В часовом деле анкерный спуск - это тип спуска, используемый в маятниковых часах . Анкерный механизм в механических часах , который поддерживает качание маятника , придав ему небольшой толчок каждого колебание, и позволяет колесу часов, чтобы заранее фиксированное количество с каждым ходом, перемещая руки на часах вперед. Якорный спуск был назван так потому, что одна из его основных частей смутно напоминает корабельный якорь.
Спуск с якорем, вероятно, был изобретен британским ученым Робертом Гуком [1] [2] около 1657 года, [3] [4], хотя в некоторых источниках упоминается часовщик Уильям Клемент [4] [5] [6], который популяризировал якорь в своем изобретении. длинных или напольных часов около 1680 года. Когда появились часы Клемента, Гук заявил об изобретении спуска, заявив, что он показал часы с таким же спуском Королевскому обществу вскоре после большого пожара 1666 года [4] . якорные часы - часы Wadham College Clock , башенные часы, построенные в Wadham College , Оксфорд, в 1670 году, вероятно, часовщиком Джозефом Книббом . [7] Якорь стал стандартным спусковым механизмом, используемым почти во всех маятниковых часах.
Более точный вариант без отдачи, называемый бесступенчатым спуском, был изобретен Ричардом Таунли около 1675 года и представлен британским часовщиком Джорджем Грэмом около 1715 года. Он постепенно вытеснил обычный анкерный спуск и используется в большинстве современных маятниковых часов.
Как это работает [ править ]
Якорный спуск состоит из двух частей: спускового колеса , которое представляет собой вертикальное колесо с заостренными зубьями на нем, скорее похожего на зубья пилы , и якорь , имеющий форму судового якоря, который качается вперед и назад на оси чуть выше аварийного выхода колесо. На двух плечах анкера есть изогнутые поверхности, которые упираются зубьями спускового колеса, называемые поддонами . Центральный вал якоря прикреплен к вилке, толкаемой маятником , поэтому якорь качается вперед и назад, при этом поддоны поочередно захватывают и отпускают зубья спускового колеса с каждой стороны.
Каждый раз, когда одна паллета отходит от спускового колеса, освобождая зуб, колесо поворачивается, и зуб на другой стороне зацепляется за другой поддон, который движется к колесу. Импульс маятника продолжает перемещать вторую паллету к колесу, отталкивая спусковое колесо назад на некоторое расстояние, пока маятник не изменит направление на противоположное, и паллета не начнет удаляться от колеса, а зубец скользит по его поверхности, толкая его. . Затем зуб соскальзывает с конца поддона, снова начиная цикл.
Ни анкерный спуск, ни стояночная форма внизу не запускаются автоматически. Маятник нужно качнуть, чтобы они начали работать.
Отдача [ править ]
Обратное движение спускового колеса во время части цикла, называемое отдачей , является одним из недостатков анкерного спуска. Это приводит к временному обращению всей колесной передачи обратно к движущей массе с каждым тактом часов, вызывая дополнительный износ колесной передачи, чрезмерный износ зубьев шестерни и неточность. Это также может привести к тому, что острия зубьев спускового колеса войдут в поверхность поддона. Зубцы наклонены назад, противоположно направлению вращения, а поверхность поддонов слегка выпуклая, чтобы предотвратить это. [8]
Другая причина отклонения зубьев спускового колеса назад - мера безопасности. Если часы перемещаются без фиксации маятника, неконтролируемое раскачивание маятника может привести к сильному столкновению якорных поддонов с спусковым колесом. Наклонные зубья обеспечивают то, что плоские поверхности анкерных поддонов сначала касаются боковых сторон зубьев, защищая хрупкие точки от поломки. [8]
У бесступенчатого спуска (ниже) нет отдачи. Один из способов определить, есть ли у старинных маятниковых часов якорь или бесступенчатый спуск, - это посмотреть на секундную стрелку. Если часы немного сдвигаются назад после каждого тика, показывая отдачу, это означает, что часы имеют спусковой механизм.
Костыль и вилка [ править ]
Вал якоря, называемый костылем, заканчивается вилкой, которая охватывает вал маятника, давая ему поперечные импульсы. Стержень маятника подвешен на короткой прямой подвесной пружине, прикрепленной к прочной опоре прямо за якорем. Ось анкера совмещена с точкой изгиба пружины. Такое расположение обеспечивает более устойчивую опору маятника, чем простая подвеска маятника непосредственно на якоре.
Детали дизайна [ править ]
Якорь очень устойчив к изменениям своей геометрии, поэтому его форма сильно варьировалась. [8] В конце 19 века в Великобритании обычная конструкция [8] представляла собой угол 90 ° между поддонами, что означало, что стержень анкера должен располагаться на расстоянии √ 2 ≈ 1,4 радиуса спускового колеса от оси спускового колеса. В старинных часах , у которых был маятник, который качался один раз в секунду, спусковое колесо часто имело 30 зубцов, которые заставляли спусковое колесо вращаться один раз в минуту, так что секундная стрелка могла быть прикреплена к его валу. В спусковом колесе с 30 зубьями ширина поддонов составляет около 7½ зубьев. Угол импульса поддонов, определявший раскачивание маятника, составлял 3–4 °.
История [ править ]
Якорь был вторым широко используемым спусковым механизмом в Европе, пришедшим на смену примитивному спусковому механизму 400-летней давности в маятниковых часах . Маятники в часах с торцевым спуском имели очень широкий угол поворота от 80 ° до 100 °. В 1673 году, через семнадцать лет после изобретения маятниковых часов, Христиан Гюйгенс опубликовал свой математический анализ маятников « Horologium Oscillatorium» . В нем он показал, что широкие колебания маятниковых часов приводили к неточности, потому что период колебаний маятника не был изохронным, а варьировался в небольшой степени из-за круговой ошибки.с изменениями амплитуды качания маятника, происходящими при неизбежном изменении движущей силы. Осознание того, что только небольшие колебания маятника могут быть почти изохронными, побудило часовых мастеров разрабатывать спусковые механизмы с небольшими колебаниями.
Основным преимуществом якоря было то, что за счет размещения поддонов дальше от оси качание маятника было уменьшено с примерно 100 ° в горизонтальных часах до всего 4 ° -6 °. [3] В дополнение к повышенной точности из-за изохронизма , это позволило часам использовать более длинные маятники, у которых был более медленный «ритм». Более низкое сопротивление воздуха означало, что им требовалось меньше энергии для продолжения поворота, и уменьшался износ механизма часов. Якорь также позволил использовать более тяжелый маятник боба для данной движущей силы, что делает маятник более независимым от спускового (выше Q) и, следовательно, более точным. Эти длинные маятники требовали длинных узких корпусов часов. Приблизительно в 1680 году британский часовщик Уильям Клемент начал продавать первые коммерческие часы с якорным спуском, высокие отдельно стоящие часы с маятником на 1 метр (39 дюймов), которые стали называть полными или «дедовскими» часами. [9] Якорь настолько повысил точность часов, что примерно в 1680–1690 годах использование минутной стрелки , ранее являвшееся исключением для часов, стало правилом. [10]
Спуск с якорем заменил границу в маятниковых часах в течение примерно пятидесяти лет, хотя французские часовщики продолжали использовать грани примерно до 1800 года. Многие часы на грани были перестроены с якорями. В 18 веке более точная форма спуска спуска заменила якорь в точных регуляторах, но якорь оставался рабочей лошадкой в домашних маятниковых часах. В течение 19-го века неподвижная форма постепенно преобладала в большинстве качественных часов, но форма якоря все еще используется в некоторых маятниковых часах. [3]
Недостатки [ править ]
Анкерный спуск надежен и допускает большие геометрические ошибки при его конструкции, но его работа аналогична старому спусковому механизму , и сохраняет два основных недостатка грани:
- Это спуск с трением ; маятник всегда толкается зубцом спускового колеса в течение всего цикла, и ему никогда не разрешается свободно качаться. Это делает ход часов чувствительным к изменениям движущей силы. Любые небольшие изменения силы, приложенной к поддонам, например, из-за изменения смазки из-за старения масла или уменьшения силы ходовой пружины часов при ее спуске, изменят период качания маятника. Часы с анкерным спуском, приводимые в движение боевой пружиной, требовали предохранителя для выравнивания усилия боевой пружины.
- Как упоминалось выше, это возвратный спуск; импульс маятника толкает спусковое колесо назад во время части цикла. Это вызывает дополнительный износ механизма и приложение разной силы к маятнику, что приводит к неточности.
Беспилотный спуск [ править ]
Два вышеуказанных недостатка были устранены с изобретением улучшенной версии анкерного спуска: обратного спуска или спуска Грэма . Это часто ошибочно приписывают английскому часовщику Джорджу Грэхему, который представил их около 1715 года в своих точных часах-регуляторах. [11] [12] [13] [14] Однако он был изобретен около 1675 года астрономом Ричардом Таунли и впервые использован наставником Грэма Томасом Томпионом в часах, построенных для сэра Джонаса Мура , и в двух точных регуляторах, которые он сделал для новая Гринвичская обсерватория в 1676 г. [15]упоминается в переписке между Королевским астрономом Джоном Флемстидом и Таунли [16] [17]
Непрерывная форма анкерного спуска менее терпима к неточностям при его изготовлении или износу во время работы и первоначально использовалась только в точных часах, но в 19 веке его использование распространилось на большинство качественных маятниковых часов. Его используют почти все современные маятниковые часы.
Башенные часы - один из немногих типов маятниковых часов, в которых анкерный спуск не преобладал. С изменяющейся силой, прилагаемой к колесной передаче большими внешними руками, подверженными ветровым, снеговым и ледовым нагрузкам, лучше справлялись гравитационные спусковые механизмы .
Как это работает [ править ]
Непрерывный спусковой механизм имеет две стороны по отношению к поддонам, «стопорную» или «мертвую» поверхность, с изогнутой поверхностью, концентричной оси, на которой вращается якорь, и наклонной «импульсной» поверхностью. [3] Когда зуб спускового колеса упирается в одну из неподвижных поверхностей, его сила направляется через ось поворота анкера, поэтому маятник не подает импульс, позволяя ему свободно качаться. Когда поддон на другой стороне освобождает спусковое колесо, зуб сначала приземляется на эту «мертвую» поверхность и остается на ней в течение большей части поворота и возврата маятника. На это время аварийное колесо «заблокировано» и не может повернуться. Вблизи нижней части качания маятника зуб соскальзывает с мертвой поверхности на наклонную «импульсную» поверхность поддона, позволяя спусковому колесу повернуться и толкнуть маятник перед тем, как упасть с поддона. Это все еще спуск с фрикционной опорой, потому что скольжение спускового зуба по мертвой поверхности добавляет трение качению маятника,но у него меньшее трение, чем у возвратного спуска, потому что нет силы отдачи.
В отличие от обратного наклона зубьев спускового колеса якоря, зубья аварийного спускового колеса являются радиальными или наклонными вперед для обеспечения контакта зуба с «мертвой» поверхностью поддона, предотвращая отдачу. [3]
Состояние Эйри [ править ]
Часовые мастера обнаружили в 1700-х годах, что для точности лучшее место для приложения импульса, чтобы маятник качнулся, был в нижней части его колебания, когда он проходит через свое положение равновесия. Если импульс применяется во время движения маятника вниз, прежде чем он достигнет дна, импульсная сила имеет тенденцию уменьшать период качания, поэтому увеличение движущей силы заставляет часы выигрывать время. Если импульс применяется во время подъема маятника, после того, как он достигает дна, сила импульса имеет тенденцию увеличивать период качания, поэтому увеличение движущей силы приводит к тому, что часы теряют время.
В 1826 году британский астроном Джордж Эйри доказал это; в частности, он доказал, что маятник, который приводится в движение движущим импульсом, симметричным относительно его нижнего положения равновесия, изохронен для различных движущих сил, игнорируя трение, и что обратный спуск приблизительно удовлетворяет этому условию. [18] [19] Было бы вполне удовлетворительно, если бы зубья спускового колеса приходились точно на угол между двумя поверхностями поддона, но для того, чтобы спусковой механизм работал надежно, зубцы должны падать над углом на опоре. «мертвое» лицо. [20]
Сравнение движения на якоре и в мертвой точке [ править ]
Основной причиной ошибки в часах являются изменения движущей силы, приложенной к спусковому механизму, вызванные небольшими изменениями трения шестерен или поддонов, или уменьшением силы главной пружины при ее раскручивании. Спуск, в котором изменения движущей силы не влияют на скорость, называется изохронным. Превосходная характеристика непрямого удара над отдачей обусловлена улучшенной изохронностью. Это связано с тем, что изменение движущей силы по-разному влияет на качание маятника в двух спусковых механизмах: [2]
- В анкерном спуске увеличение движущей силы заставляет маятник раскачиваться вперед и назад быстрее, но не сильно увеличивает амплитуду маятника , длину его поворота. Повышенная сила зубца спускового колеса на поддоне во время возвратной части цикла имеет тенденцию к уменьшению качания маятника, в то время как сила зуба во время прямой импульсной части цикла имеет тенденцию к увеличению качания маятника. Они, как правило, нейтрализуют друг друга, оставляя колебания неизменными. Но оба эти эффекта уменьшают время свинга. Другими словами, увеличенная сила заставляет маятник двигаться вперед и назад по фиксированной дуге быстрее.
- В прямом спуске отсутствует отдача, а увеличенная движущая сила заставляет маятник раскачиваться по более широкой дуге, а также двигаться быстрее. Время, необходимое для преодоления дополнительного расстояния, в точности компенсирует возросшую скорость маятника, оставляя неизменным период качания. Однако более широкий размах вызывает небольшое увеличение периода из-за круговой ошибки . Для домашних часов этот эффект незначителен, но это ограничение точности, которое может быть достигнуто с помощью точных регуляторов с бесступенчатым спуском.
Когда был изобретен мертвый такт, часовщики изначально полагали, что он имеет меньшую изохронность по сравнению с якорем из-за большего влияния изменений силы на амплитуду маятника. [2] Недавние исследования указывают на то, что неизохронность якоря может нейтрализовать круговую ошибку маятника. То есть увеличение амплитуды качания вызывает небольшое увеличение периода маятника из-за круговой ошибки , и это может компенсировать уменьшение периода из-за изохронности. Благодаря этому эффекту тщательно отрегулированный анкерный спуск с полированными поддонами может быть более точным, чем бездельник. [21] Это было подтверждено по крайней мере одним современным экспериментом. [22] [23]
См. Также [ править ]
- Рычаг спуска
Ссылки [ править ]
- ^ Милхэм, Уиллис I. (1945). Время и хронометристы . Макмиллан. ISBN 0-7808-0008-7. стр.146
- ^ a b c Глазго, Дэвид (1885). Часы и изготовление часов . Лондон: Cassel & Co., стр. 293 .
- ^ а б в г е Хедрик, Майкл (2002). «Происхождение и эволюция спуска якорных часов» . Журнал "Системы управления" . Inst. инженеров по электротехнике и электронике. 22 (2). Архивировано из оригинального 14 сентября 2004 года . Проверено 6 июня 2007 .
- ^ a b c Рид, Томас (1832). Трактат о часах и часовом деле, теоретический и практический . Филадельфия, США: Кэри и Ли. п. 184 .
- ^ Беккет, Эдмунд (лорд Гримсторп) (1874). Элементарный трактат о часах, часах и колоколах, 6-е изд . Лондон: Lockwood & Co., стр. 71.
- ^ Ашер, Эбботт Пейсон (1988). История механических изобретений . Курьер Дувр. п. 313. ISBN 0-486-25593-X.
- Перейти ↑ Chapman, Allen (2005). Леонардо в Англии: Роберт Гук и научная революция семнадцатого века . CRC Press. п. 84. ISBN 0-7503-0987-3.
- ^ a b c d Бриттен, Фредерик Дж. (1896). Справочник часовщика и часовщика, 9-е изд . Лондон: EF & N. Spon. С. 8–11.
- ^ Мур, Н. Хадсон (1936). Старая книга часов . Тюдор. п. 40.
- ^ Milham 1945, с.146
- ^ Milham 1945, с.185
- ^ Glasgow 1885, p.297
- ^ "Часы" . Британская энциклопедия, 11-е изд . 6 . The Encyclopdia Britannica Co., 1910. стр. 541.
- ^ "Беспилотный спуск" . Энциклопедия часов и наручных часов . Рынок старых и проданных антиквариата. Архивировано 20 мая 2008 года . Проверено 8 июня 2008 .
- ^ Беттс, Джонатан Регуляторы в Бад, Роберт; Уорнер, Дебра Джин (1998). Инструменты науки: историческая энциклопедия . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0-8153-1561-9. стр.121
- ^ Флемстид, Джон; Forbes, Эрик; Мердин, Лесли (1995). Переписка Джона Флемстида, первого королевского астронома, Том 1 . CRC Press. ISBN 978-0-7503-0147-3. Письмо 229 Флэмстид Таунли (22 сентября 1675 г.), стр. 374, и аннотация 11 стр. 375
- ^ Эндрюс, WJH Часы: Скачок к точности в Мейси, Самуэль (1994). Энциклопедия времени . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0-8153-0615-6. с.126, здесь цитируется письмо от 11 декабря, но, возможно, он имел в виду упомянутое выше письмо от 22 сентября.
- ↑ Эйри, Джордж Биддл (26 ноября 1826 г.). «О возмущениях маятников и весов и теории эвакуации» . Труды Кембриджского философского общества . University Press. 3 (Часть 1): 105 . Проверено 25 апреля 2008 .
- ^ Беккет 1874, p.75-79
- ^ Беккет 1874, с.75
- Перейти ↑ Rawlings, Arthur Lionel (1993). Наука о часах и часах, 3-е изд . Аптон, Великобритания: Британский институт часового искусства. ISBN 0-9509621-3-9. стр.108
- ^ «Простой регулятор с изохронной комбинацией маятника и механизма спуска» Бернар Текиппе, NAWCC Watch & Clock Bulletin, апрель 2010, стр 131-138.
- ^ «Простой регулятор» (PDF) . Новости NAWCC . Глава 24 Атланта: Национальная ассоциация. в часы и часы Коллекторы: 1 октября 2009 Архивировано из оригинального (PDF) на 23 мая 2014 года . Проверено 22 мая 2014 года . CS1 maint: location (link)
Внешние ссылки [ править ]
- Хедрик, Майкл (2002). «Происхождение и эволюция спуска якорных часов» . Журнал "Системы управления" . Inst. инженеров по электротехнике и электронике. 22 (2). Архивировано из оригинала на 2009-10-25 . Проверено 6 июня 2007 .- мертвая ссылка
- Глазго, Дэвид (1885). Часы и изготовление часов . Лондон: Cassel & Co., стр. 293 .в Google Книгах. Детали конструкции.
