Tasapainotusaika - heitämme silmämme tasapainopyörälle

Viimeisessä kappaleessa tasapainotuskeväästä - kirjaimellisesti mekaanisen kellon sykkivä sydän - saattaa vaikuttaa siltä, ​​että tämä komponentti tekee kaikki raskaat nostot, niin pitkälle kuin ajankäytön back-office-liiketoiminta menee. Kuten kukin kellovalmistaja kertoo sinulle - ja myös monelle kellobrändin toimitusjohtajalle - ei ole mitään järkeä puhua uudesta tasapainotusjousesta, jos ei puututa myös tasapainopyörään, ja todellakin järjestelmään impulssivipuun. Tässä tarinassa tarkastellaan enimmäkseen itse vaa'an pyörää, muutamalla syvyyksellä reunan, reunan ja sveitsin vipuhistorian historiaan ja toimintaan. Vivun tai lavan haarukan osalta sen on odotettava toista asiaa.

Aloitamme tämän tarinan viimeiseltä lopulta - huomautuksella, että tasapainopyörien ja hiusjousien on toimittava yhdessä. Paras tapa ymmärtää tämä on ajatella mekaanisen rannekellon ja heilurikellon välistä suhdetta. Aivan kuten heiluri on kellon säätöelin, vaaka ja tasapainojousi suorittavat saman toiminnon rannekellossa. Tämä tarkoittaa, että tasapainon ja tasapainojousen on lähestyttävä painovoiman vaikutuksia. Tämän esityksen palaava päähenkilömme ei ole kukaan muu kuin hollantilainen fyysikko Christiaan Huygens. Muistutte, että Huygens oli edelläkävijä tasapainojousen (viimeisteli se vuonna 1675) ja heilurin (edellä mainitun kellon) suhteen.

Patek Philippe kaliiperi 240 Q SI

Patek Philippe Advanced Research Ref. 5550 talossa on kaliiperi 240 Q SI

Kummallista kyllä, tasapainopyörä näyttää olevan olemassa ennen Huygenin aikaa - Huygens itse suunnitteli tasapainotuspyöränsä ja jousijärjestelmänsä partaalla poistumistyyliin. Itse asiassa Huygens ja muut pioneerit olivat etsineet oikeaa komponenttia harmonisen värähtelyn luomiseksi, ja se puuttuva kappale oli tasapainojousi. Joten lopullinen reunuksen pako - sveitsiläinen vipujärjestelmä ilmestyi vasta myöhemmin - oli olemassa ennen vuotta 1675.

Harmoninen värähtely fysikaalisena ominaisuutena tutkittiin ensin Galileo Galilein tutkiessa heilurien toimintaa 1700-luvun alkupuolella. Se oli Galileo, joka löysi isokronismin jotain luontaista heilurien heilauttamiselle. Periaatteessa minkä tahansa annetun heilurin heilahdusjakso on suhteellisen tasainen riippumatta heilurin koosta. Tällä voitaisiin saada vakaa ajanottokello, koska kun heiluri pyörii, kello tikittää samalla nopeudella. On selvää, että kello, joka tikkasi eri nopeuksilla heilurin heilahteluista riippuen, olisi vähemmän kuin hyödyllinen.

Galileo Galilei

Heiluri saa tämän isokronisen ominaisuuden painovoimasta, mikä tarkoittaa, että heilurilla varustettujen kellojen oli oltava mahdollisimman vakaita; liike häiritsee heilurin kääntymistä aiheuttaen ei-toivotun variaation. Huygens saattoi päätökseen heilurikelloprojektin, jonka Galileo alun perin aloitti. Ennen heilurikelloa, mekaaniset kellot käyttivät toista komponenttia isokronismin simulointiin: foliota. Inertiaalisten voimien nojalla tämä oli vaakasuora tanko (jossa painot olivat molemmissa päissä), joka kääntyi tarkalleen keskelle. Tuloksena oleva keinutusliike, jota ajaa kiertyvän jousen kineettinen energia, toimitti ajankäyttönopeuden.

Leikkaamalla suoraan nykypäivän mekaanisiin vaakakokoonpanoihin, vaakapyörä pyörii suunnilleen puolitoista kertaa yhteen suuntaan, joka muodostaa yhden heilahtelun. Tämä on noin 270 ° vaakapyörän keskitason tasapainotilan kummallekin puolelle. Koko sykli on kaksi näistä keinuista, mikä tarkoittaa kahta lyöntiä. Vaakajousen jäykkyys ja pyörän hitausmomentti ovat avaintekijöitä yhtälössä, joka määrittelee kuinka monta sekuntia yhden jakson suorittamiseen tarvitaan.

Palaamalla vaakapyörän ja foliotin aiheeseen on epäselvää, milloin vaakapyörä korvasi kokonaan folion. On varmaa, että heilurin käyttöönotto ja tasapainotusjousi asettavat partaan poistumisen puutteet kovaan helpotukseen. Monet eri pakokaasut kilpailivat sen korvaamiseksi, mukaan lukien pidätys- ja sylinterihäviöt. Loppujen lopuksi sekä ankkurin pako että vipuvapautus lopulta sulkivat kerran hallitsevan reunuksen pakoon kohtalon.

Missä tasapainopyörä sopii tähän tarinaan? No, täydellinen kuvaus on osassa vipuvapautuksia (vipuvaikutus) samoin kuin yllä oleva lyhyt tl; dr, mutta lue hetki On the Verge -segmenttiin, koska se asettaa vaiheen. Vaakapyörä näyttää olevan paras tapa toimia perinteisen kierre- tai tasausjousen rinnalla.

Nykyisessä muodossaan tasapainopyörillä on erilaisia ​​ulkonäköjä, jotka voidaan jakaa kahteen päämuotoon: sileä ja ei-sileä. Kyllä, ei-sileä ei ole erityisen kaunopuheinen, mutta jos jollain on oltava teknisemmin kuulostava termi, niin se on säädettävissä olevan massan. Päätämme käyttää ei-sileää, koska tähän sisältyy ruuvattuja tasapainopyöriä, joka ei itsessään ole erityisen viehättävä kuvaus. Vaakapyörän ei-sileä versio on perinteinen, pienillä ruuveilla pyörän vanteessa. Tätä ei pidä sekoittaa Patek Philippen Gyromax -tuotteisiin, Microstella by Rolex -tuotteisiin ja Swatch Groupin (lähinnä Omega) vaihtoehtoihin, jotka näyttävät sisältävän ruuveja vanteessa tai vanteen sisäpuolella.

Ulysse Nardin tasapainotuspyörä

Periaatteessa ei-sileät järjestelmät käyttävät painoja tasapainotuspyörän hitauden säätämiseen - kuinka pitkälle ruuvit on kiinnitetty vaakaan, tämä määritetään ruuvatuilla vaakaversioilla. Perinteisessä järjestelmässä kellosepät säätävät tasapainoa käsin prosessissa, jota kutsutaan tasapainon nostamiseksi tai tasapainottamiseksi; Säädettävän massan lajikkeen uudemmissa tasapainotusmalleissa nämä ovat tyypillisesti tietokoneen valmisteltuja, kun spiraalit on kiinnitetty.

Sileä tasapainopyörä on valmis myös tehtaalla, ja tietokoneet ovat nyt mukana myös tässä prosessissa. Tasapainotuspyörällä on taipumus olla Glucydur-tyyppisiä (katso Glucydur-osa), kun taas uudet vaa'at voivat olla piitä, joiden painot ovat muita materiaaleja. Esimerkkejä villisesti keksinnöllisistä tasapainopyöristä ovat DeBethunen, Ulysse Nardinin ja Patek Philippen kokeet.

PARTAALLA

Tärkein kellojen ja kellojen valmistuksen tekninen kehitys, reunuksen poistumisen kehitys 1300-luvulla mahdollisti kaikkien mekaanisten kellojen valmistuksen. Näin David Glasgow kuvaili partaalla olevan pakokaasun toimintaa vuonna 1885 kirjassaan Watch and Clock Making (kuvaus täällä on muutettu ja muokattu tarvittaessa).

Salisburyn katedraalin kello näyttää miltä ensimmäinen ääni kello näytti, Wikipedian suosituksesta

Radan poistuminen koostuu kruunun muotoisesta pyörästä, jossa on ulkonevat sahanhampaan muotoiset hampaat; sen akseli on suunnattu vaakasuoraan. Pystysuuntainen tanko, reuna, on sijoitettu kruunupyörän eteen, ja siinä on kaksi metallilevyä (kuormalava), jotka kiinnittyvät hampaisiin kruunupyörän vastakkaisilla puolilla. Lavat on suunnattu kulmaan niiden välillä, joten vain yksi tarttuu hampaisiin kerrallaan. Joko tasapainopyörä tai heiluri on asennettu reunanvarren päähän.

Tasapainopyörä näyttää olleen olemassa ennen Huygenin aikaa - Huygens itse suunnitteli tasapainotuspyöränsä ja jousijärjestelmänsä äärimmäisellä poistumistyylillä

Kun hammaspyörät toimittavat kelautuvan jousen energian kruunupyörään, yksi kruunupyörän hampaista työntyy lavalle pyörittämällä reunaa yhteen suuntaan. Samanaikaisesti tämä toimenpide kääntää toisen kuormalavan hammaspolulle pyörän vastakkaisella puolella, kunnes hammas työntyy ensimmäisen kuormalavan ohi. Sitten pyörän vastakkaisella puolella oleva hammas koskettaa toista lavaa, kiertäen reunaa toiseen suuntaan ja jakso toistuu.

Joten se, mikä alkoi kruunupyörän sääntelemättömällä pyörimisellä, muuttuu partaan värähtelyksi. Tämä saattaa heilurin tai tasapainon / folion liikkua. Jokainen tasapainon / folion tai heilurin heilahdus sallii siten poistumispyörän yhden hampaan kulkemisen, mikä tekee kellokoneiston liikkeestä säännöllisen. Kellon pyöräjuna etenee kiinteällä määrällä, liikuttaen käsiä vakiona.

Toisen reunan heilurikello, jonka on rakennettu Christiaan Huygens, Wikipedian suosituksella

Kruunupyörällä on oltava pariton määrä hampaita, jotta poistuminen toimisi. Parillisella numerolla kaksi vastakkaisia ​​hampaita koskettaa lavoja samanaikaisesti ja tukkii poistumista.

Heilurin tultua ankkurin poistuminen tarjoaa kelloille luonnollisemman vaikutuksen, ja siten se alkoi korvata reunan poistumisen.

LEVERAGE

Thomas Mudgen kehittämä vipuvaimennus on kirjaimellisesti nykyaikaisen mekaanisen kellon pako. Jälleen kerran olemme velkaa Glasgow'n kirjalle tiedoksi yhdessä TimeZonen kellosepän koulun kanssa. Seuraava lyhyt kuvaus siitä, kuinka se kaikki toimii, on johdettu noista lähteistä (lähinnä Walt Odetsin nämä osiot).

Tavallisessa vipuvalaistuksessa, joka tunnetaan myös nimellä sveitsiläinen vipuvaimennus, hätäpyörä ja kuormalavahaarukka ovat keskeisissä roolissa (pun ei ole tarkoitettu). Hätäpyörä on suunnattu pyöräjunalle, joka antaa impulssin kuormalavahaarukalle. Vastaanotettuaan tämän impulssin, kuormalavahaarukka toimittaa sen tasauspyörän akselille kääntäen siten tasapainopyörää. Vaakajousi palauttaa vaakapyörän staattiseen keskiasentoonsa lähettämällä impulssin akselin kautta kuormalavahaarukalle, joka sitten vuorovaikutuksessa jälleen poistopyörän kanssa.

TAG Heuer Autavia Isographin tasapainotuspyörä ja hiusprofiili

Lavahaarukka ja Patek Philippe -kaliiperin 240 Q SI poistuminen

Mikä oli pääjousen sääntelemätön teho, toimitetaan siten tasapainopyörälle. Vaakapyörä palauttaa säännellyn voiman pyöräjunalle, joka myöhemmin etenee kiinteällä määrällä ja liikuttaa ajan käsissä kiinteällä määrällä.

Jokainen tasapainopyörän edestakaisin liikkuminen keskiasentoonsa ja takaisin sen keskipisteeseen vastaa hätäpyörän liikettä yhdellä hampaalla (nimeltään lyönti). Tyypillinen kellonvivun pako menee vähintään 18 000 lyöntiä tunnissa, jota kutsutaan myös tärinäksi tunnissa. Jokainen lyönti antaa tasapainotuspyörälle impulssin, joten sykliä kohden on kaksi impulssia (sama kuin partaalla poistuminen). Siitä huolimatta, että lukituspyörä on lukittu suurimpaan osaan ajasta, pyörii tyypillisesti keskimäärin 10 rpm tai enemmän.

Tämä tikk-äänen alkuperä johtuu tästä poistomekanismista. Kun vaakapyörä rokkaa edestakaisin, tikkaava ääni kuuluu.

GLUCYDUR- JA VAIHTOEHTOISET MATERIAALIT

Vaikka Glucydur-tasapaino näyttääkin hallitsevan sen beryllium-, kupari- ja rauaseoksella, on olemassa myös erilaisia ​​erilaisia ​​tasapainopyöriä. Skannaavien huutokauppaluetteloiden tyypillisin vaihtoehto on kulta-kuparilejeeringin tasapainopyörä. Toiminnallisesti molemmat vaakatyypit suorittavat saman tempun, mutta joitain lisätietoja tarvitaan ymmärtämään, mitä täällä tapahtuu.

Keskeinen kysymys on lämpötilan vaihtelut, koska tasapainotusjousen massaominaisuudet muuttuvat sen laajentuessa tai supistuessa.Ilmeisesti tämä vaikuttaa ajankäytön nopeuteen, koska se vaikuttaa vaakapyörän värähtelyihin. Itse asiassa vaakapyörä altistuu myös lämpövaihteluille. Sekä kulta-kuparilla että Glucydur-seoksilla on erinomaiset lineaariset laajenemiskertoimet, välillä +14 - +17 x 10-6 / ° K, ja siten nämä materiaalit ovat edelleen suosittuja kelloyrityksissä. Mikään ei ole kuitenkaan täydellistä, ja kun nämä seokset laajenevat, poistuminen ei ole enää isokroonia.

Viimeisin yritys puuttua tähän asiaan oli Zenith Defy-oskillaattori, joka on myös radikaalisin pakoinnovaatio Huygenien ajoista lähtien. Se todella yhdistää lavahaarukan, tasauspyörän ja hiusjousen yhdeksi piirakenteeksi. Ei-metallista materiaalia, piitä, käsitellään eri tavalla käsittelemään lämpömuutoksia, tyypillisesti käyttämällä esimerkiksi piioksidia. Tässä Zenith-järjestelmässä se ei ole niin suoraviivainen, että kaikki pakokaasun elementit ovat yhtenä kappaleena.

Aiomme tarkastella perusteellisemmin tätä järjestelmää yhdessä Genequand-oskillaattorin (Parmigiani Fleurier), Ulysse Nardin Anchor Escapementin ja Girard-Perreguaxin jatkuvan voimankäytön kanssa julkaisuissamme vuonna 2020.