояние (вж. фиг. 17.). Броят на навивките в графика са изразени чрез права. До това положение двигателен момент не е създаден (точка С). От схемата се вижда, че в това състояние на пружината в барабана всички навивки са плътно прилепнати в кръг една с друга и се опират до стената на барабана.
Четвърто положение
При навиване на пружината на няколко оборота (от точка С до точка Н) навивките започват да се отделят една от друга, като се отдалечават от стената на барабана и се приближават към барабанната ос.

fig-18-zavisimost-mejdu-dvigatelniq-moment-i-barabanite

Фиг. 18. Диаграма за зависимостта между двигателния момент и оборотите на барабана

При отделяне на навивките една от друга се поражда значително триене между тях и се губи част от вложената енергия. В графика тази част е дадена с кривата СН. При точка Н навивките са се отдалечили окончателно и запълват с концентрични криви целия барабан — точка D. Сектор CD е изразен с оборотите П. Тези обороти обикновено са от 1—1,5 и са като резерва, които не влизат в денонощната работа на часовника. При точката акумулираната двигателна енергия получава минималната си стойност, изразена с Мт1а.
Пето положение
При по-нататъшното навиване от точка У до точка G навивките запълват целия барабан. В зависимост от начина на закрепване на пружината навивките могат да бъдат концентрични и напълно да се отделят, като триенето между тях е незначително. Това положение в графика е изразено в точка Е.
Шесто положение
От точка 0 до точка К окончателно завършва навиването на пружината. Навивките се концентрират около барабанната ос и са плътно притиснати една до друга — точка F. Благодарение на увеличеното триене между навивките при този случай кривата GK рязко се изменя в диаграмата. При напълно навита пружина акумулираната енергия е най-голяма при точка С, след което тя започва да се проявява като работна.
Благодарение на редица фактори, които предизвикват загуби от триене, използуваната енергия на пружинния двигател е по-малка от вложената. От момента на проявяване на вложената енергия като работна при точка L имаме максимален двигателен момент — М. От точката L последователно през точките М и N се редуват положения VI, V, IV, като описват една крива, в която са включени загубите от триене между навивките, и вложената енергия се проявява като работна. При точка N моментът става минимален, изразен с МП. При точка С двигателният момент става равен на нула. От графика на фиг. 18 се вижда, че при секторите от диаграмата LM и NC триенето е много голямо и двигателният момент чувствително се колебае (резки промени на кривите), а в сектор MN триенето е значително на маляло, кривата е по-хоризонтална и двигателният момент по-постоянен. При използуване на този двигателен момент часовниковите механизми с пружинен двигател дават относително най- голяма точност.
При двигателите с пружина винаги вложената енергия CHGKFCt по-голяма от използуваната такава CNMLFC. Съотношението между използуваната и вложената енергия ни дава коефициента на полезно действие на пружинния двигател, който винаги е по-малък от 1, или

Според изследванията в Ленинградския институт ло фина механика и оптика при обикновени пружини коефициентът на полезно действие варира от 0,65 до 0,85.
Коефициентът на полезно действие на пружината зависи:
1. От качеството и обработката на материала. Еластични и висококачествени пружини с добре полирани повърхности имат значително по-голям коефициент на полезно действие.
2. От смазочните материали — при добри масла и смазани правилно навивки на пружината триенето значително намалява н се увеличава коефициентът на полезно действие.
3. От начина на закрепване – на пружината към барабанната ос и барабана.
При неправилно закрепване на пружината развиването й става скокообразно. Същото може да се причини и от засъхнало масло и лошо полирани повърхности на пружината.
Коефициентът на полезно действие с течение на времето намалява, тъй като от дългото употребление пружината губи част от еластичността си; в такива случаи е необходима смяна на пружината.

Фиг. 19. Диаграма за работа на пружината

На фиг. 19-а и б са показани два действителни случая за диаграма на въртящ момент.
а) при добре смазана пружина
б) при несмазана пружина, от които се вижда важното значение на смазването на пружината.