Архив на: admin

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.

Часовникови двигатели с пружина

Пружинният двигател намира широко приложение в почти всички механически часовници. Благодарение на малкото място, което заема, часовниците с такъв двигател имат по-прибрана конструкция. Но най-ценното на пружинния двигател е, че е удобен за преносими часовници Всички джобни и ръчни часовници имат такъв двигател. Той се е наложил и в съвременните модерни стенни, кухненски и за маса часовници.
При този двигател за източник на енергия служи спирално навита еластична пружина с правоъгълно сечение. За направа на същата се употребява специална стомана, която не бива да съдържа примеси от фосфор и сяра, които дават чупливост. Подбраният материал за пружина трябва да има висока еластичност и добри термични свойства.

prujinen dvigatel s nepodvijen baraban

Фиг. 13. Пружинен двигател с неподвижен барабан:

Срещат се две разновидности на пружинния двигател:
1. Пружинен двигател без барабан.
2. Пружинен двигател с барабан.
Първият вид е с по-просто устройство. Единият край на пружината е закрепен неподвижно за тялото на часовника, а другият край — за оста на барабанното колело. При такова устройство липсва барабан и пружината се развива свободно и ексцентрично към една страна. Неудобството при него е, че заема по-голямо пространство, маслото от пружината се разлива по целия механизъм, осите и лагерите се износват много бързо. Употребява се в будилници и някои по-прости стенни часовници.При по-прецизните и качествени часовници — стенни, за маса, ръчни и джобни — пружинният двигател е с барабан — металически цилиндър с капак, и навивателна ос на механизма. От своя страна пружинните двигатели с барабан се подразделят на:
1. Пружинен двигател с неподвижен барабан.
2. Пружинен двигател с въртящ се барабан.
Пружинният двигател с неподвижен барабан има следното устрой-ство (фиг. 13)
*Барабанът се закрепя неподвижно за една от платините (основите на часовника) с винтове и се затваря с капачката 2. За стената л на барабана с единия си край е закрепена пружината 4, а другият й край се навива върху оста на барабана 3, която в единия си край има квадрат за навиване с ключ. При навиването барабанната ос се върти надясно. Барабанното колело 5 стои неподвижно през време на навиването, а спирачният палец 6 пропуща навивателното колело с наведени зъби (храповик) 7, поставено неподвижно върху барабанната ос.

prujinen dvigatel s podvijen baraban

Фиг.14. Пружинен двигател с подвижен барабан

Под действие на навитата пружина барабанната ос се връща назад и навивателното колело с един от наклонените си зъби опира на спирачния палец и увлича барабанното колело.
През време на навиването обаче барабанното колело е неподвижно, лишено от двигателен момент, коетб причинява спиране на механизма. Този сериозен недостатък ограничава употребата на пружинния двигател с неподвижен барабан.
На фиг. 14 е представен пружинен двигател с подвижен барабан. При него е избягнат горният недостатък, поради което той има широко приложение в съвременните часовници. .
Барабанното колело / представлява едно цяло с барабана 2, а с капачката 3 се затваря последният. Вътрешният край на пружината се закрепя на куката 5 на барабанната ос 4, а външният край 6 — за закачката в стената на барабана. На квадрата на барабанната ос е закрепено с винт. Навивателното колело 7, в зъбите на което влиза спирачният палец 8. Мостът и основата са означени съответно с 9 и 10. След навиването барабанната ос остава неподвижна, а барабанът се движи по посока на навиването му. През време на навиването ме-ханизмът не спира — барабанът е в движение и е налице непрекъснат двигателен момент. Този двигател се употребява в ръчните и джобните часовници, към които има допълнителен навивателен механизъм.

prjunen chasovnik sys sedmichen chasovnik

Фиг. 15. Пружинен двигател за седмичен часовник

Като частен случай от тези два вида пружинни двигатели с барабан се явява този при седмичните часовници. На фиг. 15 е представен такъв пружинен двигател с подвижен барабан, а неподвижни са барабанното колело и барабанната ос. Външният край на пружината е закрепена за закачката на барабана 2, а вътрешният край — за закачката на барабанната ос 3 и е неподвижно свързан с барабанното колело 4 (представлява едно цяло). Барабанът е по-голям и по окръжността си има наклонени зъби (като на храпово колело), в които се опира спирачният палец 5. При навиване барабанът се върти и навива пружината около барабанната ос. Спирачният палец и храповото назъбване възпрепятствуват барабана да се върти обратно. По този начин барабанното колело през време на навиването притежава двигателен момент, необходим за задвижване на механизма по подобие на двигателите с подвижен барабан.

Двигателите с тежести при механичните часовници

tejest za stenen chasovnik

Фиг.7. Тежест за обикновен стенен часовник

Двигателят с тежести е най-старият тип двигател в часовниковия механизъм. Той има сравнително проста конструкция и дава постоянна двигателна сила. Благодарение на това и днес не е загубил значението си. Употребява се изключително в непреносимите часовници с регулатор махало (стенни, кулни, градски, салонни и др.) и в точните астрономически часовници. Неудобството на този двигател е, че не може да се използува в преносимите часовници (джобни, ръчни и др.)

regulirashta se tejesh za tochen chasovnik

Фиг.8 Регулираща се тежест за точен часовник

Тежестите в този двигател са с определено тегло, предварително изчислено, и съобщават на часовниковия механизъм от началото до края на вървежа постоянен двигателен момент. Тежестите се изработват обикновено с цилиндрична форма (фиг. 7), като отношението на дължината към диаметъра трябва да бъде между 2—5, средно 3. Според качеството и вида на часовника се употребяват за тежести и съответни материали. Така за обикновени стенни, кулни, градски и други часовници тежестите се изготвят от чугунени отливки, керамичен материал олово. За точните астрономически часовници се използуват обикновено месингови тръби, напълнени с оловни шайби, които се свалят или поставят за получаване на необходимото тегло (фиг. 8). Според начина на закрепване на тежестите се срещат двигатели с тежести в следните разновидности:

  1. Двигатели със стоманена струна, корда или шнур.
  2. Двигатели с вериги.
dvigatel s tejesti i korda

Фиг.9 Двигател с тежест корда

Първият вид двигател намира приложение в стенните, салонните и други домашни часовници и има следното устройство (фиг. 9). На оста неподвижно е закрепен барабанът 2 и свободно въртящото се барабанно колело 3. Връзката между него и барабана е храповото устройство, състоящо се от храповото колело 8 и спирачния палец 9. Единият край на шнура 6 е закрепен на барабана, а другият край е закрепен на куката 5. За удобство и за намаляване на работната дължина на шнура е поставен скрипецът 4. На долния му край чрез кука е закачена тежестта 7. Навиването става от квадрата на оста посредством ключ, като шнурът се навива около каналите на барабана и тежестта се издига нагоре. Храповото колело с наклонени зъби свободно пропуща спирачния палец. След окончателното навиване барабанът под действието на тежестта се стреми да се завърти на противоположната посока на навиването. Храповото колело, свързано неподвижно за барабана, също се завъртва в тази посока. Спирачният палец, закрепен върху барабанното колело, е опрял в един от наклонените зъби на храповото колело и завърта барабанното колело в същата посока. От барабанното колело движението се .предава посредством зъбните колела на часовниковия механизъм.

verijno kolelo tejest za chasovnik

Фиг. 10 Верижно колело с верига

При двигателите с верига вместо барабан имаме верижно колело със съответен брой зъби. На фиг. 10 е показано верижното колело с 10 броя зъби, около които е поставена веригата 2. Прешлените на веригата са подбрани така, че да съответствуват на разстоянието между зъби на верижното колело, т. е. да имат еднакви стъпки. На единия край на веригата се закачва тежестта, а другият свободно провисва надолу. От двете страни на верижното колело са шайбите 3 и 4, които служат да направляват веригата в зъбите на верижното колело. За навиващ и стопорен механизъм служи храповото устройство, състоящо се от храповото колело 5, в чиито наклонени зъби влиза спирачният палец. Храповото колело, шайбите и верижното колело са неподвижно свързани за втулката 6, която е впресована на оста 7. На тази ос свободно се върти барабанното колело. Връзката между него и верижното колело е осъществена посредством храповия механмзъм — храповото колело и Спирачния палец. При навиване храповото колело свободно пропуща по наклонените си зъби спирачния палец и веригата се надява на зъбите на верижното колело и се издига тежестта. По време на работа вследствие опъването на веригата от тежестта се завърта верижното колело, което посредством храповия механизъм увлича барабанното зъбно колело така, както и при двигателя със стоманена струна или корда, и придава двигателен момент върху зъбните колела.

Основен конструктивен недостатък на двигателите от тежести (с корда или верига) е, че по време на подема (издигането на тежестта) предавателният механизъм остава без двигателна енергия докато трае навиването. Това нарушава нормалния ход на часовника и внася грешки в показването на точното време.
По-точните и прецизни часовници с двигател от тежести имат специално приспособление, което предава на часовниковия механизъм необходимата енергия през краткотрайното навиване — издигането на тежестта. Състои се от пружина, която се деформира през време на навиването между спиците на барабанното зъбно колело, вследствие на което предава необходимата двигателна енергия, докато трае навиването. Това приспособление се нарича механизъм за спомагателно навиване. Действието на двигателя с верига принципно не се различава от този с шнур. Същият намира приложение в големи и тежки конструкции— кулни, градски и др. часовници, а също така и в някои битови домашни часовници (кукувички) и малки евтини стенни часовници без биене. Разстоянието между крайно издигнато и крайно отпуснато положение на тежестите при двигателите с шнур или верига се нарича ПАД или височина на издигане на тежестта. За намаляване на тази височина се поставят скрипци или макари. С тях се печели място и конструкцията става по-прибрана, но за сметка на това се увеличава теглото на тежестта. Падът е зависим от диаметъра на барабана и оборотите му, а при тези с верига — от броя на зъбите и стъпката на верижното колело.

figura na pada na tejesti na mehanichni chasovnici

Фиг. 11 График на пада

Колкото броя скрипци са поставени, толкова пъти се намалява височината на издигане ( но с толкова пъти се увеличава теглото на тежестта. На фиг. 11 е дадена графично тази зависимост). От лявата страна е нанесена височината на издигане мащабно в сантиметри. Разгледани са три случая:

    1. случай —без скрипец—над 120 см с приложна сила 10 кг и действуваща сила също 10 кг.
    2. случай — с един скрипец — над 60 см с приложна сила 20 кг и действуваша сила 10 кг.
    3. случай —с два скрипеца —над 40 см с приложна сила 30 кг и действуваша сила 10 кг.

От графика се вижда, че въпреки увеличаването на големината на тежестта действуващата сила остава същата, а оттам и двигателният момент не променен.

moment na dvigatelni tejesti

Фиг. 12. График на момента на двигателите с тежести

Двигателният момент М е зависим от действуващата сила Р и неговото рамо, т. е. радиуса на барабана. Ако D е диаметърът на барабана, то радиусът ще бъде тогава М=Р.

На всеки оборот N на барабана съответствува един и същ двигателен момент М. По този начин се получава диаграмата на момента (фиг. 12), изразена чрез хоризонтална права, която показва, че двигателният момент при двигатели с тежести е постоянна величина.

Това ценно свойство на двигателите с тежести се използува за постигане на голяма точност при астрономическите регулатори. Обикновено при тях издигането на тежестта (навиването) се извършва автоматически с електромагнитно устройство.

Поради мястото, което се предвижда за издигане на тежестите, двигателите с тежести се използуват само в непреносимите махални часовници.