Глава VI ОСНОВНАЯ КОЛЕСНАЯ СИСТЕМА (устройство и сборка)

Глава VI ОСНОВНАЯ КОЛЕСНАЯ СИСТЕМА (устройство и сборка)

Основная колесная система часов передает энергию двигателя узлам хода и регулятора, изменяя числа оборотов колес и крутящий момент, а также служит для счета колебаний баланса.

§ 28. Понятие о работе зубчатого зацепления. Передаточное число

Работу основной колесной системы можно представить, рассмотрев основные принципы передачи вращения. Возьмём два диска, оси которых расположены параллельно (рис. 95). Диски соприкасаются своими цилиндрическими поверхностями.

Вращение большого диска передается на малый диск за счет трения, возникающего между их соприкасающимися поверхностями. Такая передача называется фрикционной. Ее недостатком является непостоянство передаточного числа из-за возможного проскальзывания между дисками.

Постоянное передаточное число можно получить с помощью зубчатых колес. Рассмотрим схему зубчатого зацепления (рис. 96). В зубчатой передаче зубья соприкасаются таким образом, что один зуб или несколько зубьев одного колеса входят во впадины между зубьями другого колеса. Колесо, которое передает вращение, называется ведущим. Вращение ведущего колеса передается другому, находящемуся с ним в зацеплении, называемому ведомым.

Рис. 95. Схема фрикционной передачи вращения между дисками

Рис. 96. Элементы зубчатого зацепления:
1 — окружность выступов, 2 — начальная или делительная окружность, 3 — окружность впадин

В машиностроении передаточное число определяется как отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса. Так как ведомым колесом в часах является триб с небольшим числом зубьев, а ведущим колесом, имеющее большее число зубьев, то передаточное число будет очень маленьким (меньше единицы), что неудобно. Поэтому в часовой промышленности под передаточным числом понимают отношение числа зубьев ведущего колеса к числу зубьев триба или отношение частоты вращения триба к частоте вращения колеса, т. е. формулу можно записать так:

§ 29. Элементы зубчатых колес. Модуль зацепления

Окружности, на базе которых происходит построение профиля зубьев пары колес, называются начальными или делительными, Их диаметр обозначается D u d.

Толщиной зуба st называется длина дуги по начальной окружности между боковыми сторонами одного и того же зуба. Иногда толщину зуба считают не по дуге, а по стягивающей ее хорде.

Шириной впадины et называется расстояние, измеренное по начальной окружности между сторонами двух соседних зубьев. У колеса ширина впадины равна толщине зуба, у триба — ширина впадины больше, чем толщина зуба.

Шагом зацепления р называется длина дуги, измеренная по начальной окружности между одноименными сторонами двух смежных зубьев. Шаг включает в себя толщину зуба и ширину впадины.

Разность ширины впадины колеса и толщины зуба триба, находящихся в зацеплении, измеренная по начальной

окружности, называется боковым зазором (it).

Зазор между головкой зуба колеса и дном впадины триба, находящихся в зацеплении, считая по линии центра, называется радиальным зазором с.

Глубина, на которую зубья триба входят во впадину колеса или зубья колеса во впадину триба по линии центров, называется глубиной зацепления.

Нормальным будет зацепление, при котором ведущее колесо соприкасается с ведомым по начальной окружности, т. е. начальные окружности касаются (рис. 97, а).

Если при работе зубчатых колес их начальные окружности пересекаются (рис. 97, б), зацепление называется

глубоким. Если при работе зубчатой пары начальные окружности не касаются друг друга (рис. 97, в), зацепление называется мелки м.

Число шагов колеса или триба равно числу зубьев. Так как шаг откладывается по начальной окружности, то длина шага равна длине начальной окружности колеса или триба, деленной на число зубьев триба или колеса p=πD/z, где р — шаг зацепления, мм; Z — диаметр начальной окружности, мм; z — число зубьев.

При расчете зубчатых передач пользуются понятием модуль зацепления. Модулем зацепления называется

Рис. 97. Зацепление зубчатых передач:
а — нормальное, б — глубокое, в — мелкое

§ 30. Виды зубчатых зацеплений

В приборостроении применяется несколько видов зубчатых зацеплений: эвольвентное, циклоидальное, цевочное, червячное. В эвольвентном зацеплении профиль зуба очерчен кривой, называемой эвольвентой. При качении прямой линии по окружности (рис. 98, а) точка А прямой линии описывает эвольвенту O1A.

В циклоидальном зацеплении головка зуба очерчивается кривой, называемой эпициклоидой, а ножка зуба — кривой, называемой гипоциклоидой. При качении окружности I по окружности II, когда центр окружности I располагается вне окружности 11 (рис. 98, б), каждая точка на окружности I описывает эпициклоиду. Гипоциклоида образуется точкой окружности II при качении ее по окружности I, когда центр окружности 11 располагается внутри окружности 1 (рис. 98, в). Если радиус окружности II будет равен половине радиуса окружности I, то гипоциклоида превратится в прямую линию.

Эвольвентное и циклоидальное зацепления имеют свои преимущества и недостатки.

При изменении межцентрового расстояния зубчатой пары с эволызентным профилем зацепление заметно не ухудшается, при циклоидальном зацеплении такое изменение увеличивает трение.

Колеса с эвольвентным профилем зуба имеют более прочную ножку, чем колеса с циклоидальным профилем при одном и том же шаге.

При работе зубчатых колес трение в месте зацепления зубьев с циклоидальным профилем меньше, чем с эвольвентным, а следовательно, и износ зубьев в первом случае меньше. При небольшом количестве зубьев трибов с эвольвентным профилем впадину приходится делать более широкой, что ослабляет зуб триба.

Рис. 98. Кривые, образующие профиль зубьев; а — эвольвента, б — эпициклоида, в — гипоциклоида

Циклоидальное зацепление позволяет нарезать трибы с небольшим числом зубьев и получать большие передаточные числа.

В зависимости от размеров колес и количества зубьев циклоидальный профиль получается различным. В каждом отдельном случае необходимо новое построение.

В часовых механизмах применяется коррегированное циклоидальное зацепление, которое называется часовым зацеплением.

Применение в часах особого зацепления обусловлено большими передаточными числами и малыми габаритами механизмов. Так, например, в наручных часах трибы имеют от 6 до 12 зубьев.

В таком зацеплении головки зубьев колес и трибов очерчиваются не дугами эпициклоид, а дугами окружностей, близкими к эпициклоидам.

Ножки зубьев образуются прямой линией, направленной к центру окружности, являющейся частным случаем гипоциклоиды.

Часовое зацепление лучше всего удовлетворяет требованиям работы основной колесной системы часового механизма. Применение такого зацепления позволяет не только

значительно снизить частоту вращения при небольшом количестве пар колес и трибов, но и обеспечивает малое трение в зубьях, а следовательно, большой срок службы без существенного износа; плавность работы передачи дает возможность получения трибов с малым числом зубьев и колес с большим числом зубьев.

Профиль зуба в часовом зацеплении при одной и той же толщине St может иметь различные очертания. При R(l/2)st — со скругленным зубом (рис. 99, а); при R =(5/6)st — с полуострым зубом (рис. 99,б); при R=st — с острым зубом (рис. 99, б). Последний очень близок к эпициклоиде.

Колеса со скругленным профилем применяются редко: только в дешевых часовых механизмах.

Наиболее распространен в часовых механизмах профиль зуба полу острой формы.

Рис. 99. Форма зубьев часового зацепления:
а — скругленная, б — полуострая в — острая

При работе часовой зубчатой передачи до прохождения линии центров головка зуба триба скользит но ножке зуба колеса. За линией центров головка зуба колеса скользит по ложке зуба триба.

До линии центров наблюдается так называемое входящее трение, которое вызывает износ зубьев и ухудшает плавность передачи. За линией центров трение будет выходящее, оно более благоприятно, чем входящее.

Чтобы снизить входящее трение, надо уменьшить высоту головки зуба триба.

Характерным для работы часового зацепления является то, что одновременно работает только одна пара зубьев. В процессе работы зубчатой пары передаточное число часового зацепления не остается постоянным: в начале зацепления оно больше, чем в конце зацепления. Величина изменения передаточного числа ΔU=Uнач—Uкон зависит от межосевого расстояния и других факторов.

§ 31. Расчет передаточных чисел основной колесной системы

В зависимости от конструкции часового механизма его основная колесная система имеет различное число пар.

Рис. 100. Зубчатое колесо с трибом: 1, 4 — цапфы, 2 — триб, 3 — колесо

Наиболее распространенной является кинематическая схема, при которой основная колесная система состоит из четырех пар:

барабан — центральный триб (U1),

центральное колесо — промежуточный триб (U2), промежуточное колесо — секундный триб (U3), секундное колесо — анкерный триб (и4). Конструктивно основная колесная система, состоящая из колеса и триба, выполнена, как показано на рис. 100. Латунное золоченое колесо 3 укреплено неподвижно на оси стального триба 2. Для уменьшения трения и износа цапфы 1 и 4 триба устанавливают в камневых опорах из искусственного рубина.

Каждое колесо находится в зацеплении с трибом следующего колеса. Находящиеся в зацеплении колесо и триб называются зубчатой парой. В механических часах колеса являются ведущими, а трибы ведомыми. В электрических часах, наоборот, трибы являются ведущими, а колеса ведомыми.

Для дальнейших расчетов числу зубьев, числу оборотов, скорости вращения колеса или триба и моменту вращения на колесе или трибе будем присваивать индексы, соответствующие порядковому номеру колеса или триба наиболее распространенной и простой кинематической схемы:

Барабан ........ 1

Центральный триб ... 2

Центральное колесо . . 3

Промежуточный триб . . 4

Промежуточное колесо . 5

Секундный триб .... 6

Секундное колесо .... 7

Анкерный триб .... 8

Анкерное колесо ... 9

Триб минутной стрелки 10

Вексельное колесо .... 11

Вексельный триб ... 12

Часовое колесо .... 13

Определение передаточного числа через частоту вращения колес. Для нахождения передаточных чисел задаемся периодом колебаний баланса 0,4 с. При полном колебании баланса происходит освобождение одного зуба анкерного колеса. Так как анкерное колесо имеет 15 зубьев, то при периоде колебаний баланса, равном 0,4 с, оно сделает один оборот за 0,4 с Х 15—6 с, т. е. его частота вращения 1/6 об/с. Такую же частоту имеет и анкерный триб.

Определив частоту вращения анкерного колеса, находим частоту вращения секундного колеса, которое должно вращаться с той же частотой, что и секундная стрелка. Она всегда должна делать один оборот за 60 с, т. е. частота вращения секундного колеса равна 1/60 об/с. Передаточное число между анкерным трибом и секундным колесом можно выразить через частоту вращения секундного колеса и анкерного триба:

Передаточное число, равное 60, велико и при этом габариты центрального колеса резко увеличены. Для уменьшения габаритов колес передаточное число делится на две пары зубчатых зацеплений, для чего вводится дополнительное промежуточное колесо с трибом. Передаточное число разбивается на два приблизительно равных: u2=8, u3=7,5.

В выбранной конструкции часов для расчета передаточных чисел (модель 2409) барабан делает за сутки 3,5 обо-
рота или один оборот за 7 ч. Следовательно, частота его вращения равна 1/7 об/ч.

Рис. 101. Кинематическая схема часов с центральной секундной стрелкой:
1 — секундный триб,2 — секундное колесо, 3 — промежуточное колесо, 4 — триб анкерного колеса, 5 — триб промежуточного колеса, 6 — центральное колесо, 7 — триб центрального колеса, 8 — барабан

Одному обороту барабана соответствует 4200 оборотов анкерного колеса. За 6,5 оборотов барабана, что соответствует 47 ч работы часов от полной заводки пружины, анкерное колесо сделает 27 300 оборотов.

При передаточном числе, равном 10, триб анкерного колеса вращается в 600 раз быстрее центрального колеса: U2*U3*U4=8*7,5*10=600.

Определение передаточного числа по числу зубьев колес. Расчет будем вести на примере часов «Полет» модели 2409, имеющих классическую кинематическую схему (рис. 101). Передаточное число от барабана к центральному трибу равно отношению числа зубьев барабана к числу зубьев

§ 32. Определение чисел зубьев колесной системы и момента на анкерном колесе

Определение чисел зубьев колесной системы. Для определения числа зубьев колесной системы воспользуемся

§ 33. Расчет передаточных чисел стрелочного механизма

§ 34. Колесная система электронно-механических кварцевых часов

В отличие от колесной системы механических часов колесная система электронно-механических кварцевых часов с шаговым двигателем предназначена для передачи вращения с понижением его частоты от триба ротора шагового

двигателя до выходных осей. Если в механических часах ведущими являются колеса, а трибы ведомыми, то в электронно-механических часах с шаговым двигателем ведущими являются трибы, а ведомыми колеса. На рис. 103 представлена кинематическая схема электронно-механических часов с шаговым двигателем, имеющих центральную секундную стрелку (часы модели 2456). Колесная система (редуктор) предназначена для передачи вращения с понижением его частоты от триба ротора до выходных осей (часовой, минутной и секундной) стрелочного индикатора. С учетом средней частоты вращения этих звеньев колесной системы передаточное число:

В таком же порядке (с учетом к.п.д.) возрастает вращающий момент при передаче его от триба ротора до часового колеса. Коэффициент полезного действия (к.п.д.) зубчатых передач циклически меняется в каждой зубчатой паре, поэтому к.п.д. передачи при повороте системы ротор — стрелочный индикатор на один шаг может соответствовать произведению минимальных к.п.д. каждой зубчатой пары. Минимальный мгновенный к.п.д. зубчатой передачи электронно-механических часов с шаговым двигателем составляет примерно 0,25—0,4 в зависимости от конструкции и качества изготовления деталей.

Колесная система (редуктор) нагружена только во время передачи импульса, а не постоянно, как в механических часах, поэтому нагрузка на зубчатую передачу кварцевых часов в 5—10 раз меньше. Крутящий момент, развиваемый шаговым двигателем, также не велик, учитывая это, к колесной системе предъявляют требования по достижению максимального к.п.д. Замедляющая передача с часовым профилем колес и трибов не отвечает этому требованию, поэтому в кварцевых электронно-механических часах применяют эвольвентное зацепление, что дает возможность повысить к. п. д.

Рис. 102. Кинематическая схема стрелочного механизма:
1 — триб центрального колеса, 2 — триб минутной стрелки, 3 — часовое колесо, 4 — триб вексельного колеса, 5 — вексельное колесо

Рис. 103. Кинематическая схема колесной системы элек-тронно-механических кварцевых часов с шаговым двигателем:
1 — минутное колесо, 2 — триб минутного колеса, 3 — часовое колесо, 4 — триб минутной стрелки,
5 — центральное колесо, 6 — триб промежуточного колеса, 7 — промежуточное колесо, 8 — триб секундного колеса, 9 — секундное колесо, 10 передаточное колесо, 11 — ротор, 12 — триб ротора, 13 — триб передаточного колеса

Стопорение секундной оси при переводе стрелок осуществляется рычагом за секундное колесо. Стопорение секундной стрелки предъявляет более жесткие требования к стабильности момента фрикционности. Момент фрикционно-сти между трибом минутной стрелки и минутным колесом выражается неравенством:

Стопорение секундной стрелки в часах других конструкций может осуществляться различными способами: рычагом за передаточное колесо или его триб, а также за промежуточное колесо.

Контрольные вопросы

1. Для чего служит основная колесная система в часах?

2. Что называется передаточным числом часового механизма?

3. Что такое модуль зацепления зубчатых колес?

4. Какие существуют виды зубчатых зацеплений, каковы их преимущества и недостатки?

5. Как снижается или повышается частота вращения в часовом механизме?

6. Как меняется крутящий момент, передаваемый заводной пружиной от барабана на анкерное колесо?

7. Сколько оборотов в минуту делает секундное колесо и как такое число оборотов получают в часовом механизме?

8. Сколько стрелок в часах и сколько оборотов делает каждая стрелка за один час?

9. Как рассчитать передаточное число по частотам вращения колес для часов с периодом колебания 0,33 (3)?

10. Какое различие в работе колесных систем механических и электронно-механических кварцевых часов?

содержание .. 19 20 21 22 ..