Ход
Ход, регулятор или спуск, преобразует вращательное движение колёс в колебательное движение регулятора, периодически освобождая колёсную систему и преобразуя энергию пружины в импульсы, передаваемые регулятору для поддержания его колебаний.
С помощью хода регулятор управляет вращением колесной системы, так как при каждом полуколебании регулятора ход позволяет поворачиваться колёсам на определённые углы, значение которых зависит от конструкции хода и числа зубьев колес.
- Термины «спуск» и «ход» не полностью отражают выполняемые устрой¬ством функции, но они приняты в литературе и часовом производстве. Термин «преобразователь» полнее соответствовал бы этому устройству.
Ходы можно разделить на две основные группы: свободные и несвободные.
Несвободный анкерный ход
Несвободный анкерный ход применяется в маятниковых часах. В этом ходе действует постоянная кинематическая связь между ходом и регулятором.
Из всех конструкций ходов наибольшее применение в настоя¬щее время имеют два типа: ход Клемента и ход Грахама.
Несвободный анкерный ход с отходом назад (ход Клемента)
Этот ход применяют в настенных часах широкого потребления типа ходиков. Ход состоит из ходового колеса / (рис. 44) с числом зубьев 30 и анкерной скобы 2, закрепленной на одном валике с вилкой маятника (см. рис. 7)???. Левый конец скобы имеет наруж¬ную рабочую поверхность в зоне точки А и называется палетой входа, правый конец скобы имеет внутреннюю рабочую поверх¬ность в зоне точки В и называется палетой выхода.
Рабочие поверхности входной и выходной палет не концен-тричны относительно оси вращения 03 анкерной скобы. Работа хода и маятника выполняется следующим образом: в положении, показанном на рис. 44, а, маятник отклонен от положения равновесия на угол 3° вправо. Зуб ходового колеса закончил передачу импульса палете выхода, а другой зуб упал на поверхность входной палеты. Маятник по инерции будет продолжать свое движение вправо и поднимать выходную палету вверх на угол 4°. Левая входная палета будет опускаться вниз, давить на зуб и поворачивать ходовое колесо назад, т. е. против часовой стрелки. Угол отхода колеса назад определяется пере¬сечением внешнего луча — радиуса скобы с окружностью колеса, угол составляет примерно 2°. Ходовое колесо все время нахо¬дится под действием силового момента двигателя. Поэтому для отвода колеса назад маятник расходует значительную часть ки¬нетической. энергии. В результате происходит торможение при угле 4° (рис. 44, б) и маятник останавливается.
При обратном движении маятника справа налево ходовое ко¬лесо, возвращаясь в исходное положение (как показано на рисунке)???, продолжит передачу импульса на входную палету и за¬кончит передачу за положением равновесия маятника при угле 3° влево.
Ходовое колесо проходит угол импульса (4° 30') и угол па¬дения (1° 30'). Угол падения необходим из технологических соображений, т. е. при допустимых отклонениях размеров колеса и скобы и межосевого расстояния между ними {Ог03) гарантируется разрыв контакта зуба с палетой выхода и падение зуба на входную палету; функционирование спускового регулятора не нарушается.
На рис. 44, б показаны схемы углов, проходимых маятником за полный период колебания.
Таким образом, подъем анкерной скобы и амплитуда колебаний маятника равны 7°.
За полный период колебания маятника ходовое колесо повернется на 12°, что соответствует шагу колеса, определяемому по формуле - 360°=12°; 30 ??? импульс продолжается при угле 10°. Как сказано выше, часы с коротким маятником, имеющим ам¬плитуду колебаний 7°, отстают в ходе за сутки на 80,7 с.
Это следует из формулы (11): T = 2n]/X[l+isln»£]. (70)
Колебания маятника при такой амплитуде неизохронны и ошибка хода значительна.
Для снижения амплитуды колебания и уменьшения неизохронности был разработан анкерный ход с отходом колеса назад. Он мало повлиял на повышение точности хода часов. Часы с коротким маятником и несвободным анкерным ходом имеют то преимущество, что конструкция их чрезвычайно проста и технологична: в эксплуатации они работают безотказно в различных условиях. В часах-ходиках анкерную скобу изготовляют из стальной полосы с отогнутыми левым и правым концами для образования палет входа и выхода. Точность хода часов —- порядка 2— 3 мин в сутки. При более тщательной регулировке можно полу¬чить точность хода порядка 1 мин.
Энергии, передаваемой от ходового колеса к маятнику, достаточно для поддержания его колебаний, но недостаточно для пуска часов в ход, если маятник находится в положении равновесия. Для пуска часов маятник надо качнуть от руки.
Свободный ход (анкерный, хронометровый)
Свободный ход (анкерный, хронометровый) применяется в часах с регулятором баланс — спираль.
Этот ход получил наибольшее применение в механических при¬борах времени бытового и служебного назначения благодаря совокупности преимуществ перед другими ходами: высокой точности хода, малому расходу энергии, малым габаритным размерам, надежности действия в сложных условиях (линейные перегрузки до 15g) и применению в переносных и стационарных приборах времени. Хронометровый ход обеспечивает более высокую точность хода, а цилиндровый ход более надежен в эксплуатации, но по другим параметрам эти хода уступают свободному анкерному ходу.
Ход назван свободным, потому что взаимодействует с балансом на очень малом участке его пути, примерно 6—7%, а остальной путь (93—94)% баланс проходит свободно, вне кинематической связи с ходом, чем достигается более высокая изохронность колебаний баланса и, следовательно, более высокая точность хода часового механизма. Существенным конструктивным отличием свободного анкерного хода от несвободного служит наличие анкерной вилки — промежуточного звена между ходовым колесом и балансом, поэтому передача импульса от ходового колеса на баланс происходит не непосредственно, а через анкерную вилку. Это позволило резко увеличить амплитуду колебаний баланса (до 330°), тогда как в несвободном цилиндровом ходе амплитуда колебаний баланса не превышает 180°. Этот фактор положительно влияет на точность хода, в связи с этим свободный анкерный ход почти полностью вытеснил в часовых механизмах цилиндровый ход.
Свободный анкерный ход был изобретен в 1760 г. английским часовщиком Томасом Меджем, учеником Г. Грахама, но всеоб¬щее признание и применение этот ход получил лишь с 1825 г., когда французский часовой мастер Георг Лешо внес в него кардинальные усовершенствования. Конструкция анкера с палетами в ходе Т. Меджа была идентичной с ходом Г. Грахама. Мастер Г. Лешо предложил притяжку вилки и заменил цилиндрическую форму палет на призматическую.
- По другим источникам ход был изобретен Т. Меджем в 1754 г., спустя 3 года после смерти Г. Грахама.
Над усовершенствованием свободного анкерного хода работали многие выдающиеся ученые прошлых столетий. Свободные анкерные хода по способу передачи импульса делятся на три вида.
- 1. Ход с передачей импульса по палете. Зубья колеса имеют остроконечную вершину (рис. 48); такой ход получил название английского хода.
- 2. Ход с передачей импульса по зубу колеса. Палеты анкер¬ной вилки имеют форму цилиндрических штифтов, отсюда и название — штифтовый ход.
- 3. Ход с передачей импульса по палете и по зубу. Передача импульса распределена в определенном соотношении между плоскостями импульса палеты и зуба. Такой ход с распределенным импульсом получил название швейцарского хода.
Английский ход применяют сравнительно редко. Недостаток его заключается в том, что вилка значительно утяжелена за счет большой ширины палет; острая вершина зуба, перешедшая из хода Грахама, также мало используется в работе по сравнению с зубом в швейцарском ходе. Преимуществом английского хода является то, что передача импульса происходит плавно, без рез¬ких разрывов, что имеет место в швейцарском ходе.
Система баланс—спираль получила наибольшее применение в механических приборах времени в качестве осциллятора благодаря ряду преимуществ перед системой маятника и другими осцилляторами. Система баланс—спираль работает в любом положении к горизонту, и, следовательно, приборы времени являются переносными. Система малогабаритна, универсальна по применению в различных приборах времени и надежна на длительный срок эксплуатации.
Система баланс—спираль впервые была создана X. Гюйгенсом в 1675 г. для применения в морских хронометрах. Маятниковые часы для мореплавания, созданные X. Гюйгенсом ранее, оказались не столь надежными.
Одновременно с X. Гюйгенсом и даже несколько раньше над созданием системы баланс—спираль работал англичанин Р. Гук, но успеха не имел. На рис. показан узел баланса со спиралью, созданный X. Гюйгенсом. Этот узел является прототипом всех современных конструкций узлов баланса.
Спусковым регулятором часового механизма называется устройство, состоящее из осциллятора, совершающего равномерные колебания, и спуска, преобразующего колебания в интервалы времени исполнительного устройства; при этом поступление энергии на осциллятор для поддержания его колебаний регулируется тем же спуском.
Таким образом, функции спускового регулятора заключаются в следующем.
В определенной фазе движения осциллятора (до положения равновесия) спуск, получив импульс энергии от осциллятора, освобождает колесную систему для поворота ее на строго определенный угол, т. е. передает интервал времени от осциллятора на исполнительное устройство. Колесная система после освобождения передает от источника питания в систему привода спуска силовой момент, который затем в виде силовых импульсов поддерживает колебания осциллятора, преодолевая все виды сопротивлений.
Такое обратное воздействие привода спуска на осциллятор носит название обратной связи.
Из сказанного следует, что в спусковом регуляторе спуск выполняет две функции, он состоит из системы освобождения, работой которой управляет осциллятор, и системы привода, осуществляющего передачу энергии непосредственно на осциллятор.
Конструктивно обе системы объединены в одном узле. Кинематически спуск преобразовывает колебательное движение осциллятора во вращательное движение колесной системы.
Основным органом в спусковом регуляторе и часовом механизме является осциллятор, совершающий равномерные колебания, преобразуемые затем в показания текущего времени, отсчет интервалов времени и т. п.
Спусковые регуляторы, имеющие в качестве осциллятора систему баланс—спираль, а в качестве спуска — свободный анкерный ход, выполняют в виде самостоятельных изделий, они известны под названием приставных спусковых регуляторов. Их широко применяют как регуляторы скорости вращения двигателей, в программных механизмах самопишущих приборов, в реле времени, в настольных и настенных часах и других крупногабаритных приборах времени. Приставные спусковые регуляторы нормализованы и выпускаются часовыми заводами в больших количествах.
СПУСКОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
КЛАССИФИКАЦИЯ СПУСКОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ Спусковые регуляторы, применяемые в механических приборах времени, можно разделить на два класса: несвободные спусковые регуляторы и свободные спусковые регуляторы,
Несвободные спусковые регуляторы применяются в стацио¬нарных приборах времени и в некоторых случаях в переносных приборах времени.
Свободные спусковые регуляторы имеют широкое применение как в стационарных, так и в переносных приборах времени быто¬вого и служебного назначения.
По числу передаваемых импульсов спусковые регуляторы делятся на два вида: спусковые регуляторы, передающие на ос¬циллятор два импульса за период, и спусковые регуляторы, пе¬редающие на осциллятор один импульс за период. В несвободных спусковых регуляторах осциллятор находится в кинематической и динамической связи с ходом в течение почти всего периода колебаний. В свободных спусковых регуляторах такая связь продолжается на малом отрезке времени — при осво¬бождении колесной зубчатой передачи и в процессе передачи импульса на осциллятор. Как известно, спусковой регулятор состоит из осциллятора (колебательной системы) и спуска хода (системы хода)г. Ход — наиболее сложный и характерный узел часового ме¬ханизма. Прежде чем достигнуть совершенства и изящества в вы¬полнении своих функций, ход в своем развитии прошел долгий и сложный путь. Первое упоминание о ходах, применявшихся в башенных часах, относится к началу XIV в. Появились хода в Германии, Франции, Англии и Италии. За прошедшие шесть с половиной столетий, особенно в XVII, XVIII и XIX вв., над изобретением и усовершенствованием ходов работали выдающиеся ученые и мастера того времени. История хранит множество кон¬струкций ходов, из которых к настоящему времени дошли лишь несколько типов, но таких совершенных и остроумных, что за последние пятьдесят лет в них не было внесено ничего принци¬пиально нового и совершенного. Вероятно, что в дальнейшем процесс развития приборов времени будет идти по другому пути, основываясь на достижениях физики, химии, электротехники, металлургии, радиоэлектроники и других наук, достигших к на¬стоящему времени высокого уровня развития.
Однако механические приборы времени не сойдут так скоро с исторической арены и многие десятки лет будут отлично выпол¬нять свои функции — функции показателей текущего времени и измерителей интервалов времени. Хода имеют очень разнообраз¬ное применение, и намечается еще большее их использование в тех¬нических приборах времени. Хода по аналогии со спусковыми регуляторами делят на не¬свободные и свободные. Те и другие в зависимости от принципа действия и конструктивного решения делятся на несколько ти¬пов: анкерные, хронометровые, цилиндровые и др.
Несвободные анкерные хода применяются в стационарных приборах времени с маятниковым осциллятором. Несвободный цилиндровый ход находит ограниченное применение в технических приборах времени с балансовым осциллятором. В Швейцарии продолжается выпуск в небольших количе¬ствах карманных и наручных часов с цилиндровым ходом.
Свободные анкерные хода — штифтовые и палетные широко применяются в переносных и стационарных приборах времени бытового и служебного назначения.
Свободный хронометровый ход применяются в морских хроно¬метрах и аналогичных им приборах времени.