Skocz do zawartości


MIEJSCE NA TWOJĄ REKLAMĘ

Najnowsze tematy


Zdjęcie

Problemy z dynamiką w mechanizmach z tourbilionem.

Rozważania i rozwiązania.

  • Zaloguj się, aby dodać odpowiedź
1 odpowiedź w tym temacie

#1 namor

namor
  • Miłośnicy zegarów
  • 152 postów

Napisano 16 luty 2019 - 20:27

Wiele już pisano  o zaletach i wadach stosowania systemu "tourbiliona" w zegarkach. Chciałbym tu zająć się jednym z problemów tego systemu, który to problem trzeba pokonac by uzyskać właściwie pracujący mechanizm.

W klasycznym zegarku z wychwytem szwajcarskim koło wychwytowe jest napędzane bezpośrednio od koła sekundowego. W układzie z turbilionem zaś, koło wychwytowe uzyskuje ruch pośrednio z odtaczania się zębnika koła wychwytowego po nieruchomym kole, przy obrocie klatki. Klatka zaś otrzymuje zwykle napęd od koła pośredniego przekładni chodu spełniajac rolę jakby koła sekundowego.

Tourbilion Bregueta.jpg

Rozkład prędkości obrotowej koła wychwytowego w funkcji czasu,( w zakresie jednego impulsu) dla układu klasycznego wygląda mniej więcej tak :-

Wykres klasycznego 1.jpg

gdzie od pktu "A" do "G" jest to w przybliżeniu  czas gdy balans w czasie wachnięcia  ma kontakt z widełkami kotwicy i gdy jest mozliwość udzielenia podtrzymujacego impulsu balansowi.

Balans , wahając się , w pobliżu środka wahań ma największą prędkość obrotową i z tą prędkością uderza kamieniem przerzutnika w widełki kotwicy. Nastepuje gwałtowne uruchomienie kotwicy i wyprowadzenie palety ze strefy spoczynku "A" do "B". Wtedy koło wychwytowe musi się nieco cofnąc a potem przyśpiesza doganiając  powierzchnię impulsu uciekajacej palety ("B" do "C"). W punkcie "C" róg zęba koła wychwytowego naciska na powierzchnię impulsu palety ("C" do "D"),dalej energia jest przekazywana przez ślizganie się krawędzi palety po powierzchni impulsowej zęba ("D" do "E"). Linia od "E" do "F" to tzw odpad gdzie ząb dąży do zatrzymania się na powierzchni spoczynku drugiej palety. "F" do "G" to zatrzymywanie sie zęba z ewentualnym mikro- odbiciem.

Dzięki małemu momentowi bezwładności układu koło sekundowe / koło wychwytowe "bezimpulsowy" -- bieg koła od "B" do "C" jest bardzo krótki i jego wpływ na sprawność energetyczną  jest pomijalny.

Inaczej jest w układzie z "tourbilionem"

Wykres turbi1.jpg

 

Tutaj, gdy balans wyprowadzi kotwicę ze strefy spoczynku porusza się ona dalej prowadzona przez przerzutnik . Koło wychwytowe by dogonić paletę i udzielić impulsu, nabierze odpowiedniej predkości (poziom pktu "C") dopiero wtedy gdy klatka , napędzana kołem pośrednim, rozpędzi się tak by odtaczające się koło wychwytowe uzyskało potrzebna predkość. 

A że moment bezwładności klatki, zawierającej balans, kotwicę koło wychwytowe i szkielet ułożyskowań,jest znakomicie większy niż układu-k. sekundowe/k. wychwytowe w wersji klasycznej, więc to rozpędzanie będzie wolniejsze. Przy normalnym momencie napędowym, przyrost prędkości k. wychwytowego moze byc za mały by układ chciał podtrzymac wahania balansu (krzywa" I") gdyz impuls nie został przekazany.

Gdy zwiększymy trochę energie napedową ząb koła wychwytowego dogoni paletę w połowie drogi udzielajac niewielkiego impulsu przy którym nastąpi podtrzymanie wahań balansu lecz przy zmniejszonej amplitudzie. (krzywa "II") Przy słabnącym momencie sprężyny w trakcie chodu nastąpi przedwczesne zatrzymanie  jak przy "I". Zwiększając jeszcze moment napedowy możemy uzyskać sytuację (wykres "III") że zegarek będzie chodzić zadaną ilość godzin.Zbliżymy sie tu do rozkładu ruchu z wykresu dla zegarka klasycznego. Tu trzeba zauważyć że, w tym przypadku, znakomita część energii sprężyny idzie na rozpędzenie klatki, by ją później stracić na hamowaniu ruchu klatki przez uderzenie zęba koła wychwytowego o paletę kotwicy. Objawia się to głośnymi stukami i wyczuwalnymi drganiami chodzącego zegarka. Powoduje to także szybsze zużywanie się elemnetów wychwytu.

Omawiany problem istnieje mimo zainstalowania w systemie innego wychwytu np. chronometrowego.

W następnym wejściu opiszę co robi sie by wpływ tego problemu zmniejszyć.

Pozdrawiam! Karol.


Użytkownik namor edytował ten post 16 luty 2019 - 20:29

  • 3

#2 namor

namor
  • Miłośnicy zegarów
  • 152 postów

Napisano 22 luty 2019 - 21:22

Aby zmniejszyć podwyższone zapotrzebowanie na energię niezbędną do prawidłowej pracy mechanizmu z turbilionem, podstawowym zadaniem wydaje się zmniejszenie momentu bezwładności klatki z balansem i wychwytem.

W związku z tym że moment bezwładności zależy od kwadratu promienia rozłożenia masy, względem osi obrotu -więc

-zmniejsza się promień balansu i jak najściślej obudowuje go klatką. 

-koło wychwytowe nie umieszcza się na przedłużeniu osi balans - kotwica lecz z boku tej osi, tak by zewnętrzny obwód koła wychwytowego zmieścił się w obrysie klatki. Kotwica wtedy przyjmuje kształt taki że widełki kotwicy są przedłużeniem  jednego z ramion. 

Wielkość masy przy tej samej konfiguracji układu ma wpływ na moment bezwładności w pierwszej potędze i wykorzystując tę zależność :-

-klatkę wykonuje się oszczędnie ,z dobrej jakości materiału by przy małych przekrojach (mniejsza masa!) spełniać warunki stabilności wymiarów i wytrzymałosci konstrukcji.

-stosuje sie specjalne materiały o małym ciężarze właściwym. Będą to przykładowo stopy tytanu, aluminium , magnezu z i innymi dodatkami.Np. elektron ~94% Mg+~3% Al +Zn+Mn - c.wł.~1,8 lub magnalium Al + Mg c.wł.~2,2.

 Na produkcję zegarków z turbilionem mogą sobie pozwolić firmy z wysokiej klasy fachowcami i oprzyrządowaniem. Dlatego też mechanizmy te otacza aura prestiżu i luksusu. A co za tym idzie ich ceny ograniczają sferę ewentualnych właścicieli do ludzi z zasobnym portfelem.

Dla uzyskania efektu "tourbillon'a" buduje się też klatki w które zabudowuje się jeszcze koło sekundowe, wtedy jego zębnik odtacza się po nieruchomym kole a klatka napędzana kołem minutowym spełnia rolę koła pośredniego. Przez odpowiednie dodanie koła sekundowego do klatki niewiele zwiększa się jej moment bezwładności za to znacząco zmniejsza się wymagany skok jednostkowy klatki a wiec jej konieczną predkość obrotową. Ponadto wydłużony łańcuch kinematyczny przekładni łagodzi dynamikę skoków takiego układu. Ten ideologiczny schemat może być na różne sposoby realizowany i ogólnie określany jest jako system "karuzelowy". Produkcja tego układu jest łatwiejsza. Słabszą stroną tego rozwiązania jest to że okres "uśrednienia" błędów pozycyjnych przedłuża się do 8, - 10 minut a w niektórych rozwiązaniach nawet do godziny.

Decydując się na wykonanie zegara z turbilionem, zdawałem sobie sprawę że przy moich skromnych mozliwościach wykonawczych nie zdołam wykonac dobrze ani balansu z przerzutnikiem ani elementów wychwytu. Pozostało mi wykorzystanie elementów z seryjnie wykonywanych przystawek balansowych. Że zależało mi na efekcie wizualnym użyłem balansu o sporej średnicy (~17 mm). Klatka dla takigo zestawu musiała być duża. Oczywiście efekt zapotrzebowania sporej energii, tracenia jej przy hamowaniu na spoczynku,szybkiego zużywania się elementów wychwytu (głównie góry zębów koła wychwytowego)  będzie występował  w całej okazałości. Większości powyższych sposobów na zmniejszenie momentu bezwładności nie mogłem zastosować, więc musiałem wymyśleć inne sposoby dystrybucji dostarczanej energii by ominąć powyższy problem. Opiszę go w temacie p.t. Akumulator energii dla Turbiliona.


Użytkownik namor edytował ten post 22 luty 2019 - 21:32

  • 0




Użytkownicy przeglądający ten temat: 0

0 użytkowników, 0 gości, 0 anonimowych