О П И С А Н И Е 355825
К ПАТЕНТУ вс;;, Г,4т,Зависимый от патента №
М. Кл. 6 04Ь 13/02
Заявлено 25.Ч1.1968 (№ 1249756/18-10)
Приоритет 12.VII.1967, № 652948, США
Опубликовано 16.Х.1972. Бюллетень № 31
Дата опубликования описания 21.XI.1972
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
УДК 681.112.2(088,8) Автор изобретения и заявитель
Поль Гильден (Соединенные Штаты Америки) МЕХАНИЗМ ВРАЩЕНИЯ СТРЕЛОК ЧАСОВ
Изобретение относится к производству часов.
Известен механизм вращения стрелок часов, состоящий из двух шестерен с внутренним зацеплением. Малая шестерня имеет 11 зубьев, а большая 12 зубьев, при этом малая шестерня посажена на эксцентрик, закрепленный на оси минутной стрелки. При повороте оси минутной стрелки и эксцентрика на 360 малая шестерня входит в зацепление с определенным участком между двумя зубьями большой шестерни, вызывая ее поворот на
Предложенный механизм вращения стрелок имеет одну вращающуюся шестерню и проще в изготовлении.
На фиг. 1 и 2 показан описываемый механизм вращения стрелок со стороны циферблата часов; на фиг. 3 — то же, в разрезе; на фиг. 4 — 6 — то же, различное взаимное положение зубьев шестерен.
Предложенный механизм содержит ось минутной стрелки 1 с закрепленным на ней (или выполненным совместно) эксцентриком
2. На конце эксцентрика закреплена минутная стрелка 8, а на образующую эксцентрика надета с зазором шестерня 4. Зубья 5 шестерни образованы 12-ю пересекающимися криволинейными поверхностями (циклоидами), выполненными симметрично относительно оси шестерни. На торце шестерни 4 закреплена часовая стрелка б.
В крышке 7 часов (или в циферблате) симметрично оси минутной стрелки 1 выполнено фигурное отверстие с зубьями 8, образованными 11-ю пересекающимися отверстиями.
При вращении оси минутной стрелки вращается шестерня 4, надетая на эксцентрик 2, в том же направлении, что эксцентрик, при этом ось вращения шестерни не совпадает с осью вращения минутной стрелки, а постоянно перемещается по отношению к траектории вращения эксцентрика, и при зацеплении соответствующих зубьев б шестерни 4 с зубьями 8, выполненными в крышке 7, происходит торможение вращения шестерни 4.
При полном обороте оси минутной стрелки с эксцентриком шестерня 4, а соответственно и часовая стрелка вследствие разности зубьев в паре переместятся »a Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к системам защиты от помпажа турбокомпрессоров, и может быть использовано в различных отраслях промышленности
Устройство и расчет передаточного механизма часов
К передаточному механизму часов относится система колес и трибов, осуществляющая передачу движения от двигателя к регулятору. Каждая пара зацепления отличается своими размерами и количеством зубьев. Колесо обычно имеет больше 15 зубьев, а триб до 15 зубьев.
Колесная система, общая для всех часов, состоит из следующих колес и трибов:
1. Барабан. В часах с гиревым заводом на барабан наматывают шнур, струну или цепь, а в часах с пружинным заводом пружина преимущественно помещается в барабан.
2. Колесо добавочное (преимущественно в часах с продоложительным заводом).
3. Колесо среднее (центральное).
4. Колесо промежуточное.
5. Колесо секундное.
6. Колесо спусковое (анкерное, цилиндрическое).
7. Минутник (триб минутной стрелки)
8. Колесо вексельное .
9. Колесо часовое
Во время каждого полуколебания регулятора колесная система часового механизма поворачивается на строго определенный угол, после чего останавливается на какую-то долю секунды — до конца полуколебания. При обратном движении регулятора колесная система вновь поворачивается на тот же определенный угол и снова останавливается на такой же отрезок времени. Это движение повторяется непрерывно.
Зубчатая передача часового механизма увеличивает скорость передачи во столько раз, во сколько раз число зубьев ведущих колес больше числа зубьев ведомых трибов.
Зубчатое зацепление передаточного механизма часов называется ангренажем.
Колесо (или триб), передающее движение, называется ведущим, а получающее движение — ведомым. В часовом механизме обычно колесо является ведущим, а триб — ведомым.
Передаточным числом называется отношение количества зубьев ведущего колеса к зубьям ведомого. Оно показывает, сколько оборотов сделает ведомое колесо за один оборот ведущего, т. е. за один и тот же промежуток времени колесо сделает меньшее число оборотов, чем триб.
Баланс карманных и наручных часов с анкерным ходом обычно делает 18 000 колебаний в час, т. е. 300 колебаний в минуту. Анкерное колесо почти всегда имеет 15 зубьев. Следовательно за один оборот анкерного колеса баланс сделает 30 колебаний (каждому зубу колеса соответствует два колебания баланса).
Число оборотов анкерного колеса п анк найдем из следующего соотношения:
п анк =300/15*2=10 об/мин
т. е. анкерное колесо за одну минуту сделает 10 оборотов.
Секундное колесо, на ось которого насаживается секундная стрелка, делает один оборот в минуту, а центральное колесо (с минутной стрелкой) делает один оборот в час, или его оборота в минуту.
Общее передаточное число от центрального колеса до анкерного триба равно произведению передаточных чисел отдельных сцепляющихся пар:
Следовательно передаточное число показывает отношение количества зубьев ведущих колес к количеству зубьев ведомых трибов или отношение количества оборотов ведомых трибов к количеству оборотов ведущих колес. Обычно передаточное число в карманных и наручных часах от центрального колеса к анкерному трибу равно 600.
Вариантов соотношения числа зубьев колес и трибов много, ко практически уже выработаны определенные нормы (табл. 1).
Таблица 1
Количество зубьев, колес и трибов карманных и наручных часов, делающих 18 000 колебаний баланса в час
Название колеса или триба
В а р и а н 1
Центральное колесо
Промежуточный триб . . .
Промежуточное колесо . .
Секундный триб
Секундное колесо
Анкерный триб
Анкерное колесо
При подборе нового колеса или триба можно руководствоваться табл. 1 или нижеследующим способом.
Если в часах отсутствует одно колесо, а все остальные колеса имеются, а также известно количество колебаний баланса в часах, то недостающее колесо можно найти, пользуясь расчетом, указанным в следующем примере.
Пример. Найти число зубьев утерянного промежуточного колеса, если известно, что центральное колесо имеет 80—12 зубьев, секундное — 80—10 зубьев, анкерное — 15—8 зубьев; 80; 80 и 15 — числа зубьев колес; 12; 10 и 8 — числа зубьев триба. Баланс делает 18 000 колебаний в час.
Допустим, что Триб промежуточного колеса имеет 10 зубьев, тогда число зубьев промежуточного колеса будет:
Чтобы найти количество оборотов анкерного колеса за 1 час, надо количество колебаний баланса за 1 час разделить на удвоенное число зубьев анкерного колеса:
18 000 /2*15 = 600 оборотов
Число зубьев барабана можно найти следующим образом: обычно центральное (среднее) колесо делает I оборот в час, продолжительность хода часов — 36 часов. Следовательно за 36 часов центральное (среднее) колесо сделает 36 оборотов. Такое же количество оборотов сделает центральный (средний) триб.
Зная, что барабан должен обеспечить до 5,5 оборота, можно найти передаточное число:
Чтобы обеспечить большое передаточное число (10: 1; 9:1 и т. д.), в зубчатой передаче часов применяют циклоидальное зацепление, которое благодаря особой форме зубьев позволяет применять трибы с малым числом зубьев.
Передачу вращения и усилий зубчатая пара осуществляет в месте соприкасания зубьев колес и трибов по так называемой начальной окружности (рис. 39). Каждое колесо или триб имеет три окружности: окружность выступов, начальную окружность it окружность впадин.
Окружностью выступов называется окружность, описанная из центра колеса и ограниченная головками зубьев колеса.
Начальной окружностью называется окружность, по которой проходит зацепление колеса и триба.
Окружностью впадин называется окружность, проходящая через основания зубьев колеса или триба.
Правильным зацепление между трибом и колесом будет тогда, когда начальные окружности колеса и триба соприкасаются в одной точке (рис. 39). При глубоком зацеплении (рис. 40) начальные окружности колеса и триба пересекаются. При мелком зацеплении (рис. 41) начальные окружности колеса и триба не соприкасаются и не пересекаются. Колесо и триб должны иметь одинаковый шаг зацепления. Зубчатая передача работает правильно, если величина передаваемой силы не меняется и потери на трение сведены до минимума. Изменение величины передаваемой силы зависит от правильного профиля зубьев.
В часах упрощенной конструкции фрезерованные трибы заменены цевочными (штифтовые наборные трибы). Число штифтов должно быть 8—12, но не меньше 6. Цевочные трибы просты в изготовлении, мало чувствительны к ошибкам в расстояниях осей и легче переносят загрязнение. Штифты цевочных трибов должны вращаться, чтобы обеспечить меньшее трение во время работы и меньший их износ. Ошибки в зубчатых зацеплениях вызывают увеличение трения.
В каждой паре зубчатого зацепления надо иметь достаточный зазор между зубьями, иначе попадание незначительной
рязи между зубьями может вызвать остановку часов. Это особенно важно в колесах, двигающихся с маленьким усилием (секундное, анкерное). Колеса, находящиеся ближе к источнику энергии — пружине, должны быть толще и по мере удаления от него — тоньше. В среднем боковой зазор между зубьями должен быть в пределах 0,1—0,17 шага, а радиальный зазор —
0,4 модуля. Боковой зазор осуществляется за счет уменьшения толщины зуба триба. При правильном зацеплении вращение происходит легко, без толчков и ударов. Правильность зацепления зависит также от правильно подобранного числа зубьев триба: с увеличением числа зубьев триба зацепление улучшается и, наоборот, чем меньше число зубьев триба, зацепление ухудшается, ибо каждый зуб триба дольше находится в зацеплении с зубчатым колесом. При правильном зацеплении зубья колес должны касаться друг друга в тех точках, где их головки переходят в закругления, т. е. должны касаться начальные окружности колес и триба.
Рис. 39. Правильная практическая форма зубьев колеса и триба
Рис. 40. А—глубокое зацепление; Б—зацепление с малым трибом В—исправление глубокого зацепления вельцеванием; Г—исправление зацепления при малом трибе
Рис. 41. А—мелкое зацепление; Б—исправление мелкого зацепления
Шагом зубчатого зацепления t называется расстояние между вершинами двух соседних зубьев, измеренное по начальной окружности в линейных мерах.
Модуль зубчатого зацепления
Диаметр начальной окружности колеса или триба меньше его наружного диаметра на удвоенную высоту головки зуба.
Наружные диаметры колес и трибов можно измерять микрометрами, диаметры начальных окружностей определяют при помощи таблиц или соответствующими вычислениями (диаметр начальной окружности равен модулю, умноженному на число зубьев).
Передачи зубчатого типа выполняют две функции:
- подают энергию осциллятору;
- подсчитывают его колебания.
Известно множество вариаций конструкции — от устройства трехколесного типа с валами, расположенными в одной плоскости (используется, например, в часах балансирного типа), и центральной стрелкой секунд до комплексов с индикацией даты, фаз луны, календарем.
Рис. 1. Главная передача часов:
а – с минутным колесом (1 – ведущее колесо, 2 – барабан пружины, 3 – минутное колесо, 4 – минутный триб, 5 – промежуточный триб, 6 – промежуточное колесо, 7 – секундный триб, 8 – секундное колесо, 9 – спусковой триб, 10 – спусковое колесо);
б – без минутного колеса (1 – барабан пружины, 2 – ведущее колесо, 3 – сменное колесо, 4 – второе промежуточное колесо, 5 – второй промежуточный триб, 6 – первый промежуточный триб, 8 – триб спускового колеса)
Первый (простой) вариант используется в часах низкого ценового сегмента. Это изделия, в которых используется спусковой механизм штифтового типа. В нем за движение стрелок отвечает отдельное колесо, расположенное на пружинном барабане.
Следующий тип считается более сложным. В этом случае минутное колесо приводит в движение часовую стрелку. Его усовершенствованная, а значит, и более сложная версия предполагает наличие центральной секундной стрелки.
По рисунку видно, что механизмы рассчитаны на односуточный ход. Если стоит задача при пружине той же длины повысить длительность хода, ее решают увеличением передаточного отношения. Для этого механизм дополняют дополнительными колесами (достаточно одного или двух) с трибами. Их размещают между трибом на минутном колесе и ведущим механизмом.
Зубчатые колеса: производственный процесс
На заре развития часового дела изготовление зубчатых колес считалось сложной задачей. Этот процесс был ручным и весьма трудоемким. На первом этапе прорезались зазоры. Затем проводилось закругление головок зубьев. Боковые стороны оставались ровными. Чаще всего процесс сводился к изготовлению колес, в которых делали зубья торцового типа.
Для механизмов, которые устанавливались в башенных часах, использовать такую технологию не получалось из-за больших размеров. В этом случае обод с зубьями наваривали на ступицу (в месте лучевидного плеча). Чаще всего использовались трибы с количеством зубьев в пределах 15. Для часов крупного и среднего размера они были трубчатыми, малого — циклоидальными. Выбор последних был обусловлен такой их особенностью: у передач зацепление триба чередуется с зацеплением пары колес. А так как у трибов мало зубьев, то когда происходит контакт с большим колесом, создаются существенные перепады приводной силы. Циклоидальная зубчатая передача оптимальна, когда в точности соблюдаются рекомендованные промежутки между осями колес.
Чтобы улучшить зацепление, мастера корректировали зубья, понижая головки и упрощая профильные кривые. Тем самым удавалось достичь состояния, максимально близкого к такому, когда пара зубчатых колес направляет равнозначную силу на участках в начальной и конечной точках зацепления.
Циклоидальное зацепление привлекает простотой производства.
Эволюция материалов
В самом начале при производстве часов башенного, настенного/напольного типов использовали зубчатые колеса из железа. Со временем металл заменили бронзой. Сырьем для триб служила сталь. Ее закаливали в тех местах, где нагрузка на механизм была максимальной. Поверхность зубьев была хорошо отполирована — так минимизировались потери вследствие трения.
Трибы могли быть не только трубчатыми, но и фрезерованными (их устанавливают в небольшие дорогостоящие модели). Если использовались большие колеса, их склепывали, маленькие — насаживали на поверхность вала.
Сегодня по трибам эксперты делают выводы о том, до какого времени часы ходили. Эти элементы наиболее подвержены нагрузке, и по тому, насколько они изношены, можно определить эксплуатационную надежность.
