Архив за етикет: часовници

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.

Принципни схеми и названия в механическите часовници

На фиг. 5 е представена схема на непреносим махален часовник с несвободен ход и двигател с тежести.

Тежестта 1 пада надолу под влияние на собственото си тегло и завърта оста на барабана 2 чрез струната, която от единия си край е прикрепена за барабана, а от дтругия за тежестта.

Neprenosim mahalen chasovnik

Фиг. 5. Схема за непреносим махален часовник с несвободен ход

На оста на барабана е неподвижно закрепено барабанното колело 3, което се зацепва с пиньона 4 на междинното колело 5. Пиньонът и зъбното колело са закрепени неподвижно на една ос.
1. Зъбно колело c по-малко от 15 зъба. В някои часовници това зъбно колело липсва.
Междинното колело се зацепва с пиньона 6 на централното колело 7, оста на което е разположена в центъра на механизма. Централното (средно) колело 7 се зацепва с пиньона 8 на посредното колело 9, а то от своя страна — с пиньона 10 на секундното колело 11. Пиньо- нът 12 на ходовото колело 13 е последно зъбно колело и чрез своеобразните зъби на ходовото колело предава посредством анкъра 14 движението от двигателя и предавателния механизъм на регулатора-махало 15 за поддържане на колебателното му движение. Връзката на анкъра с махалото е осъществена чрез вилката 20, неподвижно закрепена на оста 21 на анкъра. Вилката обхваща пръта 22 на махалото и при движение на анкъра под налягането на зъбите на ходовото колело махалото се отклонява на определен ъгъл. Предавателното число от барабана до средното колело е така подбрано, че оста на средното колело да се върти със скорост 1 оборот за 1 час (60 минути).

Prenosim Chasovnik s regulator, balans i ankyrov hod

Фиг. 6 Схема на преносим часовник с регулатор, баланс, анкъров ход и пружинен двигател

При въртенето се увлича и минутният пиньон (карамфилът) 16 с втулката, на която е закрепена минутната стрелка. Минутният пиньон се зацепва със зъбите на делителното колело /7, а пиньонът 18 — с часовото колело 19. Върху втулката на последното е закрепена часовата стрелка, която прави един оборот за 12 часа. На фиг. 6 е представена схема на преносим часовник с регулатор баланс със свободен швейцарски анкъров ход и с пружинен двигател.

За източник на енергия служи пружината 1 в барабана 2 с барабанното колело; пружината се навива върху барабанната ос 3. Следват зъбни зацепления на колевата система, а именно средното колело 4, посредното колело 5, секундното колело 6 и ходовото колело 7.

Ходовото колело посредством анкъра 8 отпуща периодически импулси за поддържане колеба-телното движение на регулатора баланса 9 със спиралната пружина 10. Навиването на двигателя се осъществява чрез навивателния ключ (ремонтоар с коронка) 11, ремонтоарните колела 12 и навивателните колела — коронно 13 и барабанно 14.

В часовниковите механизми, за да се спести място, зъбните ко¬лела не се разполагат в права линия, както е показано на схемата. Понякога към конструкцията на часовниковия механизъм се включват и някои други спомагателни механизми, които удовлетворяват известни изисквания, а именно:

– биещ механизъм — в стенните, градските и кулните часовници, а понякога и в часовниците за маса и джобните часовници.

-будилников механизъм — в часовниците за маса.

– механизъм за музика—в часовниците тип „жокер“ към звънчевия механизъм се прикачват латерни, които изпълняват различни мелодии.

– контактни и сигнални приспособления — при сигналните часовници във фризьорството, физиотерапията, светлинните инсталации, контролните часовници и др.

– хронографен механизъм — в часовниците-хронографи, които могат да отчитат до 0,01 сек и да регистрират интервали от времето. Същите са приспособени и за отчитане на редица величини ъглова скорост, линейна скорост и др.

– календарен механизъм — в часовниците-календари. Чрез система зъбни колела стрелковият механизъм е приспособен да отчита дните и месеците, а понякога и лунните фази.

Уреди за измерване на времето

Определяне на времето чрез наблюдения на небесните светила – звезди и слънце, е било много трудно и неудобно. Достъп за това имали само древните учени — астрономи, които извършвали наблюденията чрез специални астрономически инструменти.

Дължината на хвърлената сянка от предметите е послужила по-бързо и практическо определяне на времето. Първият показател на времето — т. Нар. слънчев часовник, е представлявал един обикновен прът забит в земята. Неговата, сянка е била много дълга сутрин, намалявайки до минимум на обед, за да стане отново дълга вечер при залез слънце. С такива слънчеви часовници са си служили древните жители на Месопотамия и Египет (2000 г. пр. н. е.). По-късно обикновеният прът е бил заменен с каменни стълбове, поставяни обикновено, по площадите, пред храмовете или дворците. Тези слънчеви часовници се наричали ГНОМОНИ (фиг. 1). Те давали приблизителна точност, тъй като през различните месеци и сезони слънчевите дни не са еднакви. Сянката на този гномон падала върху разчертаната на земята „скала“ с приблизително равни интервали от време, но с различни разстояния помежду си.

 Слънчев часовник с цифреник

Фиг. 1. Слънчев часовник с цифреник

През V в. преди н. е. цивилизованите народи (араби, гърци, римляни) вече притежавали друг, по-точен показател на времето — слънчевия часовник, който можем да наречем ГНОМОН с цифреник. Неговият показател обаче, не е бил вече вертикален, а наклонен на известен, ъгъл, благодарение на което сянката се е менила само по големина. Слънчевите часовници са били строени върху стените на сградите или върху специални колони. Правени са и преносими слънчеви часовници в различни форми и големини (фиг. 2). Владетелите и богатите са имали такива от скъпоценни камъни и благородни метали. И до днес има запазени от тези антични часовници.

Преносим слънчев часовник

Фиг. 2. Преносим слънчев часовник

Слънчевите часовници са служели само през деня. Тяхната употреба след залязване на слънцето е била невъзможна. По-практични в това отношение били маслените ламби-часовници. Те представлявали градуирани съдове, разграфени на равни интервали. Времето се отчитало по нивото на маслото, което се изменяло при горенето.

Основни принципи за измерване на времето

За часовницитеПонятието за време и потребността от неговото определяне е било известно на хората още в древността. Но за да се даде правилна оценка на това понятие, необходимо е то да се разгледа в светлината на диалектическо-материалистическата философия за движението на материята. Светът се развива по законите за движение на материята, която е неделима от понятието за пространство и време.
Измерването на времето е един от елементите на марксистко-ленинското пoзнание за природата и играе важна роля в организацията на производството и културата.
Като основа (единица) за измерване на времето е служило периодическото денонощно завъртване на земното кълбо около своята ос и около небесните светила. Още първобитните хора са наблюдавали смяната на деня с нощта и са се ориентирали за времето. Наблюдаването на небесните тела и тяхното движение дало повод за разпределяне на времето по астрономически път.
Известно е, че всички светила и слънцето изгряват от изток, достигат най-високата си точка, като пресичат меридиана lia на дадено място, и залязват на запад. Преминаването на светилото през мердиана на дадено място се нарича кулминация. Най-високото положение е горна кулминация, а най-ниското — долна кулминация.
Промеждутъкът от време между две последователни горни кулминации представлява едно денонощие.Звезден часовникЗвездно денонощие се нарича промеждутъкът от време между две последователни горни кулминации на дадена звезда. Това време се равнява на времето за завъртането на земята около нейната ос по отношение на дадената звезда. Звездното денонощие е постоянна величина, която се равнява на 23 ч, 56 мин и 4 сек.
Това дава възможност да се построят звездни часовници. Практическо приложение те имат поради явяващата се разлика от около 3 мин и 56 сек от действителното време, но затова пък имат ценно приложение в астрономическите обсерватории за сверяване и калибриране на часовниците по дадена звезда.