ГЛАВА IV НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СПУСКОВЫХ ЧАСОВЫХ МЕХАНИЗМОВ (1957 год)

ГЛАВА IV НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СПУСКОВЫХ ЧАСОВЫХ МЕХАНИЗМОВ (1957 год)

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ТИПЫ СПУСКОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ

Спусковой регулятор представляет собой часть часового механизма, регулирующую скорость вращения осей зубчатой передачи. Это регулирование осуществляется установлением определенного угла поворота спускового колеса за период колебаний колебательной системы. Колебательная система —это узел спускового регулятора, способный во взаимодействии с остальными частями часового механизма совершать незатухающие колебания с достаточно постоянным периодом. Основные части спускового регулятора механических часов — колебательная система и спуск. Колебательная система механических часов представляет собой маятник или баланс с волоском.

Профессор Ф. В. Дроздов писал: «Устанавливая термин «спусковой регулятор», будем понимать, что этот регулятор состоит из следующих трех узлов:

1. Колеблющаяся система, которая очень часто и называется регулятором, хотя сама по себе эта система не может длительно регулировать движение, так как, предоставленная самой себе, быстро затухает. Задачей этой системы является периодическое, строго во времени, останавливание и пуск оси.

2. Ход, спуск или эшапман, т. е. сочетание ходового колеса и особой детали (анкера). Этот узел представляет собой кулачковый механизм, в котором одно из звеньев (ходовое колесо) имеет вращательное движение с остановками, а другое звено (анкер, вилка, защелка, ходовая пружинка) имеет колебательное — получающееся от ходового колеса и колебательной системы. Задачей этого узла является:

а) периодические останавливания и пуски ходового колеса и

б) получение от ходового колеса на колебательную систему импульсов, необходимых для поддержания колебательного процесса в ней.

3. Изохронизирующее приспособление, в задачу которого входит выравнивание периода колебания колеблющейся системы на определенном диапазоне изменения амплитуд до заданного размера.

Не все спусковые регуляторы в своей конструкции имеют такие Приспособления» [15].

Спусковые регуляторы можно классифицировать по типу применяемой в них колебательной системы и по типу применяемых В них спусков или ходов.

По типу применяемой колебательной системы спусковые регуляторы делятся на:

1) балансовые со спиральным волоском (спираль Архимеда, Винтовая спираль) (фиг. 47);

2) балансовые с прямым волоском (фиг. 48);

3) балансовые с крутильным волоском (фиг. 49);

4) балансовые с винтовыми пружинами (фиг. 50);

5) маятниковые (фиг. 51);

6) храповые с упругой пластинкой (фиг. 52);

7) без собственного периода колебаний (фиг. 53).

По типу применяемых спусков спусковые регуляторы делятся на:

1) спусковые регуляторы-с несвободными спусками;

2) спусковые регуляторы со свободными спусками.

В регуляторе с несвободным спуском колебательная система постоянно находится в кинематической связи со спусковым мехапизмом. В регуляторах со свободными спусками колебательная система только кратковременно периодически находится в кинематической связи со спусковым механизмом. Примером несвободного спуска может служить спуск маятниковых стенных часов (фиг. 51), а анкерный спуск (фиг. 54) может служить примером свободного спуска.

2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СПУСКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Несвободные спусковые механизмы. Наиболее типичным спуском с трением на покое является так называемый ход Грагама. Английский часовщик Георг Грагам в 1715 г. предложил спусковой механизм, который применяется и до сих пор в маятниковых настенных и напольных часах. На фиг. 55 изображен спуск Грагама, состоящий из спускового колеса 1 и якоря 2 с укрепленными в нем двумя палетами. На входной палете 3 внешняя цилиндрическая, а на выходной 4 — внутренняя цилиндрическая поверхности называются поверхностями покоя, а скошенные плоскости палет называются плоскостями импульса. Вращающий момент, передаваемый от двигателя на спусковое колесо, дает вращение последнему в направлении по часовой стрелке. На фиг. 55 механизм изображен в тот момент, когда зуб спускового колеса лежит на поверхности покоя входной палеты.

В нашем случае для хода напольных часов угол покоя входной палеты составляет 1°, а угол импульса 1°20'. Сумма угла покоя и угла импульса называется углом подъема якоря. Когда зуб, находящийся на поверхности покоя, перейдет на плоскость импульса, пройдет плоскость импульса и соскочит со входной палеты, спусковое колесо повернется свободно на некоторый угол до тех пор, пока зуб, находящийся перед выходной палетой, не упадет на поверх-ность покоя выходной палеты. Упомянутый угол свободного поворота спускового колеса называется углом падения. При падении спусковое колесо сообщает нежелательный удар палете, и поэтому необходимо выбирать угол падения предельно малым. Совсем уничтожить угол падения нельзя, так как невозможно абсолютно точно изготовить колесо и якорь, и отклонения в размерах и взаимном расположении этих двух деталей приведут к заклиниванию спускового механизма.

Цикл работы спускового регулятора за полный период колебания маятника включает следующие основные этапы [6]:

1) двигаясь из крайнего правого положения, маятник проходит дополнительный угол и угол покоя и через посредство вилки поворачивает якорь, преодолевая при этом трение на поверхности покоя входной палеты;

2) зуб спускового колеса переходит на плоскость импульса входной палеты и, скользя по ней, толкает ее вверх, передавая через посредство вилки импульс* маятнику;

3) пройдя импульсную плоскость, зуб спускового колеса соскакивает с палеты, и ближайший к выходной палете зуб падает на поверхность покоя выходной палеты. Маятник в это время совершит свободный поворот на некоторый угол, так называемый «угол свободного поворота»;

4) маятник, продолжая движение по часовой стрелке, проходит дополнительный угол, поворачивая якорь и преодолевая трение на поверхности покоя выходной палеты;

5) дойдя до своего крайнего левого положения, маятник начинает движение против часовой стрелки и, проходя дополнительный угол и угол покоя, преодолевает трение на поверхности покоя выходной палеты;

6) зуб спускового колеса переходит на плоскость импульса выходной палеты, скользя по ней, толкает ее вверх, передавая посредством вилки импульс маятнику. Затем повторяются 3-й и 4-й этапы с той лишь разницей, что падение зуба будет происходить на поверхности покоя входной палеты, и маятник, продолжая движение по дополнительной дуге до своего крайнего правого положения, будет преодолевать трение на входной палете.

При последующих колебаниях маятника цикл действия регулятора будет идентичен описанному выше. За полный период колебания маятника, т. е. за цикл работы регулятора, спусковое колесо повернется на один зуб.

Фиг. 55. Спуск с трением на покое (спуск Грагама).

Спуск с отходом назад, или возвратный спуск (фиг. 56) состоит из спускового колеса 1 с зубьями и якоря 2. Якорь имеет палеты, из которых входная 3 имеет цилиндрическую рабочую поверхность, а выходная 4 — плоскую. На фиг. 56 механизм изображен в тот момент, когда зуб спускового колеса только что упал на входную палету. Маятник в этот момент продолжает движение против часовой стрелки и описывает дополнительную дугу. Зуб, находящийся на входной палете, скользит по палете, а так как ось цилиндрической поверхности палеты не совпадает с осью вращения якоря, то спусковое колесо, отжимаемое рабочей поверхностью, опускающейся вниз палеты, будет отходить назад (против часовой стрелки). Когда кинематическая энергия маятника будет израсходована, маятник остановится и начнет движение по часовой стрелке; в это время зуб будет скользить по рабочей поверхности входной палеты и поворачивать якорь по часовой стрелке. Поворачиваясь по часовой стрелке, якорь, через посредство вилки, сообщает импульс маятнику до тех пор, пока зуб спускового колеса не соскочит с входной палеты. После этого спусковое колесо повернется свободно на некоторый угол (угол падения), очередной его зуб упадет на рабочую поверхность выходной палеты, и весь цикл движений повторится аналогично описанному выше процессу на входной палете.

Цилиндровый спуск относится к типу спусков с трением на покое и имеет цилиндрические поверхности покоя палет. Этот спуск состоит в основном из цилиндра и спускового колеса. Цилиндр (фиг. 57) представляет собой тщательно отшлифованную и отполированную внутри и снаружи стальную трубку. Эта трубка имеет вырез (проход) 1, сделанный с таким расчетом, что рабочая часть ее образует центральный угол 190—200°. В нижней части этот вырез расширен, т. е. в цилиндре дополнительно сделано окно для прохода ножки зуба спускового колеса, и оставшаяся часть тела цилиндра образует центральный угол около 100°. Края срезанной части цилиндра играют роль палет, они скошены под углом и носят названия: входная губа 2 и

выходная губа 3. Ось цилиндра одновременно является и осью баланса. В торцы цилиндра запрессованы пробки, которые имеют по концам цапфы для вращения в камневых опорах.

Спусковое колесо 1 в цилиндровом спуске (фиг. 58) имеет на ободе выступы по числу зубьев. На каждом выступе, перпендикулярно к плоскости колеса, имеется ножка зуба 1 (фиг. 59), а на ней своеобразной формы головка зуба 2. Импульс в основном происходит на спинке зуба 3 спускового колеса. Спусковое колесо обычно имеет 15 зубьев и изготовляется из высокоуглеродистой стали. Действие цилиндрового спуска нетрудно проследить на схеме, где показаны семь относительных положений-зуба спускового колеса на цилиндре (фиг. 60).

В положении 1 зуб колеса упал на входную губу, а именно на внешнюю поверхность цилиндра, при этом баланс продолжает, за счет своей кинетической энергии, движение против часовой стрелки (дополнительная дуга). В положении 2 баланс, израсходовав свою кинетическую энергию, начинает движение по часовой стрелке, проходя снова дополнительную дугу, но уже в обратном направлении. Положение 3 показывает, что входная губа выскользнула из-под острия зуба 4 (фиг. 59) и колесо, освободившись, вращается по

часовой стрелке, и, действуя спинкой зуба на импульсную кромку цилиндра, сообщает импульс балансу. Положение 4 показывает момент, когда зуб спускового колеса падает на поверхность покоя выходной губы. Баланс в это время описывает дополнительную дугу, продолжая вращаться по часовой стрелке. Положение 5 изображает момент, когда выступ обода входит в вырез цилиндра, а зуб продолжает с трением скользить по внутренней поверхности цилиндра. Дойдя до крайнего положения, баланс начинает двигаться против часовой стрелки, проходит дополнительную дугу, дугу покоя, и наступает момент, когда импульсная поверхность выходной губы

выйдет из-под острия зуба. Положение 6 изображает момент импульса, передаваемого выходной губе во время вращения спускового колеса.

Положение 7 показывает, что после того как зуб спускового колеса вышел из соприкосновения с выходной губой, следующий за ним зуб упал на внешнюю поверхность входной губы. Во всех случаях, когда баланс проходит дополнительную дугу, острие зуба скользит по поверхности цилиндра (либо по внешней поверхности входной губы, либо по внутренней поверхности выходной губы).

Из описанных выше несвободных спусков широкое применение в настоящее время находят только спуск Грагама и возвратный спуск, тогда как цилиндровый спуск является отмирающим и встречается редко.

Свободные спусковые механизмы. В современных конструкциях переносных часов и часовых механизмов наиболее употребительными являются свободные спуски: свободные анкерные спуски и хронометровые спуски.

Всякий свободный анкерный спуск (фиг. 61) состоит из следующих основных частей: спусковое или анкерное колесо (фиг. 61, а); анкер или якорь с палетами (фиг. 61, б); вилка с копьем (часто выполняется как одно целое с якорем); импульсный камень или эллипс, вставленный в двойной ролик (фиг. 61, в).

Анкерное колесо и анкерная вилка в современных часовых механизмах изготовляются из стали, эллипс и палеты из синтетического рубина или агата. Двойной ролик сидит на оси баланса и выполняет двойную роль. Во-первых, в одном диске этого ролика запрессован импульсный камень (эллипс), посредством которого передается импульс балансу, во-вторых, в другом диске этого ролика имеется вырез, который пропускает копье (предохранительный штифт) вилки при определенном угле поворота ролика.

Работа анкерного спуска будет рассмотрена в следующей главе.

Свободные анкерные спуски разделяются между собой по положению поверхностей покоя и по способу передачи импульса.

По положению плоскостей покоя спуски делятся на: равноплечие, у которых середины импульсных плоскостей палет находятся на одинаковом расстоянии от оси качания анкерной вилки (фиг. 62, а); неравноплечие, в которых плоскости покоя одинаково удалены от оси качания анкерной вилки (фиг. 62, б); смешанные,

у которых плечи импульса неодинаковые, а плоскости покоя сдвинуты на обеих палетах в одну сторону на одну и ту же величину (фиг. 62, в).

По способу передачи импульса свободные анкерные спуски делятся на: английский спуск, у которого зубья анкерного колеса

Фиг. 63. Свободные анкерные спуски.

заострены и не имеют импульсной плоскости, а передача импульса происходит только за счет скольжения острия зуба по плоскости импульса палеты (фиг. 63, а); швейцарский спуск, у которого зубья анкерного колеса имеют широкую импульсную плоскость и потому более прочны, передача импульса происходит вначале за счет скольжения острия зуба колеса по импульсной плоскости палеты, а затем — за счет скольжения ребра палеты по импульсной плоскости зуба (фиг. 63, б); это самый распространенный анкерный спуск; штифтовый спуск, у которого вместо палет поставлены стальные цилиндрические штифты, и импульс происходит исключительно за счет скольжения палет (штифтов) по импульсной плоскости зуба (фиг. 63, в).

Из применяемых в настоящее время хронометровых спусков различают два типа: спуск с пружиной покоя (фиг. 64) и спуск с рычагом покоя (фиг. 65).

Хронометровый спуск с пружиной покоя (фиг. 64). Спуск имеет следующие основные части: зубчатое спусковое колесо 1, вращающееся по часовой стрелке; стопорную пружину, или пружину

покоя 7, укрепленную одним концом на платине; гибкую и упругую спусковую пружину (золотую пружинку) 6, укрепленную на пружине покоя; импульсный 2 и спусковой 3 ролики на оси баланса. В пружину покоя вставлен камень покоя 8, плоскость которого имеет

наклон к радиусу спускового колеса под углом т (см. фиг. 65), называемым «углом притяжки». Благодаря такому расположению плоскости среза камня покоя зуб колеса при давлении на камень стремится притянуть его к себе и изогнуть пружинку покоя вниз. При

работе механизма изгиб пружины покоя происходит в ее тонкой части.

В импульсном ролике 2 укреплен импульсный камень 4, а в спусковом ролике—спусковой камень 5. Баланс, совершая колебательные движения, обеспечивает. тем самым вращение насаженных на его оси импульсного и спускового роликов. Регулировочный винт 9 служит для регулировки глубины входа камня покоя в окружность выступов спускового колеса.

На фиг. 64 изображен механизм спуска в тот момент, когда спусковое колесо неподвижно, так как один из его зубьев лежит на камне покоя.

Схема действия спуска следующая:

Баланс вместе с роликами вращается в направлении часовой стрелки, причем движение происходит свободно и независимо от

спускового устройства, находящегося в этот момент в неподвижном состоянии. Один из зубьев спускового колеса лежит при этом на камне покоя 8. Совершив полуколебание по часовой стрелке, баланс возвращается обратно в положение равновесия, двигаясь против часовой стрелки.

Около положения равновесия спусковой камень 5 ударяет по концу золотой пружинки 6, которая, упираясь в конец пружины покоя 7, отводит ее и, таким образом, освобождает зуб спускового колеса. Под действием заводной пружины спусковое колесо приходит в движение, нагоняет своим очередным зубом импульсный камень 4 и сообщает балансу импульс, ускоряющий вращение баланса против часовой стрелки. Спусковой камень 5 освобождает золотую пружинку, пружина покоя 7, возвращаясь в свое обычное положение, посредством камня покоя 8 вновь стопорит спусковое колесо, и оно останавливается, повернувшись на один зуб по часовой стрелке. Баланс, продолжая свое движение, проходит восходящую дополнительную дугу, заводит при этом спираль, упругая сила которой останавливает баланс и затем возвращает его обратно. При этом, двигаясь по часовой стрелке, баланс спусковым камнем ударяет по концу золотой пружинки. Золотая пружинка легко отгибается, на что затрачивается ничтожно малая доля энергии баланса, баланс свободно завершает свою дополнительную дугу, после чего цикл повторяется вновь.

Хронометровый спуск с рычагом покоя (фиг. 65). Этот вид спуска отличается от предыдущего только тем, что пружина покоя заменена уравновешенным рычагом 1, качающимся вокруг своей оси 2 и стремящимся под действием спирали 4 повернуться против часовой стрелки. Один конец спирали заделан в неподвижной колодочке 3, а другой прикреплен к телу рычага.

Уравновешенность рычага покоя в этом спуске придает большую независимость хода хронометра от его положения, в силу чего он нашел применение в карманных хронометрах. Рычаг покоя делается небольших размеров и легким из соображения уменьшения влияния сотрясений и толчков на работу механизма. К недостаткам этого спуска нужно отнести дополнительное трение в опорах оси рычага.

Роль спуска состоит в периодическом задержании движения колесного механизма при помощи спускового колеса и сообщения балансу импульсов, необходимых для поддержания его колебательного движения. Периодическое задержание движения спускового колеса осуществляется в хронометровых ходах за счет того, что по окончании импульса каждый из зубьев спускового колеса задерживается камнем покоя. Чтобы вновь привести в движение спусковое колесо с целью передачи нового импульса балансу, необходимо освобождение колеса.

Спусковое колесо освобождается, когда спусковой камень 5 через посредство золотой пружинки 6 отбрасывает рычаг покоя на

величину, необходимую для освобождения зуба спускового колеса, лежавшего на камне покоя 2.

Спусковой и импульсный камни должны иметь такое взаимо-положение, чтобы после окончания освобождения импульсный камень находился на некотором расстоянии перед вступающим в действие зубом спускового колеса. Падая на действующую поверхность импульсного камня, зуб спускового колеса сообщает импульс балансу, тем самым поддерживая его колебательное движение. Во время импульса спусковой камень освобождает золотую пружинку и вместе с ней рычаг покоя. Последний возвращается в состояние покоя, прижимается к упору и готов после окончания импульса принять следующий зуб спускового колеса и снова задержать его вращение.

Затем баланс проходит дополнительную дугу свободно, вне связи с механизмом спуска, и только при обратном колебании, при отводе золотой пружинки в сторону, имеет минимальную связь с этим механизмом.

Из предыдущего краткого описания видно, что баланс связан с механизмом хронометрового спуска только во время освобождения и импульса (при прямом колебании) и при отклонении золотой пружинки (во время обратного колебания). Импульс передается непосредственно балансу и осуществляется при каждом втором полуколебании, поэтому хронометровый спуск относится к классу свободных спусков с непосредственной передачей импульса.

Спуск, в основном, является стопорным (защелкивающим) механизмом. Расчленяя хронометровый спуск на отдельные кинематические пары, увидим, что за исключением плоскости покоя, создающей притяжку, спуск состоит лишь из простых прямых рычагов, в то время как спуски цилиндровый и анкерный имеют еще наклонные плоскости, называемые плоскостями импульса. Пружинный (хронометровый) спуск обладает меньшим количеством трущихся деталей в сравнении с другими спусками и при правильном подборе материала деталей не требует их смазки. Состояние поверхности трения в пружинном спуске оказывает меньшее действие на колебания баланса, чем в анкерном спуске.

Однако применимость хронометровых спусков в приборах времени переносного типа ограничивается рядом существенных недостатков их, к которым относятся: галопирование спуска вследствие проскакивания спускового колеса на два зуба при одном колебании и остановка баланса под действием сотрясений или толчков. После остановки часов с хронометровым спуском, в результате спуска заводной пружины, они после восстановления завода пружины сами не пойдут без раскачивания баланса извне, как это имеет место в часах с анкерным ходом. Особенно большим дефектом хронометрового спуска с пружиной покоя является отсутствие соответствующих предохранительных приспособлений против преждевременного освобождения спускового колеса под действием случайных толчков или сотрясений.

3. ПОСТРОЕНИЕ СПУСКА ГРАГАМА

Методику построения спуска Грагама покажем на конкретном примере построения спуска для напольных часов, сконструированных в НИИЧАСПРОМ. Спуск изображен на фиг. 55.

содержание .. 6 7 8 9 ..