Баланс със спирална пружина
Публикувано на: 25 Юни 2014 16:53
Балансът, отклонен на една страна, ще продължава да се върти в същата посока, докато вследствие
на съпротивлението спре. За да се възстанови необходимото колебателно движение, към баланса трябва
да се прибави нов елемент, който да го застави след известно отклонение да се върне отново към средното си положение.
Този нов елемент е еластична пружина, имаща най-често формата на спирала.
За взаимодействието между инертните сили на баланса и еластичните сили на спиралата ще се спомене по-нататък.
Конструкцията на баланса е показана на фиг. 102. Един подходящ по размери маховик е поставен на стоманената ос 2.
На оста от горната страна е закрепена спиралната пружина 3, която с вътрешния си край е закачена към разрязаната ролка 4,
а външният й край е закрепен към колонката 5. Посредством винта 6 колонката е неподвижно съединена с моста 7.
Последният с винта 8 е закрепен към основната плоча на механизма. Лагерите на оста се състоят от по два камъка —
единият центрова оста странично, а другият определя осовото изместване (нарича се подложен камък). Около втулката,
в която е закрепен горният подложен камък, се закрепва реглажната стрелка 15, в предния край на която са закрепени
двата щифта 16 и 17. Между щифтовете се намира най-външната навивка на спиралата, така че при завъртане на реглажната
стрелка се променя дължината на спиралата, с което се постига регулиране хода на часовника. От долната страна на оста се
закрепва чрез впресоване импулсната ролка (когато часовникът е снабден със свободен анкъров ход).
За да се разбере действието на баланса като регулатор, може да се използува часовник с монтиран баланс и изваден ходов механизъм. Балансът, първоначално се намира в своето равновесно (средно) положение. Спиралата е съвсем свободна и в нея няма напрежение. Ако с ръка се отклони балансът на една страна, тогава спиралата се деформира (например навива) и се намира в напрегнато състояние. Ако се пусне балансът свободно, то еластичните сили на спиралата ще завъртят баланса към неговото равновесно положение и освен това в периферията му ще се набере известна енергия от инертната сила. Тази енергия ще придвижи баланса през равновесното положение и той ще се отклони на другата страна. През това време спиралата се деформира в обратна посока и движението ще продължи, докато еластичните сили на спиралата, получени при развиването, надделеят инертната сила на баланса. Балансът достига крайното си положение (мъртва точка) и спира за момент. При това положение енергията на инертната сила е изразходвана и действува само еластичната сила на спиралата. Тази еластична сила връща баланса и движението продължава по описания начин.
На така полученото колебателно движение се противопоставят съпротивлението от триене в лагерите, въздушното съпротивление и така нареченото вътрешно триене на спиралата (триенето между молекулите на материала, от който е направена спиралата). Така че колебанията вследствие на тези съпротивителни сили постепенно ще затихват и балансът ще спре. За да се поддържа колебанието, необходимо е на баланса да се предаде допълнителна енергия. Тази енергия се дава от двигателя чрез ходовия механизъм под формата на кратковременни тласъци (импулси). Получената от баланса енергия е по-голяма
от необходимата за преодоляване на съпротивленията. Излишъкът се изразходва в ударите и за увеличаване на амплитудата.
Периодът на колебателните движения, който е от значение за точността, зависи:
1) от масата (тежестта) и разпределянето й върху баланса и
2) от еластичната сила на спиралната пружина, която зависи от дължината на спиралата, от размерите на напречното й сечение и от вида и твърдостта на материала, от който е направена.
Енергията от инертните сили на масата (тежестта) расте с квадрата на разстоянието от масата до точката на въртенето. Така например, ако единица маса се намира на 2 сантиметра от точката на въртенето, то енергията й ще бъде 2 х 2 = 4 пъти по-голяма от енергиятна същата маса, ако тя се намира на един сантиметър разстояние от точката на въртенето.
За да бъде балансът по-слабо чувствителен към външните сътресения през време на работата на часовника, налага се той да бъде по тежък и при това колкото се може по-голяма част от масата да бъде съсредоточена в периферията или с други думи трябва да има баланс с леки спици и тежка периферия. Така например, ако за баланс се
употреби плътна шайба, при еднакви инертни сили шайбата ще бъде с много по-голямо тегло, което се отразява вредно върху лагерите.
Диаметърът на спиралата не трябва да бъде по-малък от половината и по-голям от две трети от диаметъра на баланса. За диаметъра на спиралата часовникарят може да се ориентира по отвора на
моста, в който се закрепва външният край на спиралата, и ключа на реглажната стрелка. Окончателното определяне на размерите на спиралата става чрез проверка на вървежа на самия часовник.
Пригаждането на нова спирала става така:
а.)Най-напред се определя периодът на колебанието или което е по-удобно, броят на колебанията в час. Ако броят на колебанията не
е известен, то той може да се пресметне по указания в част 2 начин.
б.) За получения брой на колебанията се пасва
спиралата към часовника, като еластичността й се
променя чрез промяна на дължината й.
Например може да се разгледа джобен часовник, който има 300 удара в минута или 18000 в
час. Подбира се спирала с подходящ диаметър. Закрепва се върху баланса, а когато спиралата няма ролка, закрепването й става чрез малка топчица восък, забодена в горния край на оста. Външният край на спиралата се хваща с пинцет в дадено положение и се повдига нагоре. Долният връх на балансовата ос опира върху гладка стъклена или стоманена плочка(фиг. 103).
След като балансът се завърти, той започва да се колебае. Изброяват се колебанията му, като се сравняват с показанията на точен часовник. Например може да се използува един секундомер, който се държи в лявата ръка, без да се гледа циферблатът. Изброяват се колебанията на баланса в минута, в случая 150.
Изброяването става така:
8 9 10 - вземане такт
1 2 3 )и т. н . . . . - пускане на секундомера
148 149 150 -- спиране на секундомера
След това става сравняване с показанията на секундомера. Ако за 150 колебания секундомерът показва по-малко от една минута, това
означава, че часовникът ще избързва и спиралата трябва да се удължи.
Обратно, когато секундомерът показва повече от една минута за 150
колебания на баланса, спиралата трябва да се скъси. Захваща се спиралата в ново положение и наново следва отброяване на ударите, докато се постигне желаната точност. Трябва да се има пред вид, че там, където е държана спиралата с пинцета, ще се намира реглажната стрелка. Ако излишната част от спиралата е много дълга, тя се откъсва, като се остави известна резерва от дължината за регулиране.
Спиралата заедно с баланса се монтира в часовника и наново се проверява броят на колебанията. Малките разлики се отстраняват след
продължително наблюдение. В част 2 въпросът за смяна на спиралата е разгледан подробно.
В зависимост от вида на ходовия механизъм отклонението на баланса от средно положение (амплитудата) е различно. При непреносимите часовници се спомена, че амплитудата на махалото трябва да бъде по възможност по-малка. При преносимите часовници (джобни, ръчни), за да бъдат колебанията на регулатора по-слабо чувствителни към сътресения, амплитудата трябва да бъде по-голяма, тъй като едно
бързо движещо се тяло е слабо чувствително към външни сътресения.
От друга страна, скоростта на движението на регулатора се определя от периода и колкото периодът е по-малък, толкова скоростта е по-голяма. Изследванията са показали, че за преносими часовници най-добре е периодът да бъде 0,4 секунди, т. е. времето между два последователни удара (полупериода) да бъде 0,2 секунди (една пета част от секундата). Това съответствува на 18000 удара в час. Само в по-редки случаи броят на колебанията е различен от приетия.
Препоръчва се в зависимост от вида на ходовия механизъм амплитудата на баланса да бъде:
При цилиндров ход 180—240°;
щифтов ход 360—450°;
швейцарски анкър 450—540°;
хронометров ход 450—540°.
Баланс с гладка периферия (фиг. 104) се използува в евтини часовници, снабдени с цилиндров или щифтов ход. Със спекулативна цел се употребяват и баланси, по периферията на които има отщамповани издатъци, които наподобяват винтове (фиг. 105). Тези два вида баланси се правят от месинг.
При всички точни часовници се използува баланс, по периферията на който има пробити отвори с навити в тях винтчета (фиг. 106). Както
ще се каже по-нататък, смяната на винтовете дава възможност за прецизно регулиране на часовника. Тези баланси се правят от ново сребро (алпака). При особено точни часовници балансите имат и температурна компенсация, който въпрос ще се разгледа по-нататък.
Източник:
Механически часовници- А. Х. ФЕНДЯН * Е. Л. ЧИЧОВ
Редакция: http://www.chasove.com" onclick="window.open(this.href);return false;
на съпротивлението спре. За да се възстанови необходимото колебателно движение, към баланса трябва
да се прибави нов елемент, който да го застави след известно отклонение да се върне отново към средното си положение.
Този нов елемент е еластична пружина, имаща най-често формата на спирала.
За взаимодействието между инертните сили на баланса и еластичните сили на спиралата ще се спомене по-нататък.
Конструкцията на баланса е показана на фиг. 102. Един подходящ по размери маховик е поставен на стоманената ос 2.
На оста от горната страна е закрепена спиралната пружина 3, която с вътрешния си край е закачена към разрязаната ролка 4,
а външният й край е закрепен към колонката 5. Посредством винта 6 колонката е неподвижно съединена с моста 7.
Последният с винта 8 е закрепен към основната плоча на механизма. Лагерите на оста се състоят от по два камъка —
единият центрова оста странично, а другият определя осовото изместване (нарича се подложен камък). Около втулката,
в която е закрепен горният подложен камък, се закрепва реглажната стрелка 15, в предния край на която са закрепени
двата щифта 16 и 17. Между щифтовете се намира най-външната навивка на спиралата, така че при завъртане на реглажната
стрелка се променя дължината на спиралата, с което се постига регулиране хода на часовника. От долната страна на оста се
закрепва чрез впресоване импулсната ролка (когато часовникът е снабден със свободен анкъров ход).
За да се разбере действието на баланса като регулатор, може да се използува часовник с монтиран баланс и изваден ходов механизъм. Балансът, първоначално се намира в своето равновесно (средно) положение. Спиралата е съвсем свободна и в нея няма напрежение. Ако с ръка се отклони балансът на една страна, тогава спиралата се деформира (например навива) и се намира в напрегнато състояние. Ако се пусне балансът свободно, то еластичните сили на спиралата ще завъртят баланса към неговото равновесно положение и освен това в периферията му ще се набере известна енергия от инертната сила. Тази енергия ще придвижи баланса през равновесното положение и той ще се отклони на другата страна. През това време спиралата се деформира в обратна посока и движението ще продължи, докато еластичните сили на спиралата, получени при развиването, надделеят инертната сила на баланса. Балансът достига крайното си положение (мъртва точка) и спира за момент. При това положение енергията на инертната сила е изразходвана и действува само еластичната сила на спиралата. Тази еластична сила връща баланса и движението продължава по описания начин.
На така полученото колебателно движение се противопоставят съпротивлението от триене в лагерите, въздушното съпротивление и така нареченото вътрешно триене на спиралата (триенето между молекулите на материала, от който е направена спиралата). Така че колебанията вследствие на тези съпротивителни сили постепенно ще затихват и балансът ще спре. За да се поддържа колебанието, необходимо е на баланса да се предаде допълнителна енергия. Тази енергия се дава от двигателя чрез ходовия механизъм под формата на кратковременни тласъци (импулси). Получената от баланса енергия е по-голяма
от необходимата за преодоляване на съпротивленията. Излишъкът се изразходва в ударите и за увеличаване на амплитудата.
Периодът на колебателните движения, който е от значение за точността, зависи:
1) от масата (тежестта) и разпределянето й върху баланса и
2) от еластичната сила на спиралната пружина, която зависи от дължината на спиралата, от размерите на напречното й сечение и от вида и твърдостта на материала, от който е направена.
Енергията от инертните сили на масата (тежестта) расте с квадрата на разстоянието от масата до точката на въртенето. Така например, ако единица маса се намира на 2 сантиметра от точката на въртенето, то енергията й ще бъде 2 х 2 = 4 пъти по-голяма от енергиятна същата маса, ако тя се намира на един сантиметър разстояние от точката на въртенето.
За да бъде балансът по-слабо чувствителен към външните сътресения през време на работата на часовника, налага се той да бъде по тежък и при това колкото се може по-голяма част от масата да бъде съсредоточена в периферията или с други думи трябва да има баланс с леки спици и тежка периферия. Така например, ако за баланс се
употреби плътна шайба, при еднакви инертни сили шайбата ще бъде с много по-голямо тегло, което се отразява вредно върху лагерите.
Диаметърът на спиралата не трябва да бъде по-малък от половината и по-голям от две трети от диаметъра на баланса. За диаметъра на спиралата часовникарят може да се ориентира по отвора на
моста, в който се закрепва външният край на спиралата, и ключа на реглажната стрелка. Окончателното определяне на размерите на спиралата става чрез проверка на вървежа на самия часовник.
Пригаждането на нова спирала става така:
а.)Най-напред се определя периодът на колебанието или което е по-удобно, броят на колебанията в час. Ако броят на колебанията не
е известен, то той може да се пресметне по указания в част 2 начин.
б.) За получения брой на колебанията се пасва
спиралата към часовника, като еластичността й се
променя чрез промяна на дължината й.
Например може да се разгледа джобен часовник, който има 300 удара в минута или 18000 в
час. Подбира се спирала с подходящ диаметър. Закрепва се върху баланса, а когато спиралата няма ролка, закрепването й става чрез малка топчица восък, забодена в горния край на оста. Външният край на спиралата се хваща с пинцет в дадено положение и се повдига нагоре. Долният връх на балансовата ос опира върху гладка стъклена или стоманена плочка(фиг. 103).
След като балансът се завърти, той започва да се колебае. Изброяват се колебанията му, като се сравняват с показанията на точен часовник. Например може да се използува един секундомер, който се държи в лявата ръка, без да се гледа циферблатът. Изброяват се колебанията на баланса в минута, в случая 150.
Изброяването става така:
8 9 10 - вземане такт
1 2 3 )и т. н . . . . - пускане на секундомера
148 149 150 -- спиране на секундомера
След това става сравняване с показанията на секундомера. Ако за 150 колебания секундомерът показва по-малко от една минута, това
означава, че часовникът ще избързва и спиралата трябва да се удължи.
Обратно, когато секундомерът показва повече от една минута за 150
колебания на баланса, спиралата трябва да се скъси. Захваща се спиралата в ново положение и наново следва отброяване на ударите, докато се постигне желаната точност. Трябва да се има пред вид, че там, където е държана спиралата с пинцета, ще се намира реглажната стрелка. Ако излишната част от спиралата е много дълга, тя се откъсва, като се остави известна резерва от дължината за регулиране.
Спиралата заедно с баланса се монтира в часовника и наново се проверява броят на колебанията. Малките разлики се отстраняват след
продължително наблюдение. В част 2 въпросът за смяна на спиралата е разгледан подробно.
В зависимост от вида на ходовия механизъм отклонението на баланса от средно положение (амплитудата) е различно. При непреносимите часовници се спомена, че амплитудата на махалото трябва да бъде по възможност по-малка. При преносимите часовници (джобни, ръчни), за да бъдат колебанията на регулатора по-слабо чувствителни към сътресения, амплитудата трябва да бъде по-голяма, тъй като едно
бързо движещо се тяло е слабо чувствително към външни сътресения.
От друга страна, скоростта на движението на регулатора се определя от периода и колкото периодът е по-малък, толкова скоростта е по-голяма. Изследванията са показали, че за преносими часовници най-добре е периодът да бъде 0,4 секунди, т. е. времето между два последователни удара (полупериода) да бъде 0,2 секунди (една пета част от секундата). Това съответствува на 18000 удара в час. Само в по-редки случаи броят на колебанията е различен от приетия.
Препоръчва се в зависимост от вида на ходовия механизъм амплитудата на баланса да бъде:
При цилиндров ход 180—240°;
щифтов ход 360—450°;
швейцарски анкър 450—540°;
хронометров ход 450—540°.
Баланс с гладка периферия (фиг. 104) се използува в евтини часовници, снабдени с цилиндров или щифтов ход. Със спекулативна цел се употребяват и баланси, по периферията на които има отщамповани издатъци, които наподобяват винтове (фиг. 105). Тези два вида баланси се правят от месинг.
При всички точни часовници се използува баланс, по периферията на който има пробити отвори с навити в тях винтчета (фиг. 106). Както
ще се каже по-нататък, смяната на винтовете дава възможност за прецизно регулиране на часовника. Тези баланси се правят от ново сребро (алпака). При особено точни часовници балансите имат и температурна компенсация, който въпрос ще се разгледа по-нататък.
Източник:
Механически часовници- А. Х. ФЕНДЯН * Е. Л. ЧИЧОВ
Редакция: http://www.chasove.com" onclick="window.open(this.href);return false;