Часы и люди - Директория часов
Большие часы - Директория часов
Технологии и часы - Директория часов
 

Главная » Информация » Механизм » Точность механических часов.

Точность механических часов.

Опубликовано: , посмотрело: 5663, автор:

Энергия всему голова

Обзор факторов, мешающих точной работе часов, и способов борьбы с ними начнем с рассмотрения энергетических соотношений в системе баланс-спираль. В идеальных условиях отсутствия каких-либо потерь ее колебания могут быть бесконечными (так же как у маятника), а собственная частота колебаний зависит от двух параметров — момента инерции баланса и жесткости спирали. Реальная жизнь вносит коррективы: часть энергии тратится на преодоление трения и других потерь, поэтому без внешней поддержки колебания неизбежно затухают.

Способность нашей парочки совершать колебания и противостоять внешним воздействиям определяется параметром, носящим название добротность колебательной системы. Этот термин был введен в общей теории колебаний и ее многочисленных приложениях (таких, например, как строительная механика, радиотехника, спектроскопия, а также в теории часов) в качестве «меры колебательности» динамической системы, то есть ее способности преобразовывать поступающую в нее постоянную энергию в колебательную (в случае часов постоянная энергия пружинного двигателя передается балансу через колесную систему и спуск). Добротность определяется как отношение этих энергий:

Д = колебательная энергия А~
постоянная энергия А=

Если считать, что поступающая энергия не меняется, то добротность системы баланс-спираль можно оценить только через ее собственные параметры. Для этого целесообразно заменить величину энергии А=на суммарную энергию потерь А0 во всех элементах колебательной системы. Тогда можно определить добротность равноценным отношением:

Д = колебательная энергия А~
постоянная энергия А0

Кроме добротности, как показателя качества системы баланс-спираль в целом, в часовом деле используются и показатели качества ее отдельно взятых основных узлов: показатель качества баланса Кб, определяемый отношением

Кб = момент инерции баланса
общий вес баланса

и показатель качества спирали Кс, определяемый отношением

Кc = жесткость спирали
общий момент трения

Эти объективные показатели качества позволяют оценить способность системы баланс-спираль и ее узлов выполнять свои функции, обосновывать выбор основных параметров этих деталей и проводить их сравнительную оценку. Понимать, что означают и от чего зависят данные показатели важно не только разработчикам и производителям механизмов, но и покупателям и продавцам часов всех уровней, желающих всерьез разбираться в этом товаре и его качестве.

Рис. 1. Удельный вес основных видов потерь энергии в системе баланс-спираль

Колебательная энергия пары баланс-спираль А~ складывается из кинетической энергии движущегося баланса и потенциальной энергии свернутой спирали, определяемых, соответственно, величинами момента инерции баланса и жесткостью спирали. Отсюда понятно, что для повышения качества системы баланс-спираль необходимо максимально повысить момент инерции баланса и жесткость спирали и снизить до минимума все потери в системе. Такие же рекомендации вытекают из приведенных коэффициентов качества баланса Кб и спирали Кс.

Суммарная энергия потерь в балансовых часовых колебательных системах определяется, в основном, следующими факторами:

  • потерями на трение в опорах баланса (цапф о камни);
  • потерями на преодоление сопротивления вращению цапф вязкой смазки опор;
  • сопротивлением воздушной среды, окружающей баланс и увлекаемой им в движение;
  • потерями на преодоление внутреннего (межмолекулярного) трения в материале спирали и рядом других малозначительных факторов.

На рис. 1 представлено соотношение энергий, обусловленных каждым из этих факторов. Диаграмма наглядно показывает, что самый большой вклад вносит вязкое трение, в составе которого заметно преобладают потери в опорах. По сравнению с ними остальные факторы, такие, например, как потери на трение в местах заделки концов спирали, незначительны и обычно не учитываются.

Рис. 2. Зависимость от амплитуды колебаний поступающей в систему баланс-спираль энергии и ее потерь

На рис. 2 показана зависимость между величиной амплитуды колебаний и энергией потерь А0. Поскольку все составляющие потерь растут или с ростом угла отклонения баланса(например, при этом увеличиваются потери на трение, преодоление вязкого сопротивления и трение в материале спирали), или с ростом его скорости (вместе со скоростью растет вязкое трение и сопротивление воздушной среды), то чем больше амплитуда, тем большими оказываются суммарные потери. Причем этот рост довольно резкий.

Этот же график наглядно иллюстрирует и сущность процесса автоматического регулирования амплитуды автоколебаний. Мы видим, что при определенной амплитуде Ф0 кривая потерь пересекает прямую А=, соответствующую поступающей в нашу колебательную систему энергии. именно с этой амплитудой будет колебаться баланс при отсутствии внешних воздействий.

Если под влиянием каких-либо внешних сил (толчков, ударов, центробежных сил и т.п.) величина амплитуды увеличится до некоторого значения Ф2, то, как видно из рис. 2, при такой амплитуде энергия потерь А0 превысит энергию привода А=, и амплитуда автоматически уменьшится сразу после прекращения действия внешней силы, стремясь вернуться к своему стационарному значению Ф0, соответствующему равенству энергии потерь и привода. При падении амплитуды до некоторого значения Ф1, меньшего Ф0, энергия привода А= превысит энергию потерь А0, вследствие чего амплитуда автоматически возрастет до своего стационарного значения Ф0.

Категория: Информация » Механизм

Уважаемый посетитель, Вы вошли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии (0)

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Введите код: *
 
Апрель 2019 (2), Март 2019 (1), Февраль 2019 (2), Январь 2019 (2), Декабрь 2018 (2), Ноябрь 2018 (2), Август 2018 (2)