Czas równoważenia - Spoglądamy na koło równowagi

W naszej historii ostatni numer na temat sprężyny balansowej - dosłownie bijące serce mechanicznego zegarka - może się wydawać, że ten komponent wykonuje wszystkie ciężkie prace, o ile chodzi o działalność związaną z mierzeniem czasu. Jak powie jednak każdy zegarmistrz - a także wielu prezesów marek zegarków - nie ma sensu mówić o nowej sprężynie równoważącej, jeśli nie porusza się również koła równoważącego, a nawet dźwigni, która napędza system. W tej historii skupimy się głównie na samym kole równoważącym, z kilkoma wyprawami do historii i działania eskapady krawędzi, odprężenia i dźwigni szwajcarskiej. Jeśli chodzi o dźwignię lub widły paletowe, będzie musiał poczekać na inny problem.

Zaczynamy od historii, w której ostatni się skończył - uwaga, że ​​koła równoważące i sprężyny do włosów muszą funkcjonować razem. Najlepszym sposobem na zrozumienie tego jest przemyślenie związku między mechanicznym zegarkiem na rękę a zegarem wahadłowym. Podobnie jak wahadło jest organem regulującym zegar, waga i sprężyna równoważąca pełnią tę samą funkcję w zegarku na rękę. Oznacza to, że waga i sprężyna równoważąca muszą aproksymować skutki grawitacji. Naszym powracającym bohaterem tego wprowadzenia jest nikt inny, jak holenderski fizyk Christiaan Huygens. Pamiętasz, że Huygens był pionierem sprężyny równoważącej (doskonaląc ją w 1675 r.) I wahadła (wspomnianego zegara).

Patek Philippe kaliber 240 Q SI

Patek Philippe Advanced Research Ref. 5550 mieści kaliber 240 Q SI

Co ciekawe, koło równowagi zdaje się istnieć przed czasem Huygensa - sam Huygens zaprojektował swoje koło równowagi i system sprężyn w stylu ucieczki. Rzeczywiście, Huygens i inni pionierzy szukali odpowiedniego komponentu, aby stworzyć oscylacje harmoniczne, a tym brakującym elementem była sprężyna równoważąca. Reszta ucieczki na skraju - szwajcarski system dźwigni pojawiłby się dopiero później - istniała przed 1675 rokiem.

Oscylacje harmoniczne, jako właściwość fizyczna, badał najpierw Galileusz Galilei, badając funkcję wahadła na bardzo wczesnym etapie XVII wieku. To Galileusz odkrył izochronizm jako coś nieodłącznego od wahań wahadła. Zasadniczo okres wahania dowolnego wahadła jest względnie stały, bez względu na wielkość wahania. Dzięki temu można uzyskać stabilny mierzący czas, ponieważ dopóki wahadło będzie się kołysało, zegar tyka w tym samym tempie. Oczywiście zegar, który tykał w różnym tempie w zależności od wahania wahadła, byłby mniej niż przydatny.

Galileo Galilei

Wahadło uzyskuje tę izochroniczną właściwość z grawitacji, co oznacza, że ​​zegary wyposażone w wahadło musiały być jak najbardziej stabilne; ruch zakłóca ruch wahadła, wprowadzając niepożądane zmiany. Huygens ukończył projekt zegara wahadłowego, początkowo uruchomiony przez Galileusza. Przed nadejściem zegara wahadłowego zegary mechaniczne wykorzystywały inny komponent do symulacji izochronizmu: folot. Opierając się na siłach bezwładności, był to poziomy pasek (z ciężarkami na obu końcach) obrócony dokładnie w środku. Powstały ruch kołysania, napędzany energią kinetyczną rozwijającej się sprężyny, zapewniał szybkość pomiaru czasu.

Tnąc bezpośrednio do współczesnych mechanicznych zespołów wyważających, koło wyważające obraca się z grubsza półtora raza w jednym kierunku, co stanowi jedno wahanie. Jest to około 270 ° z każdej strony środkowej pozycji równowagi koła równoważącego. Pełny cykl to dwie z tych huśtawek, co oznacza dwa uderzenia. Sztywność sprężyny równoważącej i moment bezwładności koła są kluczowymi elementami równania, które określają, ile sekund zajmuje ukończenie jednego cyklu.

Wracając do tematu koła równoważącego i foliota, nie jest jasne, kiedy koło równoważące całkowicie zastąpiło foliot. Pewne jest, że wprowadzenie wahadła i sprężyny równoważącej spowodowało, że braki skrajnego zejścia stały się wyjątkowo trudne. Wiele różnych wychwytów rywalizowało o jego zastąpienie, w tym zaczepy zapadkowe i cylindryczne. Ostatecznie zarówno ucieczka z kotwicy, jak i dźwignia ostatecznie przypieczętowały los niegdyś dominującej ucieczki z krawędzi.

Gdzie koło balansowe pasuje do tej historii? Cóż, pełny opis znajduje się w części dotyczącej wychyleń dźwigni (Leverage), a także w krótkim tl; dr powyżej, ale poświęć chwilę na przeczytanie segmentu Na granicy, ponieważ wyznacza on scenę. Koło wyważające wydaje się być najlepszą formą do pracy obok tradycyjnej sprężyny spiralnej lub wyważającej.

W obecnej formie koła balansowe mają różne wyglądy, które można podzielić na dwie główne formy: gładką i nie-gładką. Tak, nie-gładki nie jest szczególnie wymowny, ale jeśli trzeba mieć bardziej technicznie brzmiący termin, to będzie miał regulowaną masę. Zdecydowaliśmy się zastosować nieładną, ponieważ będzie to obejmować wkręcane koła równoważące, co samo w sobie nie jest szczególnie uroczym opisem. Nie gładka wersja koła równoważącego jest tradycyjna, z małymi śrubami na obręczy koła. Nie należy tego mylić z Gyromax firmy Patek Philippe, Microstella firmy Rolex i wieloma opcjami z Swatch Group (głównie firmy Omega), które wydają się zawierać śruby na obręczy lub na wewnętrznej stronie obręczy.

Koło balansowe Ulysse Nardin

Zasadniczo systemy nieładne używają ciężarków do regulacji bezwładności koła wyważającego - to, jak daleko śruby są przymocowane do wagi, decyduje o tym w wersjach z wyważonymi śrubami. W tradycyjnym systemie saldo byłoby ręcznie korygowane przez zegarmistrzów w procesie znanym jako zwiększanie równowagi lub równoważenie równowagi; w przypadku nowszych modeli wyważania odmiany o regulowanej masie, są one zwykle wykonywane przez komputer po przymocowaniu spiral.

Gładkie koło wyważające jest również gotowe w fabryce, w której również biorą udział komputery. Gładkie koło wyważające zwykle jest odmianą Glucydur (patrz rozdział Glucydur), podczas gdy nowe wyważenia mogą być wykonane z krzemu, z ciężarkami z innych materiałów. Przykłady szalenie pomysłowych kół równowagi obejmują eksperymenty DeBethune, Ulysse Nardin i Patek Philippe.

NA GRANICY

Najważniejszy rozwój techniczny w zegarkach i zegarmistrzostwie, rozwój ucieczki na krawędzi w XIII wieku, pozwolił na wykonanie zegarów w pełni mechanicznych. Oto, w jaki sposób David Glasgow opisał działanie ucieczki na skraju swojej książki z 1885 r. Watch and Clock Making (opis został sparafrazowany i w razie potrzeby zredagowany).

Zegar katedry w Salisbury pokazuje, jak wyglądał pierwszy zegar skrajny, dzięki uprzejmości Wikipedii

Odskok skrajny składa się z koła w kształcie korony, z wystającymi zębami w kształcie piły; jego oś jest zorientowana poziomo. Pionowy pręt, krawędź, jest umieszczony przed kołem koronowym, z dwiema metalowymi płytkami (paletami), które zazębiają zęby po przeciwnych stronach koła koronowego. Palety są ustawione pod kątem między nimi, więc tylko jeden chwyta zęby na raz. Zarówno koło wyważające, jak i wahadło jest zamontowane na końcu pręta skrajnego.

Wygląda na to, że koło wyważające istniało przed czasem Huygensa - sam Huygens zaprojektował swoje koło wyważające i układ sprężynowy w stylu wyskoku

Gdy koła zębate dostarczają energię rozwijanej sprężyny zwojowej do koła koronowego, jeden z zębów koła koronowego naciska na paletę, obracając krawędź w jednym kierunku. Jednocześnie działanie to powoduje obrócenie drugiej palety na ścieżkę zębów po przeciwnej stronie koła, aż ząb przebije się przez pierwszą paletę. Następnie ząb po przeciwnej stronie koła styka się z drugą paletą, obracając krawędź z powrotem w przeciwnym kierunku, i cykl się powtarza.

To, co zaczęło się od nieuregulowanego obrotu koła koronowego, przekształca się w oscylację krawędzi. To wprawia w ruch wahadło lub wagę / foliot. Każde wahanie równowagi / foliotu lub wahadła pozwala na przejście jednego zęba koła ewakuacyjnego, dzięki czemu ruch mechanizmu zegarowego jest regularny. Mechanizm zegarowy przesuwa się o ustaloną wartość, przesuwając wskazówki do przodu ze stałą prędkością.

Drugi zegar wahadłowy zbudowany przez Christiaana Huygensa, dzięki uprzejmości Wikipedii

Koło koronowe musi mieć nieparzystą liczbę zębów, aby wyskok mógł działać. Przy parzystej liczbie dwa przeciwległe zęby jednocześnie zetkną się z paletami, blokując ucieczkę.

Wraz z nadejściem wahadła wychwyt kotwicy zapewnia bardziej naturalną akcję dla zegarów, dlatego zaczął zastępować wychwyt krawędzi.

PRZEWAGA

Opracowany przez Thomasa Mudgea skok dźwigni jest dosłownie ucieczką współczesnego mechanicznego zegarka pisarskiego. Po raz kolejny jesteśmy wdzięczni książce Glasgow za informacje, wraz ze szkołą zegarmistrzowską TimeZone. Krótki opis tego, jak to wszystko działa poniżej, pochodzi z tych źródeł (głównie tych sekcji autorstwa Walta Odetsa).

W standardowym wychylaniu dźwigni, znanym również jako szwajcarskie wychylanie dźwigni, koło ewakuacyjne i widelec paletowy odgrywają kluczową rolę (bez zamierzonej gry słów). Koło ewakuacyjne jest dostosowane do zestawu kołowego, dostarczając impuls do widelca paletowego. Otrzymując ten impuls, widły do ​​palet dostarczają go na wałek koła wyważającego, obracając w ten sposób koło wyważające. Sprężyna równoważąca przywraca koło wyważające do statycznego położenia środkowego, wysyłając impuls przez wał do widelca paletowego, który następnie ponownie wchodzi w interakcję z kołem ewakuacyjnym.

Koło wyważające i sprężyna włosowa TAG Heuer Autavia Isograph

Widły paletowe i wyskok kalibru Patek Philippe 240 Q SI

To, co było nieuregulowaną mocą z sprężyny głównej, jest zatem dostarczane do koła wyważającego. Koło równoważące zwraca regulowaną moc do zestawu kołowego, który następnie przesuwa się o ustaloną wartość i przesuwa wskazówki czasu o ustaloną wartość.

Każdy ruch do przodu i do tyłu koła równoważącego zi do jego pozycji środkowej odpowiada ruchowi koła ewakuacyjnego o jeden ząb (zwany uderzeniem). Typowe wychylenie dźwigni zegarka bije z częstotliwością 18 000 lub więcej uderzeń na godzinę, czasami nazywane również drganiami na godzinę. Każde uderzenie nadaje koło równowagi impulsowi, więc na cykl przypadają dwa impulsy (to samo, co ucieczka krawędzi). Mimo że przez większość czasu jest zablokowany w spoczynku, koło ewakuacyjne obraca się zwykle ze średnią 10 obr / min lub więcej.

Powstanie dźwięku „tik taktu” jest spowodowane tym mechanizmem wychodzenia. Gdy koło wyważające kołysze się do przodu i do tyłu, słychać tykający dźwięk.

GLUCYDUR I ALTERNATYWNE MATERIAŁY

Podczas gdy równowaga Glucydur wydaje się dominować, ze stopem berylu, miedzi i żelaza, istnieją inne rodzaje kół równoważących. Skanując katalogi aukcyjne, najbardziej typową alternatywą jest koło wyważające ze stopu złota i miedzi. Funkcjonalnie oba typy wag wykonują tę samą sztuczkę, ale potrzebne są dodatkowe informacje, aby zrozumieć, co się tutaj dzieje.

Głównym problemem jest zmiana temperatury, ponieważ właściwości masy sprężyny równoważącej będą się zmieniać w miarę rozszerzania lub kurczenia.Oczywiście wpłynie to na szybkość pomiaru czasu, ponieważ wpłynie na oscylacje koła równoważącego. W rzeczywistości koło wyważające również podlega zmianom termicznym. Zarówno złoto-miedź, jak i stopy Glucydur mają doskonałe współczynniki rozszerzalności liniowej, od +14 do +17 x 10-6 / ° K, a zatem materiały te nadal cieszą się popularnością wśród firm zegarmistrzowskich. Nic nie jest jednak idealne, a gdy stopy te się rozszerzają, wychwyt nie będzie już izochroniczny.

Ostatnią próbą rozwiązania tego problemu był Zenith Defy Oscillator, który jest także najbardziej radykalną innowacją wychwytywania od czasów Huygensa. Łączy widelec paletowy, koło wyważające i sprężynę włosową w jedną silikonową strukturę. Krzem niemetaliczny poddawany jest różnej obróbce, aby poradzić sobie ze zmianami termicznymi, zwykle stosując na przykład tlenek krzemu. W przypadku tego systemu Zenith nie jest to tak proste, jak wszystkie elementy ucieczki są w jednym kawałku.

Będziemy dokładniej przyglądać się temu systemowi, wraz z oscylatorem Genequand (Parmigiani Fleurier), Ulysse Nardin Anchor Escapement i Girard-Perreguax Constant Force Escapement w naszych problemach w 2020 roku.

"Jak żyć długo, mądrze i szczęśliwie? Refleksje neurobiologa" - prof. Jerzy Vetulani (Kwiecień 2024).