Заводная пружина
— Ходовая пружина это спиральная торсионная пружина из металлической ленты (обычно пружинной стали) , используемая в качестве источника энергии в механических часах , некоторых часах и других часовых механизмах. Завод часов поворотом ручки или ключа сохраняет энергию в ходовой пружине за счет более сильного закручивания спирали. Затем сила ходовой пружины вращает колеса часов по мере их раскручивания, пока не потребуется следующий завод. Прилагательные заводной и пружинный относятся к механизмам, приводимым в действие ходовыми пружинами, к которым также относятся кухонные таймеры , метрономы , музыкальные шкатулки , заводные игрушки и заводные радиоприемники .
Современные ходовые пружины
[ редактировать ]Ходовая пружина современных часов представляет собой длинную полосу из закаленной и вороненой стали или специального стального сплава длиной 20–30 см и толщиной 0,05–0,2 мм. Заводная пружина обычного 1-дневного механизма рассчитана на то, чтобы часы могли работать от 36 до 40 часов, то есть 24 часа между ежедневными заводами, с запасом хода от 12 до 16 часов на случай, если владелец опоздает с заводом. Это обычный стандарт для часов как с ручным, так и с автоподзаводом . 8-дневные механизмы, используемые в часах с еженедельным заводом, обеспечивают мощность не менее 192 часов, но используют более длинные ходовые пружины и большие барабаны . Заводные пружины часов аналогичны часовым пружинам, только большего размера.
С 1945 года углеродистых сталей сплавы все чаще вытесняются более новыми специальными сплавами ( железо , никель и хром с добавлением кобальта , молибдена или бериллия ), а также холоднокатаными сплавами (структурное упрочнение). Известные часовщикам как пружины из «белого металла» (в отличие от вороненой углеродистой стали), они изготовлены из нержавеющей стали и имеют более высокий предел упругости . Они менее подвержены постоянному изгибу (усталости ) , и риск их поломки практически отсутствует. Некоторые из них также практически немагнитны . Запатентованные сплавы включают SPRON от Seiko и Nivarox от Swatch Group . [1] [2]
В расслабленном состоянии ходовые пружины имеют три различные формы:
- Спиральная спираль : они намотаны в одном и том же направлении по простой спирали.
- Полуреверс : внешний конец пружины сворачивается в обратном направлении менее чем на один оборот (менее 360°).
- Реверс (упругий): внешний конец пружины сворачивается в обратном направлении на один или несколько оборотов (более 360°).
Полуреверсивный и реверсивный типы обеспечивают дополнительную силу в конце периода хода, когда пружина почти полностью разряжена, чтобы поддерживать постоянную скорость хода часов до конца.
Операция
[ редактировать ]Ходовая пружина намотана на ось, называемую оправкой, с прикрепленным к ней внутренним концом. Во многих часах внешний конец прикреплен к стационарной стойке. Пружина заводится поворотом вала, а после ее закручивания сила поворачивает ось в другую сторону, чтобы запустить часы. Недостаток этой конструкции открытой пружины заключается в том, что во время завода ходовой пружины ее движущая сила снимается с механизма часов, поэтому часы могут остановиться. Этот тип часто используется в будильниках , музыкальных шкатулках и кухонных таймерах , где не имеет значения, останавливается ли механизм во время завода. К заводному механизму всегда прикреплен храповой механизм с собачкой (называемой часовщиками щелчком ) , предотвращающей раскручивание пружины.
В форме, используемой в современных часах, называемой ходовым барабаном , ходовая пружина намотана вокруг оправки и заключена внутри цилиндрической коробки, называемой барабаном , которая может свободно вращаться. Пружина прикреплена к оправке на ее внутреннем конце и к стволу на ее внешнем конце. Крепления представляют собой небольшие крючки или петли, к которым пружина крепится с помощью квадратных отверстий на ее концах, поэтому ее можно легко заменить.
Ходовая пружина заводится поворотом вала, но приводит в движение механизм часов за счет барабана; такое расположение позволяет пружине продолжать приводить в действие часы во время их завода. При заводе часов вращается оправка, которая сжимает ходовую пружину, плотнее обхватывая ее вокруг оправки. К оправке прикреплен храповой механизм со щелчком, предотвращающий поворот оправки назад и разматывание пружины. После завода оправка неподвижна, и тяга боевой пружины поворачивает ствол, вокруг которого имеется кольцо зубьев шестерни. Он входит в зацепление с одной из шестерен часов, обычно центрального колеса с шестерней , и приводит в движение колесную передачу . Обычно барабан вращается каждые 8 часов, поэтому обычной 40-часовой пружине для полного раскручивания требуется 5 оборотов.
Опасности
[ редактировать ]Ходовая пружина содержит много энергии. Если во время разборки не принять меры предосторожности, пружина может внезапно освободиться, что может привести к серьезной травме. Перед обслуживанием ходовые пружины осторожно «опускают», потянув защелку назад, удерживая ключ для завода, позволяя пружине медленно раскрутиться. Однако даже в «разведенном» состоянии ходовые пружины содержат опасное остаточное напряжение. Для их безопасной установки и снятия часовщики и часовщики используют инструмент под названием «заводчик заводной пружины». Большие ходовые пружины в часах перед снятием фиксируются «зажимами ходовых пружин».
История
[ редактировать ]Заводные пружины появились в первых часах с пружинным приводом в Европе 15 века. Он заменил груз, подвешенный на шнуре, обернутом вокруг шкива, который был источником энергии, использовавшимся во всех предыдущих механических часах. В замках стали использовать около 1400 винтовых пружин. [3] и многие первые часовщики были также слесарями. [4] К часам применялись пружины, чтобы сделать их меньше и портативнее, чем предыдущие часы с весовым приводом, и к 1600 году они превратились в первые карманные часы . Многие источники ошибочно приписывают изобретение ходовой пружины нюрнбергскому часовщику Питеру Генлайну (также пишется Генле или Хеле). около 1511 г. [5] [6] [7] Однако многочисленные ссылки в источниках XV века на портативные часы «без гирь» и, по крайней мере, два сохранившихся примера показывают, что к началу того века существовали часы с пружинным приводом. [3] [8] [9] Самыми старыми сохранившимися часами с приводом от боевой пружины являются Burgunderuhr (Бургундские часы), богато украшенные позолоченные камерные часы, которые в настоящее время находятся в Германском национальном музее в Нюрнберге, чья иконография предполагает, что они были изготовлены около 1430 года для Филиппа Доброго, герцога Бургундского . [3]
Первые ходовые пружины были изготовлены из стали без закалки и закалки . Они работали недолго, и их приходилось заводить дважды в день. Генлайн был известен изготовлением часов, которые могли работать 40 часов между заводами. Методы изготовления ходовых пружин XVIII века описаны Берту. [10] и Блейки [11]
Постоянная сила пружины
[ редактировать ]Проблема на протяжении всей истории часов с пружинным приводом заключалась в том, что сила ( крутящий момент ), создаваемая пружиной, не является постоянной, а уменьшается по мере раскручивания пружины (см. график). Однако, чтобы показывать точное время, часы должны работать с постоянной скоростью. Механизмы хронометража никогда не бывают идеально изохронными , то есть на их скорость влияют изменения движущей силы. Это особенно верно в отношении примитивных граней и листового типа, которые использовались до появления балансовой пружины в 1657 году. Таким образом, ранние часы замедляли ход во время своего хода, когда ходовая пружина разряжалась, что приводило к неточному измерению времени.
Два решения этой проблемы появились в первых часах с пружинным приводом в 15 веке; стекфрид и предохранитель :
Стекфрид
[ редактировать ]Освободитель штабеля представлял собой эксцентриковый кулачок, установленный на оправке боевой пружины, с подпружиненным роликом, который прижимался к нему. Кулачок имел форму «улитки», поэтому в начале периода работы, когда ходовая пружина сильно нажимала, пружина упиралась в широкую часть кулачка, создавая сильную противодействующую силу, а позже в период работы, когда сила ходовая пружина уменьшится, пружина будет прижиматься к более узкой части кулачка, и противодействующая сила также уменьшится. Освобождение стека добавило много трений и, вероятно, существенно сократило время работы часов; он использовался только в некоторых немецких часах, и примерно через столетие от него отказались.
Фузее
[ редактировать ]Предохранитель оказался гораздо более долговечной инновацией. конусообразной формы Это был шкив , который приводился в движение цепью, обернутой вокруг ствола боевой пружины. Его изогнутая форма постоянно изменяла механическое преимущество рычажного механизма, выравнивая силу ходовой пружины при ее опускании. Предохранители стали стандартным методом получения постоянного крутящего момента от ходовой пружины. Они использовались в большинстве часов с пружинным приводом с момента их первого появления до 19 века, когда воцарился вращающийся барабан, а также в морских хронометрах до 1970-х годов.
Стопворк
[ редактировать ]Еще одним ранним устройством, которое помогало выровнять силу пружины, были стопоры или стопоры для завода , которые предотвращали полный завод ходовой пружины и не позволяли ей полностью разматываться. Идея заключалась в том, чтобы использовать только центральную часть «кривой крутящего момента» пружины, где ее сила была более постоянной. Самой распространенной формой была Женевская остановка или «Мальтийский крест». В современных часах стопор не нужен.
Ремонтуар
[ редактировать ]Четвертым устройством, используемым в некоторых точных часах, был ремонтуар . Это была небольшая вторичная пружина или груз, который приводил в действие спусковой механизм часов и периодически подзаводился главной пружиной. Это изолировало элемент измерения времени от изменяющейся силы ходовой пружины.
Идущая бочка
[ редактировать ]Современный ходовой ствол , изобретенный в 1760 году Жаном-Антуаном Лепином , создает постоянную силу за счет простого использования более длинной боевой пружины, чем необходимо, и свертывания ее под напряжением в стволе. В работе одновременно используется всего несколько витков пружины, а оставшаяся часть прижимается к внешней стенке ствола. Математически напряжение создает «плоский» участок кривой крутящего момента пружины (см. график), и используется только этот плоский участок. Кроме того, внешний конец пружины часто имеет обратную кривую, поэтому он имеет S-образную форму. Это сохраняет большее напряжение во внешних витках пружины, где оно становится доступным к концу периода работы. В результате барабан обеспечивает примерно постоянный крутящий момент в течение всего расчетного периода работы часов; крутящий момент не снижается до тех пор, пока ходовая пружина почти не разрядится.
Натяжение пружины, встроенной в ходовой ствол, делает опасной его разборку, даже если она не заведена.
Сломанные ходовые пружины
[ редактировать ]Поскольку они подвергаются постоянным циклам нагрузки , вплоть до 1960-х годов ходовые пружины обычно ломались из-за усталости металла задолго до того, как другие части часов. Их считали расходным материалом. [12] Часто это происходило в конце процесса намотки, когда пружина наматывалась как можно плотнее на оправку, без промежутка между витками. При ручном заводе легко неожиданно добраться до этой точки и оказать чрезмерное давление на пружину. Еще одной причиной были перепады температуры. Если вечером часы были полностью заведены, а ночью температура упала, без провисания между витками, тепловое сжатие длинной пружины могло бы вырвать их из креплений на одном конце. Раньше мастера по ремонту часов отмечали, что изменение погоды приводило к появлению большого количества часов со сломанными ходовыми пружинами. Сломанные ходовые пружины были основной причиной ремонта часов до 1960-х годов. [13] С тех пор упомянутые выше усовершенствования в металлургии пружин сделали поломки ходовых пружин редкими.
«Стук» или «банковское дело»
[ редактировать ]Даже если ходовые пружины не были склонны к поломке, слишком большое усилие при заводе вызывало в ранних часах еще одну проблему, называемую «стук» или «крен». [14] [15] Если после завода пружина оставалась очень небольшой слабины («перемотка»), давление последнего поворота ручки завода приводило к чрезмерному натяжению конца пружины, которая фиксировалась последним щелчком храповика. Итак, часы работали с чрезмерной движущей силой в течение нескольких часов, пока дополнительное напряжение на конце пружины не было снято. В результате балансовое колесо вращалось слишком далеко в каждом направлении, в результате чего импульсный штифт на колесе ударялся о заднюю часть колеса. Вилочные рожки. Это приводило к тому, что часы выигрывали время и могли сломать импульсный штифт. В старых часах это предотвращалось с помощью «стоп-работы». В современных часах это предотвращается за счет конструкции «щелчка» с некоторой «отдачей» ( люфтом ). чтобы оправка могла вращаться назад после намотки примерно на два храповых зубца, что достаточно для снятия избыточного натяжения.
Мотор или предохранительный ствол
[ редактировать ]Примерно в 1900 году, когда сломанные часовые пружины были более серьезной проблемой, в некоторых карманных часах использовалась разновидность движущегося барабана, называемая моторным стволом или предохранительным барабаном . Ходовые пружины обычно ломались в местах крепления к оправке, где напряжения изгиба наибольшие. Когда боевая пружина сломалась, внешняя часть откатилась, и импульс закрутил ствол в обратном направлении. Это привело к воздействию огромной силы на хрупкую колесную систему и спусковой механизм , что часто приводило к поломке шарниров и драгоценных камней.
В моторном стволе функции вала и ствола были поменяны местами с ходовым стволом. Боевая пружина заводилась за ствол и поворачивала вал, приводя в движение колесную передачу. Таким образом, если боевая пружина сломается, разрушительная отдача ствола будет применена не к колесной передаче, а к заводному механизму, который был достаточно прочным, чтобы выдержать ее.
Предохранительная шестерня
[ редактировать ]Предохранительная шестерня была альтернативным средством защиты, используемым при работающем стволе. При этом шестерня центрального колеса , с которой зацепляется цилиндрическая шестерня, была прикреплена к его валу с помощью обратной винтовой резьбы. Если бы пружина сломалась, обратная отдача ствола вместо того, чтобы передаться на зубчатую передачу, просто открутила бы шестерню.
Миф о «перемотке»
[ редактировать ]Часы часто остановлены с полностью заведенной заводной пружиной, что привело к мифу о том, что полный завод часов с пружинным приводом повреждает их. [16] Некоторые проблемы могут вызвать этот тип поломки, но это никогда не происходит из-за «перезавода», поскольку часы рассчитаны на полный завод. [16]
Одной из причин «перемотки» является грязь. Механизмы часов требуют регулярной чистки и смазки, и обычным результатом пренебрежения чисткой часов является остановка часов на полном заводе. По мере того как в механизме часов накапливается грязь и высыхает масло, трение увеличивается, поэтому ходовая пружина не имеет силы повернуть часы в конце обычного периода работы, и они преждевременно останавливаются. Если владелец продолжает заводить и использовать часы без обслуживания, в конечном итоге сила трения достигает «плоской» части кривой крутящего момента, и быстро достигается точка, в которой ходовая пружина не имеет достаточной силы для запуска часов даже на полную мощность. ветер, поэтому часы останавливаются с полностью заведенной ходовой пружиной. Часы требуют обслуживания, но проблема вызвана грязным механизмом или другим дефектом, а не «перезаводом».
Другая распространенная причина остановки часов на полном заводе заключается в том, что если часы уронить, балансир может сломаться, и часы больше не смогут идти, даже когда ходовая пружина полностью заведена.
Часы с автоподзаводом и «небьющиеся» ходовые пружины
[ редактировать ]подзаводом В часах с автоматическим , широко представленных в 1950-х годах, для поддержания завода ходовой пружины используются естественные движения запястья. Полукруглый грузик, расположенный в центре часов, вращается при каждом движении запястья. Заводной механизм использует вращения в обоих направлениях для завода ходовой пружины.
В автоматических часах движение запястья могло продолжать заводить ходовую пружину до тех пор, пока она не сломалась. Это предотвращается устройством проскальзывающей муфты . [17] Внешний конец боевой пружины вместо того, чтобы прикрепляться к стволу, прикреплен к круглой пружине расширения, называемой уздечкой , которая прижимается к внутренней стенке ствола, имеющей зубцы или выемки для ее удержания. При обычном заводе уздечка удерживается за счет трения о ствол, позволяя заводиться ходовой пружине. Когда ходовая пружина достигает полного напряжения, ее натяжение сильнее, чем у уздечки. Дальнейшее вращение оправки приводит к скольжению уздечки по стволу, препятствуя дальнейшему наматыванию. В терминологии часовых компаний ее часто ошибочно называют «нерушимой ходовой пружиной». [ нужна ссылка ]
«Усталые» или «установленные» ходовые пружины
[ редактировать ]После десятилетий использования ходовые пружины в старых часах слегка деформируются и теряют часть своей силы, «уставая» или «заживая». Это состояние чаще всего встречается у пружин в бочках. Это приводит к уменьшению времени работы между обмотками. Во время обслуживания ходовую пружину следует проверять на предмет «усталости» и при необходимости заменять. Британский часовой институт предлагает следующие тесты: [18]
- В цилиндре боевой пружины, когда она распущена и расслаблена, большая часть витков исправной пружины должна быть прижата к стенке цилиндра, и только 1 или 2 витка должны проходить по спирали через центральное пространство для прикрепления к оправке. Если в центре ослаблено более 2 витков, возможно, пружина «устала»; при 4 или 5 поворотах он определенно «устает».
- Если при снятии со ствола диаметр расслабленной пружины, лежащей на плоской поверхности, меньше диаметра ствола в 2,5 раза, она «устала».
Индикатор запаса хода
[ редактировать ]Некоторые высококачественные часы имеют дополнительный циферблат на циферблате, указывающий, сколько энергии осталось в ходовой пружине, часто отсчитываемое в часах, оставшихся часам до работы. Поскольку и оправка, и ствол поворачиваются, для этого механизма требуется дифференциальная передача , которая измеряет, насколько далеко была повернута оправка по сравнению со стволом.
Необычная форма ходовой пружины
[ редактировать ]Ходовая пружина обычно представляет собой витую металлическую пружину, однако есть исключения:
- Пружинные часы для фургонов: в течение короткого периода времени в истории американского часового дела спиральная пружинная сталь не была доступна в Соединенных Штатах, и изобретательные часовщики создавали часы, приводимые в движение стопкой листовых рессор , похожих на то, что традиционно служило пружиной подвески для повозок. .
- Возможны и другие типы пружин, которые время от времени использовались в экспериментальных часах.
- Иногда можно встретить странные часы с пружиной, изготовленной не из металла, а из синтетических эластичных материалов.
Примечания
[ редактировать ]- ^ https://www.sii.co.jp/en/me/spron/
- ^ https://www.watch-wiki.net/doku.php?id=spron
- ^ Jump up to: а б с Уайт, Линн младший (1966). Средневековые технологии и социальные изменения . Нью-Йорк: Оксфордский университет. Нажимать. ISBN 0-19-500266-0 . , стр.126-127
- ^ Фарр, Джеймс Ричард (2000). Ремесленники в Европе, 1300-1914 гг . Лондон: Издательство Кембриджского университета. п. 69. ИСБН 052142934X .
- ^ Милхэм, Уиллис И. (1945). Время и хронометристы . Нью-Йорк: Макмиллан. ISBN 0-7808-0008-7 . , стр.121
- ^ «Часы» . Новая Британская энциклопедия . Том. 4. Университет. Чикаго. 1974. с. 747. ИСБН 0-85229-290-2 .
- ^ Анзовин, Стив; Поделл, Джанет (2000). Знаменитые первые факты: запись первых событий, открытий и изобретений в мировой истории . Х. В. Уилсон. ISBN 0-8242-0958-3 . , стр.440
- ^ Ашер, Эббот Пейсон (1988). История механических изобретений . Курьер Дувр. ISBN 0-486-25593-Х . , стр.305
- ^ Дорн-ван Россум, Герхард (1997). История часа: часы и современные временные порядки . унив. из Чикаго Пресс. ISBN 0-226-15510-2 . , стр.121
- ^ Берту, Фердинанд; Ош, Джейкоб (2005). Как сделать часы Verge . Кингстон, Тасмания: Ричард Уоткинс. п. 218.
- ^ Блейки, Уильям (2014). Искусство изготовления ходовых пружин часов, пружин репетира и пружин баланса . Кингстон, Тасмания: Ричард Уоткинс. п. 55.
- ^ «Почему ломаются пружины?» . Техническое примечание TD105 . Hamilton Watch Co. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 г. Проверено 8 октября 2007 г. в Виртуальном музее электронного часового искусства NAWCC. Архивировано 27 августа 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ Бретшер, Ульрих (2007). «Дозор Роскопфа» . Страница карманных часов Ульриха Бретшера. Архивировано из оригинала 1 апреля 2012 г. Проверено 7 декабря 2007 г.
- ^ Де Карл, Дональд (1969). Практический ремонт часов, 3-е изд . Robert Hale Ltd. Лондон: ISBN 0-7198-0030-7 . , стр.91
- ^ Милхэм 1945, стр.105.
- ^ Jump up to: а б Гейни, Майкл. «Вы можете слишком сильно затянуть ходовую пружину» . Мифы о часах . Веб-сайт Мастера по ремонту часов Гейни . Проверено 23 мая 2014 г.
{{cite web}}
: Внешняя ссылка в
( помощь )|publisher=
- ^ Де Карл 1969, стр.90-91.
- ^ «Советы мастерской: ходовые пружины» . Сайт Британского часового института . 1997. Архивировано из оригинала 26 апреля 2009 г. Проверено 20 апреля 2008 г.
{{cite web}}
: Внешняя ссылка в
( помощь )|publisher=
Ссылки
[ редактировать ]- Глоссарий Г.А. Бернера на 4 языках , переиздание 1988 года, любезно предоставлено FH, Федерацией швейцарской часовой промышленности, Бьен, Швейцария.
- Мюррей, Майкл П. (1 февраля 2005 г.). «Все, что вы всегда хотели знать о ходовых пружинах часов» . Клиника часов Майка . Проверено 6 июля 2009 г.