Пружина баланса — Balance spring
А пружина баланса, или пружина, это пружина, прикрепленная к балансир в механическом часы. Это заставляет балансир колебаться с резонансная частота когда часы работают, который контролирует скорость вращения колес часов и, следовательно, скорость движения стрелок. А рычаг регулятора часто устанавливается, что можно использовать для изменения свободной длины пружины и, таким образом, регулировки скорости хода часов.
Балансовая пружина в порядке спираль или спиральный торсионная пружина используется в механические часы, будильники, кухня таймеры, морские хронометры, и другие механизмы хронометража для контроля скорости колебаний балансир. Пружина баланса является важным дополнением к балансовому колесу, заставляя его колебаться вперед и назад. Балансовая пружина и балансовое колесо вместе образуют гармонический осциллятор, который колеблется с точным период или «бить», сопротивляясь внешним воздействиям, и отвечает за точность отсчета времени.
Добавление пружины баланса к балансовому колесу около 1657 г. Роберт Гук и Кристиан Гюйгенс значительно увеличили точность портативных часов, преобразив ранние карманные часы от дорогих новинок до полезных хронометристов. Усовершенствования пружины баланса с тех пор привели к дальнейшему значительному повышению точности. Современные пружины баланса изготавливаются из специальных низких температурный коэффициент сплавы, подобные ниварокс чтобы уменьшить влияние изменений температуры на скорость, и тщательно отформованы, чтобы минимизировать влияние изменений движущей силы, поскольку пружина бежит вниз. До 1980-х годов балансировочные колеса и пружины баланса использовались практически в каждом портативном устройстве для измерения времени, но в последние десятилетия электронные кварцевый хронометраж механические часы пришли на смену технологиям, а пружины баланса в основном используются в механических часах.
Содержание
История
Есть некоторые споры относительно того, был ли он изобретен около 1660 года британским физиком. Роберт Гук или голландский ученый Кристиан Гюйгенс Вполне вероятно, что идея была у Гука, но Гюйгенс построил первые работающие часы с пружиной баланса. [2] [3] До этого времени балансирные колеса или фолиоты без пружин использовались в часах и часах, но они были очень чувствительны к колебаниям движущей силы, что приводило к замедлению хода часов по мере того, как пружина раскручивается. Введение балансировочной пружины значительно повысило точность измерения. карманные часы, возможно, от нескольких часов в день [4] до 10 минут в день, [5] что впервые делает их полезными хронометристами. Первые пружины баланса имели всего несколько оборотов.
В нескольких ранних часах был регулятор Барроу, в котором использовался червячный привод, но первый широко используемый регулятор был изобретен Томас Томпион около 1680 г. [6] В регуляторе Tompion штифты бордюра устанавливались на полукруглой зубчатой рейке, которая регулировалась путем установки ключа на шестерню и ее поворота. Современный регулятор, рычаг, вращающийся концентрически с колесом баланса, был запатентован Джозефом Босли в 1755 году, но не заменил регулятор Tompion до начала 19 века. [7]
Регулятор
Для регулировки скорости пружина баланса обычно имеет регулятор. Регулятор представляет собой подвижный рычаг, установленный на балансировочном кране или мосту, вращающийся соосно с балансом. Узкая прорезь образована на одном конце регулятора двумя выступающими вниз штифтами, называемыми штифтами бордюра, или штифтом бордюра и штифтом с более тяжелым сечением, называемым пыльником. Конец внешнего витка балансировочной пружины закреплен на шпильке, которая прикреплена к балансировочному крану. Внешний виток пружины проходит через паз регулятора. Часть пружины между штифтом и пазом остается неподвижной, поэтому положение паза контролирует свободную длину пружины. Перемещение регулятора перемещает паз по внешнему витку пружины, изменяя его эффективную длину. Удаление паза от шпильки укорачивает пружину, делает ее более жесткой, увеличивает частоту колебаний баланса и увеличивает время ускорения часов.
Регулятор немного мешает движению пружины, вызывая неточность, поэтому точные часы, как морские хронометры и некоторые часы высокого класса свободно подпружиненный, то есть у них нет регулятора. Вместо этого их скорость регулируется синхронизирующими винтами на балансирном колесе.
Существует два основных типа регуляторов пружины баланса.
- Регулятор Tompion, в котором штифты бордюра установлены на секторной стойке, перемещаются шестерней. Шестерня обычно оснащается градуированным серебряным или стальным диском.
- Регулятор Bosley, как описано выше, в котором штифты установлены на рычаге, повернутом коаксиально с балансиром, при этом край рычага может перемещаться по градуированной шкале. Существует несколько вариантов, которые повышают точность перемещения рычага, в том числе регулятор «Улитка», в котором рычаг подпружинен против кулачка спирального профиля, который можно поворачивать, микрометр, в котором рычаг перемещается с помощью червячная передача и регулятор «Лебединая шея» или «Рид», в которых положение рычага регулируется тонким винтом, причем рычаг удерживается в контакте с винтом пружиной в форме изогнутой лебединой шеи. Это было изобретено и запатентовано американцем Джорджем П. Ридом, патент США № 61867 от 5 февраля 1867 года.
Есть также регулятор «Свиной волос» или «Свиной щетиной», в котором жесткие волокна размещаются на концах дуги весов и аккуратно останавливают его, прежде чем отбросить обратно. Часы ускоряются за счет укорачивания дуги. Это не регулятор пружины баланса, который использовался в самых ранних часах до изобретения пружины баланса.
Существует также регулятор Барроу, но на самом деле это более ранний из двух основных методов создания «установочного напряжения» главной пружины; это требовало натяжения цепи Fusee, но не достаточного, чтобы приводить часы в движение. Часы Verge можно регулировать, регулируя установочное натяжение, но если присутствует какой-либо из ранее описанных регуляторов, то обычно этого не делают.
Материал
Для изготовления пружин баланса использовался ряд материалов. Раньше использовалась сталь, но без закалки или отпуска; в результате эти пружины постепенно ослабнут, и часы начнут терять время. Некоторые часовщики, например Джон Арнольд, использованное золото, которое позволяет избежать коррозии, но сохраняет проблему постепенного ослабления. Закаленную и отпущенную сталь впервые использовали Джон Харрисон и впоследствии оставался предпочтительным материалом до 20 века.
В 1833 г. Э. Дж. Дент (создатель Большие часы в здании парламента ) экспериментировал со стеклянной пружиной баланса. Он гораздо меньше пострадал от нагрева, чем сталь, что уменьшило требуемую компенсацию, а также не ржавело. Другие испытания стеклянных пружин показали, что их сложно и дорого изготавливать, и что они страдают от широко распространенного представления о хрупкости, которое сохранялось до тех пор, пока не появились стекловолокно и волоконно-оптические материалы. [8] Волосы из травленого кремния появились в конце 20 века и не подвержены намагничиванию. [9]
Влияние температуры
В модуль упругости материалов зависит от температуры. Для большинства материалов этот температурный коэффициент достаточно велик, поэтому колебания температуры существенно влияют на хронометраж баланса и пружины баланса. Первые производители часов с пружинами баланса, таких как Роберт Гук и Кристиан Гюйгенс, наблюдали этот эффект, но не нашли его решения.
Джон Харрисон, в ходе его развития морской хронометр, решил проблему «компенсационным бордюром» — по сути биметаллический термометр который отрегулировал эффективную длину пружины баланса в зависимости от температуры. Хотя эта схема работала достаточно хорошо, чтобы позволить Харрисону соответствовать стандартам, установленным Закон о долготе, он не получил широкого распространения.
Около 1765 г. Пьер Ле Руа (сын Жюльен Ле Руа ) изобрел компенсационные весы, которые стали стандартным подходом для температурной компенсации в часах и хронометрах. При таком подходе изменяется форма баланса или регулируемые грузы перемещаются на спицах или ободе весов с помощью механизма, чувствительного к температуре. Это изменяет момент инерции балансового колеса, и это изменение регулируется таким образом, чтобы компенсировать изменение модуля упругости балансовой пружины. Компенсационная конструкция баланса Томас Эрншоу, состоящий из простого балансового колеса с биметаллическим ободом, стал стандартным решением для температурной компенсации.
Элинвар
Хотя компенсирующий баланс был эффективным средством компенсации влияния температуры на пружину баланса, он не мог обеспечить полное решение. Базовая конструкция страдает «погрешностью средней температуры»: если компенсация настроена так, чтобы быть точной при крайних значениях температуры, то она будет немного отклоняться при температурах между этими крайними значениями. Чтобы избежать этого, были разработаны различные механизмы «вспомогательной компенсации», но все они сложны и трудны в настройке.
Примерно в 1900 году принципиально иное решение было создано Шарль Эдуард Гийом, изобретатель Элинвар. Это сплав никель-сталь, обладающий тем свойством, что модуль упругости практически не зависит от температуры. Часы, оснащенные балансирной пружиной elinvar, не требуют температурной компенсации вообще или очень мало. Это упрощает механизм, а также означает, что ошибка средней температуры также устраняется или, как минимум, значительно снижается.
Изохронизм
Пружина баланса подчиняется Закон Гука: восстанавливающий момент пропорционален угловому смещению. Когда это свойство точно выполнено, пружина баланса называется изохронный, а период колебаний не зависит от амплитуды колебаний. Это важное свойство для точного хронометража, поскольку никакая механическая трансмиссия не может обеспечить абсолютно постоянную движущую силу. Это особенно верно в отношении часов и портативных часов, которые питаются от пружина, что обеспечивает уменьшение движущей силы при раскручивании. Еще одна причина изменения движущей силы — трение, которое меняется с возрастом смазочного масла.
Первые часовщики эмпирически нашли способы сделать свои пружины баланса изохронными. Например, Джон Арнольд в 1776 г. запатентовал спиральную (цилиндрическую) форму балансирной пружины, в которой концы пружины были закручены внутрь. В 1861 г. М. Филлипс опубликовал теоретическое рассмотрение проблемы. [10] Он продемонстрировал, что пружина баланса, центр гравитации совпадает с осью балансового колеса изохронно.
В общей практике наиболее распространенным методом достижения изохронизма является использование перемотки Breguet, которая помещает часть крайнего витка спирали в плоскости, отличной от остальной части пружины. Это позволяет пружине «дышать» более равномерно и симметрично. Обнаружены два типа перемотки — постепенная перемотка и Z-изгиб. Постепенное перегибание достигается путем наложения двух постепенных скручиваний на спираль с образованием подъема во вторую плоскость на половине окружности. Z-образный изгиб делает это, создавая два изгиба под дополнительными углами в 45 градусов, обеспечивая подъем до второй плоскости примерно на три высоты секции пружины. Второй метод делается из эстетических соображений, и его гораздо сложнее выполнить. Из-за сложности формирования изгиба современные часы часто используют несколько менее эффективный «изгиб», который использует серию резких изгибов (в плоскости), чтобы убрать часть внешней катушки с пути остальной пружины.
Период колебаний
Пружина баланса и балансир (который обычно называют просто «баланс») образуют гармонический осциллятор. Пружина баланса обеспечивает восстановление крутящий момент который ограничивает и переворачивает движение весов, так что они колеблются взад и вперед. это резонансный Период делает его устойчивым к изменениям от возмущающих сил, что делает его хорошим устройством для хронометража. Жесткость пружины, ее коэффициент упругости, κ < Displaystyle каппа ,>в Н * м / радиан, вместе с балансовым колесом момент инерции, я < Displaystyle I ,>в кг * м 2 , определяет колесо колебание период Т < Displaystyle T ,>. Уравнения движения для баланса выводятся из угловой формы закона Гука и угловой формы второго закона Ньютона.
Следующее дифференциальное уравнение движения колеса является результатом упрощения приведенного выше уравнения:
Решение этого уравнения движения для баланса есть простые гармонические колебания, т. е. синусоидальное движение постоянного периода.
Таким образом, из приведенных выше результатов можно извлечь следующее уравнение для периодичности колебаний:
Пружина баланса — Balance spring
Баланс весной или волосок , является пружиной прикреплен к балансиру в механических часах . Он заставляет балансирное колесо колебаться с резонансной частотой во время работы часов, что определяет скорость вращения колес часов и, следовательно, скорость движения стрелок. Регулятор рычаг часто установлен, который может быть использован , чтобы изменить свободную длину пружины и , таким образом , регулировать скорость хронометра.
Пружина баланса — это тонкая спиральная или винтовая торсионная пружина, используемая в механических часах , будильниках , кухонных таймерах , морских хронометрах и других механизмах хронометража для управления частотой колебаний колеса баланса. Балансовая пружина является важным дополнением к балансовому колесу, заставляя его колебаться вперед и назад. Балансовая пружина и балансовое колесо вместе образуют гармонический осциллятор , который колеблется с точным периодом или «биением», сопротивляясь внешним возмущениям, и отвечает за точность хронометража.
Добавление пружины баланса к балансовому колесу около 1657 года Робертом Гуком и Христианом Гюйгенсом значительно повысило точность портативных часов, превратив ранние карманные часы из дорогих новинок в полезные хронометры. Улучшения в пружине баланса с тех пор привели к дальнейшему значительному увеличению точности. Современные пружины баланса сделаны из специальных сплавов с низким температурным коэффициентом, таких как nivarox, чтобы уменьшить влияние температурных изменений на скорость, и тщательно продуманы, чтобы свести к минимуму влияние изменений движущей силы при спуске боевой пружины . До 1980-х годов балансировочные колеса и пружины баланса использовались практически в каждом портативном устройстве для хронометража, но в последние десятилетия технология электронного кварцевого хронометража пришла на смену механическим часам, и в основном пружины баланса используются в механических часах.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Существует некоторый спор относительно того, были ли они изобретены около 1660 года британским физиком Робертом Гуком или голландским ученым Кристианом Гюйгенсом , с вероятностью, что идея была изобретена у Гука , но Гюйгенс построил первые работающие часы, в которых использовалась пружина баланса. Раньше в часах и часах использовались балансирные колеса или фолианты без пружин, но они были очень чувствительны к колебаниям движущей силы, что приводило к замедлению хода часов при раскручивании основной пружины . Введение пружины баланса привело к огромному увеличению точности карманных часов, возможно, с нескольких часов в день до 10 минут в день, что впервые сделало их удобными хронометрами. Первые пружины баланса имели всего несколько оборотов.
В некоторых ранних часах был регулятор Барроу, в котором использовался червячный привод , но первый широко используемый регулятор был изобретен Томасом Томпионом около 1680 года. В регуляторе Tompion бордюрные штифты были установлены на полукруглой зубчатой рейке, которая регулировалась с помощью установки ключ от винтика и поворачивая его. Современный регулятор, рычаг, вращающийся концентрически с колесом баланса, был запатентован Джозефом Босли в 1755 году, но не заменил регулятор Tompion до начала 19 века.
Регулятор
Для регулировки скорости пружина баланса обычно имеет регулятор . Регулятор представляет собой подвижный рычаг, установленный на балансировочном кране или мосту и поворачивающийся соосно с балансом. Узкая прорезь образована на одном конце регулятора двумя выступающими вниз штифтами, называемыми штифтами бордюра, или штифтом бордюра и штифтом с более тяжелым сечением, называемым пыльником. Конец внешнего витка балансировочной пружины закреплен в шпильке, которая прикреплена к балансировочному крану. Внешний виток пружины проходит через паз регулятора. Часть пружины между штифтом и пазом остается неподвижной, поэтому положение паза контролирует свободную длину пружины. При перемещении регулятора прорезь скользит по внешнему витку пружины, изменяя ее эффективную длину. Перемещение паза от шпильки укорачивает пружину, делает ее более жесткой, увеличивает частоту колебаний баланса и ускоряет ускорение часов.
Регулятор немного мешает движению пружины, вызывая неточность, поэтому точные часы, такие как морские хронометры и некоторые высококачественные часы, имеют свободную подпружину , что означает, что у них нет регулятора. Вместо этого их скорость регулируется синхронизирующими винтами на балансирном колесе.
Существует два основных типа регуляторов пружины баланса.
- Регулятор Tompion, в котором штифты бордюра установлены на секторной стойке, перемещаются шестерней. Шестерня обычно оснащается градуированным серебряным или стальным диском.
- Регулятор Bosley, как описано выше, в котором штифты установлены на рычаге, повернутом коаксиально с балансиром, конец рычага может перемещаться по градуированной шкале. Есть несколько вариантов, которые повышают точность перемещения рычага, в том числе регулятор «Улитка», в котором рычаг подпружинен против кулачка спирального профиля, который можно поворачивать, микрометр, в котором рычаг перемещается с помощью червячная передача и регулятор «Лебединая шея» или «Рид», в которых положение рычага регулируется тонким винтом, причем рычаг удерживается в контакте с винтом с помощью пружины в форме изогнутой лебединой шеи. Это было изобретено и запатентовано американцем Джорджем П. Ридом, патент США № 61867 от 5 февраля 1867 года.
Существует также регулятор «Свиной волос» или «Свиной щетиной», в котором жесткие волокна размещаются на концах дуги балансира и аккуратно останавливают его перед тем, как отбросить назад. Часы ускоряются за счет сокращения дуги. Это не регулятор пружины баланса, который использовался в самых ранних часах до изобретения пружины баланса.
Существует также регулятор Барроу, но на самом деле это более ранний из двух основных методов создания «установочного напряжения» главной пружины; это требовало натяжения цепи Fusee, но не достаточного, чтобы приводить часы в движение. Часы Verge можно регулировать, регулируя установочное натяжение, но если присутствует какой-либо из ранее описанных регуляторов, то обычно этого не делают.
Материал
Для изготовления пружин баланса был использован ряд материалов. Вначале использовалась сталь, но без каких-либо процессов закалки или отпуска; в результате эти пружины постепенно ослабнут, и часы начнут терять время. Некоторые часовщики, например Джон Арнольд , использовали золото, которое позволяет избежать коррозии, но сохраняет проблему постепенного ослабления. Закаленная и отпущенная сталь была впервые использована Джоном Харрисоном и впоследствии оставалась предпочтительным материалом до 20 века.
В 1833 году Э. Дж. Дент (создатель Больших часов в здании парламента ) экспериментировал со стеклянной пружиной баланса. Он гораздо меньше подвержен воздействию тепла, чем сталь, что снижает требуемую компенсацию, а также не ржавеет. Другие испытания стеклянных пружин показали, что их сложно и дорого изготавливать, и что они страдают от широко распространенного восприятия хрупкости, которое сохранялось до тех пор, пока не появились стекловолокно и волоконно-оптические материалы. Волосы из травленого кремния появились в конце 20 века и не подвержены намагничиванию.
Влияние температуры
Модуль упругости материалов зависит от температуры. Для большинства материалов этот температурный коэффициент достаточно велик, чтобы колебания температуры существенно влияли на хронометраж баланса и пружины баланса. Первые производители часов с пружинами баланса, такие как Гук и Гюйгенс, наблюдали этот эффект, но не нашли для него решения.
Харрисон, в ходе разработки морского хронометра, решил эту проблему с помощью «компенсационного бордюра» — по сути, биметаллического термометра, который регулировал эффективную длину пружины баланса в зависимости от температуры. Хотя эта схема работала достаточно хорошо, чтобы позволить Харрисону соответствовать стандартам, установленным Законом о долготе , она не получила широкого распространения.
Примерно в 1765 году Пьер Ле Руа (сын Жюльена Ле Руа ) изобрел компенсационные весы, которые стали стандартным подходом для температурной компенсации в часах и хронометрах. При таком подходе изменяется форма баланса или регулируемые грузы перемещаются на спицах или ободе весов с помощью механизма, чувствительного к температуре. Это изменяет момент инерции балансового колеса, и это изменение регулируется таким образом, чтобы компенсировать изменение модуля упругости балансовой пружины. Компенсирующая конструкция баланса Томаса Эрншоу , которая состоит просто из балансового колеса с биметаллическим ободом, стала стандартным решением для температурной компенсации.
Элинвар
Хотя компенсирующий баланс был эффективным средством компенсации влияния температуры на пружину баланса, он не мог обеспечить полное решение. Базовая конструкция страдает «погрешностью средней температуры»: если компенсация настроена так, чтобы быть точной при крайних значениях температуры, то она будет немного отклоняться при температурах между этими крайними значениями. Чтобы избежать этого, были разработаны различные механизмы «вспомогательной компенсации», но все они сложны и трудны в настройке.
Примерно в 1900 году принципиально иное решение было создано Шарлем Эдуардом Гийомом , изобретателем elinvar . Это сплав никель-сталь, обладающий тем свойством, что модуль упругости практически не зависит от температуры. Часы, оснащенные балансирной пружиной elinvar, не требуют температурной компенсации вообще или очень мало. Это упрощает механизм, а также означает, что ошибка средней температуры также устраняется или, как минимум, значительно снижается.
Изохронизм
Уравновешивающая пружина подчиняется закону Гука : восстанавливающий момент пропорционален угловому смещению. Когда это свойство точно выполняется, балансовая пружина называется изохронной , и период колебаний не зависит от амплитуды колебаний. Это важное свойство для точного хронометража, потому что никакой механический привод не может обеспечить абсолютно постоянную движущую силу. Это особенно верно в отношении часов и портативных часов, которые приводятся в действие от основной пружины, которая обеспечивает уменьшение движущей силы при раскручивании. Другой причиной изменения движущей силы является трение, которое меняется с возрастом смазочного масла.
Первые часовщики эмпирически нашли способы сделать свои пружины баланса изохронными. Например, Арнольд в 1776 году запатентовал спиральную (цилиндрическую) форму пружины баланса, в которой концы пружины были закручены внутрь. В 1861 г. М. Филлипс опубликовал теоретическое рассмотрение проблемы. Он продемонстрировал, что балансовая пружина, центр тяжести которой совпадает с осью балансового колеса, изохронна.
В общей практике наиболее распространенным методом достижения изохронности является использование перемотки Бреге, которая помещает часть крайнего витка спирали в плоскости, отличной от остальной части пружины. Это позволяет пружине «дышать» более равномерно и симметрично. Обнаружены два типа перемотки — постепенная перемотка и Z-изгиб. Постепенное перегибание достигается путем наложения двух постепенных скручиваний на спираль с образованием подъема во вторую плоскость на половине окружности. Z-образный изгиб делает это, создавая два изгиба под дополнительными углами 45 градусов, достигая подъема во вторую плоскость примерно на три высоты секции пружины. Второй метод делается из эстетических соображений, и его гораздо сложнее выполнить. Из-за сложности формирования изгиба современные часы часто используют несколько менее эффективный «изгиб», который использует серию резких изгибов (в плоскости), чтобы убрать часть внешней катушки с пути остальной пружины.
Период колебания
Балансовая пружина и балансовое колесо (которое обычно называют просто «баланс») образуют гармонический осциллятор . Пружина баланса обеспечивает восстанавливающий крутящий момент, который ограничивает и меняет движение баланса, так что оно колеблется взад и вперед. Его резонансный период делает его устойчивым к изменениям от возмущающих сил, что делает его хорошим устройством для хронометража. Жесткость пружины, ее коэффициент пружины, в Н * м / радиан, наряду с балансом колеса момента инерции , в кг * м 2 , определяет колеса колебаний периода . Уравнения движения для баланса выводятся из угловой формы закона Гука и угловой формы второго закона Ньютона. κ <\ Displaystyle \ каппа \,>я <\ Displaystyle I \,>Т
Следующее дифференциальное уравнение для движения колеса является результатом упрощения приведенного выше уравнения:
Решением этого уравнения движения для баланса является простое гармоническое движение , т. Е. Синусоидальное движение с постоянным периодом.
Таким образом, из приведенных выше результатов можно извлечь следующее уравнение для периодичности колебаний:
Что такое таль-балансир?
ЧТО ТАКОЕ ПРУЖИННЫЙ БАЛАНСИР И КАК ОН МОЖЕТ ПРИНЕСТИ ПОЛЬЗУ ВАШЕЙ КОМПАНИИ?
Задумывались ли вы когда-нибудь, что такое пружинный балансир? Если вы используете подъемное оборудование в своем бизнесе, то, скорее всего, вы уже сталкивались с ним, просто не знали об этом.
В компании НА ВСЕ СЛУЧАИ, мы всегда хотим убедиться, что наша аудитория информирована обо всех возможностях, доступных в сфере подъемного оборудования.
Поэтому в этой статье мы рассмотрим с вами, что такое таль балансир tecna, приведем пример, объясним преимущества его использования и выгоды, которые он может принести вашей компании.
ЧТО ТАКОЕ ПРУЖИННЫЙ БАЛАНСИР?
Этот элемент может играть ключевую роль в малом, среднем или крупном грузоподъемном предприятии. Благодаря своей универсальной роли, они используются в различных отраслях промышленности по всему миру.
Это оборудование работает аналогично втягивающим устройствам и сконструировано таким образом, что втягивающее усилие увеличивается по мере удлинения троса. Это означает, что после использования рабочий груз автоматически возвращается в исходное положение.
Вы можете ожидать, что инструменты будут подвешены на этом изделии, что сделает вашу рабочую зону более чистой, безопасной и аккуратной даже при смене инструментов для различных проектов.
Разница между втягивающими устройствами и пружинными балансирами заключается в том, что втягивающие устройства предназначены для втягивания кабеля при отсутствии усилия.
Это означает, что для удержания подвешенного объекта в вытянутом положении необходимо постоянно прикладывать силу, направленную вниз. Крутящий момент пружины перемотки увеличивается по мере удлинения троса и втягивания подвешенного объекта в верхнее отрегулированное положение при отпускании.
Мы хотели показать вам пример этого продукта с целью дать вам более глубокое понимание того, что он собой представляет. В качестве примера мы рассмотрим пружинные балансиры TECNA.
Эта конкретная версия позволяет работнику перемещать подвешенный инструмент или предмет вверх или вниз с минимальными усилиями. В зависимости от регулировки пружины можно ожидать, что объект, который вы поднимаете и балансируете, останется на месте или втянется при отсутствии усилия.
Данная модель имеет грузоподъемность 200 кг, однако вы можете приобрести версии с большей или меньшей грузоподъемностью. Важно учитывать, какой вес необходимо выдерживать или балансировать, чтобы изделие эффективно выполняло свою работу.
Серия TECNA имеет закрытую конструкцию корпуса для обеспечения безопасности оператора. Она была изменена, наряду с другими версиями, представленными на рынке, чтобы предотвратить угрозу безопасности для операторов. Более старая версия имела открытый корпус, поэтому, если вы покупаете подержанную или устаревшую модель, обратите внимание на это, прежде чем приобретать ее и использовать в своем рабочем пространстве.
Этот конкретный образец также имеет функцию защиты от износа, которая предотвращает повреждение алюминиевого корпуса и может быть легко заменена путем демонтажа. Контейнерный картридж с пружиной обеспечивает безопасное и простое обслуживание, что дает уверенность в том, что пружина всегда будет на месте.
Балансиры TECNA имеют спиральную канавку на коническом барабане, поэтому радиус навивки увеличивается в соответствии с нарастанием крутящего момента пружины. Это обеспечивает сбалансированное положение, в отличие от втягивающих устройств, которые мы кратко рассмотрели выше.
ПРЕИМУЩЕСТВА, КОТОРЫЕ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ ОТ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Существует ряд преимуществ использования этого продукта в вашей конкретной отрасли, и вы можете рассмотреть эти моменты перед покупкой, чтобы понять, подходит ли вам этот продукт или нет.
Ниже мы привели перечень различных преимуществ, которые вы можете получить от использования этого продукта, чтобы вы могли их рассмотреть.
Они хорошо сбалансированы и удачно расположены. 360-градусный крюк обеспечивает оптимальное рабочее положение. Это изделие легко обслуживать, а стальная ось барабана обеспечивает длительный срок службы. Специальный стальной трос противостоит перекручиванию, уменьшает износ барабана и не требует дополнительной смазки.Он имеет простую и быструю регулировку натяжения пружины. Имеется встроенный амортизатор и регулируемый трос, который ограничивает втягивание в любой нужной точке своего хода. Это предотвращает чрезмерный износ барабана с тросом. Вы можете рассчитывать на то, что ваша версия будет оснащена нейлоновой направляющей троса для уменьшения износа.Компактная конструкция корпуса и пружинного блока позволяет легко заменять отдельные компоненты.Для крепления вторичных страховочных цепей предусмотрены верхние и нижние проушины. Это обеспечивает вам, вашей команде и любым операторам дополнительную безопасность при использовании данного изделия.Кованые крюки с предохранительными защелками предотвращают случайное отсоединение как пружинного балансира, так и подвешенного инструмента, гарантируя, что он останется на месте, когда вы или оператор используете его. Автоматическое устройство блокировки барабана фиксирует барабан и надежно удерживает груз даже в случае поломки пружины.
Пружина баланса — Balance spring
A Пружина баланса или спираль — это пружина, прикрепленная к колесу баланса в механических часах. Он заставляет балансировочное колесо колебаться с резонансной частотой , когда часы работают, что определяет скорость вращения колес часов и, следовательно, скорость движения стрелок. Часто устанавливается рычаг регулятора, с помощью которого можно изменять свободную длину пружины и тем самым регулировать скорость хронометра.
Пружина баланса представляет собой тонкую спиральную или спиральную торсионную пружину, используемую в механических часах, сигнализации. часы, кухонные таймеры, морские хронометры и другие механизмы хронометража для управления частотой колебаний колеса баланса. Пружина баланса является важным дополнением к колесу баланса, заставляя его колебаться вперед и назад. Балансовая пружина и балансовое колесо вместе образуют гармонический осциллятор, который колеблется с точным периодом или «биением», сопротивляясь внешним воздействиям, и отвечает за точность хронометража.
Добавление пружины баланса к балансовому колесу около 1657 года Робертом Гуком и Христианом Гюйгенсом значительно повысило точность портативных часов, преобразив ранние карманные часы от дорогих новинок до полезных хронометристов. Усовершенствования пружины баланса с тех пор привели к дальнейшему значительному повышению точности. Современные пружины баланса изготовлены из специальных сплавов с низким температурным коэффициентом, таких как nivarox, чтобы уменьшить влияние температурных изменений на скорость, и тщательно отформованы, чтобы минимизировать влияние изменений движущей силы, поскольку заводная пружина спускается. До 80-х годов прошлого века балансировочные колеса и пружины баланса использовались практически в каждом портативном устройстве для хронометража, но в последние десятилетия технология электронного кварцевого хронометража пришла на смену механическим часам, и в основном пружины баланса используются в механических часах.
Типы пружин баланса: (1) плоская спираль, (2) перематывающая спираль Бреге, (3) спираль хронометра с изогнутыми концами, (4) ранние пружины баланса.
Содержание
- 1 История
- 2 Регулятор
- 3 Материал
- 4 Влияние температуры
- 4.1 Elinvar
История
Чертеж одна из его первых пружин баланса, прикрепленная к балансовому колесу, Христианом Гюйгенсом, изобретателем балансовой пружины, опубликованная в его письме в Journal des Sçavants от 25 февраля 1675 года.Есть некоторые споры относительно того, были ли они изобретены около 1660 года британским физиком Робертом Гуком или голландским ученым Христианом Гюйгенсом, с вероятностью, что идея была изобретена у Гука, но Гюйгенс построил первые работающие часы, которые использовал пружину баланса. До этого момента в часах и часах использовались балансировочные колеса или листы без пружин, но они были очень чувствительны к колебаниям движущей силы, вызывая замедление хода часов при заводная пружина размотана. Введение пружины баланса привело к значительному увеличению точности карманных часов, возможно, с нескольких часов в день до 10 минут в день, что впервые сделало их полезными хронометрами. Первые пружины баланса имели всего несколько оборотов.
В нескольких ранних часах был регулятор Барроу, в котором использовался червячный привод, но первый широко используемый регулятор был изобретен Томасом Томпионом около 1680 года. В Tompion Бордюрный штифт регулятора устанавливался на полукруглой зубчатой рейке, регулировка которой осуществлялась путем подгонки ключа к зубчатому колесу и его поворота. Современный регулятор, рычаг, вращающийся концентрически с колесом баланса, был запатентован Джозефом Босли в 1755 году, но он не заменил регулятор Tompion до начала 19 века.
Регулятор
In Для регулировки скорости у балансной пружины обычно есть регулятор. Регулятор представляет собой подвижный рычаг, установленный на балансировочном кране или мосту, вращающийся соосно с балансом. Узкая прорезь образована на одном конце регулятора двумя выступающими вниз штифтами, называемыми штифтами бордюра, или штифтом бордюра и штифтом с более тяжелым сечением, называемым пыльником. Конец внешнего витка балансировочной пружины закреплен на шпильке, которая прикреплена к балансировочному крану. Внешний виток пружины проходит через паз регулятора. Часть пружины между штифтом и пазом остается неподвижной, поэтому положение паза контролирует свободную длину пружины. Перемещение регулятора перемещает паз по внешнему витку пружины, изменяя его эффективную длину. При перемещении паза от шпильки пружина укорачивается, становится более жесткой, увеличивается частота колебаний баланса и время ускоряется.
Регулятор слегка мешает движению пружины, что приводит к неточности, поэтому точные часы, такие как морские хронометры и некоторые высококачественные часы, имеют свободную подпружину, то есть в них нет регулятора. Вместо этого их скорость регулируется синхронизирующими винтами на балансирном колесе.
Существует два основных типа регулятора пружины баланса.
- Регулятор Tompion, в котором штифты бордюра установлены на секторной стойке, перемещаемой шестерней. Шестерня обычно оснащена градуированным серебряным или стальным диском.
- Регулятор Bosley, как описано выше, в котором штифты установлены на рычаге, повернутом коаксиально с балансиром, причем конец рычага может перемещаться. перемещаться по градуированной шкале. Существует несколько вариантов, которые повышают точность перемещения рычага, в том числе регулятор «Улитка», в котором рычаг подпружинен против кулачка спирального профиля, который можно поворачивать, микрометр, в котором рычаг перемещается с помощью червячная передача и регулятор «Лебединая шея» или «Рид», в которых положение рычага регулируется тонким винтом, причем рычаг удерживается в контакте с винтом пружиной в форме изогнутой лебединой шеи. Он был изобретен и запатентован американцем Джорджем П. Ридом, патент США № 61867 от 5 февраля 1867 года.
Существует также регулятор «Свиной волос» или «Свиной ворс», в котором жесткие волокна расположены у конечности дуги Весов, и осторожно остановите их, прежде чем отбросить обратно. Часы ускоряются за счет укорачивания дуги. Это не регулятор пружины баланса, который использовался в самых ранних часах до изобретения пружины баланса.
Существует также регулятор Барроу, но на самом деле это более ранний из двух основных методов создания «установочного напряжения» главной пружины; это требовало натяжения цепи Fusee, но не достаточного, чтобы приводить часы в движение. Часы Verge можно регулировать, регулируя установочное натяжение, но если присутствует какой-либо из ранее описанных регуляторов, то обычно этого не делают.
Материал
Для пружин баланса использовался ряд материалов. Раньше использовалась сталь, но без закалки или отпуска; в результате эти пружины постепенно ослабнут, и часы начнут терять время. Некоторые часовщики, например Джон Арнольд, использовали золото, которое позволяет избежать коррозии, но сохраняет проблему постепенного ослабления. Закаленная и отпущенная сталь впервые была использована Джоном Харрисоном и впоследствии оставалась предпочтительным материалом до 20 века.
В 1833 году Э. Дж. Дент (изготовитель Великих часов в здании парламента ) экспериментировал со стеклянной пружиной баланса. Он гораздо меньше пострадал от нагрева, чем сталь, что уменьшило требуемую компенсацию, а также не ржавело. Другие испытания стеклянных пружин показали, что их сложно и дорого изготавливать, и что они страдают от широко распространенного восприятия хрупкости, которое сохранялось до времен стекловолокна и волоконно-оптических материалов. Пружины из травленого кремния были введены в производство в конце 20 века и не подвержены намагничиванию.
Влияние температуры
Модуль упругости материалов зависит от температуры. Для большинства материалов этот температурный коэффициент достаточно велик, поэтому колебания температуры значительно влияют на хронометраж баланса и пружины баланса. Первые производители часов с пружинами баланса, такие как Роберт Гук и Христиан Гюйгенс, наблюдали этот эффект, но не нашли его решения.
Джон Харрисон, в ходе разработки морского хронометра, решил проблему с помощью «компенсационного ограничения» — по сути, биметаллического термометра, который регулировал эффективный длина пружины баланса как функция температуры. Хотя эта схема работала достаточно хорошо, чтобы позволить Харрисону соответствовать стандартам, установленным Законом о долготе, она не получила широкого распространения.
Около 1765 года Пьер Ле Рой (сын Жюльена Ле Руа ) изобрел компенсационные весы, которые стали стандартным подходом для температурной компенсации в часах и хронометрах. При таком подходе изменяется форма баланса или регулируемые грузы перемещаются на спицах или ободе весов с помощью механизма, чувствительного к температуре. Это изменяет момент инерции балансового колеса, и изменение регулируется таким образом, чтобы компенсировать изменение модуля упругости балансовой пружины. Конструкция компенсирующего баланса модели Thomas Earnshaw, представляющая собой просто балансир с биметаллическим ободом, стала стандартным решением для температурной компенсации.
Elinvar
Хотя компенсирующий баланс был эффективным средством компенсации воздействия температуры на пружину баланса, он не мог обеспечить полное решение. Базовая конструкция страдает «погрешностью средней температуры»: если компенсация настроена так, чтобы быть точной при крайних значениях температуры, то она будет немного отклоняться при температурах между этими крайними значениями. Чтобы избежать этого, были разработаны различные механизмы «вспомогательной компенсации», но все они сложны и трудны в настройке.
Примерно в 1900 году принципиально иное решение было создано Шарлем Эдуардом Гийомом, изобретателем elinvar. Это сплав никель-сталь, обладающий тем свойством, что модуль упругости практически не зависит от температуры. Часы, оснащенные балансирной пружиной elinvar, не требуют температурной компенсации вообще или очень мало. Это упрощает механизм, а также означает, что погрешность средней температуры также устраняется или, как минимум, значительно снижается.
Изохронизм
Уравновешивающая пружина подчиняется закону Гука : восстанавливающий момент пропорционален угловому смещению. Когда это свойство точно выполняется, балансовая пружина называется изохронной, и период колебаний не зависит от амплитуды колебаний. Это важное свойство для точного хронометража, поскольку никакая механическая трансмиссия не может обеспечить абсолютно постоянную движущую силу. Это особенно верно в отношении часов и портативных часов, которые питаются от главной пружины, которая обеспечивает уменьшение движущей силы при раскручивании. Еще одна причина изменения движущей силы — трение, которое меняется с возрастом смазочного масла.
Первые часовщики эмпирически нашли подходы к изохронности пружин баланса. Например, Джон Арнольд в 1776 году запатентовал спиральную (цилиндрическую) форму пружины баланса, в которой концы пружины были закручены внутрь. В 1861 г. М. Филлипс опубликовал теоретическое рассмотрение проблемы. Он продемонстрировал, что пружина баланса , центр тяжести которой совпадает с осью колеса баланса, изохронна.
В общей практике наиболее распространенным методом достижения изохронности является использование перемотки Бреге, которая помещает часть крайнего витка спирали в плоскости, отличной от остальной части пружины. Это позволяет пружине «дышать» более равномерно и симметрично. Обнаружены два типа перемотки — постепенная перемотка и Z-изгиб. Постепенное перегибание достигается путем наложения двух постепенных скручиваний на спираль с образованием подъема во вторую плоскость на половине окружности. Z-образный изгиб делает это, создавая два изгиба под дополнительными углами в 45 градусов, достигая подъема во вторую плоскость примерно на три высоты секции пружины. Второй метод делается из эстетических соображений, и его гораздо сложнее выполнить. Из-за сложности формирования изгиба современные часы часто используют несколько менее эффективный «изгиб», который использует серию резких изгибов (в плоскости), чтобы убрать часть внешней катушки с пути остальной пружины.
Период колебаний
Пружина баланса и колесо баланса (которое обычно называют просто «балансом») образуют гармонический осциллятор. Пружина баланса обеспечивает восстанавливающий крутящий момент, который ограничивает и меняет движение баланса, так что оно колеблется взад и вперед. Его резонансный период делает его устойчивым к изменениям от возмущающих сил, что делает его хорошим устройством для хронометража. Жесткость пружины, ее коэффициент пружины, κ <\ displaystyle \ kappa \,>в Н * м / радиан, а также момент инерции балансового колеса, I <\ displaystyle I \,>в кг * м, определяет период колебаний колеса T <\ displaystyle T \,>. Уравнения движения для баланса выводятся из угловой формы закона Гука и угловой формы второго закона Ньютона.
Следующее дифференциальное уравнение для движения колеса является результатом упрощения приведенного выше уравнения:
Решением этого уравнения движения для баланса является простое гармоническое движение, то есть синусоидальное движение с постоянным периодом.
Таким образом, следующее уравнение для периодичность колебаний может быть получена из результатов выше: