ГЛАВА VI ШТИФТОВЫЙ И ХРОНОМЕТРОВЫЙ СПУСКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ (1957 год)

ГЛАВА VI ШТИФТОВЫЙ И ХРОНОМЕТРОВЫЙ СПУСКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ (1957 год)

1. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ШТИФТОВОГО СПУСКА

Штифтовый спуск представляет собой тип анкерного спуска,, в котором импульс происходит исключительно на зубе. Форма зубьев анкерного колеса этого спуска представлена на фиг. 73.

Зуб имеет плоскость импульса 1, плоскость покоя 2 и острие 3. Ходовое колесо имеет обычно 15 таких зубьев, а анкер вместо па-лет имеет два цилиндрических стальных штифта, укрепленных под прямым углом к его плоскости. Анкер либо посажен отдельно на ось вилки, либо изготовлен за одно целое с вилкой.

Часто анкерная вилка в целях соблюдения уравновешенности узла снабжается противовесом. Вилка имеет боковые усики (фиг. 74), предназначенные для ограничения амплитуды колебаний баланса. Как только амплитуда баланса превысит 270°, эллипс упрется в боковой усик вилки. Следует отметить, что в штифтовых спусках эллипс обычно изготовляется, так же как и палеты, в виде стального штифта. Схема штифтового спуска изображена на фиг. 75, где 1— анкерное колесо, 2 — баланс, 3 — анкер, 4 — входной штифт, 5 — ось вилки, 6 — вилка, 7 — рожки вилки, 8 — усики вилки,

9 — эллипс, 10 — паз вилки, 11 — паз оси баланса, 12 — ось баланса, 13 — противовес вилки, 14 — выходной штифт.

В положении, изображенном на фиг. 75, баланс совершает дополнительную дугу по часовой стрелке, в это время плоскость покоя зуба анкерного колеса лежит на входном штифте. Тогда, когда момент упругости волоска остановит баланс, последний придет в крайнее положение и начнет вращаться в обратную сторону.

Когда эллипс баланса дойдет до вилки, он войдет в ее паз, ударит о рожок вилки и перебросит ее в другое положение. Тем временем зуб анкерного колеса через входной штифт и рожок вилки сообщит импульс балансу, который будет вращаться в том же направлении,

т. е. против часовой стрелки. Выходной штифт осуществляет притяжку до того момента, пока баланс при вращении в обратную ^сторону не произведет освобождения спуска. Таким образом, цикл .работы спускового регулятора будет повторяться.

Особенности штифтового спуска заключаются в том, что он не имеет импульсного ролика и эллипс запрессовывается в одну из спиц баланса; предохранительного ролика тоже нет, его заменяет вырез, сделанный в оси баланса для пропуска рожков вилки.
'Установочные или ограничительные штифты в этом спуске также •отсутствуют, они не нужны потому, что импульсные штифты, упираясь в обод баланса, ограничивают движение вилки. Достоинством ццтифтового спуска является простота изготовления.

2. ПОСТРОЕНИЕ РАВНОПЛЕЧЕГО ШТИФТОВОГО СПУСКА

Построение спуска проведем по методу конструкторов А. П. Рах тманова и А. Н. Крюкова (НИИЧАСПРОМ).

Проводим оси координат ХОУ и в увеличенном масштабе дей »ствующую окружность спускового колеса (фиг. 76).

3. ПОСТРОЕНИЕ ХРОНОМЕТРОВОГО СПУСКА

Построение хронометрового спуска разъясним на примере спуска с пружиной покоя (фиг. 77). Импульсный ролик, камень которого слегка выступает своей вершиной за образующую окружность

ролика, колеблется с небольшим зазором между двумя зубьями спускового колеса. Второй ролик, насаженный на ось баланса под импульсным роликом, несет на себе спусковой камень, который при колебании баланса против часовой стрелки воздействует на тонкую спусковую пружинку пружины покоя, приподнимая последнюю настолько, что камень покоя освобождает опиравшийся на него зуб спускового колеса. В этот момент импульсный камень находится между зубьями спускового колеса так, что находящийся перед импульсным камнем зуб падает на него, сообщая балансу импульс. В точке, где импульсный камень своим выступом выходит за пределы окружности вершин зубьев спускового колеса, зуб выходит из соприкосновения с импульсным камнем, и спусковое колесо поворачивается на некоторый небольшой угол, причем один из зубьев ложится на опустившийся тем временем камень покоя. Баланс заканчивает колебание в этом направлении свободно.

Фиг. 77. Построительный чертеж хронометрового спуска.

Достигнув крайнего положения, баланс начинает обратное колебание, при этом спусковой камень вновь входит в соприкосновение со спусковой пружинкой, но на этот раз он только слегка отводит ее от пружины покоя, не изменяя положения последней. Баланс заканчивает свое обратное колебание свободно, не будучи загружен спуском, достигает второго крайнего положения и вновь меняет направление движения; при движении в этом направлении, когда баланс находится вблизи среднего положения, снова происходит освобождение спускового колеса и передача импульса. Отдельные детали спуска мы рассмотрим при изложении его построения.

изогнутой под прямым углом опорной планке. Направленное влево удлиненное плечо этой планки несет регулировочный винт, на головку которого опирается боковой поверхностью камень покоя в его крайнем нижнем положении. Этот винт служит, таким образом, для регулирования покоя. Спусковая пружина закреплена винтом на пружине покоя. Импульсный ролик на оси баланса облегчен тремя сверлеными отверстиями, причем одно из отверстий располагается так, чтобы можно было наблюдать воздействие спускового камня на спусковую пружинку.

Для вычерчивания спускового колеса необходимо установить поднутрение зуба, которое выбирается таким образом, чтобы зуб всегда падал своей вершиной на поверхность импульсного камня, а не наоборот. Достаточную надежность можно обеспечить, очертив поверхность зуба по направлению луча п. Вычерчиваем окружность 2, касательную к этому лучу, и из каждой точки деления окружности колеса а вычерчиваем передние поверхности зубьев, направляя их по касательным к окружности z.

Очертания спинки зуба определяются окружностью b1 центр которой Е лежит на окружности имеющей центром точку А. Короткие задние поверхности зуба параллельны передним поверхностям соответствующих соседних зубьев. Строим окружность w, касательную к продолжению задней поверхности зуба, задние поверхности всех зубьев должны быть направлены по касательным к этой окружности. Высоту зуба следует брать возможно меньшей, чтобы не понизить прочность зуба. Остальные части и детали спуска выполняются обычными конструктивными приемами.

4. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ЭЛЕМЕНТОВ СПУСКА РАЗЛИЧНЫХ ХРОНОМЕТРОВ

В целях определения основных параметров спуска хронометров различным фирм НИИЧАСПРОМ были исследованы хронометры фирм Гамильтон (США), Ланге (Германия), Эриксон (Швеция), Нарден (Швейцария), Юз (Англия), НИИЧАСПРОМ (Москва) и 1-го часового завода МХ-2.

В табл. 1, 2 и 3 проводятся наиболее характерные данные по первоклассным хронометрам.

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРУЖИННОГО (ХРОНОМЕТРОВОГО) СПУСКА

Для конструирования пружинного спуска прежде всего нужно определить число зубьев и диаметр спускового колеса. Рекомендуется брать оптимальное число зубьев спускового колеса, чтобы избежать трудностей при конструировании спуска, слишком большого расхода энергии двигателя на преодоление инерции колеса, толчков и трения и быстрого износа зубьев.

Таблица 1 Основные конструктивные данные морского хронометра фирмы Гамильтон Диаметр баланса — 35,6 мм. Диаметр платины — 88,0 мм

Таблица 2

Сводная таблица основных данных морского хронометра НИИЧАСПРОМ Диаметр баланса — 32 мм. Диаметр платины — 83 мм

Таблица 3 Основные конструктивные данные МХ-2 (в скобках данные MX фирмы Ланге)
Диаметр баланса — 32,25 мм. Диаметр платины— 85 мм.

Спусковые колеса, применяемые в первых пружинных спусках с тяжелыми и громоздкими балансами, имеющими медленные колебания, насчитывали от 6 до

10 зубьев. Хронометристы Берту, Арнольд, Ирншау и другие увеличили число зубьев до 12. В более позднее время появляются хронометровые спуски с 15 зубьями на спусковом колесе. Если взять число зубьев спускового колеса значительно меньше 15, то это приведег к резкому увеличению угла действия спускового колеса и, в свою очередь, к неблагоприятному направлению усилий при импульсе, который будет начинаться слишком далеко от линии центров. Поэтому в современных хронометрах первоклассных фирм, как например, Нардэн, Гамильтон и другие, применяются спусковые колеса с оптимальным числом зубьев 15 или 16.

Так как размеры механизма определяют размеры всех его основных деталей, то диаметр спускового колеса может быть задан в долях диаметра баланса или платины.

Для морских хронометров рассмотренных нами фирм диаметры спусковых колес составляют от 0,37 до 0,41 диаметров балансов (по Ирк от 0,34 до 0,35). В этих же хронометрах размеры спусковых колес лежат в пределах от 0,153 до 0,159 диаметров платин (по Ирк от 0,159 до 0,164).

Теперь следует установить величину пути, во время которого спусковое колесо действует совместно с импульсным камнем. Для этого вначале установим толщину кончика зуба спускового колеса. Известно, что толщина кончика

Зазор зубьев в отношении импульсного ролика с обеих сторон должен быть не больше толщины острия зуба.

Следовательно, угол действия спускового колеса будет равен шагу минус три толщины зуба, что подтверждается данными замера на хронометрах Ф. Ланге, Гамильтон, Нардэн и др.

Затем следует определить угол подъема баланса. Подъем баланса должен происходить в максимально короткое время с тем, чтобы по возможности уменьшить неблагоприятное влияние импульса на период колебания баланса и избежать нарушения изохронизма. Однако, если импульс будет происходить на слишком малой дуге подъема, то глубина зацепления между зубом и импульсным камнем может оказаться недостаточной для надежной работы механизма.

Во время колебаний баланса его скорость переменна: на нисходящей дуге баланс движется ускоренно, а на восходящей замедленно. В точках перемены направления колебаний баланса скорость его равна нулю, а в положении равновесия она максимальна. Исследования показывают, что сообщение импульса балансу в момент прохождения положения равновесия оказывает наименьшее влияние на период колебания. Поэтому стараются сообщать импульс балансу возможно ближе к положению равновесия, распределяя угол импульса равномерно по обе стороны от положения равновесия.

В современных морских хронометрах угол подъема баланса составляет 45°, а в карманных хронометрах 35—40°.

В интересах уменьшения угла освобождения (в целях придания большей свободы балансу) величина покоя делается как можно меньше, однако вполне достаточной для надежного зацепления зуба спускового колеса с камнем покоя.

В зависимости от типа, величины и качества соответствующих хронометров, величина покоя выбирается в пределах от 1,5 до 2,5 толщин острия зуба (по Ирк от 1 до 2 толщин).

Здесь, как и в дальнейшем, больший размер относится к соответствующим деталям менее качественных хронометров или хронометров малого размера. В рассмотренных конструкциях (см. табл. 1,

2 и 3) величина покоя колеблется от 0,155 до 0,22 мм.

Длина пружины покоя в морских хронометрах принимается обычно равной 1,5 — 2,2 диаметра спускового колеса. Длинные

пружины более выгодны, так как удлинение при неизменной толщине уменьшает сопротивление спуску. Тем не менее не следует выходить за пределы 2 диаметров спускового колеса, так как иначе пружина покоя будет слишком тяжелой и излишне чувствительной к сотрясениям, в связи с чем легко может произойти преждевременный спуск. Для карманных хронометров пружину делают короче и возможно легче, так как в противном случае слишком сильно изменяется сопротивление спуску в различных вертикальных положениях часов вследствие собственного веса пружины и, следовательно, затрудняется регулирование хода хронометра в различных положениях [23] .

Диаметр камня покоя берется равным 0,25—0,35 шага спускового колеса.

Плоскость покоя хронометрового спуска всегда устанавливается так, чтобы создавалась притяжка, т. е. чтобы зуб колеса в целях предотвращения преждевременного спуска стремился втянуть под себя и удержать пружину покоя на упоре. Угол притяжки, т. е. угол, составленный плоскостью покоя и перпендикуляром к плечу покоя, в зависимости от конструктивного расположения спускового колеса в отношении камня покоя и материалов колеса и камня, колеблется в пределах от 8 до 16° [23].

Угол освобождения, т. е. угол, на который следует отвести пружину покоя с камнем покоя (посредством спусковой пружинки спускового камня) из-под зуба спускового колеса, чтобы обеспечить падение спускового колеса, следует брать на 20—40% больше угла покоя, а для обеспечения надежности освобождения (по Ирк угол освобождения должен быть равен 1,5—2-кратному углу покоя).

В рассмотренных нами хронометрах фирмы Гамильтон — угол освобождения равен 1°20' (угол покоя 1°), фирмы Нардэн — угол освобождения 1°20' (угол покоя 50'30"), фирмы Ланге — угол освобождения 1°45' (угол покоя 1°00").

Глубина зацепления между спусковым камнем и спусковой пружинкой должна быть в пределах 0,08—0,11 мм.

Угол падения зуба спускового колеса на импульсный камень можно сохранить незначительным, а именно 2—3°. Острие зуба колеса (ребро) должно падать на поверхность, но не на ребро импульсного камня. При этом следует учесть, что величина, на которую острие зуба входит в окружность траектории вершины импульсного камня при начале подъема, в действительности во время хода хронометра будет больше, чем обнаруживается во время исследования спуска при медленном продвижении баланса.

Расположение спусковой пружинки в отношении пружины покоя для освобождения роли не играет. При освобождении спусковая пружинка работает как продолжение пружины покоя. Во время же обратного движения баланса (отвод спусковой пружинки) место закрепления спусковой пружинки на пружине покоя не безразлично. Если спусковая пружинка закреплена на внутренней стороне

пружинки покоя (со стороны спускового колеса), то угол отвода будет значительно больше, чем при закреплении на внешней стороне пружины покоя. Следовательно, в первом случае колебания баланса будут подвержены гораздо большим влияниям при отводе спусковой пружинки, чем во втором. По этой причине предпочтение отдается второму варианту расположения спусковой пружинки.

Толщина спусковой пружинки и пружины покоя задается в месте их изгиба в пределах 0,03—0,05 мм (для морских хронометров). Спусковая пружинка и пружина покоя не должны быть слишком слабыми, иначе они будут вибрировать при работе спуска.

Длина пружинящей части пружины покоя составляет обычно от 0,25 до 0,35 длины плеча покоя. При более длинных пружинах обычно берется средняя длина пружинящей части, равная 0,3 плеча покоя [23].

Ширина пружины рассчитывается, принимая во внимание испытываемое ею напряжение.

Размеры баланса, определяющие его кинетическую энергию, должны доходить до предельных величин. Как мы уже указали, кинетическая энергия баланса является одним из факторов, определяющих его регулирующую способность.

6. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ХОДОВЫЕ КАЧЕСТВА СОВРЕМЕННЫХ ПЕРВОКЛАССНЫХ ХРОНОМЕТРОВ

В целях установления сравнительных характеристик современных хронометров нами на основе поверочных расчетов и экспериментального определения основных параметров MX, а также по имеющейся технической документации, получены сравнительные данные, которые сведены в нижеприведенную таблицу.

Таблица сравнительных данных MX различных форм

содержание .. 8 9 10 11 ..