ГЛАВА I ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ВРЕМЕНИ

Часовые механизмы (И.С. Беляков) - 1957 год

ЧАСОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Допущено Отделом учебных заведений Министерства приборостроения и средств автоматизации СССР в качестве учебного пособия для техникумов
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Москва 1957

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..........................................................3

Г лава I. Время и его измерение. Классификация приборов времени .... 5

1. Общие принципы, положенные в основу измерения времени..........5

2. Краткий исторический обзор развития технических средств измерения

времени....... ............................8

3. Классификация приборов времени................................14

4. Часы как автоколебательная система. Элементы приборов времени . . 17

5. Развернутая схема механических часов............................19

Глава II. Двигатели механических часов..............................21

1. Характеристика основных типов двигателей........................21

2. Устройство и расчет гиревых двигателей............................21

3. Устройство пружинных двигателей................................24

4. Зависимость крутящего момента пружины от угла закручивания ... 26

5. Основные соотношения геометрических параметров заводной пружины,

барабана и заводного валика......................................29

6. Типы креплений заводных пружин................................33

7. Конструктивные соображения по выбору заводной пружины..........34

8. Типы заводных пружин и их изготовление..........................35

9. Ограничители заводки пружины и выравниватели крутящего момента 38

Глава III. Зубчатые передачи часовых механизмов......................40

1. Определение и схема зубчатой передачи часового механизма..........40

2. Элементы колес и трибов. Модуль зацепления......................41

3. Передаточные числа................................................43

4. Преобразование сил в зубчатой передаче.................47

5. Зубчатая передача в узле механизма заводки часов и перевода стрелок 50

6. Профили зубьев колес и трибов....................................51

7. Отраслевые нормали на зубчатые зацепления........................56

'8. Устройства для выравнивания крутящего момента на анкерном колесе 61

Глава IV. Назначение и классификация спусковых механизмов............64

1. Определение и типы спусковых регуляторов........................64

2. Принцип действия спусковых механизмов..........................67

3. Построение спуска Грагама......................................77

Глава V. Свободный анкерный спуск балансовых часов.............79

. 1. Устройство и функционирование свободных анкерных спусковых механизмов ..........................................................79

2. Притяжка..........................................................82

3. Углы, проходимые анкерным колесом..............................85

4. Углы, проходимые анкерной вилкой................................86

5. Углы, проходимые балансом......................................87

6 Предохранительное приспособление спускового механизма..........88

7. Остановки на плоскости импульса и на плоскости покоя..............91

8. Построение швейцарского равноплечего анкерного спуска............93

Глава VI. Штифтовый и хронометровый спусковые механизмы............95

1. Элементы устройства и функционирования штифтового спуска .... 95

2. Построение равноплечего штифтового спуска........................96

3. Построение хронометрового спуска................................99

4. Сравнительные данные элементов спуска различных хронометров ... 102

5. Основные положения для конструирования пружинного (хронометро-

вого) спуска....................................................102

6. Конструктивные и ходоЕые качества современных первоклассных хро-

нометров ........................................................107

Г лава VII. Основы расчета и конструирования маятникового регулятора . 109

1. Математический маятник..........................................109

2. Физический маятник..............................................111

3. Угловая скорость маятника и влияние импульсов....................112

4. Типы подвеса маятника..........................................116

5. Способы регулирования периода колебаний маятника................119

6. Точность хода часов. Поправка и суточный ход......................121

7. Влияние температуры на период колебания маятника................122

8. Компенсация маятника на температуру............................124

9. Барометрическая компенсация маятника............................127

Глава VIII. Основы теории, расчета и конструирования балансового регулятора ..................................................129

1. Формулы периода колебания баланса..............................129

2. Неуравновешенный баланс........................................132

3. Влияние инерции спирали и центробежной силы....................135

4. Способы регулирования периода колебания баланса................136

5. Влияние внешних воздействий на колебание баланса................137

6. Влияние на изохронизм хода зубчатой передачи, провисания спирали,

угла притяжки..................................................139

7. Температурная компенсация в часовых механизмах................140

8. Сплавы для спиралей............................................148

9. Испытание волосков (спиралей)..................................151

10. Направления в конструировании компенсационных балансов .... 152

11. Влияние низких и высоких температур на точность хода часов и хронометров ...............•........................154

12. Влияние магнитного поля на ход часов............................156

13. Влияние атмосферного давления и влажности воздуха на ход часов . 158

Г лава IX. Основные конструктивные элементы часов......................161

1. Баланс и волосок................................................161

2. Концевые кривые волоска........................................165

3. Амортизаторы опор оси баланса....................................170

4. Динамическое регулирование хода часов....................173

5. Графо-аналитический расчет спускового регулятора балансовых часов 177

6. Поверочный графо-аналитический расчет хронометра с анкерным спу-

ском ............................................................188

ГлаваХ. Основные типы механических часов и часовых механизмов . . . 196

1. Определение и назначение........................................196

2. Характеристика часов и хронометров различных типов..............197

3. Секундомеры и часы с секундомером..............................211

4. Специальные часовые механизмы..................................222

Глава XI. Классификации электрических часов. Первичные и вторичные электрочасы........................
1. Классификация электрических часов..............................232

2. Принципиальная схема первичных и вторичных электрочасов. Харак-

теристика их основных узлов и деталей............................236

3. Часы гиревые с электроподзаводом................................243

4. Часы пружинные с электроподзаводом..............................251

. 5. Часы с электроприводом прямого действия..........................254

6. Первичные электрочасы с приводом косвенного действия..............259

7. Основные типы вторичных электрических часов......................262

8. Электрочасовые установки единого времени........................265

9. Устройство и работа синхронных часов............................272

Глава XII. Ходовые качества часов и их испытания......................275

1. Формулы и показатели аттестационных испытаний точных приборов

времени........................................................275

2. Контрольные испытания -часов....................................278

3. Приборы для регистрации времени и контроля хода часов............283

Инструкция по работе на приборе П-12..................................291

Приложение 1....................................................294

Приложение II....................................................306

Приложение III....................................................318

В книге освещаются основные вопросы теории, расчета и проектирования механических часов, а также приводятся типовые схемы устройств электрических часов и излагаются принципы их действия.

Книга является учебным пособием для учащихся техникумов и может быть полезна для инженерно-технических работников приборостроения.
Рецензенты канд. техн. наук И. П. Кунаев и инж. А. Д. Романов

Редактор канд. техн. наук Ю. М. Богданов

Редакция литературы, по машиностроению и приборостроению Зав. редакцией инж. Н. В. ПОКРОВСКИЙ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие отечественной часовой промышленности и смежных с ней отраслей приборостроения вызвало потребность в учебной литературе для подготовки специалистов.

Настоящая книга является учебным пособием по часовым механизмам и предназначена для учащихся техникумов.

Учебный материал в книге излагается в соответствии с программой техникумов по курсу «Часовые механизмы». Рассматривается комплекс вопросов, касающихся теории, устройства, проектирования и методов контроля часовых механизмов и их элементов.

Книга может быть полезна и для инженерно-технических работников часовой и приборостроительной промышленности. Материал книги изложен с учетом математических знаний учащихся техникумов и поэтому некоторые формулы, для вывода которых требуются знания основ высшей математики приводятся в окончательном виде. В конце книги приведен перечень литературы, рекомендуемой для более глубокого изучения освещенных в книге вопросов, ссылки на которую имеются в тексте. При составлении книги автором учтены последние технические достижения отечественной часовой промышленности и применены обозначения и терминология, принятые в действующих отраслевых нормалях и ГОСТ.

Автор с искренней признательностью примет все замечания по настоящей книге, которые просит ему направлять по адресу: Москва И-164, Ярославское шоссе, д. 8, Редакции машиностроения и приборостроения Машгиза.

ГЛАВА I ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ВРЕМЕНИ

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ, ПОЛОЖЕННЫЕ В ОСНОВУ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

Вещи или предметы, окружающие нас, находятся в пространстве. Любые явления или события в природе совершаются во времени.

Время, так же как пространство и материя, представляет собой объективную реальность, не зависящую от ощущений, сознания и воли человека. Оно является одной из основных форм существования материи. «В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени», — писал В. И. Ленин [1].

«Ибо основные формы всякого бытия суть пространство и время; бытие вне времени есть такая же величайшая бессмыслица, как бытие вне пространства» (Ф. Энгельс) [2].

Время измеряется продолжительностью повторяющихся совершенно одинаковых процессов. Подобно тому как при измерении расстояния откладывают единицы определенной длины, так и при измерении времени его сравнивают с известным периодически повторяющимся процессом.

Суточное вращение земли вокруг своей оси кажется характерным примером равномерно повторяющегося процесса. По данным астрономических наблюдений, продолжительность суток за последние две тысячи лет не изменилась даже на одну сотую долю секунды. Время одного оборота Земли вокруг своей оси называется звездными сутками. Отсчет времени по Солнцу производить значительно труднее, чем по звездам, так как Солнце само перемещается по звездному небу. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра видимого диска Солнца на одном и том же меридиане называется истинными солнечными сутками. Так как видимое движение Солнца неравномерно и в разные времена года имеет не совсем одинаковое направление относительно экватора, продолжительность, так называемых истинных солнечных суток в течение года изменяется. Это обстоятельство создает неудобство, и «истинное» солнечное время заменяют средним солнечным временем. Предположим, что какое-то воображаемое Солнце движется равномерно по небесному, экватору и совершает годичный оборот по звездному небу за такое же время, как и истинное Солнце. Назовем это воображаемое Солнце — средним Солнцем, а промежуток времени между двумя его кульминациями — средними солнечными сутками. Продолжительность средних солнечных суток всегда одна и та же — 24 часа. Соотношение между единицами среднего солнечного и звездного времени показано в таблице:

В соответствии с ОСТ/ВКС7132 «Единицы времени» переводной множитель для обращения среднего солнечного времени в звездное равен 1,00273791, а переводной множитель для обращения звездного времени в среднее солнечное равен 0,99726957. Разницу между средним солнечным временем и истинным солнечным временем называют уравнением времени. Уравнение времени в течение года непрерывно изменяется. Так, например, знак + означает, что истинное время отстает от среднего, а знак — означает, что истинное время опережает среднее.
В гражданской жизни за начало суток принимается полночь и счет времени ведется либо по 12 час., либо от нуля до 24 час. Среднее солнечное время, отсчитываемое от полуночи, иначе называют гражданским временем. Каждый земной меридиан имеет свое так называемое местное время. Местное время неудобно для пользования и поэтому введено поясное время.

Земной шар разбит меридианами на 24 пояса по 15 градусов шириной. В каждом поясе принимается одно и то же гражданское время, совпадающее со временем основного меридиана, проходящего посередине данного пояса. Границы поясов на суше обычно отклоняются от меридианов и проходят по естественным рубежам (реки, горные хребты) или по политическим и административным границам.

Средний меридиан начального (нулевого) пояса проходит через Гринвич и поэтому гринвичское время называют мировым временем. Разница времени между соседними поясами равна 1 часу. Москва и Ленинград находятся во 2-м поясе, поясное время здесь отличается на 2 часа от времени Гринвича, 3-й пояс называют волжским (Саратов), здесь поясное время на 3 часа впереди гринвичского, 4-й пояс — уральский (Свердловск), 5-й — западно-сибирский (Омск), 6-й — енисейский (Красноярск), 7-й — иркутский, 8-й—амурский (от Читы до Якутска), 9-й —приморский (Владивосток), 10-й—охотский, 11-й— камчатский и 12-й — чукотский. Таким образом, на территории СССР проходят 11 поясов, от 2-го до 12-го. Номер пояса показывает, на сколько часов время этого пояса впереди гринвичского [3].

В целях экономии электроэнергии, идущей на освещение, и более полного использования дневного света в Советском Союзе с лета 1930 г. введено в постоянное действие декретное время, опережающее поясное время на 1 час.

Основная единица времени — средние солнечные сутки —неудобна для исчисления больших промежутков времени. Поэтому в качестве единицы измерения времени в этих случаях принимаются тропический год, равный 365, 24220.... суток, или 365 суткам 5 часам 48 минутам 46 секундам, и лунный месяц, равный 29,53059. . . суток, или 29 суткам 12 часам 44 минутам 2 секундам.

При астрономическом измерении времени за основу в качестве периодического процесса берется вращение земли с допущением,что вращение земли вокруг оси происходит с равномерной скоростью. При этом условии измерение времени было сведено к измерению углов и точность измерения ограничивалась высокой точностью угломерных астрономических инструментов. Хотя такой метод измерения имеет хорошее теоретическое обоснование, но он неудобен для практического пользования. При механическом измерении времени за основу берется какой-либо искусственно создаваемый периодический процесс, непрерывно повторяющийся с высокой степенью регулярности, например, колебания маятника. Показания такого часового механизма могут как угодно близко совпадать с показаниями астрономического измерения времени. Так называемые маятниковые астрономические часы всего несколько лет тому назад считались самыми точными часами, так как давали возможность получить суточный ход с отклонениями, не превышающими 0,01 секунды. В настоящее время все большее значение приобретает измерение весьма малых промежутков времени — порядка миллисекунды (одна тысячная секунды), микросекунды (одна миллионная секунды), возможно, в недалеком будущем потребуется измерение промежутков времени порядка микро-микросекунд, иначе говоря пико-секунд. При конструировании приборов времени для измерения таких коротких промежутков мы должны переходить от использования механических колебательных систем к использованию высокочастотных электрических, а также внутримолекулярных колебаний.

Точность измерения может быть тем больше, чем короче период используемого явления.

Для измерения времени могут быть использованы колебательные высокочастотные процессы, протекающие в различных телах, как, например, в кварце, в аммиаке и т. п.

В кварцевых часах для измерения времени используются собственные колебания кварцевого кристалла. В качестве колебательного элемента применяют обычно кварцевый брусок, вырезанный параллельно электрической оси кристалла кварца. Электродами кварца являются слои серебра, нанесенные на поверхность бруска методом катодного распыления.

Собственная частота колебаний бруска кварца зависит в основном от его геометрических размеров, а также от внешних влияний и в особенности от температуры. Поэтому кварцевый брусок помещается в термостат, который подвешивается на амортизирующих пружинах для предохранения кварца от посторонних вибраций и сотрясений.

Современные кварцевые часы, предназначаемые для хранения времени в период между астрономическими наблюдениями в обсерваториях и научных учреждениях, обеспечивают суточный ход с точностью в 0,001 секунды.

В последнее время в качестве колебаний стандартной частоты используют колебания атома азота в молекуле аммиака.

Экспериментами установлено, что атом азота в молекуле аммиака (NH3) под действием пульсирующей энергии совершает колебания с частотой порядка 23 870 мегагерц. Частота этих молекулярных колебаний при помощи специального прибора сравнивается с частотой кварцевого генератора. Если точность кварцевых часов составляет 1 • 10^-9, то от молекулярных часов можно получить теоретическую точность в пределах 1 * 10^-18, однако в настоящее время практическая точность этих часов еще не превышает 1 • 10^-8. За рубежом астрономические часы подобного типа обычно называют «атомными часами».

содержание .. 1 2 ..