3. М. Л К (' Е.1 Ь Р О Д
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
3. М. АКСЕЛЬРОД
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
ЧАСЫ
млшгиз
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1952 ЛЕНИНГРАД
В книге освещены основные типы и разновидности
электромеханических часов маятником, балансом и син-
хронным электродвигателем. Рассмотрены первичные часы
с электроподзаводом и электроприводом, электровторичные
часы, механизмы подзаводов, механизмы программных и печа
тающих часов, системы синхронизации, магнитные часы и тр.
Показано применение электромеханических часов в технике.
Разработаны вопросы теории маятниковых часов с элгктро-
подзаводом и электроприводом и вопросы расчета.
Книга предназначена для инженерно-технических работ-
ников приборос1роительных заводов, проектных организаций»
а также может служить пособием для студентов приборо-
строительных втузов.
Рецензент доц. Э. М. ИДЕЛЬСОН
Редактор инж. М. Ф. ЖАРОВСКИЙ
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Редакция литературы по машиностроению
Заведующий редакцией инж. Ф. И. ФЕТИСОВ
ПРЕДИСЛОВИЕ
За годы сталинских пятилеток создана в Советском Союзе часо-
вая промышленность на самой передовой технической базе.
В настоящее время часовая промышленность находится в ряду
передовых отраслей отечественного приборостроения.
Часовые механизмы и прежде всего электромеханические часы
широко используются в технике и при решении целого ряда совре-
менных научных задач.
Между тем литература по электромеханическим часам крайне
скудна и посвящена лишь отдельным частным вопросам.
В предлагаемой книге автор стремится восполнить существенный
пробел.
В книге освещены основные типы и разновидности электромехани-
ческих часов с маятником и балансом. Рассмотрены первичные часы с
электроподзаводом и электроприводом, электровторичные часы, меха-
низмы подзаводов, механизмы программных и печатающих часов, системы
синхронизации, магнитные часы и др. Показано разнообразное при-
менение электромеханических часов в технике, в частности в устрой-
ствах автоматического управления. Значительное место в книге от-
ведено вопросам теории маятниковых часов с электроподзаводом и
с электроприводом.
Автором получены значения периода и амплитуды колебания маят-
ника в зависимости от основных параметров часового механизма при
вязком и постоянном трении.
Приведен анализ влияния основных параметров часового механизма
на период и амплитуду колебания маятника и суточный ход часов;
рассмотрены вопросы расчета часов.
В книге отражены опыт отечественной промышленности и инсти-
гутов, в частности опыт Института точной механики и оптики (ЛИТМО >
в разработке и исследовании электромеханических часов, а также
результаты творческого содружества ЛИТМО с заводом электро-
часов.
3
Автор считает своим долгом выразить благодарность редактору
и рецензенту, сделавшим ряд ценных указаний по содержанию книги.
Автор также приносит благодарность всем товарищам, принявшим
участие в обсуждении рукописи книги и давшим ценные указания на
Ученом совете факультета точной механики ЛИТМО.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Под электромеханическими часами мы понимаем такие часы, в ко-
торых электрическая энергия используется для поддержания колеба-
тельного движения маятника или баланса, для приведения в действие
электромагнитных механизмов, служащих для измерения и учета вре-
мени, и для унификации показаний часов, установленных в общей
сети. Измерение времени при помощи электромеханических часов
основано на известном свойстве маятника или баланса — совершать
колебания с определенным периодом. К электромеханическим часам
следует также отнести синхронные часы, приводимые в действие син-
хронным электродвигателем.
Электромеханические часы широко используются в качестве тех-
нических часов в промышленности. Они применяются для контроля
и автоматизации производственных процессов, в системах управления,
для регулирования скоростей вращения электродвигателей и пр.
В электромеханических часах может быть полностью устранена
операция ручного завода. Показания электромеханических часов, уста-
новленных на значительном расстоянии друг от друга, но связанных
электрической сетью, могут быть согласованы.
При помощи электрочасовой установки, состоящей из первичных
часов и группы вторичных часов, достигается единое и достаточно
точное время в пределах учреждения, промышленного предприятия,
города, района.
Наличие единого точного времени в нашей стране улучшает орга-
низацию труда, способствует повышению производительности труда,
облегчает автоматизацию производственных процессов и приучает
к экономии времени.
В условиях построения в нашей стране коммунистического обще-
ства, дальнейшего развития народного хозяйства и культуры роль
единого точного времени особо важна.
Развитие электрических методов измерения времени и электроме-
ханических часов базируется на достижениях в области электротех-
ники и техники производства механических часов.
Значительная роль в развитии электротехники принадлежит рус-
ским ученым М. В. Ломоносову, В. В. Петрову, Э. X. Ленцу,
Б. С. Якоби, А. Г. Столетову и др.
Наша страна — родина радио. Создателем радио является гени-
альный русский ученый А. С. Попов (1859—1906).
5
Радиотехника была с успехом использована для организации между-
народной службы времени, задача которой - хранение и распределе-
ние точного времени.
Первые механические башенные часы с боем появились в России
в 1404 г. 1. Они были сооружены в Москве Лазарем Сербиным и
имели византийский счет времени, т. е. показывали дневные и ночные
часы. Дневные часы начинались с восходом солнца, а с заходом
солнца часы переводились на ночной счет времени.
Првмерно 30 лет спустя башенные часы были сооружены в Нов-
городе, несколько позже были установлены во Пскове (1476 г.), за-
тем в Соловецком монастыре (1539 г.).
В конце XVI в. часы стояли уже на трех башнях московского
Кремля.
Во всех значительных административных и культурных центрах
России руками русских мастеров сооружались башенные часы. Та-
лантливые люди из народа создали замечательные образцы часового
искусства.
Великий русский ученый М. В. Ломоносов занимался конструи-
рованием и исследованием оптических, навигационных и других точ-
ных приборов, в том числе и морских часов. Им разработаны часы
для определения долготы и др. К навигационным приборам Ломоно-
сов проявлял интерес в связи с тем, что он разрабатывал проект экспе-
диции для открытия северного морского пути из Европы в
Азию.
Замечательный русский изобретатель И. П. Кулибин (1735—1818)
изобрел и изготовил часы в форме яйца, изумительные по замыслу
и исполнению. Часы через определенные промежутки времени авто-
матически воспроизводили различные сцены, исполняли музыкальные
номера и отбивали время.
Кулибин разрабатывал и другие конструкции часов. Им изгото-
влены точные по тому времени планетные карманные часы, в которых
применен изобретенный Кулибиным компенсационный баланс и им же
усовершенствованный хронометровый ход.
Значительный интерес представляют часы другого русского изо-
бретателя— Т. И. Волоскова. Он создал часы, которые показывали
движение солнца и луны с ее фазами и другие астрономические явле-
ния. Часы имели календарь, автоматически учитывающий простые и
високосные годы.
Современником Волоскова и Кулибина был Л. Собакин, построив-
ший маятниковые часы, которые отмечали при помощи особых меха-
низмов восход и заход солнца, луны, фазы луны, движения планет
и др. При часах также имелся календарь.
В XIX в. в России было немало выдающихся часовщиков, среди
которых следует назвать Мезгина и Нечаева. Они создали часы с пла-
нетарием и календарем. Часы Мезгина воспроизводили, кроме того.
1 НИИЧаспром, История часов и часовой промышленности в России,
1949.
6
музыкальные номера и сцены из событий города Томска, где прожи-
вал Мез1ин.
Оригинальные часы, созданные русскими часовщиками в XVIII и
XIX вв., с весьма сложными автоматически действующими устрой-
ствами (воспроизводящими движения солнца, планет и др.), свидетель-
ствовали об их глубоких познаниях в области механики, физики,
астрономии и теории часов. Деятельность этих мастеров характери-
зовалась оригинальностью, самобытностью, новаторством. Несомненно,
что планетарные часы способствовали как популяризации знаний
в области астрономии, географии и др., так и развитию технической
мысли.
В 1900 г. при ремесленном училище в Петербурге были открыты
механико-оптическое и часовое отделения с пятилетним курсом обу-
чения. Это было сделано по инициативе и с участием проф. Н. Б. За-
вадского, который по праву считается основоположником часового
образования в России.
Ученики часового и механико-оптического отделений изготовляли
карманные и стенные часы, телеграфные аппараты, станки и инстру-
менты для часового производства, оптико-механические приборы. От-
деления выпускали часовых мастеров высокой квалификации с хоро-
шей теоретической подготовкой.
Проф. Завадский был также инициатором создания техникума
точной механики и оптики (1921 г.), на базе которого был органи-
зован институт точной механики и оптики (1930 г.), готовящий вы-
сококвалифицированных специалистов в основных областях приборо-
строения.
В 1839 г. в России впервые были построены электромеханиче-
ские часы.
В конце XIX и в начале XX веков электромеханические стенные
часы и электрохронометры изготовлялись в мастерских Главного
гидрографического управления (часовщики Нефедов и Тимченко). Уже
в 1912 г. в Москве было установлено 138 электромеханических вто-
ричных часов. Примерно в это же время было установлено 60 вто-
ричных электромеханических часов в Петербургском политехническом
институте.
После Великой Октябрьской социалистической революции отече-
ственная часовая промышленность начала быстро развиваться.
В 20-х годах производство электромеханических часов было со-
средоточено главным образом в Тресте точной механики и на Ленин-
градском электромеханическом заводе НКПС.
В 30-х годах на 2-м Московском часовом заводе было организо-
вано производство электромеханических часов. Завод выпускал пер-
вичные часы с электроприводом и вторичные часы. В настоящее время
электрочасовая промышленность Советского Союза выпускает первич-
ные часы с электроприводом и электроподзаводом, вторичные часы
различных систем, программные часы, электросекундные и др.
Особенно быстрыми темпами развивается часовая промышленность
СССР в последние годы. Так, например, выпуск только карманных
7
и наручных часов в 1950 г. увеличился но сравнению с довоенным
выпуском в три раза. Успешное современное производство часов воз-
можно лишь на базе всесторонне разработанной теории часов.
Великому русскому ученому Д. И. Менделееву принадлежит все-
стороннее и глубокое исследование физического маятника, выполнен-
ное в связи с изучением им весов. Менделеев разработал метод опре-
деления декремента затухающих колебаний маятника, нашел эмпириче-
ский закон убывания декремента с уменьшением амплитуды, исследовал
влияние целого ряда факторов на время размаха, декремент и др.
Н. Е. Жуковский исследовал влияние отдельных факторов на период
колебания маятника. Работами русских ученых конца XIX и начала
XX века в области теории колебаний и теории устойчивости движе-
ния и в первую очередь трудами А. М. Ляпунова заложены основы
теории часов. Но лишь в советское время теория часов получила
должное развитие.
Теория часов в Западной Европе исследует часовой механизм глав-
ным образом с точки зрения статического равновесия не связанных
между собой отдельных узлов, а колебания баланса и маятника рас-
сматриваются как свободные или вынужденные. Отдельные попытки
рассматривать часовой механизм как единую динамическую систему
не получили развития.
Труды советских физиков Л. И; Мандельштама, Н. Д. Папалекси>
А. А. Андронова и др. в области теории нелинейных колебаний ока-
зали непосредственное влияние на развитие теории часов.
В работах А. А. Андронова и его сотрудников часовой механизм
впервые рассматривается как единая динамическая, автоколебательная
система. Этот новый метод исследований часов позволил проанализи-
ровать движение баланса и хода, выяснить условия существования
периодического режима, его устойчивости, характер возбуждения и др.
Значительная роль в развитии теории часов принадлежит проф.
Ф. В. Дроздову и М. В. Васильеву.
Классификация электромеханических часов. Классификация
электромеханических часов, не претендующая, однако, на исчерпы-
вающую полноту, приведена в табл. 1.
По физическому признаку электромеханические часы делятся на
независимые (индивидуальные), групповые и синхронные (табл. 1, а).
Индивидуальные часы (маятниковые и балансные) встречаются
двух типов: а) с электроприводом; б) с электроподзаводом.
Часы с электроприводом бывают прямого и косвенного действия.
Часы с электрическим подзаводом могут быть снабжены механическим
или магнитным ходом. Подзавод осуществляется электромагнитом или
электродвигателем.
Групповые часы состоят из первичных часов и группы вторичных
часов. В качестве часового механизма для первичных электромехани-
ческих часов могут применяться независимые часы с электрическим
приводом и электрическим подзаводом, а также часы с индуктором.
Первичные часы снабжаются контактным устройством, посылающим
в цепь вторичных часов регулярные импульсы тока.
8
При этом различают следующие системы электрочасификации:
1)	Первичные часы, посылающие импульсы постоянного тока пе-
ременного или постоянного направления для приведения в действие
вторичных импульсных часов, оборудованных электромагнитным ме-
ханизмом для перемещения стрелок.
2)	Первичные часы, посылающие периодические импульсы тока
для корректировки хода вторичных часов, которые имеют самостоя-
тельный источник энергии, маятник (или баланс) и ходовой узел, т. е.
представляют собой самостоятельно идущие часы.
3)	Первичные часы, посылающие импульсы тока во вторичные
часы для синхронизации колебания маятника (баланса) вторичных ча-
сов с колебаниями маятника (баланса) первичных часов. Вторичные
часы в этом случае чаще всего имеют самостоятельный источник
энергии.
4)	Первичные часы, посылающие импульсы тока во вторичные
часы с большим диаметром циферблата (свыше 2 м). Подобные вто-
ричные часы приводятся в движение от электродвигателя или тяже-
лой гирей. Включение и выключение электродвигателя или освобо-
ждение и застопоривание механизма, осуществляющего перемещение
стрелок, производится электромагнитом, который срабатывает от пе-
риодических импульсов тока, посылаемых первичными часами.
Синхронные часы с самопуском и без самопуска отличаются срав-
нительной простотой и состоят из синхронного двигателя и переда-
точного и стрелочного механизмов. Синхронные часы широко исполь-
зуются в промышленности (реле времени, часы для контроля частоты
и др.).
В табл. 1, б дана классификация часов по их назначению (по
эксплуатационному признаку). Часы, предназначенные для указания
времени при помощи стрелок и циферблата (показывающие часы),
встречаются в виде независимых маятниковых или балансных часов,
групповых и синхронных часов. Стрелки показывающих часов могут
перемещаться через интервалы времени в одну минуту, в одну се-
кунду и менее одной секунды.
Программные и печатающие часы могут быть построены на базе
независимых часов, синхронных часов или же на базе вторичных
импульсных часов. Но наиболее простая конструкция программных
и печатающих часов получается при применении вторичных импульс-
ных часов и синхронных часов (последние преимущественно для про-
граммных часов).
Программные часы представлены тремя разновидностями:
1)	Сигнальные часы, дающие замыкание контактов определенной
продолжительности (для приведения в действие звонка, зажигания
лампы и др.) в заранее установленное время в пределах 12 час. или
в пределах суток.
2)	Процедурные часы, дающие замыкание контактов (или разрыв,
контактов) через определенное время с момента установки часов.
3)	Реле выдержки времени (часы для автоматизации производ-
ственных процессов), обычно включенные в одну электрическую
9
Таблица 1а
Классификация электромеханических часов по физическому признаку
Классификаций электромеханических часов по назначению
Электромеханические часы
Показывающие
Программные
Печатающие
С минутным
перемещением стрелок
С секундным
перемещением стрелок
С перемещением
стрелок через интервалы
менее одной секунды
Табельные
Штемпели
времени
Сигнальные
Процедурные
Реле выдержки
времени
схему с другими приборами и исполнительными механизмами, — ре-
гулируют продолжительность операций и переходов, продолжитель-
ность закалки и отпуска изделий и др. Этот вид программных часов
в настоящее время находит весьма широкое применение.
К программным часам следует также отнести автоматы для вклю-
чения и выключения лестничного освещения, вентиляции, счетчиков
и др., т. е. все те часовые механизмы, которые управляют по опре-
деленной программе электрическими схемами и различными про-
цессами.
Печатающие часы представлены в виде двух основных разновид-
ностей.
1) Табельные часы, позволяющие получить при нажатии на рычаг
отпечаток времени (в часах и минутах) и дату на специальных кар-
точках „прихода — ухода“ или на непрерывно движущейся ленте.
Табельные часы имеют циферблат.
2) Штемпели времени, дающие отпечаток числа, порядкового
номера месяца, часов, минут. Штемпели времени могут не иметь
циферблата.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
НЕЗАВИСИМЫЕ МАЯТНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
ЧАСЫ И ПЕРВИЧНЫЕ ЧАСЫ
1.	Общие замечания и определения
Независимые электромеханические часы можно разделить на две
группы:
1.	Независимые электромеханические часы с электрическим под-
заводом.
2.	Независимые электромеханические часы с электрическим при-
водом: а) прямого действия; б) косвенного действия.
В независимых часах с электрическим подзаводом применяются
механические источники энергии в виде закрученной пружины или
поднятой гири. После того, как пружина раскрутится на определен-
ную величину, или опустится гиря, происходит автоматический под-
завод часов, т. е. закручивание пружины или подъем гири до исход-
ного положения при помощи электромагнитного механизма или элек-
тродвигателя.
В некоторых устройствах осуществляется непрерывный подзавод
пружины.
В часах может применяться механический ход или магнитный.
В часах с электрическим приводом колебание маятника или ба-
ланса поддерживается непосредственно электромагнитным устройством,
минуя колесную систему. Вследствие этого часы с электрическим
приводом лишены механического хода и обладают простой колесной
системой для приведения в действие стрелочного механизма.
В электроприводах прямого действия поддержание колебатель-
ного режима осуществляется непосредственным воздействием электро-
магнита или соленоида на якорь или постоянный магнит, укреплен-
ный на стержне маятника или баланса. Возможны варианты этого
привода с расположением электромагнита или соленоида на осцил-
ляторе (маятнике и балансе), а якоря или постоянного магнита — на
неподвижной части механизма.
В электрическом приводе косвенного действия электромагнитный
механизм не действует непосредственно на колеблющийся осциллятор,
а только поднимает небольшой груз или взводит тонкую пружину.
При опускании груза или возвращении пружины в исходное положение
13
происходит передача осциллятору импульса, поддерживающего
его колебательный режим. В этом приводе груз поднимается элек-
тромагнитным механизмом каждый раз на одну и ту же величину,,
а пружина изгибается им же на один и тот же угол. Поэтому
импульс тока, передаваемый осциллятору грузом или пружиной,
будет всегда одной и той же величины, независимо от напряжения
на зажимах электромагнита, поднимающего груз или изгибающего
пружину.
Независимые электромеханические часы могут быть снабжены
устройством для регулярной посылки импульсов тока в сеть вторич-
ных часов или в иные механизмы, служащие для измерения и учета
времени. В этом случае независимые электромеханические часы на-
зываются первичными (маточными). Первичными могут быть
также механические часы с ручным заводом, если они снабжены
указанным устройством.
ОСТ 23043-40 определяет электропервичные часы следующим
образом: „Электропервичные часы представляют собой маятниковый
прибор для измерения времени в часах, минутах и секундах, пред-
назначенный для приведения в действие ряда вторичных часов, штем-
пелей времени, контрольных часов, реле и других электромагнитных
механизмов, служащих для измерения и учета времени-.
Первичные часы должны удовлетворять следующим условиям:
1.	Осуществлять регулярные посылки в сеть вторичных часов
импульсов тока требуемой силы, частоты и продолжительности.
2.	Иметь требуемую точность хода при возможных изменениях
температуры, барометрического давления, влажности, напряжения
питающего источника и т. п.
3.	Надежно работать в течение продолжительного времени, не
нуждаясь в частой регулировке, чистке контактов и проч.
Кроме того, первичные часы должны отличаться простотой обслу-
живания.
2.	Часы с электрическим подзаводом
В часах с электрическим подзаводом источником энергии для
приведения их в действие служит пружинный или гиревой двигатель.
Пружинный двигатель применяется почти исключительно в часах,
установленных на подвижных объектах. Осциллятором в таких
часах служит колебательная система баланс — спираль.
В стационарных часах применяется, как правило, гиревой дви-
гатель, который отличается простотой устройства и, что весьма
важно, обеспечивает постоянство вращающего момента. В качестве
осциллятора служит маятник, так как он в этом случае удобнее
баланса.
В первичных часах, помимо основного ходового передаточного
механизма, осуществляющего передачу движения на стрелки и ходо-
вое колесо, имеется еще добавочный механизм, который производит
замыкание контактов токопосылочного устройства для посылки импуль-
сов тока в линию вторичных часов
14
В механических первичных часах с заводом от руки в большин-
стве случаев применяются отдельные гиревые двигатели для обоих
механизмов - - ходового и добавочного.
В часах с электрическим подзаводом для приведения в действие
обоих механизмов потребовалось бы два комплекта электрического
подзавода, что вызвало бы удорожание и усложнение часов, а также
увеличение габарита часового механизма. Поэтому в этих часах
обычно применяется конический или плоский дифференциал, сооб-
щающий движение обоим механизмам. При помощи одной гири и
одного электромагнитного устройства приводится в действие ходо-
вой и добавочный механизмы первичных часов.
Как правило, все первичные часы, механические или с электри-
ческим подзаводом, снабжены 60- или 80-ударным маятником (пе-
риод 2 сек. и 1,5 сек.) со стальным или деревянным стержнем.
В часах повышенной точности применяются маятники, компенсиро-
ванные на температуру.
К часам с электрическим подзаводом относятся рассматриваемые
в данном параграфе часы с планетарным механизмом, часы с двумя
планетарными механизмами, часы, выпускаемые нашей промышлен-
ностью, автоматически посылающие все пропущенные импульсы
в линию вторичных часов, а также часы с индуктором.
Часы с планетарным механизмом. На фиг. 1 представлены часы
с планетарным механизмом с 80-ударным маятником (циферблат снят),
а на фиг. 2 приведена схема колесного механизма.
Колесный механизм хода и добавочный колесный механизм, осу-
ществляющий периодическую посылку импульсов в линию вторичных
часов, приводятся в действие от планетарного механизма, водило
которого Н, через промежуточную буферную пружину, соединено
с осью гиревого двигателя с электрическим подзаводом (фиг. 5).
На водиле Н, жестко закрепленном на оси /, вращается триб zx
(сателлит), сцепляющийся с двумя коронными (солнечными) колесами
-2 и -2Г3» свободно посаженными на ось /.
Колесо z5, жестко связанное с коронным колесом z2, сцепляется
с минутным колесом ze, на оси которого посажена минутная стрелка
(на фигуре не показана).
В часах применен несвободный ход с острыми зубцами ходового
колеса. Передаточное отношение колесного механизма хода от ми-
нутного колеса z6 до ходового zg равно
ze-z7	80-64
* = ——— = о-d- = оО,
V27	8,8
т- е. ходовое колесо делает 80 оборотов за 1 час при продолжи-
тельности одного оборота t = 45 сек.
Так как за одно полное колебание маятника (за один период)
ходовое колесо поворачивается на один зуб, то период колебания
маятника равен
/'= — =	= 1,5 сек.
30
15
Добавочный колесный механизм для посылки импульсов в линию
вторичных часов завершается ветрянкой 2. Передаточное отношение
этого механизма от колеса z8 до ветрянки равно
.__	__ 84-80-30 _
z *z *z'	14-8-8
8 9 10
Фиг. 1. Электромеханические часы с коническим
планетарным механизмом.
Этот механизм приводится в действие периодически, через каждую
минуту, путем освобождения его колесной системой хода. Освобожде-
ние происходит следующим образом.
Колесо z8 сцепляется с трибом z4, жестко связанным с двупле-
чим рычагом 3, одно плечо которого опирается на зуб спускового
триба zc.
На одной оси с этим трибом находится триб, сцепляющийся с
минутным колесом za,
16
Спусковой триб zc вращается от минутного колеса со скоростью
I 80	1 Л/
60 --8- = ^- об/МИН
Так как число зубцов спускового триба равно 6, [то очевидно,
что он пропустит конец двуплечего рычага ровно через^одну минуту
после того, как этот рычаг лег на его зуб- После освобождения
рычаг 3 делает половину оборота и ложится другим своим плечом
на следующий зуб спускового триба zc.
Аксельрод. 1834.	17
При застопоренном добавочном механизме сателлит z2 обкаты-
вается по неподвижному солнечному колесу z8 и сообщает движение
солнечному колесу z2. При этом передаточное отношение между
колесом z2 и водилом Н будет (табл. 2).
"" = |-(-W=2'
т. е. колесо z2 вращается в два раза быстрее водила.
Коэффициент полезного действия планетарного механизма
чпл — н
|Н
где — к. п. д. простой передачи, составленной из колес z2, и
z8; взяв ijj = 0,98,
получим
^пл =------:Ц— = 0,9798.
1 “^0^82
Коэффициент полезного действия колесного механизма от водила
до ходового колеса
тю = т<пл • 7Л
где Tj — к. п. д. одной сцепляющейся пары; при » 0,98	== 0,922.
Момент на оси водила, т. е. момент гиревого двигателя
М дв = Л1х<Пл /1 ,
т.о
где
I, =	= 42,
*6 6*7
и Л4Х— момент на ходовом колесе; при = 190 г мм Л1ДВ =
= 17,3 кгмм.
При освобождении рычага 3 (фиг. 2) приходит в действие до-
бавочный механизм, причем скорость вращения колес этого меха-
низма определяется величиной приложенного вращающего момента и
размерами крыльев ветрянки. Для получения достаточной продолжи-
тельности импульса половина оборота бородки контактного устрой-
ства регулируется в пределах 1—2 сек.
Пусть бородка посажена на ось колеса z9 (на фиг. 2 не пока-
зана) и совершает половину оборота за две секунды. Тогда скорость
вращения ветрянки	будет
6Ozq-Zio	60-80-80	1КЛП
п =	—г—™ = —л-----е— = 1500 об/мин.
4zg.z10	4.8-8
Скорость вращения солнечного колеса z3 (и zg)
6O-Zr 6014 о.
= TV = "№ 2’° об/мин-
Скорость вращения солнечного колеса z2 (и z5)
°-032
При освобождении стопорного рычага планетарный механизм ра-
ботает как дифференциальная передача, так как все три основных
звена (солнечные колеса z2 и z3 и водило) вращаются одновременно.
Приведенные расчеты показывают, что скорость вращения сол-
нечного колеса z2 очень мала по сравнению со скоростью вращения
солнечного колеса z3.
Скорость вращения оси водила (и маховика) при работе доба-
вочного механизма равна
/z^= -i-(/zx г л2) = 1,27 об/мин.
На фиг. 3 показана работа знакопеременного контакта для пе-
риодической посылки от источника постоянного т*ока в линию вто-
ричных часов импульсов тока меняющегося направления.
На оси колеса z9 (фиг. 2) посажена бородка 3, наружная часть
которой является контактной поверхностью (фиг. 3, а). Бородка
изолирована от оси и соединена с положительным полюсом аккумуля-
торной батареи при помощи щетки /, скользящей по боковой поверх-
ности футора 2. На диске 10, выполненном из изоляционного мате-
риала, укреплены два металлических штифта 4 и 9, расположенные
по обе стороны от бородки. К колодке 7 из изоляционного мате-
риала прикреплены две гибкие пружины 5 и 8, прилегающие плотно
к контактным поверхностям планки 6. Планка 6 соединена с отри-
цательным полюсом аккумуляторной батареи. Пружины 5 и 8 соеди-
нены электрически с линией вторичных часов.
В изображенном на фиг. 3, а положении батарея разомкнута,
а провода линии вторичных часов замкнуты накоротко планкой 6.
Как только спусковой триб zc освобождает рычаг 3 (фиг. 2), бо-
родка 3 (фиг. 3) вместе с диском 10 приходит в движение и ме-
дленно поворачивается по часовой стрелке на половину оборота,
после чего вновь останавливается.
В положении по фиг. 3, б правый штифт 9 коснулся пружины 8,
но еще не отвел ее от планки 6. Батарея остается разомкнутой, так
как штифт 9 изолирован от бородки. При дальнейшем движении
штифт 9 отводит пружину 8 от планки 6, и бородка 3 вступает
в соприкосновение (контакт) с пружиной 8 (фиг. 3, в). Ток от по-
ложительного полюса батареи протекает по цепи через щетку /, бо-
родку з, пружину 8, линию вторичных часов, пружину 5 и планку 6
к отРицательному полюсу батареи. В линию вторичных часов посы-
лается импульс тока, который тотчас прекращается, как только
19
бородка выходит из соприкосновения с пружиной 8. В положении,
показанном на фиг. 3, г, бородка остановлена, батарея разомкнута,
а провода линии вторичных часов замкнуты накоротко.
При следующей половине оборота бородки в линию вторичных
часов будет послан импульс тока другого направления.
о)	б)
в)	г)
з
Фиг. 3. Работа знакопеременного контакта.
F? Продолжительность импульса определяется скоростью вращения
бородки, которую можно менять путем изменения размеров крыльев
ветрянки (фиг. 2).
Приводим пример расчета величины тока в контактах.
В линию вторичных часов параллельно включены 50 часов с со-
противлением электромагнита г1 = 2400 ом на одни часы. В этом
случае общее сопротивление линии вторичных часов равно гОб =
2400
= -птг- = 48 ом, а величина тока в линии вторичных часов при
□о
напряжении аккумуляторной батареи, равном 24 в, будет равна
20
4=0,5 а. Контакты должны быть рассчитаны на эту величину
48
тока.
Необходимо отметить, что в рассмотренном контактном устройстве
при размыкании контактов появляется искрение, вследствие индук-
тивности в линии вторичных часов. Искрение загрязняет контакты,
Фиг. 4. Знакопеременный контакт с двуступенчатым
нарастанием тока.
способствует их обгоранию и, несмотря на механическую прочность
данного контактного устройства с трущимися контактами, снижает
надежность его работы.
Контактное устройство, изображенное на фиг. 4, более совер-
шенно.
На оси /, соединенной с осью стопорного рычага, посажены
втулка 6 из изоляционного материала и металлическая бо-
родка 7. На втулке запрессованы контактные кольца 9 и 10, по
окружности которых скользят щетки 2 и 4, Между этими щетками
включено сопротивление 3, приблизительно равное сопротивлению
линии вторичных часов. Во втулку по обе стороны бородки запрессо-
ваны штифты 5 и 8, скользящие при вращении оси 1 по контактным
21
пружинам 11 и 12. Штифты соединены с кольцом 9, а бородка 7 —
с кольцом 10. Обе контактные пружины прижаты к планке 13,
с которой соединен один полюс батареи; другой полюс батареи
присоединен к щетке 2. Так как ось 1 соединена со стопорным ры-
чагом, то бородка вместе с осью освобождается один раз в минуту
и поворачивается при этом каждый раз на половину оборота.
Рассмотрим несколько последовательных положений контактного
устройства при повороте бородки на половину оборота.
а) Штифт 5 коснулся пружины 12, но не отвел ее от планки 13.
Из схемы видно, что батарея будет замкнута на сопротивление 3.
• б) Штифт 5 отвел пружину /2 от планки 13. Ток протекает от
положительного полюса батареи через сопротивление 3, щетку 4,
кольцо 9, штифт 5, пружину 12, линию вторичных часов к отри-
цательному полюсу батареи. Так как сопротивление 3 присоединено
последовательно, то величина тока в линии вторичных часов будет
незначительной и импульс недостаточным для срабатывания вторич-
ных часов.
в) Бородка пришла в соприкосновение с пружиной 12. Ток про-
текает от положительного полюса батареи через щетку 2, бородку 7
(минуя сопротивление 3), пружину /2, линию вторичных* часов к от-
рицательному полюсу батареи. В линии вторичных часов течет полный
ток, и часы срабатывают от импульса нормальной величины. При
дальнейшем вращении оси 1 перечисленные три положения повто-
ряются, но в обратном порядке. Бородка отойдет от пружины 12.
которая ляжет на штифт 8 и включит сопротивление 3. Затем штифт 8
доведет пружину 12 до соприкосновения с планкой 13. Далее штифт 8
отойдет от пружины, и батарея окажется разомкнутой. При следую-
щей половине оборота бородки в линию вторичных часов будет
послан импульс другого направления.
Из рассмотренного очевидно, что в линии вторичных часов ток
нарастает в два приема: от 0 до /х (при последовательно включенном
сопротивлении 3) и от 1г до полного тока /.
При выключении вторичных часов ток исчезает также в два приема:
от / до 4 и от 1Х до 0. Это обстоятельство ослабляет электродви-
жущую силу самоиндукции, а следовательно, и искрение в контактах
при размыкании цепи.
На фиг. 5 показан механизм электрического подзавода гири
часов. Гиря 10 натягивает шнур 3, накрученный на диск 6, который
так же, как и маховик 5, посажен жестко на втулку 12. Последняя сво-
бодно вращается на оси 13, соединенной с осью 1 планетарного
механизма (фиг. 2) при помощи буферной пружины 14. На этой же
оси жестко посажено храповое колесо 2. С храповым колесом входят
в сцепление две собачки 1 и 4, причем собачка 1 посажена на
спицу маховика, а собачка 4, играющая роль фиксатора, посажена
на заднюю платину часов 11. Оттягивающая пружина 8 якоря элек-
тромагнита присоединена одним своим концом к штифту 15, запрес-
сованному в контактный рычаг 7, изолированный от корпуса, а другим
концом — неподвижно к платине часов. Две катушки электромагнита
22
a
23
соединены последовательно, причем один вывод катушек подключен
к контактному рычагу 7, а другой — к полюсу батареи. Второй
полюс батареи присоединен к корпусу часов.
В показанном на фигуре положении маховик под действием гири
поворачивается против часовой стрелки. Благодаря храповому
устройству в ту же сторону поворачивается ось 13, закручивающая
пружину 14, которая вращает ось 1 планетарного механизма часов
Когда контактный штифт 9 на маховике при вращении последнего
против часовой стрелки придет в соприкосновение с контактным
рычагом 7, цепь электромагнита окажется замкнутой, якорь притя-
нется к полюсам, и контактный рычаг, посаженный на ось^якоря,
вторичных часов.
с силой толкнет контактный штифт 9. Под действием этого толчка
маховик вместе с диском 6' повернется назад (по часовой стрелке) и
поднимет гирю 10, а собачка 1 заскочит за другой зуб храпового
колеса. Во время обратного поворота маховика храповое колесо 2
и ось 13 остаются неподвижными, а ось планетарного механизма
продолжает движение под влиянием деформированной пружины 14.
Таким образом, роль электромагнита заключается в том, чтобы про-
изводить подъем гири после того, как она опустится до определен-
ного положения.
На фиг. 6 изображено устройство, позволяющее посылать в линию
вторичных часов внеочередные импульсы тока для перестановки
стрелок часов вперед (подгоночный ключ). Плоская пружина 2 одним
концом закреплена на задней платине 5 часов, а другим свободным
раздвоенным концом входит в выточку оси 4, на которой закреплен
стопорный рычаг 3. На изогнутой части этой пружины лежит ко-
роткое плечо рычага 7, вращающегося вокруг оси, установленной
на платине 5.
В изображенном на фигуре положении рычаг 7 отведен винтовой
пружиной 1 к нижнему ограничительному штифту 9.
Для посылки внеочередных импульсов тока в линию вторичных
часов следует нажать на правое плечо рычага 7, выступающего ^из
24
механизма часов, и повернуть его до верхнего ограничительного
штифта 6. При этом левое короткое плечо рычага 7, действуя на.
наклонную поверхность плоской пружины 2, отведет ось 4 влево
настолько, что стопорный рычаг 3 выйдет из сцепления со спуско-
вым грибом zc и разомкнет добавочный механизм часов, вследствие
чего в линию вторичных часов будут посланы внеочередные импульсы
тока.
Рассмотренные часы характеризуются следующими данным: маят-
ник с деревянным стержнем и латунной линзой. Вес маятника 260 г;
период колебания 1,5 сек. Рабочее напряжение 24 в. Величина тока
в обмотке электромагнита подзавода при 24 в составляет 0,2 а. Под-
завод происходит через каждые 5 мин., вес груза 50 г. Диаметр
маховика подзавода 160 мм. Размеры латунных плат 110x85 мм,
расстояние между платами 17 мм. Диаметр циферблата (видимый)
200 мм. Размеры корпуса: высота 940 мм, ширина 320 мм и глу-
бина 150 мм.
Часы с двумя планетарными механизмами. На фиг. 7 пред-
ставлены часы с двумя планетарными механизмами, а на фиг. 8 —
схема колесного механизма этих часов.
Из схемы видно, что в часах применены два планетарных меха-
низма. Водило Нг первого механизма выполнено в виде барабана,
на окружность которого накручена струна. Один конец этой струны
закреплен на барабане, а к другому свешивающемуся концу при-
креплена гиря /. Сателлиты z2 и z3 закреплены на оси 2 и обка-
тываются по зубчатым колесам zx и z4, жестко соединенным с коле-
сами z14 и z5. Ось 2 сателлитов свободно вращается в отверстиях
барабана (водила). Таким же образом устроен второй планетарный
механизм, за исключением того, что во втором механизме барабан Н2
(водило) жестко связан с колесом z17, которое передает движение
добавочному колесному механизму, управляющему посылкой импуль-
сов тока в линию вторичных часов.
Для удобства сборки и разборки часов оси 3 и о сделаны глад-
кими, без уступов; они свободно сидят в отверстиях обеих платин
часов и удерживаются в неподвижном состоянии винтами 4. Бара-
баны же посажены на эти оси свободно (свободно посажены также
скаты колес z14 — zv Zt — z5, zn — z10 и z7 — ze). Для разборки
планетарного механизма достаточно вывернуть винт 4 и вынуть ось.
Колесо z]4 первого планетарного механизма сцеплено с колесом
посаженным на ось храпового колеса z16 механизма подзавода (фиг. 8).
Второй планетарный механизм, связанный с первым посредством
колес гъ и z6, передает движение колесному механизму хода часов
и добавочному колесному механизму. Добавочный механизм заперт
стопорным рычагом 6, который одним своим плечом упирается
в зуб спускового триба z21, имеющего 15 зубцов. Так как переда-
точное отношение между минутной и промежуточной осями равно-
zio 96
-~т — ру = 8, то спусковой триб z21 за одну минуту поворачивается
213	12
на два зуба.
25
Глубина проникновения стопорного рычага, имеющего специальную
форму зубцов, в спусковой триб z21 выбрана таким образом, что сто-
порный рычаг освобождается после поворота спускового триба на
два зуба.
Фиг. 7. Электропервпчные часы с двумя планетарными механизмами.
Спусковой триб z21 один раз в минуту освобождает стопорный
рычаг, который, совершив половину оборота, другим своим плечом
ложится на зуб спускового триба. На оси стопорного рычага уста-
новлены бородка 7 и кулачок 5, изолированные от оси. При пово-
роте стопорного рычага бородка 7 замыкает группу контактов
(фиг. 9), посылающих импульсы, тока в линию вторичных ча-
сов, а кулачок <S’ замыкает контакты электромагнита подзавода
<фиг. 10).
26
Секундная стрелка
Фиг. 8. Колесный механизм часов.
Для получения плавного вращения осей добавочного механизма
применен индукционный регулятор скорости, состоящий из алюми-
ниевого диска 9, посаженного на последнюю ось добавочного меха-
низма, и неподвижного постоянного магнита 79, в поле которого
вращается алюминиевый диск.
Найдем передаточное отношение ходового механизма (добавочный
механизм заперт).
Передаточное отношение между колесом z5 и ходовым колесом zg
равно
. __	*12 213 _ 54-48-36 -120-96-90 19nn
W1o 4-2;3-4 - 54.24.36.12.12.12
Передаточное отношение первого планетарного механизма при
неподвижном солнечном колесе
_ 1-й - I - Ai = 1 -	= 1—0.3-0.7
представляет собой отношение угла поворота колеса z4 к углу по-
ворота барабана (водила), причем — передаточное отношение
простой передачи при неподвижном водиле Нг Полное передаточное
отношение равно
/•(1-4S).
При 80-ударном маятнике (период Т - 1,5 сек.) и числе зубцов
ходового колеса zg = 40 время одного оборота ходового колеса
составляет t— T-z^ 1,5-40^60 сек. На ось этого колеса поса-
жена секундная стрелка.
В рассматриваемых часах подзавод гири осуществляется один раз
в минуту. За это время, при действии только ходового механизма,
барабан повернется на угол
- _ 2к
При освобождении стопорного рычага 6 второй планетарный
механизм работает как дифференциальная передача, так как все три
основных звена (солнечные колеса z10 и z1 и водило-барабан Н2)
вращаются одновременно; при этом добавочный механизм приходит
в действие. Этот механизм затормаживается вновь как только ко-
лесо г20 сделает половину оборота.
Передаточное отношение между колесами z17 и z20 равно
zl7-zle»z10 120-75-75	1-п
*17*18*19	20 •‘°-10
Если за время действия добавочного механизма колесо z10 пово-
рачивается на угол Xj, а колесо z17 (барабан-водило) — на угол Х2%
то угол поворота колеса ze (и z7) будет
Z3 =	Х2 (1 — /7^10)>
28
где
Так как колесо г10 при работе добавочного механизма вращается
значительно медленнее колеса z17, то углом можно пренебречь
При ЭТОМ Л2 = у- , поэтому
= "7^" (1	*7,1о) •
Угол поворота колеса
‘	‘ Z2 /1 -Н \
~	А3*3— Z 1	»
*5	*1
причем
z.=^=4 = i.
25 о4
Угол поворота барабана первого планетарного механизма при
работе добавочного механизма будет
> =	= - А (1 ~~
‘5	U-'tio)’
Полный угол поворота барабана за одну минуту
На этот же угол должен быть повернут барабан при подзаводе,
но в обратном направлении.
Процесс подзавода весьма кратковременен, поэтому можно допу-
стить, что при подзаводе колесо неподвижно.
Рычаг электромагнита поворачивает храповое колесо z16 против
часовой стрелки (если смотреть со стороны циферблата) на один зуб.
Поэтому угол поворота колеса 27 при подзаводе будет
2-
2ie
*3’
где
24
48
= 0,5.
Угол поворота барабана (водила)
Z3’21
^1^2	1_
Произведя подстановку, получим:
^7’*4Л
1	*4Д	216 ( 1 — *4Д)
(2>
При работе должно быть выполнено условие | >41 = | Хб |, следо-
вательно,
-%i = JL+A(1-i;W.	(3>
Подставив значения 1”л; f;	, zie
получим:
в равенства (1) и (2)у
I “ М'
Определим теперь к. п. д. колесной передачи и вращающий
момент двигателя.
В табл. 2 приведены значения к. п. д. планетарного меха-
низма (т|ПЛ).
Таблица 2
Коэффициенты полезного действия
планетарного механизма
Передаточное отно- шение	К|пл при 0</пл< 1	т;пл для всех остальных значений /пл
Ведущее звено — во- дило Н	1-^	 *—•	1—Ь
Ведущее звено- сол- нечное колесо Zi	iH 1 —— i		Т,1 1 -'"1	1 1	*4.1 ‘-'11
30
В табл. 2 приняты следующие обозначения: ц х = Z1 Z--------пере-

даточное отношение простой передачи при неподвижном водиле 77;
7П — к. п. д. простой передачи при неподвижном водиле с учетом
трения в подшипниках; /ПЛ = 1 “ 41 —- передаточное отношение
между колесом z4 и водилом Н.
При застопоренном добавочном механизме второй планетарный
механизм работает как простая передача. В первом же планетарном
механизме водило (барабан) является ведущим, а солнечное колесо zy
застопорено.
Так как при этом
/пл = 1 - 0,3 = 0,7,
—	4,1	—	0,7	— П ОЯЧ
^пл "" 1 __ /Я >7]2	1 — 0,3-0,
где 0,98 — к. п. д. одной сцепляющейся пары.
К. п. д. передаточного механизма от барабана до ходового колеса
^о =
где т, — к. п. д. одной сцепляющейся пары;
г — число сцепляющихся пар колес и трибов от до ходового
колеса.
Вращающийся момент гиревого двигателя
при = 0,98, г = 6, моменте на ходовом колесе Мх = 25 гмм
Мл = 27,3 кг мм.	•
Если радиус барабана R = 20 мм, то вес гири (без блока)
Р= ~я = 1,36 кг.
К.
При подзаводе гири солнечное колесо z4 можно принять непо-
движным. Передаточное отношение между колесом zx и водилом Н
К. п. д. планетарной передачи
где 0,98 — к. п. д. одной сцепляющейся пары простой передачи.
Момент на храповом колесе
АН	•
Zn Л ,Z3T(n4 *Tii
Так как/з=—= 2, тп=0,98, то Л4хр= 6,41 кгмм.
215
На фиг. 9 изображено контактное устройство рассматриваемых
часов для посылки знакопеременных импульсов тока переменного
направления в линию вторичных часов от источника постоянного
тока (батареи).
Фиг. 9. Знакопеременный контакт в часах, изображенных
на фиг. 7.
Бородка 7, пощаженная на ось стопорного рычага добавочного
механизма часов, периодически, по истечении одной минуты, освобо-
ждается и поворачивается каждый раз против часовой стрелки на
половину оборота. В положении, показанном на фиг. 9, бородка
застопорена, контактные пружины 2 и 19 замкнуты с пружинами 3
и 6; последние через предохранитель соединены с положительным
полюсом батареи. Справа показан подгоночный ключ 18. Пружины
11 и 12 ключа соединены с пружинами 19 и 2. Пружины 10 и 13
замкнуты с пружинами 11 и 12 и подключены к линии вторичных
часов 15 и 16. Оба линейных провода вторичных часов подключены
к положительному полюсу батареи.
Рассмотрим несколько последовательных положений после осво-
бождения :
а)	бородка 7 замкнула пружину 4 с пружиной 2, но пружина 2
еще не разорвала своего контакта с пружиной 3. Ток протекает от
положительного полюса батареи через пружины 3, 2, 4 и сопроти-
вление /? к отрицательному полюсу батареи;
32
б)	пружина 2 разомкнула контакт с пружиной 3, но еще не
замкнулась с пружиной 1. Ток протекает от положительного полюса
батареи через пружины 6 и 19, пружины 10 и 11 подгоночного
ключа, линию вторичных часов 15 и 16, пружины 13 и 12 подго-
ночного ключа, пружины 2 и 4, сопротивление R к отрицательному
полюсу батареи.
В этом положении сопротивление R включено последовательно
с линией вторичных часов, и импульс тока будет недостаточен для
срабатывания электромагнитов вторичных часов;
в)	пружина 2 замкнулась с пружиной 1. В этом положении со-
противление R замыкается накоротко, линия вторичных часов полу-
чает полный импульс тока, под действием которого электромагниты
вторичных часов срабатывают и передвигают стрелки на одно минут-
ное деление.
Выключение импульса тока при дальнейшем движении бородки
происходит в обратном порядке. Сначала включится последовательно
с линией вторичных часов сопротивление R, затем батарея замкнется
на это сопротивление и, наконец, батарея выключится.
Такое включение и выключение батареи в линию вторичных часов
значительно уменьшает искрение при замыкании и размыкании кон-
тактов, что увеличивает сроки работы контактного устройства.
При следующем освобождении стопорного рычага бородка 7 бу-
дет воздействовать на правую группу контактных пружин, и в линию
вторичных часов будет послан импульс тока другого направления.
Сопротивление R должно быть приблизительно равно сопроти-
влению линии вторичных часов.
Если вторичные часы по каким-либо причинам имеют одинаковое
отставание, то установка их на правильное показание производится
при помощи ключа. При повороте ключа 18 вокруг его оси 17 по
часовой стрелке до соприкосновения пружины 10 с пружиной 9
в линию вторичных часов будет послан импульс одного направления;
при повороте ключа против часовой стрелки до соприкосновения
пружины 13 с пружиной 14 в линию вторичных часов будет послан
импульс другого направления. Подгонка вторичных часов ключом
должна производиться в то время, когда бородка 7 застопорена.
Подгонку вторичных часов подгоночным ключом можно произво-
дить на четное число минут. Для подгонки на нечетное число минут
следует изменить полярность батареи. При помощи подгоночного
ключа можно исправить только отставание вторичных часов.
Для исправления опережения можно выключить на некоторое
время линию вторичных часов.
Давление между контактными поверхностями пружин должно быть
около 5—6 г. Контактное давление пружин подгоночного ключа
следует увеличить до 15 г.
На оси стопорного рычага, кроме бородки 7, посажен кулачок 8,
который один раз в минуту замыкает контактные пружины 21 и 22
электромагнита 23 механизма подзавода гири. Для уменьшения искре-
ния желательно между контактами этих пружин, параллельно обмотке
3 Аксельрод. 1854.	33
электромагнита, включить сопротивление, в несколько раз превышающее
сопротивление обмотки.
Механизм подзавода отдельно показан на фиг. 10. Якорь / изго-
товлен за одно целое с рычагом 3, на котором установлена со-
бачка 4, упирающаяся в зубцы храпового колеса г1(;. При замыка-
нии цепи катушки 6 якорь притягивается к сердечнику катушки, а
собачка 4 поворачивает храповое колесо z16 на один зуб вправо,
осуществляя тем самым подзавод гири часов (фиг. 8). При раз-
рыве контактов цепи
Фиг. 10. Механизм
подзавода гири.
катушки якорь /, под действием плоской пру-
жины 2, возвращается в исходное положение,
а собачка 4 захватывает следующий зуб хра-
пового колеса. Собачка 5 предотвращает по-
ворот храпового колеса в обратном направлении.
Часы с двумя планетарными механизмами
характеризуются следующими данными. Маятник
компенсирован на температуру, его линза соста-
влена из двух тяжелых цилиндров, опирающихся
на компенсационную трубку. Вес маятника
2,195 кг. Период колебания 1,5 сек. Наибольшее
отклонение суточного хода + 1 сек. при тем-
пературе 20° С. Рабочее напряжение 24 а;
величина тока электромагнита подзавода при
напряжении в 24 в составляет 0,4 а. Вес груза
830 г. Непосредственно к часам можно при-
ключить до 35 вторичных часов. Размеры плаз
115 X 115 мм; расстояние между платами 37 мм.
Диаметр циферблата 200 мм. Размеры корпуса:
длина 1000 мм, ширина 310 мм, высота 170 мм.
Часы с накопителем импульсов. Электро-
первичные часы с гиревым заводом отличаются от
ранее рассмотренных тем, что они автоматически
посылают все пропущенные импульсы тока в ли-
нию вторичных часов. Пропуск импульсов может иметь место по
ряду причин, в частности, вследствие случайных перерывов питаю-
щего тока или падения напряжения ниже определенной нормы.
Эти часы изготовляются нашей промышленностью под маркой ЭПЧГ.
На фиг. 11 приведена схема колесного механизма, на фиг. 12 —
полная кинематическая схема и на фиг. 13 — схема замыкания кон-
тактов. Водило (барабан) Н планетарного механизма свободно поса-
жено на ось 1 (фиг. 11) и получает вращение от гири 6, подвешен-
ной к свободному концу струны, накрученной на окружность бара-
бана Н. В барабане свободно вращаются оси 4 и 3, на которых
закреплены сателлиты z2, z3 и z9, обкатывающиеся по центральным
колесам z5, ze и z7 (соответственно).
На оси 3 посажен рычаг 7. Колеса z3 и жестко посажены на
втулку 2, а колеса z$ и z8 — на втулку 9. Эти втулки свободно
вращаются на оси 1. К колесу хг7, свободно вращающемуся на
втулке 9, прикреплен рычаг 8, который входит в вырез в платине
34
- Zg-30
Кодовое
z колесо
П кЛ
Z13=90
=45
Z^=28
z10=%
Фиг. 11. Колесный ,
механизм часов
-7	(обозначения пози-'
7Т	ций фиг. 11, 12, 13
Хралевое колесо и 15 — идентичны).!
поизаооса	|
часов и удерживает это колесо в неподвижном состоянии. Колесо zx
сцепляется с колесом zn, посаженным на минутную ось. Передаточ-
ное отношение между минутной и ходовой осями равно =
*12 ’214
96-90 u
= Ц9Т12- — Ь0. На ходовой оси посажены секундная стрелка и кула-
чок 12. На оси 5 установлены 5-кулачковая шайба //, 10-кулачковая
шайба и храповое колесо механизма подзавода г15.
Периодический подзавод гири (один раз в минуту) осуществляется
электромагнитом, отдельно показанным на фиг. 14. К якорю электро-
магнита прикреплен рычаг /, несущий на своем свободном конце
ведущую собачку 3. При замыкании цепи электромагнита якорь при-
тягивается к сердечнику катушки, и ведущая собачка переводится на
один зуб храпового колеса 2. При обратном ходе якоря под дей-
ствием пружины 5 (после разрыва цепи электромагнита) ведущая со-
бачка поворачивает храповое колесо на один зуб. При этом барабан
(водило) получает движение в направлении, обратном тому, которое
он имеет под действием гири. На оси якоря с легким трением поса-
жен инерционный груз 4, который приводится в движение якорем
через зубчатую передачу, состоящую из зубчатого сектора 6 и триба,
жестко связанного с инерционным грузом. Инерционный груз способ-
ствует более плавному перемещению барабана при подзаводе гири
и смягчению ударов при срабатывании электромагнита.
На фиг. 15 показана электрическая схема часов ЭПЧГ. Электро-
магнит завода 18 включен в цепь батареи через два последователь-
36
ных контакта К-1 и К-2, причем К-2 имеет параллельный контакт
К-3. Контакт К-1 замыкается при каждом колебании маятника вправо,
но электромагнит срабатывает только в том случае, когда одновре-
менно будут замкнуты контакты К-1 и К-2. Контакт К-2 является
подготовительным и разомкнут штифтом 15, посаженным на рычаг 16,
вращающийся на оси 19
(см. фиг. 13). Замыкание
этого контакт? {происходит
в момент спадания рычага 16
с кулачка 12, сидящего на
секундной оси часов. Вклю-
чение электромагнита под-
завода происходит ровно
через одну минуту, в момент
отклонения маятника вправо.
При образовании цепи: плюс батареи, К-1, К-2, минус батареи —
якорь электромагнита притянется, а собачка 3 (фиг. 14) западет за
один зуб храпового колеса. При разрыве маятником контакта К-1
храповое колесо обратным ходом якоря поворачивается на один зуб.
В этом положении контакт К-2 остается замкнутым, а 5-кулачковая
шайба 11, управляющая посылкой импульсов тока в линию вторич-
ных часов, замыкает одну из групп контактного устройства, ничем
не отличающегося от контактного устройства, изображенного на
фиг. 9. При повороте шайбы 11 батарея сначала замыкается на
37
сопротивление затем сопротивление включается последовательно в
линию вторичных часов, наконец, сопротивление R замыкается нако-
ротко, и в линию вторичных часов посылается полный рабочий ток.
При следующем колебании замыкается контакт /<-/ (контакт К-2
еще замкнут), включающий электромагнит подзавода в цепь батареи.
Электромагнит срабатывает второй раз, и после размыкания контакта
К-1 маятником еще раз поворачивает храповое колесо на один зуб.
При этом 5-кулачковая шайба выключает посылку импульса в линию
вторичных часов. Таким образом импульс, посылаемый в линию вто-
ричных часов, продолжается в течение всего периода колебания
маятника.
При выключении тока, в первый момент, последовательно с ли-
нией вторичных часов включается сопротивление /?, затем линия раз-
мыкается. Следовательно, ток в линии вторичных часов нарастает и
исчезает не сразу, а в два этапа, благодаря чему искрение при раз-
мыкании контактов уменьшается.
После второго срабатывания электромагнита 10-кулачковая
шайба 10, сидящая на одной оси с 5-кулачковой шайбой, поворачи-
вает рычаг 16 вправо (фиг. 13). В этом положении рычаг 16 удер-
живается в течение 40—50 сек. При повороте рычага 16 вправо его
штифт 15 размыкает контакт К-2, размыкая тем самым цепь электро-
магнита подзавода.
Для уменьшения искрения в контактах токопосылочного устрой-
ства, параллельно линии вторичных часов включено сопротивление
Для уменьшения искрения в контактах К-1, К-2 и К-3, па-
раллельно к обмотке электромагнита подзавода включено искрога-
сящее устройство, состоящее из последовательно соединенных сопро-
тивления и емкости С.
Кроме того, параллельно к контакту К-1 приключено сопро-
тивление
Планетарный механизм и взаимодействие рычагов 16, 7, 14 и
кулачка 12 рассмотрим на фиг. 12.
Рычаг 7, жестко посаженный на ось 3 сателлита г(), при нор-
мальной работе часов (при наличии тока) совершает возвратно-по-
ступательное движение, поворачиваясь против часовой стрелки при
опускании# гири и возвращаясь в исходное положение при подъеме
гири. Рычаг 14, посаженный на ось барабана, своей отогну-
той лапкой прижат пружиной 13 к рычагу 7 и движется вместе
с ним.
При опускании гири рычаг 7 медленно поворачивается против
часовой стрелки. В том же направлении поворачивается рычаг 14,
прижатый пружиной 13 к рычагу 7. По истечении 40—50 сек. после
подзавода рычаг 14 освобождает рычаг 16, который к этому времени
оказывается запертым кулачком 12, посаженным на секундную ось
часов. Рычаг 16 после освобождения поворачивается под действием
своей силы тяжести по часовой стрелке.
Освобождение этого рычага и замыкание контакта К-2 про-
иехппит точно череч олну минуту. кяк	указано
Допустим теперь, что отсутствует ток, питающий часы, или на-
пряжение его упало настолько, что электромагнит подъема гири не
срабатывает. Посылка импульсов в линию вторичных часов пре-
кращается, часы же продолжают работать под действием опускаю-
щейся гири. Сателлит z9 с кулачком 7 обкатывается против часовой
стрелки по колесу застопоренному рычагом 8, который входит
своим свободным концом в вырез платины часов. Вместе с рычагом 7
против часовой стрелки будет поворачиваться и рычаг 14, который
своим штифтом замыкает контакт К-3, установленный параллельно
контакту К-2 (фиг. 12 и 13). Рычаг 14 остается поднятым, а кон-
такт К-3 — замкнутым в продолжение всего времени работы часов
без тока. Если в таком положении будет восстановлен питающий
ток, то маятник, при каждом колебании замыкая контакт К-1,
будет посылать импульсы тока в цепь электромагнита подъема гири,
последний, срабатывая, будет поднимать гирю и посылать пропущен-
ные импульсы тока (вследствие поворота 5-кулачковой шайбы) в ли-
нию вторичных часов.
Посылка пропущенных импульсов прекратится в тот момент,
когда гиря займет исходное положение, а рычаг 7 отведет рычаг 14
вниз и тем самым разомкнет контакт К-3.
Часы могут работать без тока в течение 12 час.
Определим теперь передаточные отношения механизма часов.
Передаточное отношение планетарного механизма при неподвиж-
ном колесе
/пл 1 —	1 -	= 1 - 0,25 = 0,75.
Это передаточное отношение представляет собой отношение угла
поворота колеса (или гй) к углу поворота барабана (водила).
Передаточное отношение между колесом zx и ходовым колесом zg
:	*^1з	90«96-90 _ .2Q
*nzl2-*i4	45.12-12 '
Полное передаточное отношение
Ц1 - 4.б)-
В рассматриваемых часах применен секундный маятник (период
колебания 2 сек.); число зубцов ходового колеса zg = 30.
Время одного оборота ходового колеса
t — T>zs 2-30 = 60 сек.
L
па оси ходового колеса посажена секундная стрелка. Угол пово-
рота барабана за 1 мин. под действием гири определяется из выра-
жения
х	2те ____ 2те	те
К ’ /(1	“ 120-0,75 =г 45
3.4
На такой же угол должен быть повернут барабан (водило) в об-
ратном направлении при подзаводе.
Подзавод гири осуществляется один раз в минуту посредством
поворота храпового колеса z15 на два зубца. Угол поворота колеса
при подзаводе
> _ *2**4 _ 2-2~-28	z
41	21б28 “ 20*24 ~ 15 ’
Угол поворота барабана (водила) при подзаводе
так как
х zb’z3 __ 48-48 _
^6,5	—	-XI 9Л
* 2 *6	24-24
ТО
2“ -3“ ~ 45 *
Следовательно,
X = | Х2 |.
Для /Пл = 1 —	= 0,75 к. п. д. планетарного механизма (табл. 2)
при ведущем водиле (барабане)
где 0,98 — к. п. д. одной сцепляющейся пары простой передачи.
Если Мх — момент на ходовом колесе, то момент гиревого дви-
гателя (момент на барабане)
Wl'
где т) — к. п. д. одной сцепляющейся пары,
г — число сцепляющихся пар от zr до ходового колеса (г = 3).
(Потери в стрелочном механизме и в зацеплении z1 — z9 не
учитываются.)
При радиусе барабана R вес гири, подвешенной на блоке,
р_________________________о ^д
R .
При подзаводе гири рычаг 7, посаженный на ось 3 сателлита,
возвращает рычаг 14 (фиг. 14) в исходное положение. Допустим,
что для возвращения рычага 14 в исходное положение необходимо
к оси 3 приложить момент Мг
По принципу возможных перемещений
где Мн—момент на барабане,
40
и da — элементарные углы поворота оси 3 и барабана.
Но
d$ ___ г7 4-	_ пщ 4- tnz9 _ Zrj 4- z9
da r9	mz9	z9
Принимая во внимание потери на трение, получим:
= I *7 +*9 \
Н -ц-da. 1) \ Z9 / ’
Для подъема гири Р и преодоления момента Мн необходимо
к оси 5 храпового колеса приложить момент
/И1Хр = М<+Мн ,	(а>
*пл ’^2 ’^пл
где
/ — 1 _ iH — л ; _	__ 84
^пл — 1	^6,5 — ’’	— Z4 — 28 ’
На основании табл. 2
На оси храпового колеса посажена 5-кулачковая шайба II
(а также 10-кулачковая шайба 10), замыкающая контакты токопосы-
лочного устройства. Допустим, что для замыкания этих контактов к
оси 5 необходимо приложить момент М2. Тогда момент, развиваемый
электромагнитом подзавода, должен быть не менее
ЛАхр + М,.	(Ь)
Часы с накопителем импульсов (выпускаемые нашей промышлен-
ностью под маркой ЭПЧГ) характеризуются следующими данными:
маятник секундный компенсирован на температуру; стержень маятника
инварный, линза — латунная. Вес маятника 7,2 кг.
Наибольшее отклонение суточного хода + 1 сек. при темпера-
туре 20° С. Рабочее напряжение 19н-24 в; потребляемая величина
тока при 24 в составляет 0,218 а. Непосредственно к часам можно
приключить до 35 вторичных часов. Вес часов 41,5 кг. Габарит
корпуса 1540x420x235 мм. Диаметр циферблата 200 мм. Давление
на контактах: контакт маятника 3 г, контакт подзавода — 5 г, кон-
такт накопителя импульсов — 5г, контакт зуба 5-кулачковой
шайбы — 20 г.
На фиг. 16, а изображено контактное устройство для посылки
секундных знакопеременных импульсов в линию вторичных часов.
Контактный рычаг 4 из изоляционного материала соединен с втул-
кой 5, посаженной неподвижно на ось якоря посредством крепежного
винта. Рычаг 4 охватывает контактную пружину 3, к которой под-
веден положительный полюс батареи. При колебании секундного
маятника эта пружина входит в соприкосновение то с пружиной /,
то с пружиной 2 (контактное давление 3 г). Контактные пружины
41
посылают импульсы тока не в сеть вторичных часов, а в обмотки
кодовых реле, обладающих сильными контактами (контактное давле-
ние 15 г).
На фиг. 16, б изображена электрическая схема реле. Правое реле 5
срабатывает при замыкании пружин 3 и 7, а левое реле 4 — при
замыкании пружин 3 и 2. Реле при срабатывании замыкает свои
___-д- , , Линия элехтро-
Ф #  ? вторичных часов
|	с с.ркин$ными им-
I	семи
600 ом
LrwirJ
600 ом
^LJiriT-1
Фиг. 16. Устройство для посылки секундных импульсов.
контакты в такой последовательности, что в начальный момент бата-
рея включается в линию вторичных часов через сопротивление 150 ом,
затем параллельно этому сопротивлению подключается сопротивле-
ние 75 ом, затем параллельно двум предыдущим сопротивлениям
подключается сопротивление 25 ом, наконец, в конце хода якоря
включается полный ток батареи, минуя сопротивления. При отпускании
якорь производит переключение контактов в обратном порядке.
Таким образом, ток в линии вторичных часов нарастает и исчезает
постепенно в четыре приема, вследствие чего разрывная искра сильно
уменьшается. Параллельно обмоткам кодовых реле включены сопро-
тивления по 600 ом, параллельно линии вторичных часов включено
сопротивление 500 ом. Эти сопротивления уменьшают искпообразо-
19
вание при размыкании контактных пружин /, 2 и 3 и контактных
пружин кодовых реле.
Часы с индуктором. Первичные часы с индуктором (фиг. 17)
каждую минуту освобождают якорь индуктора, который под дей-
ствием груза быстро поворачивается на определенный угол. При этом
в обмотке индуктора возникает электродвижущая сила, величина ко-
Фиг. 17. Схема часов с индуктором.
торой зависит от величины магнитного потока постоянного магнита
индуктора, от скорости вращения якоря индуктора и от числа витков
обмотки. Вторичные часы включаются в цепь обмотки индуктора.
Принципиальная схема включения представлена на фиг. 18. На
схеме: / — постоянный магнит индуктора; 2 — якррь индуктора;
3— обмотка якоря; 4 — рычажный механизм для поворота якоря;
5 — вторичные часы с поляризованным электромагнитом, включенные
последовательно в цепь обмотки.
В зависимости от устройства освобождающего и рычажного
механизмов. якорь каждую mhhvtv попеременно движется в
43
противоположных направлениях (на угол ЗО-нбО0), или же совершает
прерывистое вращательное движение, поворачиваясь каждый раз
на 90°. При повороте якоря возникают импульсы тока переменного
направления продолжительностью 0,02-н 0,05 сек. Электромагниты
вторичных часов, включенные в цепь индуктора, потребляют малую
мощность и отличаются быстротой срабатывания.
Часы приводятся в действие гирей 76', натягивающей струну, на-
крученную на барабан 15 (фиг. 17).
Период колебания маятника (на фигуре не показан) равен 2 сек.;
ходовое колесо 14 имеет 30 зубцов и делает один оборот в минуту.
Индуктор состоит из по-
стоянного магнита 4, полюсов 1
и 3, якоря с обмоткой 2. Якорь
посредством шатуна 5 соеди-
нен с колесом 6, сцепленным
со стопорным колесом 7, на
торцевой поверхности которого
запрессованы 6 штифтов, на
одинаковом расстоянии друг
от друга. В показанном на
фигуре положении один из
штифтов упирается в поверх-
ность рычага освобождения 8,
притянутого пружиной 9 к
неподвижному упору 77. Ко-
лесо 72 сцеплено с трибом
Фиг. 18. Схема соединения вторичных
часов с индуктором первичных часов.
ходового колеса и вращается по часовой стрелке, совершая один
оборот за две минуты. На торцевой поверхности этого колеса, на
противоположных концах диаметра, запрессованы штифты 10 и 13.
Штифт 10 упирается снизу в рычаг освобождения и приподнимает
его, освобождая тем самым стопорное колесо. После того как
штифт 10 соскользнет с рычага <8, рычаг быстро возвращается в ис-
ходное положение пружиной 9, а стопорное колесо под действием
гири 77 добавочного механизма поворачивается на г/в часть оборота
и останавливается следующим своим штифтом, упирающимся в по-
верхность рычага освобождения. Передаточные отношения выбраны
таким образом, что при освобождении колесо 6 поворачивается на 180°,
а якорь индуктора — на 60°. Через минуту стопорное колесо будет
вновь освобождено, и якорь индуктора повернется на 60° в обрат-
ном направлении. В цепь обмотки индуктора включены вторичные
часы.
Два самостоятельных гиревых двигателя можно заменить одним
гиревым двигателем с дифференциалом, передающим движение меха-
низму хода часов и добавочному механизму.
Количество вторичных часов, включаемых в цепь обмотки якоря
индуктора, зависит от мощности индуктора. Если мощности одного
индуктора недостаточно, то в первичных часах устанавливается не-
сколько индукторов, каждый из которых имеет свою линию вторич-
44
ных часов. В этом случае вес движущей гири может достигнуть
значительной величины. Подъем гири производится от руки или при
помощи электродвигателя.
Основным достоинством часов с индуктором является отсут-
ствие контактов и постороннего электрического источника питания
вторичных часов. Это определяет высокую надежность работы и
простоту обслуживания первичных часов с индуктором и вторичных
часов, включенных в цепь обмотки индуктора.
Рассмотренные здесь часы с электрическим подзаводом отличаются
относительно сложной конструкцией. Они содержат передаточный
механизм, состоящий из системы колес, дифференциала и рычагов,
часовой ход, маятник, механизм электрического завода гири, токо-
посылочное устройство и др.
Передаточный механизм часов, изображенных на фиг. 1, состоит
из семи сцепляющихся пар колес и трибов. включая колеса кони-
ческого дифференциала, изготовление солнечных колес которого
представляет известные трудности. К недостатку механизма завода
этих часов следует отнести сложность конструкции подзавода и за-
висимость частоты подзавода от напряжения питающего источника.
Основной недостаток часов, изображенных на фиг. 7, — сложность
передаточного механизма, наличие двух цилиндрических дифферен-
циалов. Механизм содержит 13 сцепляющихся пар колес и трибов
(без стрелочного механизма). Часы с накопителем импульсов (фиг. 11)
являются значительным достижением технической мысли. Колес-
ная передача в этих часах проще колесной передачи в часах, изо-
браженных на фиг. 7, и содержит 7 сцепляющихся пар колес и трибов,
включая колеса цилиндрического дифференциала (без стрелочного
механизма). Наличие механизма накопителя импульсов упрощает об-
служивание вторичных часов. Но вместе с тем часы с накопителем
импульсов отличаются более сложной контактной системой и рычаж-
ной передачей, требующими тонкой регулировки. Дальнейшее совер-
шенствование этих часов следует вести в направлении упрощения
конструкции рычажной передачи.
3. Часы с электроприводом косвенного действия
В часах с электроприводом косвенного действия осциллятор (ма-
ятник или баланс) получает импульс от падающего груза (рычага)
или от изогнутой пружины. Роль электромагнита состоит лишь в том,
чтобы возвращать груз или пружину в исходное положение. Посто-
янство импульса и независимость его от напряжения источника пита-
ния электромагнита являются характерными особенностями этих
часов. Основные типы часов с электроприводом косвенного действия:
часы с импульсными грузами, часы с импульсным рычагом, часы
с потенциальным приводом и астрономические часы с двумя магни-
тами.
45
Часы с импульсными грузами (фиг. 19). На стержне 13 маят-
ника (показана верхняя часть маятника), вблизи пружинного подвеса,
закреплен рычаг 72, имеющий на своих концах контактные винты
9 и 19.
Две пластинки 10 и 15 несут импульсные грузы 11 и 14, фикси-
руемые винтами. На концах, расположенных ближе к маятнику,
пластинки имеют пружинящие части, которые при помощи мостиков
закреплены на платине часов. Пластинки своими свободными концами
Фиь 19. Схема часов с импульсными грузами.
лежат на пальцах # и 16 из изоляционного материала, запрессован-
ных в якори 7 и 17 электромагнитов. Катушки электромагнитов 6
и 18 соединены последовательно с катушками реле 4 и 21, посылаю-
щими знакопеременные импульсы в контрольные часы 25.
Рассмотрим работу часов.
Допустим, что маятник движется слева направо. Вблизи крайнего
правого положения контактный винт 19 коснется контактной наладки
на пластинке 15 и слегка приподнимет ее. Так как положительный
полюс батареи соединен с маятником, то ток потечет по цепи через
пластинку 15, катушки 18 и 21 к отрицательному полюсу батареи.
Якори 17 и 20 притянутся к сердечникам своих катушек.
При обратном движении маятника груз 14, оказывая давление на
контактный винт 19, сообщает маятнику импульс. Этот импульс будет
продолжаться до тех пор, пока пластинка 15 не коснется пальца 16
фи тянутого якоря 17. В лом момент контактный винт теряет
контакт с пластинкой, электрическая цепь катушек размыкается, и
(корь /7, под влиянием растянутой пружины, возвращает пластинку 15
шесте с грузом 14 в исходное положение.
Вблизи крайнего левого положения маятника контактный винт 9
три соприкосновении с пластинкой 10 замыкает цепь катушек 6 и 4
электромагнитов, которые притягивают свои якори. При обратном,
правом, колебании маятник получит такой же по величине и
продолжительности импульс, какой он получил при левом колеба-
нии.
Так как величина поднятия маятником груза (14 или 11) меньше
высоты опускания его на величину хода якоря (17 или 7), то оче-
видно, что при каждом колебании маятник получает определенное
количество энергии.
Величину этой энергии, а следовательно, и величину амплитуды
колебания маятника можно менять, во-первых, путем изменения хода
якорей электромагнитов, во-вторых, при помощи изменения веса гру-
зов, а в-третьих, при помощи перемещения этих грузов по пла-
стинкам.
При прохождении тока через катушку 21 (маятник движется
вправо) якорь 20у притягиваясь к сердечнику, размыкает контактные
пружины 22 и 23 и замыкает контактные пружины 23 и 24. При
этом ток потечет от положительного полюса батареи, через контакт-
ные пружины 2 и 3, электромагнит контрольных часов 25, контакт-
ные пружины 23 и 24 к отрицательному полюсу батареи.
При протекании тока через катушку 4 (маятник движется влево)
якорь 5, притягиваясь к сердечнику, размыкает контактные пружины
2 и 3 и замыкает контактные пружины 2 и 1. В этом случае ток
потечет от положительного полюса батареи, через контактные пру-
жины 22 и 23, электромагнит контрольных часов 25, контактные
пружины 2 и 1 к отрицательному полюсу батареи.
При секундном маятнике в контрольные часы 25, имеющие цен-
тральную секундную стрелку, будут подаваться секундные знакопе-
ременные импульсы тока.
На ось контрольных часов 25, совершающую один оборот за
две минуты, посажен диск с кулачком из изоляционного материала
(на фигуре не указан). Кулачок поочередно замыкает две группы
контактных пружин, расположенные по обеим сторонам диска, по-
сылая этим в линию вторичных часов 26-минутные знакопеременные
импульсы тока.
Маятник в этих часах получает строго постоянные импульсы, ве-
личина которых не зависит от напряжения электрического источника
питания. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы подводимое напря-
жение было достаточным для срабатывания электромагнитов. Для
поддержания колебательного движения маятника необходимы малые
импульсы, потому что маятник не нагружен колесной системой стре-
лочного механизма и контактной группой, посылающей импульсы
тока в линию вторичных часов.
На фиг. 20 изображена схема расположения углов импульса маят-
ника с импульсными грузами в часах, изготовленных в ЛИТМО.
Маятник секундный, амплитуда колебания маятника 1°30'. Контакт-
ный винт приходит в соприкосновение с пластинкой /0или 15 (фиг. 19)
и поднимает импульсный груз вверх на дуге поворота маятника, рав-
ной 0°20'. Импульсный груз опускается вместе с маятником вниз на
0°50'.
Особенно ценным свойством часов является возможность уста-
навливать любую практически необходимую амплитуду в пределах
от£0°20' до 2°.
Рассмотренные часы отличаются простотор конструкции, легкостью
и удобством регулировки и небольшой вариацией суточного хода,
благодаря строгому постоянству импульсов. сообщаемых маятн ику.
-----0°У0'--J------0°Ч0—
-----1°10-—н-------
<Р= 1°30-----------<Р= f°30-
3 Подъем грузика
вверх
кание грузика
вниз
Фиг. 20. Схема расположения углов импульса маятника.
К недостатку часов следует отнести сравнительно слабое контактное
давление между контактным винтом и пластинкой. Увеличение срока
службы и надежности контактов достигается при помощи искрогася-
щего устройства, состоящего из последовательно соединенных сопро-
тивления и емкости.
Часы с импульсными грузами характеризуются следующими дан-
ными. Маятник с деревянным стержнем и чугунной линзой. Вес маят-
ника 5,630 лгг; период колебания 2 сек. Вес импульсного груза 0,82 г,
угол импульса 0°30'. Рабочее напряжение 12 в; величина тока 0,0075 а.
Расстояние между импульсными грузами 115 мм, размеры платы
270X115 мм. Токопосылочное устройство, установленное в кон-
трольных часах, такое же, как и в часах на фиг. 9.
Часы с импульсным рычагом. На фиг. 21, а приведена схема
привода маятника с импульсным рычагом. Импульсный рычаг 6 под
действием силы тяжести стремится повернуться на своей оси 7 про-
тив часовой стрелки, но удерживается в неподвижном состоянии
штифтом 5, упирающимся в плечо 4 якоря 12. Плечо 4 прижато
пружиной 2 к ограничительному штифту 3. При левом движении
маятника контактная поверхность 8 придет в соприкосновение с кон-
тактным винтом 9. Цепь электромагнита 1 замкнется, и якорь 12
притянется к сердечнику катушки. При этом плечо 4 повернется на
оси //по часовой стрелке и освободит импульсный рычаг, который
48
сообщит импульс маятнику при движении его в обратном направле-
нии (вправо). Импульс будет продолжаться до тех пор, пока штифт 5
на импульсном рычаге не упрется в плечо 4 притянутого якоря. При
дальнейшем движении маятника вправо цепь электромагнита 1 разо-
мкнется, и плечо 4 якоря, находящееся под действием пружины 2,
возвратит импульсный рычаг в исходное положение.
В механизме контрольных часов установлено нейтральное реле,
срабатывающее каждые 2 сек. при секундном маятнике.
Фиг. 21. Схемы часов с импульсным рычагом.
На фиг. 21, б изображена схема второй разновидности привода
с импульсным рычагом. Импульсный рычаг 11 вращается на оси 12
и удерживается в показанном на фигуре положении защелкой 7, на
которую опирается полусрезанный камень 8, запрессованный в ры-
чаг. На рычаге установлены импульсный ролик 9 и планка 13 с кон-
тактным винтом 14, электрически изолированная от рычага.
На якоре 2, вращающемся на оси 3, закреплен рычаг 1 с кон-
тактной накладкой. На стержне маятника установлены палец 6 и
обойма 10 с наклонной импульсной поверхностью.
Вблизи крайнего правого положения маятника палец 6 отведет за-
щелку и освободит импульсный рычаг. Последний под действием
силы тяжести повернется по часовой стрелке. При этом импульсный
ролик будет скользить по наклонной импульсной поверхности обоймы
и сообщать маятнику импульс.
В конце импульса контактный винт 14 придет в соприкосновение
с контактной накладкой рычага 7, вследствие чего цепь катушек 5
электромагнита замкнется, якорь 2 притянется к сердечникам кату-
шек, а рычаг 1 возвратит импульсный рычаг 7/в исходное положение.
4 Аксельрод. 1854 .	49
Так как после притяжения якоря импульсный рычаг движется
некоторое время по инерции, то цепь катушек разомкнется, и якорь
под действием пружины 4 вернется в исходное положение.
В приводах с импульсным рычагом маятник получает постоянные
импульсы один раз за период. На освобождение импульсного рычага
маятник затрачивает часть своей энергии (отрицательный импульс)
в крайнем положении. Известно, что в этом положении импульс ока-
зывает наибольшее влияние на период. Если амплитуда колебания
маятника внезапно так уменьши-
лась, что стала ниже определен-
ного значения, то импульсный
рычаг не будет освобожден, и
колебания маятника постепенно
затухнут.
часов с потенциальным приводом.
Следует заметить, что на освобождение импульсного рычага
в приводе по фиг. 21, а требуется меньшее усилие, чем на осво-
бождение импульсного рычага в приводе по фиг. 21, б.
Часы с потенциальным приводом. На фиг. 22, а изображена
схема электропервичных часов с потенциальным приводом. Маятник 16
подвешен за двойной пружинный подвес, показанный на фиг. 21,6.
Подвес состоит из двух оправ 21 и 26, обоймы 24 и четырех пру-
жинок: 22, 23, 27 и 28. Верхняя и нижняя оправы 21 и 26 и две
тонкие стальные пружины 23 и 28, закрепленные в этих оправах,
в совокупности составляют обычный пружинный подвес. В верхнюю
оправу запрессован штифт 25, который покоится неподвижно на
кронштейне, установленном отдельно от остального механизма часов.
На штифт 29 нижней оправы ’подвешен маятник 16. Вспомогатель-
ные импульсные пружины 22 и 27 укреплены в нижней оправе 21
и в обойме 24, охватывающей верхнюю оправу. Обойма шарнирно
соединена с якорем 11, изготовленным в виде длинной прямоуголь-
ной пластинки, ось вращения которой 10 расположена выше кату-
шек 9 и 12 поляризованного электромагнита.
50
На маятнике 16 укреплен рычаг 18, несущий на своих концах
контактные винты 7 и 17. Эти винты входят в соприкосновение
с контактными пружинами 8 и 15 вблизи крайних положений маят-
ника. Отрицательный полюс батареи подведен к рычагу 18 и к кон-
тактным пружинам 4 и 5. Катушка поляризованного электромагнита
контрольных часов имеет две обмотки 19, 20. При замыкании кон-
тактных пружин 3 и 4 ток протекает через обмотку 20, а при за-
мыкании пружин 5 и 6 ток другого направления протекает через
обмотку 19. Замыкание этих пружин осуществляется якорем 2 при
срабатывании электромагнита 1.
Допустим, что маятник движется справа налево. Вблизи крайнего
левого положения маятника контактный винт 7 придет в соприкосно-
вение с контактной накладкой пружины 8 и слегка приподнимет ее.
При этом ток потечет по цепи от положительного полюса батареи
через левую катушку электромагнита 1, пружину 8, рычаг 18 к отри-
цательному полюсу батареи. Якорь 2 притянется к сердечнику левой
катушки электромагнита 1 и замкнет контактные пружины 3 и 4
цепи катушки 9 поляризованного электромагнита и катушки 20
электромагнита контрольных часов. Якорь 11 притянется к сердеч-
нику катушки 9 и слегка изогнет влево вспомогательные пружины 22
и 27 пружинного подвеса, как это показано (в несколько утриро-
ванном виде) на фиг. 22, в справа. За счет этого изгиба пружин
маятнику сообщается импульс (энергия) в потенциальной форме, под-
держивающий колебательный режим его. При обратном движении
маятника вблизи крайнего правого положения контактный винт 17
придет в соприкосновение с пружиной 15 и слегка приподнимет ее.
Вследствие этого замыкается цепь правой катушки электромагнита 1.
Якорь 2 притянется к этой катушке и замкнет контакты 5 и 6
цепи катушек 12 и 19. Якорь 11 притянется к сердечнику
катушки 12 и слегка изогнет вправо вспомогательные пружины 22
и 27 пружинного подвеса (фиг. 22, в слева). Этим маятнику со-
общается следующий импульс в потенциальной форме.
Пружины 22 и 27 дополнительно изгибаются якорем И в сто-
рону, противоположную движению маятника, после того, как он от-
ходит от вертикали на определенный угол.
Описанный привод маятника называется потенциальным. Величина
импульса зависит от дополнительного угла вспомогательных пружин
подвеса и от упругих свойств этих пружин. Импульсы, сообщаемые
маятнику, строго постоянны, так как угол дополнительного изгиба
вспомогательных пружин определяется лишь величиной хода якоря //.
Поляризованный электромагнит с двойной обмоткой 19 и 20 пе-
ремещает стрелочный механизм контрольных часов и вращает диск
с кулачком, делающий один оборот за две минуты. Этот диск за-
мыкает контактные группы, посылающие минутные знакопеременные
импульсы тока в линию вторичных часов.
На фиг. 23, а изображена вторая разновидность часов с потен-
циальным приводом. На двуплечем рычаге 11, изготовленном из не-
магнитного материала, укреплены два легких угольника, которые
*
51
несут контактные поверхности 3 и 4, расположенные с некоторым
наклоном к рычагу //. Между этими контактными поверхностями
установлена дуга 2, укрепленная в обойме / двойного пружинного
подвеса (фиг. 23, б), причем расстояние между контактными поверх-
ностями несколько больше диаметра сечения дуги. Контактные по-
верхности 3 и 4 электрически изолированы от рычага 11. На не-
подвижной панели 6 из немагнитного материала установлены два
электромагнита 5 и 10якори которых 7 и 9 жестко закреплены на
рычаге //, вращающемся на оси <9.
Фиг. 23. Схема часов с 11отенциалы1ым'электроприводом
и свободным маятником.
Две собачки 12 и /5, установленные на рычаге 11 по обе сто-
роны от его оси вращения, поворачивают храповое колесо 13 на
один зуб при каждом срабатывании якорей одной и другой катушек.
Выводы обмоток катушек электромагнитов 5 и 10 присоединены
к положительному полюсу батареи и к контактным поверхностям 3
и 4. Отрицательный полюс батареи присоединен к маятнику.
Рассмотрим работу часов. Рычаг 11 притянут к электромагниту 10.
а маятник движется слева направо. После прохождения маятником
положения равновесия дуга 2 подвеса отойдет от контактной по-
верхности 4 и придет в соприкосновение с контактной поверх-
ностью 3. Это вызовет размыкание цепи электромагнита 10 и замы-
кание цепи электромагнита 5.
Рычаг // притянется к электромагниту 5, а контактная поверх-
ность 3. при своем движении вверх, действуя на дугу 2, изогнет на
некоторый угол вспомогательные пружины подвеса, как это показано
52
на фиг. 22, в. Вследствие этого маятник получит импульс в потен-
циальной форме. Далее маятник свободно движется к крайнему пра-
вому положению. При обратном движении маятника переброс дуги 2
с контактной поверхности 3 на контактную поверхность 4 произой-
дет также после прохождения им положения равновесия. Это вызовет
разрыв цепи электромагнита 5 и замыкание цепи электромагнита 10.
Рычаг // притянется к электромагниту 10^ а контактная поверх-
ность 4 при своем движении вниз изогнет на некоторый угол вспо-
могательные пружины под-
веса, и маятник получит сле-
дующий импульс в потенци-
альной форме. При каждом
перебросе рычага //от од-
ного электромагнита к дру-
гому собачки 12 и /5 по-
очередно поворачивают хра-
повое колесо 13 на один
зуб по часовой стрелке. Если
храповое колесо имеет 120
зубцов, то при секундном
маятнике время одного обо-
рота храпового колеса со-
ставляет 2 мин. На оси хра-
пового колеса посажен диск
14 с кулачком из изоляцион-
ного материала. Кулачок за-
мыкает контактные группы,
посылающие минутные зна-
копеременные импульсы тока
в линию вторичных часов
Маятник в часах, изобра-
женных на фиг. 22, не
является вполне свободным,
Фиг. 24. Часы с потенциальным
электроприводом.
так как он преодолевает сопротивление контактных пружин
вблизи своих крайних положений, а также трение скольжения
контактных винтов о контактные накладки этих пружин. В этом от-
ношении часы, изображенные на фиг. 23, более совершенны; маятник
в них свободен. Для поддержания колебательного режима маятника
при амплитуде 1 °30'2°0' достаточен дополнительный перегиб
вспомогательных пружин на угол около 0°20'.
Часы с потенциальным приводом, изготовленные в ДИТМО, харак-
теризуются следующими основными данными. Секундный маятник с де-
ревянным стержнем и чугунной линзой. Вес маятника 6,30 кг. Рабо-
чее напряжение 12 в, величина тока 0,15 а. Ход якоря 0,7 мм.
Размер платы 140x150 мм\ расстояние между осями катушек 50 мм\
размеры корпуса 1400x330x 170 мм (фиг. 24).
Астрономические часы с двумя маятниками. В Советском Союзе
созданы астрономические часы с электрическим приводом косвенного
действия. Первый экземпляр таких часов был изготовлен в 1935 г.
во ВНИИМ 1 И. И. Кварнбергом. Часы имеют первичный и вторич-
ный механизмы. Маятник первичного механизма (свободный), не со-
вершая никакой видимой работы, сообщает свой точно отрегулиро-
ванный ритм маятнику вторичного механизма (рабочему, синхронизи-
руемому маятнику), действующему как сильное реле. Этот маятник
приводит в действие контакты и механизмы, управляющие распреде-
лением времени и восстанавливающие потерю энергии обоих маятников.
Механизмы вторичных и первичных часов изображены на фиг. 25.
На стержне секундного маятника посажена обойма 28 с наклонной
импульсной поверхностью. На этой обойме установлена собачка 27,
которая при каждом правом качании маятника поворачивает храповое
колесо 25 на один зуб. Фиксатор 26 удерживает храповое колесо от
поворота в обратном направлении при захватывании собачкой сле-
дующего зуба храпового колеса. Импульсный рычаг 35, Г-образной
формы, несет на своем длинном плече стальной полированный ро-
лик 29 и пружинящую пластинку-защелку 34, которая входит в сцепление
с держателем 33, удерживающим рычаг от поворота на своей оси.
На оси храпового колеса установлен сбрасыватель 31. После каждого
полного оборота колеса, т. е. после 15 полных колебаний маятника,
сбрасыватель отводит вправо держатель 33, который расцепляется
с защелкой 34 и освобождает импульсный рычаг 35. Под действием
силы тяжести импульсный рычаг поворачивается на своей оси против
часовой стрелки, при этом ролик 29 падает на горизонтальную по-
верхность обоймы 28 и, скатываясь по ее наклонной импульсной
поверхности, сообщает маятнику импульс, поддерживающий его ко-
лебательное движение.
В конце импульса, когда ролик 29 еще не покинул импульсную
поверхность обоймы, контакт на коротком плече импульсного рычага
коснется контактного винта откидного рычага 32, жестко прикреплен-
ного к якорю электромагнита 30, и замкнет цепь электромагнита 30.
Ток потечет по цепи от положительного полюса батареи через гиб-
кий проводник, импульсный рычаг 35, откидной рычаг 32, обмотки
электромагнита 30, обмотки электромагнита 46, обмотки электро-
магнита 5 первичных часов к отрицательному полюсу батареи. Якорь
электромагнита 30 быстро притянется к сердечникам катушек, а от-
кидной рычаг 32 повернет импульсный рычаг 35 по часовой стрелке.
Откидной рычаг, встретив на своем пути упорный винт, остановится,
а импульсный рычаг продолжит свое движение по инерции до тех
пор, пока защелка 34 не заскочит в выемку держателя 33. Цепь
электромагнита 30 (а также электромагнитов 46 и 5) разомкнется,
и якорь вместе с откидным рычагом 32 возвратится при помощи
пружины в исходное положение к упорному винту. Храповое колесо 25
имеет 15 зубцов, маятник секундный, следовательно, через 30 сек.
сбрасыватель 31 снова отведет держатель 33, и цикл повторится.
1 -Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии имени
Д. И. Менделеева.
54
Таким образом, секундный маятник вторичных часов будет полу-
чать импульс через каждые 30 сек.
Последовательно в цепь батареи включен, электромагнит 46 вто-
ричного стрелочного механизма, который срабатывает каждые 30 сек.
При включении электромагнита 46 якорь 47 притягивается к сердеч-
нику катушки, а собачка 49, проскальзывая по окружности храпового
колеса 44, захватывает следующий зуб. После выключения электро-
магнита собачка 49, под действием пружины 48, поворачивает храпо-
вое колесо на один зуб. Храповое колесо имеет 120 зубцов и делает,
следовательно, один оборот в час. На ее оси посажена минутная
стрелка. Часовое колесо 45 свободно вращается на минутной оси;
на втулке этого колеса посажена часовая стрелка.
Как уже указывалось, маятник первичных часов колеблется совер-
шенно свободно, не совершая никакой видимой работы.
Освобождение импульсного рычага 15 свободного маятника про-
исходит при помощи электромагнита 5, включенного последовательно
в цепь электромагнитов 30 и 46.
Таким образом свободный маятник не затрачивает никакой
работы на размыкание импульсного рычага. Управление же момен-
том времени падения этого рычага осуществляется механизмом вторич-
ных часов.
Импульсный рычаг 15 удерживается от поворота против часовой
стрелки камнем держателя 21. При срабатывании электромагнита 5
рычаг 4, жестко прикрепленный к якорю, отводит держатель и осво-
бождает импульсный рычаг 15. Последний своим пальцем падает на
ролик 20, установленный в обойме 2, подвешенной на маятнике пер-
вичных часов, и, прокатываясь по ролику, сообщает маятнику импульс.
Величина импульса регулируется посредством перемещения гру-
зика 19 по длине импульсного рычага 15.
После того, как палец импульсного рычага соскользнет с ро-
лика 20, другой конец этого рычага, ударом по хвосту держателя 16,
отведет его и освободит рабочий рычаг 18. Рычаг, поворачиваясь
под действием силы тяжести по часовой стрелке, своим роликом 14
будет скользить по скошенной поверхности импульсного рычага 15 и
поворачивать длинное плечо его вверх до тех пор. пока он не будет
подхвачен пальцем 21 держателя.
В этом положении контактный винт 7, установленный на корот-
ком плече рабочего рычага 18, придет в соприкосновение с контакт-
ным винтом, ввинченным в рычаг, прикрепленный к якорю 10, и
замкнет цепь электромагнита 8. Ток от положительного полюса ба-
тареи потечет по цепи через обмотку электромагнита 23, обмотку
электромагнита 1, обмотку электромагнита 8, спиральную пружину 9,
рычаг якоря 10, контактные винты, спиральную пружину 12 к отри-
цательному полюсу батареи. Якорь 10 притянется и повернет рабочий
рычаг 18 в исходное положение, в котором он удерживается держа-
телем 16, входящим в сцепление с полуцилиндрическим пальцем. Для
смягчения удара и уменьшения вибрации при внезапной остановке
рабочего рычага полусрезанный палец укреплен на бронзовой
55
Фиг. 25. Механизм астрономических
56
часов с двумя маятниками.
57
пластинке 17, причем между этой пластинкой и рабочим рычагом
установлен успокоитель (на фигуре не показан).
После притяжения якоря 10 рабочий рычаг еще продолжает дви-
жение по инерции к исходному положению и размыкает цепь электро-
магнита 8, а якорь 10 под действием силы тяжести отходит к упор-
ному винту //.
При срабатывании электромагнита 8 срабатывает также электро-
магнит / повторительного механизма первичных часов с полуминутным
транспортом стрелок (электромагниты 8 и 1 включены последова-
тельно в цепь батареи). Этот механизм устроен точно так, как и
повторительный механизм вторичных часов.
Синхронный механизм состоит из электромагнита 23, к якорю
которого прикреплен синхронизирующий рычаг 24, и гибкой пла-
стинчатой пружины 22, закрепленной нижним концом в кронштейне
на стержне маятника вторичных часов.
Из схемы видно, что электромагнит 23 синхронизирующего меха-
низма включен в цепь электромагнита 8. Поэтому электромагнит 23
срабатывает каждые 30 сек. в момент окончания импульса свобод-
ного маятника. Если при левом движении маятника якорь электро-
магнита 23 притянут, то изогнутый верхний конец пружины 22 за-
цепит за рычаг 24 и будет удерживать якорь в притянутом состоя-
нии после выключения тока. Сцепление произойдет в момент про-
хождения маятником положения равновесия. При дальнейшем движе-
нии маятника влево пружина 22 изогнется и сообщит маятнику
отрицательный импульс, который вызовет уменьшение периода коле-
бания его (отрицательный импульс после положения равновесия).
При обратном движении маятника до положения равновесия пружина,
распрямляясь, сообщит маятнику положительный импульс, который
также уменьшает период колебания маятника (положительный импульс
до положения равновесия).
Если при левом колебании маятника в момент прохождения по-
ложения равновесия якорь электромагнита 23 не притянут, то верх-
ний загнутый конец пружины 22 пройдет под рычагом 24, В этом
случае синхронизирующий механизм не окажет никакого влияния на
период колебания маятника вторичных часов.
Для осуществления синхронизации маятник вторичных часов без
синхронизирующего механизма регулируется так, чтобы вторичные
часы давали отставание примерно 6 сек. в сутки (или сек. за 30 сек.^
по отношению к первичным часам. Размеры же синхронизирующей
пружины подобраны таким образом, что при срабатывании (изгибе)
она сообщает маятнику вторичных часов суточный ход (опережение),
равный 12 сек. (или сек. за 30 сек.у Поэтому при ближайшем
следующем замыкании электромагнита 23 маятник вторичных часов
еще не успеет отстать настолько, чтобы синхронизирующая пру-
жина сработала, т. е. пришла в сцепление с рычагом 24.
58
Срабатывание синхронизирующей пружины произойдет при сле-
дующем замыкании цепи электромагнита 23 (т. е. через минуту);
1
когда вторичные часы отстанут на сек.
Таким образом синхронизирующий механизм, приводимый в дей-
ствие свободным маятником, контролирует рабочий маятник, исправляя
запаздывание его, которое не может превзойти сек.
Важно отметить, что свободный маятник не затрачивает никакой
работы для приведения синхронизирующего механизма в действие.
Для получения секундных импульсов тока и для приведения в дей-
ствие вторичного стрелочного механизма с секундным транспортом
стрелок вторичные часы снабжены секундным контактным механиз-
мом, который очень мало нагружает рабочий маятник.
На стержне рабочего маятника закреплена обойма с кулачком 37.
Кулачок взаимодействует с пальцем 38, запрессованным в рычаг.
На ось этого рычага посажена защелка 40, входящая в сцепление
с полусрезанным пальцем и удерживающая тем самым контактный
рычаг 39 в приподнятом положении. При каждом колебании маятника
кулачок 37 приподнимает палец 38 и отводит защелку 40 вправо.
Защелка, расцепляясь с полусрезанным пальцем, освобождает кон-
тактный рычаг 39. Последний под влиянием силы тяжести поворачи-
вается против часовой стрелки до тех пор, пока контактный винт
на его коротком плече не коснется контактной пластины 42 на якоре
электромагнита 41. При этом цепь электромагнита 43 замкнется, и
ток потечет по цепи от отрицательного полюса батареи через обмотки
электромагнита 41, упругий проводник, контактную пластину 42,
контактный винт на рычаге 39, упругий проводник, обмотку электро-
магнита 43 повторительного секундного механизма к положительному
полюсу батареи. Якорь электромагнита 41 притянется и отбросит
рычаг 39 в исходное положение, где он подхватывается защелкой 40
за полусрезанный палец. После притяжения якоря рычаг 39 еще
продолжает движение по инерции и размыкает цепь электромагнита 41,
а якорь оттягивается пружиной к упорному винту. Для смягчения
удара при внезапной остановке рычага полусрезанный палец закреплен
на упругой бронзовой пластинке. Кроме того, между бронзовой
пластинкой и рычагом установлен воздушный успокоитель (на фигуре
не показан). Для того чтобы защелка 40 после освобождения ры-
чага 39 возвращалась сразу же в исходное положение, кулачок 37
сделан поворотным; палец 38, дойдя до крайнего верхнего положения
кулачка, падает вниз, отбрасывая кулачок от себя.
Пружины камертонного типа 36, 3 и 13 плотно охватывают своими
тонкими упругими ветвями плоскости на буртиках соответствующих
осей и возвращают в исходное положение защелку 33, держатель
с камнем 21 и держатель 16.
Механизм первичных часов, вместе со свободным маятником, по-
мещен в герметический корпус (цилиндр), в котором поддерживается
вакуум 25 — 30 мм рт. ст. Этим достигается уменьшение сопротивления
59
воздуха движению маятника и исключается влияние перемен в со-
стоянии воздуха на период колебания маятника. Для того чтобы
сравнять температуру по всей длине маятника, корпус изготовлен из
красной меди, обладающей хорошей теплопроводностью.
Высокая точность этих часов (вариация суточного хода около
0,003 сек.) обеспечивается свободным маятником, который получает
постоянные импульсы после каждых 15 колебаний и управляет ко-
лебаниями рабочего (синхронизируемого) маятника, не затрачивая на
это управление никакой работы.
Изменение фазы колебания рабочего и свободного маятника и
длинная цепь исполнительных механизмов создают некоторое непо-
стоянство в моментах времени освобождения импульсного рычага.
Иначе говоря, освобождение импульсного рычага 15 не происходит
при вполне определенном угле отклонения свободного маятника от
вертикального положения. Это обстоятельство может создать пере-
мещение места встречи камня импульсного рычага с импульсным ро-
ликом свободного маятника, изменение величины и угла импульса и
его расположения относительно положения равновесия маятника, что
непосредственно скажется на постоянстве хода часов.
Для того чтобы компенсировать непостоянство освобождения
импульсного рычага, импульсный камень снабжен снизу плоской
гранью. При достаточной ширине этой грани импульсный рычаг
всегда будет падать на верхнюю точку импульсного ролика 20, бла-
годаря чему обеспечивается постоянство величины и угла импульса и
его расположения относительно положения равновесия свободного
маятника.
Вариация суточного хода часов составляет + 0,003 сек. Следует
отметить, что вариация суточного хода лучших экземпляров часов
Рифлера [2] колеблется от 0,004 до 0,007 сек.
К числу недостатков рассмотренных часов следует отнести отно-
сительную сложность их конструкции и наличие трения в осях
импульсных роликов 29 и 20 и трения ролика 29 об импульсную
поверхность обоймы 28. Непостоянство этого трения вызывает непо-
стоянство импульса.
Часы с электроприводом косвенного действия, рассмотренные вышеу
отличаются простотой конструкции, удобством регулировки и обслу-
живания и имеют высокую точность хода. Согласно ОСТ 23043-40,
наибольшее отклонение суточного хода в первичных часах с приво-
дом косвенного действия не должно превышать +0,5 сек.
Часы с импульсными грузами, изображенные на фиг. 19, выполнены
по симметричной схеме с секундными знакопеременными контактами.
Маятник получает постоянные импульсы через каждую половину
периода. Можно, однако, вместо реле секундных импульсов, после-
довательно включенных в цепь электромагнитов 6 и 18, приключить
параллельно к обмотке одного из этих электромагнитов электро-
магнитный механизм, осуществляющий перемещение диска токопосы-
60
лочного устройства. Перемещение диска можно также осуществить
посредством храпового устройства, действующего непосредственно
от маятника. Наконец, схема часов и их регулировка значительно
упростятся, если отбросить ее правую или левую часть. При этом
маятник будет получать импульсы один раз за полный период, а правая
амплитуда будет несколько отличаться от левой.
В часах с потенциальным приводом, изображенных на фиг. 22.
маятник обладает большей свободой движения, чем в часах с импульс *
ными грузами или импульсным рычагом, ввиду более кратковремен-
ного соприкосновения маятника с контактными пружинами и непро-
должительности импульса. Продолжительность импульса определяется
временем срабатывания поляризованного электромагнита и составляет
около 1 ч-З мк-сек. Эти часы несколько сложнее в конструктивном
отношении, чем часы с импульсным рычагом, и требуют более тонкой
регулировки. Потенциальный привод позволяет построить часы со
свободным маятником (фиг. 23) с повышенной точностью хода.
К недостатку этих часов следует отнести повышенный расход энергии,
вследствие того, что импульсные катушки попеременно находятся под
током в течение половины периода колебания маятника.
4. Часы с электроприводом прямого действия
В часах с электроприводом прямого действия осциллятор (маятник
или баланс) получает регулярные импульсы непосредственно от элек-
тромагнитного механизма, воздействующего на якорь или постоянный
магнит, укрепленный на осцилляторе.
Основные типы часов с электроприводом прямого действия:
часы ЭПЧМ, часы с соленоидом, часы с фотоэлементом, часы с ин-
дуктивным импульсом и часы со свободным маятником.
Часы ЭПЧМ. Электропервичные часы, выпускаемые нашей про-
мышленностью под маркой ЭПЧМ („Электропервичные часы мощные*),
представлены на фиг. 26, а схема привода маятника этих часов —
на фиг. 27.
На нижней части маятника 1 укреплен якорь 2 неподвижного
электромагнита с двумя катушками 3 (на фигуре видна лишь одна
катушка, другая помещается за ней). На стержне маятника, на рас-
стоянии около 25 мм от оси подвеса, укреплена обойма 9 с гре-
бенкой 10, Контактная группа цепи катушки 3 электромагнита состоит
из трех контактных пружинок 4, 5 и 6, установленных в корпусе
часов. К нижней пружине 4 подвешен легко подвижной язычок 8,
вращающийся на оси 7.
Для приведения маятника в колебательное движение необходимо
отвести его влево так, чтобы гребенка оказалась левее язычка, и
отпустить. При обратном движении маятника гребенка заденет за
язычок и повернет его вправо, затем язычок легко соскользнет
с гребенки; цепь электромагнита остается разомкнутой, и маятник
колеблется без импульса, с постепенно уменьшающейся ампли-
тудой.
61
Наконец, когда амплитуда уменьшился до некоторой определенной
величины. язычок задержится между зубцами гребенки при наиболь-
шем отклонении маятника влево. Тогда при обратном движении маят-
Фиг. 26. Электропервичные часы ЭПЧМ.
ника гребенка упрется в язычок, приподнимет его. пружина 4 придет
в соприкосновение (контакт) с пружиной 6. а пружины 5 и 6 ока-
жутся разомкнутыми (фиг. 27. б). Цепь электромагнита замкнется,
и якорь, укрепленный на маятнике, притянется к неподвижному элек-
62
тромагниту; тем самым маятнику будет сообщен импульс, увеличи-
вающий его амплитуду. Вблизи положения равновесия гребенка от-
пускает язычок, и импульс прекращается. После импульса маятник
будет совершать затухающие колебания до тех пор, пока гребенка
опять не упрется в язычок и не приподнимет его. Тогда вновь про-
изойдет замыкание цепи электромагнита, и маятник получит очередной
импульс.
Сопротивление уменьшает искрение при замыкании и размы-
кании контактов пружин 4 и 6. При поднятии язычка в первый
момент при замыкании пружин 4 и 6 пружины 5 и 6 еще не разо-
мкнулись. Ток от батареи потечет параллельно через сопротивление
и катушку электромагнита; при дальнейшем поднятии язычка пру-
жины 5 и 6 разомкнутся, и ток потечет только через катушку
электромагнита.
Маятник сообщает движение диску 11. Последний осуществляет
замыкание групп контактных пружин, посылающих знакопеременные
импульсы в линию вторичных часов.
На стержне маятника укреплен палец 14, который вблизи поло-
жения равновесия маятника входит в вырез коромысла 15, вра-
щающегося на неподвижной оси 13, установленной в платине часов
(фиг. 27, в).
В нижней части коромысла установлена собачка 16, сцепляю-
щаяся с храповым колесом 17, несущим диск 11. При движении
маятника влево палец 14 входит в вырез коромысла и производит
поворот его против часовой стрелки до тех пор, пока не выходит
из выреза.
63
При этом собачка 16 проталкивает храповое колесо на один зуб
вправо. Собачка 12 препятствует случайному повороту храпового
колеса в обратном направлении. При движении маятника вправо
коромысло 15 поворачивается по часовой стрелке, а собачка 16
заскакивает за следующий зуб храпового колеса, которое в этом
случае остается неподвижным.
На фиг. 28 приведена электрическая схема часов ЭПЧМ. Диск 29
с кулачком из изоляционного материала приводится в движение от
механизма часов и делает оборот за две минуты. Слева и справа
диска расположены группы контактных пружин, которые отрегули-
рованы таким образом, что в положении покоя пружина 32 прижата
64
к пружине 31, а пружина 28 прижата к пружине 27. В положении',
изображенном на фиг. 28, оба провода линии вторичных часов 13
и 14 присоединены к положительному полюсу батареи.
При вращении диска 29 его кулачок замыкает контактную пру-
жину 33 с контактной пружиной 31, которая при изгибе влево
отключается от контактной пружины 32. Ток от положительного
полюса батареи потечет по цепи через пружину 33, пружину 31'
катушку кодового реле / к отрицательному полюсу батареи. Реле 1
срабатывает, и его якорь, действуя на контактные пружины 3, 6
и 10, размыкает контактные пружины 2 и 3, 5 и 6, 9 и 10. При
этом положительный полюс батареи отключается от линии 13 вто-
ричных часов, а линия 14 вторичных часов остается приключенной
к положительному полюсу батареи. При дальнейшем движения якоря
реле 1 замыкаются контактные пружины 3 и 4, включающие батарею
в линию вторичных часов через сопротивление Rx 150 ом. Ток
протекает по цепи от положительного полюса батареи через кон-
тактные пружины 24 и 23, линии вторичных часов 13 и 14; контакт-
ные пружины 3 и 4, сопротивление к отрицательному полюсу
батареи.
После замыкания контактных пружин 3 и 4 замыкаются контакт-
ные пружины 6 и 7, подключающие сопротивление /?2 = ом
параллельно сопротивлению = 150 ом. Вслед за тем замыкаются
контактные пружины Юн 11, подключающие сопротивление R3 = 25 ом
параллельно двум предыдущим сопротивлениям. Наконец, в конце
хода якоря замыкаются контактные пружины 6, 7 и 8, подключающие
линию 13 к отрицательному полюсу батареи, минуя сопротивления.
При этом ток потечет по цепи от положительного полюса батареи
через контактные пружины 24 и 23, линии вторичных часов 14 и 13,
контактные пружины 6 и 8 к отрицательному полюсу батареи. По
линии вторичных часов потечет полный ток, в результате чего вто-
ричные часы сработают.
При дальнейшем движении диска 29 контактные пружины 31 и 33
размыкают цепь реле /, и его якорь при отпускании производит
переключение контактных пружин в обратном порядке: сперва в ли-
нию вторичных часов включается сопротивление R3 = 25 ом, затем
параллельно этому сопротивлению включается сопротивление /?2=75 ом
и, наконец, параллельно предыдущим сопротивлениям включается сопро-
тивление /?! = 150 ом. В конце хода якоря замыкаются контактные
пружины 3 и 4, и линия 13 соединяется с положительным полюсом
батареи.
Кодовое реле 25 срабатывает при замыкании контактных пружин
26 и 28 и размыкании контактных пружин 27 и 28. При этом по-
вторяется та же последовательность включения, которое производят
контактные пружины реле 25. В этом случае импульс меняет знак,
линия 14 соединяется с отрицательным полюсом, а линия 13 —
с положительным полюсом батареи.
Ток в линии вторичных Часов нарастает и исчезает постепенно,
в четыре приема, электродвижущая сила самоиндукции будет
5 Аксельрод. 1854.	65
в значительной степени уменьшена, а искрение при размыкании кон*
тактов исчезает или становится безвредным.
Параллельно обмоткам кодовых реле 1 и 25 включено сопроти-
вление 400 ом; параллельно обмотке 30 электромагнита привода
маятника включено сопротивление 300 ом. Эти сопротивления умень-
шают искрение при разрыве контактных пружин цепей указанных
обмоток.
В первичных электромеханических часах установлен контрольный
механизм 12 вторичных часов для контроля правильности посылки
Фиг. 29. Механизм переме-
щения храпового колеса
в часах.
непосредственно, при
импульсов тока в линии вторичных часов.
Характерная особенность рассмотрен-
ной схемы заключается в том, что контакт-
ные пружины, управляемые диском 29,
посылают импульсы тока не в сеть вторич-
ных часов, а в обмотки кодовых реле,
обладающих сильными контактами (кон-
тактное давление 15 г). Это позволяет
включить непосредственно на первичные
часы до 60 шт. вторичных часов.
Если вторичные часы отстали на оди-
наковое время, то подгонку их. на пра-
вильное показание можно производить
поочередным нажатием на якори кодо-
вых реле. При этом в линию вторич-
ных часов будут поступать внеочередные-
импульсы тока.
Часы ЭПЧМ появились в результате
усовершенствования часов, известных под
маркой ЭПЧ („Электропервичные часы").
Часы ЭПЧ посылают знакопеременные
импульсы тока в линию вторичных часов
ющи контактных пружин, управляемых
диском 29. Эти контактные пружины значительно слабее контактных
пружин кодовых реле.
На фиг. 29 показан механизм перемещения храпового колеса
в часах ЭПЧ. На оси якоря 3 жестко посажены вилка 6' и коро-
мысло 2, которое на своих свободных плечах несет две собачки /
и 4. сцепляющиеся с храповым колесом 5. На стержне маятника
установлена особая каретка со штифтом, входящим в вырез 7 вилки.
Этим осуществляется связь вилки с маятником. При движении маят-
ника справа налево собачка 4 упирается в зуб храпового колеса и
поворачивает его на 1 2 шага по часовой стрелке. Собачка же /
западает за следующий зуб колеса. При обратном движении маятника
поворот храпового колеса на */2 шага в том же направлении осуще-
ствляется собачкой /.
На оси храпового колеса установлен диск токопосылочного
устройства. Так как этот диск должен совершать один оборот за
две минуты (при минутном транспорте стрелок вторичных часов), то
66
при периоде колебания маятника, равном 1,5 сек., храповое колесо
должно иметь 80 зубцов.
К недостаткам этого механизма следует отнести возможность по-
ворота храпового колеса больше чем на 7г шага за одно колебание
маятника, при увеличении амплитуды его, и наличие нагрузки на
маятник по всей дуге, вследствие
перемещения собачек по окруж-
ности храпового колеса.
Механизм перемещения хра-
пового колеса в часах ЭПЧМ
(фиг. 27,8) более совершенен. Этот
механизм исключает возможность
поворота храпового колеса за
одно колебание маятника больше
чем на один шаг. Кроме того,
после перемещения якоря маятник
колеблется совершенно свободно.
Особенность электропривода
часов ЭПЧМ состоит в том, что
20 40 60 80 Ю0 120 140 160 180 200
—— п
Фиг. 30. Экспериментальные кривые зависимости Ф от и, п от I и Ф от п.
маятник получает импульс лишь после того, как амплитуда его
уменьшается до определенного значения, зависящего от расположения
гребенки и язычка. Число колебаний маятника между двумя последо-
вательными импульсами не остается постоянным и зависит от напря-
жения, подводимого к электромагниту, от величины вредных сопро-
тивлений и от положения гребенки.
На фиг. 30, а приведены кривые зависимости амплитуды колебания
маятника Ф от величины напряжения U, подводимого к обмотке
электромагнита 3 при разных Z, причем I обозначает расстояние от
оси вращения маятника до середины гребенки (фиг. 27, а). На
фиг. 30, б даны кривые зависимости числа свободных колебаний
маятника п между двумя последовательными импульсами от вели-
чины I при разных U. Кривые на фиг. 30, а показывают, что ампли-
туда колебания маятника мало чувствительна к изменению напряже-
ния U. Так, например, при увеличении напряжения от 6 до 24 8
67
амплитуда увеличивается с 2°15' до 2°37' (кривая /). Наибольшее
число колебаний маятника между двумя последовательными импульсами
при постоянном напряжении будет иметь место при / = 18—19 мм.
На фиг. 30, в приведена кривая затухающих колебаний маятника
(огибающая амплитуд), связанного с механизмом часов при отклю-
ченной батарее. Зависимость между амплитудой Ф и числом колеба-
ний маятника п почти прямолинейна, что указывает на то, что
е сопротивление, зависящее от ско-
иНчасо81(РВЭЧ)Л Рости» пренебрежимо мало по
сравнению с постоянным сопро-
тивлением. Коэффициент затухания
маятника
Контрольные
вторичные часы
н=300ом
R=30om
-ПЛЛЛДг-Ц-
______С=20ммр
(Фр - <К>
Р 4л ’
где (Фо — Фл) — интервал ампли-
туд колебания маятника; п—число
двойных колебаний на этом ин-
тервале.
Взяв по кривой на фиг. 29, в
Фо = 3°30', Фл=2° и п = 105,
получим:
р =	- о.оооовг
Фиг, 31 Разновидность
схемы электропервичных
часов.
На фиг. 31 изображена электрическая
схема первичных часов с электроприводом
прямого действия, разработанная Институтом
точной механики и оптики совместно с заво-
дом электрочасов. Гашение искрения в кон-
тактах осуществляется конденсатором емко-
стью 20 мкф, последовательно включенным
с сопротивлением в 30 ом. При испытании
вторичных часов было включено 60 вто-
линию
соединенных параллельно. Сопротивление обмотки
одних вторичных часов равно 2400 ом, а индуктив-
этой схемы в
ричных часов,
электромагнита
ность, измеренная на переменном токе при частоте 50 гц, составила
около 50 гн.
Испытание показало, что схема обеспечивает хорошее искрогаше-
ние. После 750 000 замыканий и размыканий контактных пружин (что
соответствует трехлетней работе) не было обнаружено сколько-нибудь
заметного разрушения контактов.
Такие же результаты были получены при испытании схемы в часах
с кодовым реле (фиг. 28).
К положительным качествам часов ЭПЧМ относятся несложность
конструкции электропривода маятника и простота регулирования.
Серьезным недостатком этих часов является принцип работы
электропривода, основанный на изменении амплитуды колебания маят-
68
ника, что сказывается на увеличении вариации суточного хода часов;
к тому же привод не может устойчиво работать на малых амплиту-
дах колебания маятника.
Повышение точности работы часов ЭПЧМ может быть достигнуто
при длинном (секундном) маятнике, который при тяжелой линзе
обладает большой живой силой, делающей маятник нечувствительным
к изменению вредных сопротивлений. Длинный маятник может устой-
чиво работать при сравнительно малых ампли-
тудах.
Все части контактного устройства привода
(гребенка, язычок, контактные пружины) должны
быть выполнены так, чтобы
надежного и хорошего
контакта маятнику при-
ходилось совершать воз-
можно меньшую работу.
Кроме того, контакт-
ное устройство привода
должно быть расположено
строго в плоскости кача-
ния маятника, в целях
устранения неплоских ка-
чаний его.
Часы ЭПЧМ харак-
теризуются следующими
данными: маятник,
пенсированный на
пературу, состоит
стального стержня
двух чугунных или сталь-
для достижения
6
5
3 Ч
2

ком-
тем-
из
и из
ных цилиндров, опираю- Фиг. 32. Схема электропривода часов
щихся на латунную ком-	с соленоидом,
пенсационную трубку.
Вес маятника 2,195 кг, период колебания — 1,5 сек. Напряжение
источника тока 24 в, сопротивление последовательно включенных
катушек электромагнита маятника 320-^-360 ом, ток в обмотке
электромагнита маятника 0,07 а, сопротивление электромагнита кодо-
вого реле 280 ом, ток в обмотке кодовых реле 0,085 а, на-
грузка на контакты кодовых реле 0,6 а, количество вторичных
часов, непосредственно подключаемых к часам —60 шт. Наибольшее
отклонение суточного хода часов+ 5 сек. Вес часов 18 кг. Длина,
ширина и высота корпуса соответственно 129,5; 33,5 и 15,8 см.
Часы с соленоидом. Рассмотрим электропривод маятника, изо-
браженный на фиг. 32. В нижней части маятника под линзой укреплен
железный стержень 1 (или постоянный магнит), изогнутый по радиусу,
равному длине маятника. В верхней части маятника укреплена со-
бачка 8, вращающаяся на оси 10. Регулировка положения собачки
осуществляется подвинчиванием установочного винта 9, на который
69
опирается правое плечо собачки. При левом колебании маятника,
вблизи крайнего левого положения, собачка 8 поворачивает храпо-
вое колесо 6 на один зуб против часовой стрелки. Фиксирующая
собачка 7 удерживает храповое колесо от случайного поворота
в обратном направлении.
На оси храпового колеса жестко посажено колесо 5, под кото-
рым расположены контактные пружины 3 и 4. В пружине 3 укре-
плена призма //из изоляционного материала. Когда колесо непо*
движно, призма расположена во впадине между зубцами колеса 5,
и контактные пружины разомкнуты. При повороте колеса его зуб
отжимает призму вниз и замыкает контактные пружины 3 и 4 цепи
соленоида 2, который притягивает к себе стержень /, сообщая тем
самым импульс маятнику. Импульс прекращается, как только призма
заскакивает в следующую впадину колеса. Продолжительность
импульса составляет лишь небольшую часть времени поворота ко-
леса на один зуб.
Таким образом, маятник получает электромагнитные импульсы при
каждом левом колебании.
Токопосылочное устройство для посылки минутных знакоперемен-
ных импульсов в линию вторичных часов может быть выполнено
в двух различных вариантах. В первом варианте храповое колесо 6
снабжается 60 зубцами (при секундном маятнике) и делает один обо-
рот в две минуты. На оси храпового колеса посажен диск с кулач-
ком из изоляционного материала, который замыкает поочередно одну
из двух контактных групп, посылающих знакопеременные импульсы
тока в линию вторичных часов, так, как это сделано в часах ЭПЧМ
(фиг. 28).
В другом варианте храповое колесо 6 и колесо 5 имеют по 30 зуб-
цов и делают один оборот в минуту. Колесо 5 с торцевой поверх-
ности снабжено штифтом, который один раз в минуту замыкает цепь
релейной схемы, преобразующей импульсы тока одного направления
в знакопеременные импульсы тока. При этом варианте будет иметь
место несколько повышенный расход электрической энергии.
В этих часах амплитуда колебания маятника в значительно боль-
шей мере зависит от напряжения питающего источника, чем в ча-
сах ЭПЧМ, в которых величина амплитуды в известной степени ре-
гулируется частотой получаемых импульсов.
В случае применения длинного (секундного) маятника эти часы
требуют очень тщательной установки по отвесу для того, чтобы
стержень не задевал за стенки катушки.
На фиг. 33 изображена схема расположения угла импульса маят-
ника в часах, изготовленных в ЛИТМО. Амплитуда колебания маят-
ника равна 1°30'. Правое колебание маятника является рабочим. Со-
бачка вступает в сцепление с храповым колесом и начинает переме-
щать ее за 0°40' до положения равновесия маятника. Перемещение
храпового колеса происходит на угле поворота маятника, равном 0°50'.
Цепь катушки соленоида замыкается в момент прохождения маятни-
ком положения равновесия и остается замкнутой на интервале угла
70
поворота, равного 0°5'. Этот угол представляет собой угол импульса
маятника. Регулировка часов может производиться перемещением
площадки, на которой установлено храповое колесо и контактные
пружины, и перемещением положения собачки 8 подкручиванием
винта 9. Установка этой площадки и винта должна быть такова,
чтобы собачка 8 вышла из зацепления с зубом храпового колеса 6
сразу же после того, как храповое колесо при правом качании маят-
ника будет повернуто на один зуб. В противном случае при случай-
ном увеличении амплитуды храповое колесо может повернуться на
два зуба, что недопустимо. Силу импульса можно изменять при по-
мощи перемещения катушки 2 (фиг. 32) ближе и дальше от поло-
Дбижение маятника бпрабо
__________>-------1---------------
Ф=1°30 --------------------<?=1 °3(^
Контакт собачки
с храповым колесом
Фиг. 33. Схема расположения угла импульса маятника.
жжения равновесия маятника. Продолжительность импульса можно из-
менять соответствующей установкой расстояния между контактными
пружинами 3 и 4.
Катушка без сердечника и стержень (якорь), укрепленный на
маятнике, составляют электромагнит с незамкнутой магнитной цепью.
Расчет такого электромагнита представляет большие трудности.
Часы с соленоидом, изготовленные в ЛИТМО, характеризуются
следующими данными. Маятник с деревянным стержнем и чугунной
линзой; вес маятника 5,630 кг\ период колебания 2 сек., давление
между контактными поверхностями цепи соленоида 3 г. Рабочее на-
пряжение 12 в, величина тока в обмотке соленоида 0,05 а\ ампли-
туда колебания маятника 1°30'. Стержень, закрепленный под линзой,
представляет собой постоянный магнит из углеродистой стали дли-
ной 190 мм и сечением 12x12 мм.
На фиг. 34 представлена схема индивидуальных часов с корот-
ким маятником. Собачка 5, установленная в верхней части маятника 1,
при каждом левом колебании маятника поворачивает храповое ко-
лесо 6 на один зуб. От храпового колеса движение передается стре-
лочному механизму часов с минутной и часовой стрелками. Храповое
колесо при своем повороте отжимает фиксатор 7 вниз и замыкает
контакты 4, цепи катушки 3, которая втягивает постоянный магнит 2,
71
укрепленный на маятнике, и тем самым сообщает ему импульс. Ка-
тушка питается от сухого элемента.
Часы в фотоэлементом. На фиг. 35 представлена схема элек-
тропривода маятника с фотоэлементом. На маятнике 4 под линзой
закреплены железный стержень 3 и заслонка /, перекрывающая
щель 2 при отклонении маятника влево от положения равновесия.
От лампочки накаливания /2 через эту щель направлен луч света
на фотоэлемент //. При этом фотореле держит замкнутым контакт 10
цепи катушки 9 электромагнита, которая притягивает и отпускает
Фиг. 34. Схема индивидуальных
часов с коротким маятником.
якорь 8 с замедлением. В показанном
на фигуре положении якорь 8 притянут
к сердечнику катушки 9, а плечо 7
якоря держит контакт 6 цепи импульс-
ной катушки 5 разомкнутым.
Рассмотрим работу привода. Допу-
стим, что маятник движется влево. Как
только заслонка 1 перекроет щель 2,
фотореле 11 разомкнет контакт 10
цепи катушки 9. Так как эта катушка
отпускает якорь 8 с замедлением, то
маятник успеет уйти влево настолько,
что импульсная катушка после замыка-
ния контакта 6 окажет весьма слабое
воздействие на железный стержень. При
движении маятника вправо заслонка
вновь перекроет щель, но в цепь им-
пульсной катушки будет подан ток уже
после прохождения маятником положе-
ния равновесия, когда стержень 3 до-
стигнет полости катушки 5. Стержень
будет втянут катушкой, вследствие чего
маятник получит импульс.
Величина импульса зависит от напряжения источника питания и не
зависит от интенсивности света, направленного на фотоэлемент. Про-
должительность непрерывной работы часов определяется главным
образом продолжительностью непрерывного горения лампы накали-
вания и работы фотоэлемента.
Часы с индуктивным импульсом. На фиг. 36 изображен при-
вод маятника, в котором использовано явление индукции. В нижней
части маятника укреплен изогнутый постоянный магнит 10. При ле-
вом колебании маятника нижний полюс этого магнита входит в не-
подвижную катушку /, которая соединена с катушками 2, посаженными
на полюсы неподвижного постоянного магнита 3. Электромагнит 4,
установленный в непосредственной близости от постоянного ма-
гнита 3, снабжен якорем 5 в форме двуплечего рычага, вращающе-
гося на оси 6. Плечи якоря перекрывают полюсы электромагнита 4
и постоянного магнита 3. При разомкнутой цепи электромагнита
якорь притянут к полюсам постоянного магнита 3. Полюсы батареи
72
присоединены к маятнику и к одному выводу катушек электрома-
гнита 4. Другой вывод катушек электромагнита присоединен к кон-
такту 7. На стержне маятника укреплен рычаг, в котором установлен
контактный винт 8. При колебании маятника влево контактный винт
входит в соприкосновение с неподвижным контактом 7 и замыкает
цепь электромагнита 4. Якорь 5 притягивается к электромагниту 4
и одновременно отрывается от постоянного магнита 3, вызывая
изменение магнитного потока постоянного
магнита. Вследствие этого в обмотках кату-
шек 2 и 7 индуктируется электродвижущая:
сила, создающая кратковременный ток. Ниж-
ний полюс постоянного магнита 10 будет втя-
гиваться в катушку 7, вследствие чего маятник
2
1
7
б
9
Фиг. 35. Схема
вода маятника
ментом.
электропри-
с фотоэле-
получит импульс. При обратном движении маятника контакты 7 и 8
разомкнутся, якорь 5 притянется к полюсам постоянного магнита 3,
вызывая снова изменение магнитного потока, но другого знака. По-
стоянный магнит 10 будет выталкиваться из катушки 7,. и маятник
получит очередной положительный импульс, поддерживающий era
колебательный режим.
Продолжительность импульса весьма мала и определяется временем
перемещения якоря 5 из одного положения в другое.
Привод маятника по схеме фиг. 36 характеризуется следующими
данными. Рабочее напряжение, подводимое к обмотке электрома-
гнита, равно 25 а; величина тока 0,27а; индуктированный ток 0,0007a.
Общая длина якоря 100 мм\ тми якоря 3 мм\ амплитуда колебания
73
маятника 1°10'. Притяжение якоря при большом ходе и значитель-
ной длине сопровождается сильными ударами.
Фиг. 37. Принципиальная схема часов со свободным маятником.
Часы со свободным маятником. На фиг. 37 представлена прин-
ципиальная схема часов со свободным маятником.	 ’
74
Часы состоят из следующих частей:
1)	секундного маятника 11 (период 2 сек.), в нижней части ко-
торого укреплены постоянный подковообразный магнит 10 и легкий
металлический флажок 9;
2)	индукционного (электронного) реле 14 (фиг. 39), питаемого
от сети переменного тока; катушка 8 этого реле расположена таким
образом, что прохождение флажка 9 в зазоре между ее двумя ча-
стями происходит на небольшом угле поворота маятника по обе
стороны от положения равновесия;
3)	импульсной катушки 7 (фиг. 38);
4)	электродинамического датчика импульсов, состоящего из ка-
тушки 4, укрепленной на якоре 2 электромагнита /, и постоянного
магнита 5, в поле которого движется катушка;
5)	поляризованного реле 16 с двойной обмоткой 17 и 18, упра-
вляющего перебрасыванием контакта 23;
6)	реле замедленного действия 19, управляющего перебрасыва-
нием контакта /5;
7)	стрелочного механизма 22, получающего секундные импульсы
тока одного направления.
Рассмотрим работу часов. Допустим, что маятник 11 движется
из одного крайнего положения в другое (перпендикулярно плоскости
чертежа). При прохождении маятником положения равновесия фла-
жок 9 проходит через зазор в катушке 8 индукционного реле 14,
последнее срабатывает и замыкает свои контакты 12 и 13. При за-
мыкании контакта 12 замыкается цепь обмотки 18 поляризованного
реле 16, которое срабатывает и перебрасывает свой контакт 23
в правое положение (изображено пунктиром). Там самым размы-
кается цепь электромагнита 1 и замыкается цепь реле 19. Электро-
магнит / отпускает свой якорь 2, последний под действием пружины 3
поворачивается против часовой стрелки, а катушка 4, укрепленная на
свободном конце якоря, будет двигаться в зазоре постоянного ма-
гнита 5. Возникающий в этой катушке ток индукции подается в им-
пульсные катушки 7. Магнитное поле импульсных катушек, вызван-
ное током индукции, взаимодействует с магнитным полем постоянного
подковообразного магнита 10, укрепленного на маятнике, вследствие
чего возникает сила, направленная по движению маятника и сооб-
щающая маятнику импульс, поддерживающий его колебательный
режим.	.
Замедление реле 19 на срабатывание и отпускание достигается
параллельным включением сопротивления 21 и лампочки 20. Вели-
чина этого замедления должна быть выбрана таким образом, чтобы
переключение контакта 15, производимое реле 19, осуществилось
при уже разомкнутых контактах 12 индукционного реле, так как
в противном случае поляризованное реле 16 сработает дважды при
одном простом колебании маятника. Контакт 15 переключает обмотки
поляризованного реле 16. Электромагниту стрелочного механизма 22
v подается импульс при замыкании контакта 13 индукционного
'реле 14.
75
При обратном движении маятника флажок 9 вновь пройдет в за-
зор катушки 8, и контакты 12 и 13 индукционного реле замкнутся;
сработает поляризованное реле 16, контакт которого 23 будет
переброшен влево (изображен сплошными линиями). Контакт 23
замкнет цепь электромагнита / и разомкнет цепь реле 19. Контакт 15
вернется в положение, показанное на схеме сплошными линиями,
а якорь 2 притянется к сердечнику электромагнита /. В катушке 4
возникнет индукционный ток другого направления, который, однако,
не будет пропущен в цепь импульсных катушек 7 купроксным эле-
ментом 6. Таким образом, маятник получает импульс один раз за
Фиг. 38. Схема взаимодействия импульсной
катушки с постоянным магнитом (обозна-
чения позиций по фиг. 37).
тромагнитные импульсы, сообщаемые
период при колебании в
одном направлении, причем
существенно, что для подачи
импульса используется дви-
жение катушки 4 вместе с
якорем под действием пру-
жины 3. Так как величина
перемещения якоря постоян-
на и ограничена упорами, а
скорость перемещения его
после отпускания электро-
магнитом / определяется
упругими свойствами оттяги-
вающей пружины 3, кото-
рые могут быть сохранены
в течение значительного вре-
мени стабильными, то элек-
маятнику, строго постоянны
и не зависят от напряжения питающей батареи.
На фиг. 38 показано расположение витков импульсных катушек
и взаимодействие между магнитным потоком этих катушек и магнит-
ным потоком постоянного магнита. Сила взаимодействия без учета
потоков рассеивания определяется по формуле:
F ~ 980 Blt'
(4)
где В — индукция в зазоре магнита в гс\
i—активный ток в обмотках импульсных катушек в а\
I — длина проводников катушек, приходящихся против полю-
сов постоянного магнита, в см.
Если b—высота полюсов магнита, а п — число витков катушек,
то I = Ьп.
Сила F действует на постоянный магнит, укрепленный в нижней
части маятника (импульсные катушки неподвижны), и сообщает тем
самым маятнику импульс. Направление силы определяется направле-
нием тока в импульсной катушке и расположением полюсов достоян-
ного магнита. Э. д. с. индукции в катушке датчика 4, возникаю-
76
щая при движении ее в поле постоянного магнита 5 (фиг. 37),
равна
ел = Вд/^10”8 а,
где Вд — индукция в зазоре магнита датчика;
/г — длина обмотки катушки датчика;
v — скорость движения катушки датчика.
Среднее значение э. д. с. индукции
елс = Вд/Х 10-8 в,
*с
где 8 — ход якоря 2 электромагнита;
/с — время движения якоря (катушки датчика) под действием пру-
жины.
Обозначим гд — сопротивление катушки датчика и ги — сопроти-
вление импульсной катушки. Так как эти катушки соединены по-
следовательно, то среднее значение тока в катушке датчика будет:
; __ елс _____	-
дс	+ Гд tz (ги + Гд) •
Постоянный магнит 10, укрепленный в нижней части маятника,
наводит в импульсной катушке ток, противодействующий э. д. с.,
равный
ь = - ,	,	(6)
ГИ ТАд
-
=-—ф —скорость маятника при прохождении положения равно-
весия;
L — расстояние от точки подвеса маятника до постоянного
магнита;
Т — период колебания маятника;
ф — амплитуда.
Купроксный элемент 6, включенный в цепь импульсной катушки,
не пропускает ток i3. Поэтому ток в импульсной катушке ги =/д.
Если же вместо купроксного элемента поставить ртутный контакт, то
В последнем случае имеет место саморегулировка амплитуды ко-
лебания маятника. Если по какой-либо причине амплитуда колебания
маятника увеличилась, то ток i9 возрастет, а ток /и уменьшится,
что вызовет уменьшение импульса, сообщаемого маятнику.
Продолжительность импульса определяется временем движения
якоря 2 на величину его хода 8 под действием силы, развиваемой
пружиной 3. Это время составляет около 5 м/сек. Поэтому маятник
получает весьма кратковременный импульс. Путем простой регули-
ровки импульс может быть сообщен при прохождении маятником
положения равновесия. Величина импульса, сообщаемого маятнику,
как уже указывалось, не зависит от напряжения питающего источ-
ника. Непостоянство же температуры окружающей среды может
77
оказать влияние на величину импульса вследствие зависимости Вд, В, гл
и ги |ф-лы (4), (5) и (6)] от температуры. Импульсную катушку
вместе с маятником необходимо поместить в герметический корпус,
создав вакуум до 25—15 мм рт. ст.; датчик импульсов можно по-
местить в термостат.
Индукционное реле (фиг. 39) представляет собой одноламповый
генератор с самовозбуждением, в анодную цепь которого включена
электромагнитное реле Р, осуществляющее замыкание и размыкание
контактов 12 и 13. Катушка 8 сеточного контура состоит из двух
частей, находящихся на расстоянии около 3 мм друг от друга. ^Че-
Фиг. 39. Схема электронного (индукционного) реле
(обозначения позиций по фиг. 37).
рез зазор между частями катушки проходит металлический флажок 9Т
укрепленный на маятнике. Генератор так отрегулирован, что при
флажке, выведенном из зазора катушки 8, выполняется условие само-
возбуждения, и генератор генерирует незатухающие колебания; при
этом постоянная составляющая анодного тока недостаточна для сра-
батывания электромагнитного реле Р. При прохождении флажка 9
через зазор в катушке 8 взаимодействие между двумя частями ее
уменьшается, вследствие чего сеточный контур выходит из резонанса
с анодным контуром, происходит срыв генерации. При этом постоян-
ная составляющая анодного тока возрастает, и электромагнитное
реле Р срабатывает. В схеме индукционного реле применена лампа 6Ф6,
напряжение накала которой можно понизить до 5,8в с целью увели-
чения срока ее службы. В действующей модели часов, выполненной
в ЛИТМО по описанной схеме, вместо индукционного реле приме-
нено фотореле. Однако фотореле менее долговечно, чем индукцион-
ное (электронное) и поэтому не может быть рекомендовано к при-
менению.
Рассмотренные часы с электроприводом прямого действия чув-
ствительны к изменению напряжения источника питания (за исключе-
нием часов со свободным маятником, фиг. 37).
Часы типа ЭПЧМ (фиг. 27) отличаются хорошими эксплуатацион-
ными качествами и несложностью конструкции. Конструкцию часов
можно еще более упростить, если применить схему привода, изобра-
женную на фиг. 31.
Как уже указывалось, часы с соленоидом (фиг. 32) при длинном
маятнике требуют точной установки. Даже при небольших попереч-
ных колебаниях маятника могут иметь место соприкосновения стержня,
уклепленного под линзой, со стенкой соленоида. Опыт эксплуатации
этих часов в ЛИТМО показал, что храповое устройство, замыкающее
контакты цепи обмотки соленоида, действует недостаточно надежно.
Поэтому часы с соленоидом едва ли могут быть использованы в ка-
честве первичных часов; кроме того, они более чувствительны к изме-
нению напряжения питающего источника, чем часы ЭПЧМ. Но в ка-
честве индивидуальных (бытовых) часов часы с соленоидом с коротким
маятником (фиг. 34) могут найти широкое применение.
В часах с фотоэлементом (фиг. 35) маятник не совершает ника-
кой видимой работы, но существенным недостатком этих часов
является зависимость продолжительности непрерывной работы часов
от продолжительности горения лампы накаливания и работы фото-
элемента. Величина импульса зависит от напряжения источника пи-
тания.
Однако можно использовать фотореле в приводе косвенного дей-
ствия. В такой схеме ток после усиления подводится к электро-
магниту, который освобождает импульсный рычаг, сообщающий
маятнику импульсы. Такие часы будут в конструктивном отношении
сложнее часов с импульсными грузами или с импульсным рычагом
(фиг. 19 и 21), но зато они могут иметь при свободном маятнике
более высокую точность хода.
Часы с индуктивным импульсом (фиг. 36) интересны по своему
принципу устройства, но практическое применение их затруднено тем
обстоятельством, что для получения достаточной силы индуктивного
импульса требуется громоздкий привод, массивный же якорь при
работе производит сильные удары. Лучшие результаты можно до-
стигнуть применением электродинамического датчика.
Астрономические часы с двумя маятниками (свободным и рабо-
чим) представляют собой крупное достижение в области создания
точных приборов для измерения и контроля времени. Однако эти
часы отличаются сложностью конструкции и регулировки. Они тре-
буют весьма тщательного изготовления отдельных деталей и узлов
и нуждаются в смазке. Конструкция астрономических часов может
быть значительно упрощена применением лишь одного свободного
маятника (рабочий маятник отсутствует). Фиг. 37 иллюстрирует по-
пытку создания астрономических часов с одним маятником.
По ОСТ 23043-40 наибольшее отклонение суточного хода часов
с приводом прямого действия может составлять + 5 сек.
79
5. Часы с магнитным ходом
Представим себе маятник 2 (фиг. 40, а), к линзе которого при-
креплен карандаш 3. Если бумажную ленту 4, расположенную под
карандашом, протаскивать с постоянной скоростью, то при колебании
маятника карандаш вычертит на ленте синусоидальную волну /.
Заменим теперь синусоидальную волну /, вычерченную на бумаге,
синусоидальной волной 6, изготовленной из магнитной мягкой стали,
а карандаш — постоянным магнитом 5, расположенным над волной,
но не касающимся ее (фиг. 40, 6). Если теперь синусоидальную волну
двигать с равномерной скоростью, то полюс постоянного магнита
при колебании маятника пройдет точно по синусоидальной волне из
Фиг. 40. Принцип действия магнитного хода.
магнитного материала. Если мы попробуем двигать синусоидальную
волну слишком быстро, маятник будет стремиться задерживать ее,
и синусоидальная волна несколько сдвинется по отношению к по-
стоянному магниту, а магнитный зазор между ними изменится. Так
как магнитные линии между магнитом и синусоидальной волной
стремятся сократиться, то синусоидальная волна из магнитного мате-
риала будет все время притягивать к себе постоянный магнит, тем
самым маятнику будет сообщаться импульс, поддерживающий его
колебательное движение.
На этом принципе и основано действие магнитных ходов, изобра-
женных на фиг. 41.
Часовой двигатель через колесную систему (на фигуре не пока-
зана) приводит во вращение барабан 3, по окружности которого
размещена синусоидальная волна 2 из магнитного материала (фиг. 41, а).
Полюс постоянного магнита /, укрепленный на линзе маятника, рас-
положен над волной, но не касается ее.
Обозначим длину одной волны через I. Пусть на барабане намо-
тано п целых волн и радиус барабана равен R. При одном полном
колебании маятника барабан поворачивается на угол а = 4; совер-
IX
80
шенно очевидно, что барабан сделает один оборот после п полных
колебаний маятника. Такое движение барабана мы будем называть
синхронным.
Фиг. 41. МагнитныеТхода маятника.
Амплитуда Ф колебания маятника зависит от высоты волны h.
Если длина маятника от оси подвеса до конца магнита равна Н, то
в пределах малых амплитуд можно принять
2ФН = h и Ф - 577 •
6 Аксельрод. 1854.
81
Если приложить слишком большой момент к барабану со стороны
двигателя, то постоянный магнит не сможет больше удерживать си-
нусоидальную волну; произойдет срыв синхронного движения, что
будет иметь следствием беспорядочный сбег колес и остановку
маятника. Магнитный ход в том виде, в каком он изображен на
фиг. 41, а, не применяется, так как изготовление и закрепление на
барабане синусоидальной волны из мягкой стали очень сложно.
Несколько проще магнитный ход, изображенный на фиг. 41, б.
Синусоидальную волну образует диск с извилистым краем, причем
глубина извилин определяет величину амплитуды колебания маятника.
Недостатком этого привода (так же как привода на фиг. 41, а)
является то, что обратный магнитный поток от синусоидальной волны
к магниту проходит через воздух, что создает рассеивание потока.
Более удачная конструкция магнитного хода изображена на
фиг. 41, в. Диск 3 с извилистыми краями, образующий синусоидаль-
ную волну, посажен на последнюю ось колесной системы, которой
сообщается вращающий момент от часового двигателя. В верхней
части стержня маятника посажен штифт 2 из мягкой стали, к одному
концу которого прикреплен постоянный магнит 7, охватывающий
диск. Другой конец этого штифта расположен у самого края диска.
Благодаря тому, что привот расположен у верхней части стержня
маятника, можно при небольших извилинах на диске, т. е. при не-
большой высоте синусоидальной волны, получить сравнительно боль-
шую амплитуду колебаний маятника. Рассеивание магнитного потока
в этой конструкции невелико вследствие малости воздушных зазоров.
На фиг. 41, г изображен маятник с магнитным ходом, состоящим
из двух дисков /, посаженных параллельно на последнюю ось
колесной системы, и постоянного магнита 2, укрепленного в стержне
маятника. По окружности дисков, изготовленных из немагнитного
материала, расположены синусоидальные волны из мягкой стали. При
колебании маятника постоянный магнит перемещается между торце-
выми поверхностями дисков, стремясь занять такое положение, при
котором воздушный зазор между магнитом и обеими синусоидальными
волнами наименьший.
На фиг. 41, д показан магнитный ход с прерывистой волной. В верх-
ней части маятника укреплен постоянный магнит 4. На полюсах этого
магнита установлены прерывистые магнитные волны 3 из мягкой
стали. На последней оси колесной системы часов посажен диск 1
(ходовое колесо) со штифтами 2 также из мягкой стали. Диск уста-
новлен таким образом, что когда один из штифтов выходит из-под
конца синусоидальной волны, следующий штифт должен подойти
к началу этой волны.
Следует заметить, что магнитный ход можно применить также
и в балансных часах.
Для изготовления постоянных магнитов применяют сплавы альниси
и магнико, обладающие значительной коэрцитивной силой. Для изго-
товления дисков и магнитных волн можно рекомендовать армко-
железо и пермалой.
82
Достоинства магнитного хода:
л) Между маятником и диском (ходовым колесом) нет механиче-
ского контакта, поэтому в магнитном приводе отсутствуют твердое
трение, удары, износ. Магнитный ход позволяет построить бесшум-
ные часы.
.6) В магнитном ходе имеют место потери на гистерезис и вихре-
вые токи, но общие потери в магнитном ходе значительно меньше,
чем в механическом. К. п. д. магнитного хода значительно выше,
чем к- л. д. механического хода. Это позволяет построить легкие
часы с маломощным двигателем.
в) Часы с магнитным ходом, вследствие высокого к. п. д. хода,
отличаются большей стабильностью и точностью хода, чем механи-
ческие часы.
К недостаткам часов с магнитным ходом следует отнести:
а)	Возможность выпадения часов из синхронизма при чрезмерном
увеличении вращающего момента на диске (ходовом колесе);
б)	Чувствительность к изменению окружающей температуры,
зависящую от выбранных материалов;
в)	Относительную сложность изготовления магнитного хода.
В маятниковых часах с магнитным ходом источником энергии
служит, как правило, гиревой двигатель с ручным или электрическим
заводом.
Часы с магнитным ходом несомненно получат широкое приме-
нение.
& Сравнительный анализ систем электропервичных часов
и факторы, ограничивающие их точность
В часах с электрическим приводом маятник получает движение
от электромагнитного устройства или непосредственно (привод пря-
мого действия), или с помощью промежуточного органа — грузика
или пружины (привод косвенного действия), минуя колесную си-
стему. Поэтому часы с электрическим приводом не имеют механи-
ческого хода (спуска) и обладают простой колесной системой, служа-
щей для приведения в действие стрелочного механизма. Однако
часто указание времени осуществляется не с помощью стрелочного
механизма, механически связанного с маятником, а посредством вто-
ричного (контрольного) механизма, конструктивно объединенного
в одном корпусе с первичными часами.
Посылка импульсов тока в линию вторичных часов осуществляется
кулачковым диском, замыкающим контактные группы токопосылоч-
ного устройства. Кулачковый диск, делающий один оборот за две
минуты, при минутном транспорте стрелок приводится в движение
механизмом контрольных часов или же маятником посредством хра-
мового устройства.
Первичные часы с электрическим приводом отличаются простотой
конструкции, удобством ремонта и регулировки. Электрические при-
воды представляют собою свободные хода, а привод косвенного
действия, кроме того, — ход с постоянной силой. В первичных часах
с электрическим подзаводом обычно применяются несвободные
(анкерные) хода, так как свободные маятниковые хода требуют
весьма тщательной установки часов и очень чувствительны к сотрясениям.
Указанным несомненным достоинствам часов с электрическим при-
водом следует противопоставить и некоторые недостатки.
Часы с электрическим приводом не имеют постоянного аккуму-
лятора механической энергии, они лишены резерва хода. При пре-
кращении подачи тока или падении напряжения питающего источника
ниже установленного, часы останавливаются. Электрическая цепь
привода, периодически замыкаемая маятником, имеет слабые контакты
(слабое давление на контакты). Слабые контакты имеют также кон-
тактные пружины токопосылочного устройства, если они замыкаются
кулачковым диском, приводимым в движение маятником через храповое
устройство. Это определяет недостаточную надежность замыкания,
малый допустимый ток и, как следствие, небольшое число вторич-
ных часов, приключаемых непосредственно к первичным.
Применение искрогасящего устройства несколько повышает на-
дежность и срок службы контактов.
Часы с электрическим подзаводом отличаются сложностью кон-
струкции, что определяет их высокую стоимость, и имеют несво-
бодный (анкерный) ход, нагружающий маятник дополнительным
трением при прохождении им дополнительных углов. Ремонт и ре-
гулировка часов требуют работников высокой квалификации. Вместе
с тем часы с электрическим подзаводом обладают рядом достоинств.
Дополнительный (контактный) механизм в часах дает возможность
применить трущиеся контакты с большой контактной поверхностью,
с двух- или трехступенчатым нарастанием тока, что обусловливает
более долгую службу контактов, меньшее загрязнение и окисление
их. Часы с электрическим подзаводом могут иметь большой резерв
завода (12 часов и более). Они могут посылать минутные, полуми-
нутные и секундные импульсы любой продолжительности, а также
могут обладать автоматически действующим подгоночным устройством.
Приведенный анализ показывает, что оба вида часов не исклю-
чают один другого; каждый из них может найти преимущественное
применение в различных условиях эксплуатации, в зависимости от
специфической обстановки, от условий питания электроэнергией,
протяженности и мощности линии вторичных часов, от частоты транс-
порта стрелок, наличия и квалификации обслуживающего персонала
и ряда других требований.
Факторы, ограничивающие точность, стабильность маятниковых
часов, весьма разнообразны. Они определяются непостоянством
внешней среды и изменениями, происходящими в материале маятника
и в механизме часов. Приводим перечень этих факторов, не претен-
дующий, однако, на исчерпывающую полноту:
1.	Изменение приведенной длины маятника вследствие изменения
окружающей температуры и температурного расслоения по высоте
маятника.
84
2.	Изменения в состоянии окружающей среды (воздуха) и, глав-
ным образом, плотности среды, вызывающие изменения в периоде
колебаний маятника (изменение сопротивления воздуха; некоторое
изменение эффективной массы вследствие того, что воздух пере-
носится маятником; явление всплывания маятника, помещенного
в среду).
3.	Изменение ускорения силы тяжести вследствие изменений в рас-
пределении масс земли из-за приливов и отливов и различной высоты
установки часов на высоких зданиях.
4.	Изменение длины и жесткости подвеса маятника.
5.	Старение материала маятника и подвеса.
6.	Случайные возмущающие внешние силы (сотрясение маятника).
7.	Регулярные импульсы, сообщаемые маятнику для поддержания
его колебательного режима, оказывающие влияние на период коле-
бания маятника. Непостоянство этих импульсов.
8.	Изменение трения в механизме часов (и в приводе маятника),
вызывающие изменение амплитуды колебания маятника.
9.	Не вполне гармоническое колебательное движение свободного
изолированного маятника вследствие того, что восстанавливающий
момент пропорционален не углу, а синусу угла отклонения маятника
от вертикали.
Для получения периода колебания маятника, не зависящего от
амплитуды, в различное время были предложены многочисленные
механизмы. Но эти механизмы всегда вызывали большее непостоян-
ство периода, чем то, которое они пытались исправить.
При проектировании точных (астрономических) часов влияние
перечисленных выше факторов на колебания маятника стремятся
уменьшить до возможного минимума. В точных часах маятник ком-
пенсирован на температуру и помещен вместе с механизмом в герме-
тически закрытый футляр (цилиндр из красной меди, закрытый сверху
стеклянным колпаком), в котором поддерживается давление около
15-Т-20 мм рт. ст. Тем самым влияние перемен в состоянии воздуха
полностью исключается, так как маятник находится в условиях по-
стоянной плотности воздуха; сопротивление же воздуха движению
маятника будет весьма малым. Обычно астрономические часы уста-
навливаются в глубоких подвалах, где температурные изменения
в течение года незначительны. При этом маятник должен быть со-
вершенно свободным. Для поддержания колебательного режима
маятник получает регулярные строго постоянные и кратковременные
импульсы в момент прохождения им положения равновесия (предпо-
лагается, что привод маятника не потенциальный).
Следует отметить, что при всей тщательности изготовления и регу-
лировки астрономических часов они уступают по точности кварцевым
часам.
ГЛАВА ВТОРАЯ
НЕЗАВИСИМЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ БАЛАНСОВЫЕ ЧАСЫ
7. Общие замечания и определения
Электромагнитные приводы в переносных часах, снабженных
балансом, применяются сравнительно редко вследствие значительных
трудностей, связанных с созданием малогабаритных электромагнитных
приводов. Эти трудности определяются следующими факторами.
fc£l. Электромагнитные силы уменьшаются не пропорционально
уменьшению размеров электромагнита, а в большей степени.
2. При уменьшении размеров баланса уменьшается его способность
к преодолению противодействия контактов и разных видов: трения.
3. Источник энергии — сухой элемент (в компактных переносных
часах) при достаточной емкости должен иметь минимальный вес и
объем. Поэтому, чем меньше размеры часового механизма, тем труд-
нее осуществить в нем электромагнитный привод.
Электромагнитный механизм в переносных часах должен? удовле-
творять следующим требованиям:
1) контактное устройство должно срабатывать при одном и том же
угле поворота баланса вблизи положения равновесия, причем энергия,
затрачиваемая балансом на замыкание контактов, должна быть воз-
можно меньше (при достаточной надежности замыкания контактов);
2) передвижение стрелочного механизма должно осуществляться
без всякой нагрузки на баланс.
Первое требование имеет существенное значение с точки зрения
сохранения стабильности периода колебания баланса. Известно, что
чем ближе импульс расположен к положению равновесия баланса и
чем он слабее, тем меньшее влияние оказывает он на период коле-
бания баланса. Контакты же, замыкаемые балансом, действуют на
него как отрицательный импульс, за которым следует положитель-
ный импульс от электромагнитной системы.
Нужно также стремиться к тому, чтобы потеря энергии колеба-
тельной системы баланс—спираль была возможно меньше. Это позво-
лит не только повысить точность работы часов, но и уменьшить
мощность электромагнитной системы. Поэтому весьма существенно,
чтобы баланс не был нагружен колесной системой (второе требова-
ние). Тем не менее в ряде исполнений баланс непосредственно пере-
мещает колесную систему.
86
Подобно маятниковым часам, электромеханические балансовые часы
можно разделить на три группы:
1) с электрическим подзаводом; 2) с электроприводом прямого
действия; 3) с электроприводом косвенного действия.
Первая группа часов отличается от механических только тем,
что в них закручивание заводной пружины осуществляется автомати-
чески механизмом электрического подзавода, действующего от элек-
тромагнита или электродвигателя (см. гл. III).
В этой главе мы рассмотрим балансные часы с электрическим
приводом.
8. Балансовые часы с электроприводом прямого действия
Балансные часы с электроприводом прямого действия обладают
теми же основными свойствами, что и маятниковые часы с электро-
приводом прямого действия. Ниже рассматриваются часы, в которых
железная перекладина баланса
используется в качестве якоря,
часы с якорем в форме сектора
и настольные балансовые часы.
На фиг. 42 изображена
схема электропривода баланса
13, перекладина которого 2
изготовлена из железа, а обод
из немагнитного материала.
Полюсы 3 и 11 электромагнита
расположены на противополож-
ных сторонах баланса и охва-
тывают его обод с малым за-
зором.
На оси баланса посажена
ролька 12 с заправленным в
нее камнем 4,
Контактное устройство дей-
ствует следующим образом.
К рычагу покоя 6^ изолиро-
ванному от корпуса часов, при-
креплена винтом тонкая упругая
пружина 5, опирающаяся на
выступ рычага покоя 6. Ры-
чаг покоя имеет пружинящую
Фиг. 42. Электропривод баланса с пере-
кладиной в качестве якоря.
часть 7, которая закреплена на
колодке 8. К колодке 9, изолированной от корпуса часов, при-
креплена упругая контактная пружина 10. На пружине 10 и на ры-
чаге 6 расположены контактные накладки. При движении баланса по
часовой стрелке вблизи положения равновесия камень 4 ударяет
о свободный конец пружины 5 и отклоняет вправо рычаг 6, вслед-
ствие чего контактные накладки на рычаге и на пружине 10 входят
в соприкосновение, и электрическая цепь катушки 1 замыкается.
87
Полюсы 3 и 11 сейчас же начинают притягивать к себе концы пере-
кладины 2, сообщая тем самым импульс балансу. Как только пере-
кладина баланса займет среднее положение между полюсами, камень 4
соскользнет с пружины 5, цепь катушки 1 разомкнется, и импульс
прекратится. При обратном движении баланса (против часовой стрелки)
камень 4 своей затылочной стороной слегка отводит пружину 5 влево.
На этот легкий изгиб пружины баланс затрачивает лишь незначи-
тельную часть своей энергии. Это движение баланса является холо-
стым, так как оно не сопровождается импульсом (на фиг. 42 воло-
сок баланса не показан).
Фиг. 43. Кривые изменения момента импульса
на интервале угла импульса.
Для предотвращения искрения при размыкании контактов необхо-
димо предусмотреть искрогасящее устройство, состоящее из последо-
вательно соединенных конденсатора и сопротивления, приключаемых
к контактной пружине 10 и рычагу покоя 6.
Модель баланса с описанным приводом изготовлена в ЛИТМО.
Она характеризуется следующими данными: диаметр баланса 40 мм;
момент инерции баланса 0,0160 г мм сек2; момент волоска на один
радиан закручивания 2,57 г мм; период колебания баланса 0,5 сек.;
сопротивление катушки 20 ом; число витков 2000; диаметр прово-
лочки 0,3 мм. Зазор между контактами 0,3 мм; контактное давле-
ние 2 г. При напряжении 5 в ток равен 0,25 а и амплитуда коле-
бания баланса 200°.
На фиг. 43 приведены экспериментально полученные кривые за-
висимости момента импульса, сообщаемого балансу, от угла поворота
баланса ср. При ср = 0 перекладина баланса занимает среднее поло-
жение между полюсами 3 и 11, В этом положении баланса момент
импульса равен нулю. Наибольшего значения достигает момент
импульса при ср = 25°. Шесть кривых фиг. 43 получены при напря-
жении питающего источника от 1 до 6 в через 1 в. Из них видно,
88
что изменение напряжения питающего источника влечет за собой
изменение момента импульса, а следовательно, и амплитуды колеба-
ния баланса. При высоком напряжении, когда электромагнит работает
в режиме, близком к магнитному насыщению, изменения напряжения
вызывают меньшие изменения момента импульса.
На фиг. 44 изображен электропривод баланса с контактным
штифтом. На оси 1 посажены баланс 3 и волосок 2, как обычно. На
этой же оси посажена ролька /7 из немагнитного материала, которая
при помоши втулки 72 из пластмассы электрически изолирована от
оси 7. В рольке 77 укреплен железный якорь 5 в форме сектора.
|Фиг. 44. Электропривод баланса с контактным штифтом.
Кроме того, на оси баланса надет контактный кулачок 6 из латуниг
охваченный с обеих сторон шайбами 8 из изоляционного материала.
К рольке 77 прикреплена легкая деталь 10, перекрывающая выступ
контактного кулачка 6 таким образом, что левая сторона этой детали
входит в соприкосновение с изоляционными шайбами 8, а правая
сторона слегка приподнята. Тонкая контактная пружина 9, лежащая
на упорном штифте 13, несет на своем свободном конце контактный
штифт 7, расположенный над окружностями изоляционных шайб 8,
причем между шайбами и штифтом предусмотрен небольшой зазор.
Один полюс батареи соединен с контактной пружиной 9, изолиро-
ванной от корпуса часов, другой полюс батареи соединен с выводом
катушки 4. Второй вывод катушки приключен к мостику баланса.
При движении баланса по часовой стрелке вблизи положения
равновесия контактный штифт 7 будет скользить снаружи детали 10,
не касаясь контактного кулачка 6, вследствие чего цепь катушки
электромагнита остается разомкнутой. При движении баланса в обрат-
ном направлении контактный штифт 7, благодаря приподнятой
89
правой стороне детали 10, будет скользить по внутренней стороне этой
детали, отводя ее несколько в сторону и прижимаясь к выступу
контактного кулачка 6. При этом ток от положительного полюса
батареи потечет по цепи через контактную пружину 9, контактный
кулачок 6, волосок 2, мостик, катушку 4 к отрицательному полюсу
батареи, и электромагнит будет притягивать к себе якорь 5, сообщая
тем самым импульс балансу. Как только якорь дойдет до середины
полюса электромагнита, контактный штифт 7 соскользнет с выступа
кулачка 6 и импульс прекратится. Далее баланс будет продолжать
свое свободное движение против часовой стрелки по дополнитель-
ному кругу.
К недостатку привода следует отнести сравнительно большое
сопротивление движению баланса (трение контактного штифта). Но
в этом приводе нет вибрации контактных пружин, которая может
иметь место в приводе по фиг. 42.
В электроприводе баланса настольных часов (фиг. 45, а) пере-
кладина баланса 12 состоит из электромагнита с обмоткой 6 и сер-
дечником 5, а якорем служит железное основание 8, на котором
установлен весь механизм часов. Обмотка электромагнита присоеди-
нена одним концом к ободу баланса, а другим выведена к контакт-
ному штифту 11, установленному в диске 10 и изолированному от
последнего посредством трубки из изоляционного материала. Эта
трубка выступает наружу вместе со штифтом и срезана с одной
стороны по образующей так, что при колебании баланса против
часовой стрелки происходит касание штифта с контактной пружи-
ной 9, а при колебании баланса по часовой стрелке контактная
пружина касается трубки из изоляционного материала. Ось 13 ба-
ланса расположена на двух шариках 15, которые вставлены в обойму 16
(фиг. 45, б).
На диске 10 эксцентрично помещен кулачок 14, который при
каждом полуколебании баланса отводит вправо ролик 7, располо-
женный в нижней части рычага 3, вращающегося на оси 4. Верхняя
часть рычага 3 несет собачку 2, которая при каждом полуколебании
баланса поворачивает храповое колесо 1 на один зуб. От храпового
колеса движение передается стрелочному механизму часов.
Источник питания (сухой элемент) одним своим полюсом присо-
единен к контактной пружине 9, а другим — к корпусу часов (ба-
лансу).
При колебании баланса против часовой стрелки, в том положе-
нии, когда полюс электромагнита приближается к неподвижному
железному якорю, штифт 11 приходит в соприкосновение с контакт-
ной пружиной 9, вследствие чего цепь катушки электромагнита за-
мыкается, и полюс притягивается к якорю. Тем самым баланс полу-
чает импульс, поддерживающий его колебательное движение.
Баланс с рассмотренным электроприводом характеризуется сле-
дующими данными: период колебания баланса 3 сек.; диаметр баланса
(с винтами) 85 мм; момент инерции баланса 832 гммсек2; сечение
волоска 2,5 X 0,4 мм; наружный диаметр 37 мм; число витков 12.
90
Фиг. 45. Электропривод баланса
настольных часов.
91
Диаметр циферблата 115 мм. При напряжении 3,5 в ток 0,1 а и
амплитуда колебания баланса 180°. Контактное давление 2,5 г.
На фиг. 46 приведены экспериментальные кривые зависимости
момента импульса, сообщаемого балансу, от угла поворота баланса.
При вертикальном положении сердечника электромагнита (ср = 0)
магнитный поток в воздушном зазоре между якорем и сердечником
Фиг. 46. Кривые изменения момента импульса
на интервале угла импульса.
направлен вертикально, и момент импульса равен нулю. При пово-
роте баланса вправо от этого положения момент импульса возрастает,
достигает наибольшего значения (при © = 10—12°), а затем начинает
падать.
Момент импульса, сообщаемый балансу, зависит от напряжения,
подводимого к катушке электромагнита.
Из кривых видно, что по мере увеличения напряжения{ослабе-
вает зависимость момента импульса от напряжения. Так, например,
при увеличении напряжения от 2 до 3 в момент импульса (при © =
= 12°) возрастает от 116 гем до 182 гсм\ при увеличении напря-
жения от 4 до 5 в момент импульса возрастает уже только от 236 гем
92
до 278 гем. При 7—8 в электромагнит действует в режиме, близком
к магнитному насыщению.
Экспериментальная кривая зависимости амплитуды колебания ба-
ланса от величины напряжения питающего источника приведена на
фиг 47.
Существенным недостатком рассмотренных в этом параграфе
электроприводов прямого действия для балансов является зависимость
Фиг. 47. Кривая зависимости амплитуды колебания
баланса от напряжения питающего источника.
величины импульса, сообщаемого балансу, от напряжения источника
питания. Это обусловливает сравнительно низкую точность работы
часов.
Можно, однако, значительно ослабить эту зависимость, если
сконструировать электромагнитную систему так, чтобы ее рабочий
поток действовал при значении, приближающемся к магнитному на-
сыщению.
9. Балансовые часы с электроприводом косвенного действия
Балансовые часы с электроприводом косвенного действия обла-
дают теми же основными свойствами, что и маятниковые часы
с электроприводом косвенного действия. Ниже рассматриваются часы
с импульсной пластинкой, электрохронометры и часы с потенциаль-
ным приводом.
На фиг. 48 изображен механизм часов с импульсной пружиной.
В рольке 2, жестко посаженной на ось баланса (волосок не пока-
зан), укреплен контактный палец 1. Импульсная пружина 6, изоли-
рованная от корпуса часов, нажимает на штифт 3 из изоляционного
материала, запрессованный в якорь 4 электромагнита. Один полюс
батареи соединен с балансом, другой — с одним из выводов катушки
электромагнита; второй вывод катушки присоединен к импульсной
пружине.
93
Когда электрическая цепь разомкнута, пружина 7 прижимает
якорь к ограничительному винту 5, при помощи которого можно
регулировать величину хода якоря.
Баланс показан в положении равновесия. При движении его по
часовой стрелке вблизи крайнего отклонения контактный палец 1
приходит в соприкосновение с импульсной пружиной 6 и слегка
приподнимает ее. Электрическая цепь катушки замыкается, якорь
срабатывает и освобождает пружину 6, которая, действуя на кон-
тактный палец /, сообщает балансу импульс при его обратном дви-
жении. Когда опускающаяся пружина 6 доходит до штифта 3 при-
тянутого якоря, цепь размыкается, и якорь возвращает пружину 6
Фиг. 48. Электропривод баланса
с импульсной пружиной.
в исходное положение. Таким
образом, контактный палец 1
поднимает пружину 6 вверх на
значительно меньшую величину,
чем он опускается с ней вниз.
За счет этой разности хода
пружины получается работа
импульса, которая поддержи-
вает колебание баланса. Штифт#
предотвращает соприкоснове-
ние затылочной стороны кон-
тактного пальца 1 с пружи-
ной 6, что могло бы иметь
место при чрезмерно большой
для данного хода амплитуде
колебания баланса. Макси-
мально допустимая амплитуда несколько меньше 180°. Подводимое
напряжение должно быть достаточным для протяжения якоря элек-
тромагнита и может в известных пределах меняться, не оказывая
влияния на величину импульса и на положение баланса, при котором
происходит импульс. Это обеспечивает устойчивое постоянство ампли-
туды и периода.
К недостатку этой схемы привода следует отнести ограниченность
амплитуды колебания баланса.
Модель такого электропривода, изготовленная в ЛИТМО, харак-
теризуется следующими данными: диаметр баланса 70 мм; момент
инерции баланса 0,303 гмм сек2; момент волоска на один радиан
закручивания 9,0 гмм; период колебания баланса 1,2 сек.; действую-
щая длина импульсной пружины 48 мм; радиус контактного пальца
15 мм; ход конца импульсной пружины 3 мм; среднее давление 10 г.
При напряжении источника постоянного тока 3,5 в ток в обмотке
электромагнита равен 0,23 а. Амплитуда колебания баланса 165°.
На фиг. 49 представлена схема электропривода баланса электро-
хронометра. На оси 3 баланса (на схеме не показан) посажены
импульсная ролька 2 и малая ролька 4, в которых установлены
импульсный камень 1 и контактный камень 5. Рычаг покоя 12 имеет
пружинящую часть 7, прикрепленную при помощи колодки к пла-
94
1
18
2К
20
19
10
Фиг. 49. Электропривод баланса электрохроно-
метра.
тине часов. К этому рычагу привинчена одним своим концом тонкая
оужинка 77, другой конец которой опирается на крючок рычага.
Контактная пружина 6 также установлена на платине часов. Обе
колодки электрически изолированы от платины. К якорю 10 электро-
магнита прикреплен легкий рычаг 16, на котором установлена со-
бачка 14, сцепляющаяся с храповым колесом 15. Левый изогнутый
конец этого рычага под действием оттягивающей пружины 13 при-
нимает импульсный рычаг 18 к левому ограничительному штифту 20.
Импульсный рычаг вращается вокруг оси 19 и находится под дей-
ствием спиральной пружины 17, которая стремится вращать его по
часовой стрелке. Полюса батареи (или сухого элемента) соединены
с колодкой пружины 6
и с одним из выводов ка-
тушки электромагнита 9;
другой вывод катушки
присоединен к колодке
рычага покоя.
При движении баланса
против часовой стрелки
вблизи прохождения по-
ложения равновесия кон-
тактный камень 5, дей-
ствуя на выступающий
конец пружины 11, замы-
кает контакты пружины 6
и рычага покоя 12. Цепь
электромагнита 9 замы-
кается, и якорь 10 при-
тягивается к сердечнику
катушки. При этом ры-
чаг 16 освобождает им-
пульсный рычаг 18, который под действием спиральной пружины 17
быстро нагоняет импульсный камень 1 и сообщает балансу импульс.
Угол поворота импульсного рычага ограничивается штифтами 20
и 21. После выхода из сцепления контактного камня 5 с кончиком
пружины 77, цепь электромагнита размыкается, и якорь 10 под
действием пружины 13 возвращается в исходное положение. При
этом рычаг 16 отводит импульсный рычаг 18 к упорному штифту 20,
а собачка 14 поворачивает храповое колесо 15 на один зуб. На оси
храпового колеса посажен триб, который приводит в движение стре-
лочный механизм часов. При обратном движении баланса (по часовой
стрелке) контактный камень своей затылочной стороной слегка от-
водит пружину 11 от рычага покоя, и цепь электромагнита остается
Разомкнутой.
В случае недостаточной продолжительности замыкания цепи
электромагнита необходимо замедлить отпускание якоря. Для этой
Нели можно подключить параллельно катушке столбик из ряда
п°следовательно включенных купроксов 8. Купроксы должны
95
быть расположены таким образом, чтобы ток размыкания мог
легко проходить через них. Тогда ток, идущий через купроксы от
батареи, будет весьма мал.
В этом приводе импульс, сообщаемый балансу, постоянен и не-
посредственно не зависит от напряжения питающего источника. Однако
момент освобождения импульсного рычага, а
Фиг. 50. Электропривод баланса электрохроно-
метра с ходовой пружиной.
следовательно, и поло-
жение баланса, в ко-
тором начинается им-
пульс, зависят от вре-
мени срабатывания
электромагнита.
Схема второго ва-
рианта электропривода
для баланса электро-
хронометра приведена
на фиг. 50. Как и в
первом варианте, на
оси 12 баланса поса-
жены импульсная
ролька 10 с импульс-
ным камнем 14 и малая
(спусковая) ролька 11
со спусковым камнем
13. Импульсный ры-
чаг 15 вращается во-
круг оси 24 и нахо-
дится под действием
спиральной пружины
23, которая стремится
повернуть его по ча-
совой стрелке. Им-
пульсный рычаг 15
снабжен пальцем по-
коя 17, опирающимся
на камень покоя 16, установленный в рычаге покоя 21. К ры-
чагу покоя прикреплена тонкая спусковая пружина 18, которая
своим свободным концом опирается на крючок рычага покоя. Винт-
ограничитель 22 служит для регулировки глубины проникновения
камня покоя во внешнюю окружность, описываемую пальцем покоя.
Рычаг покоя 21 имеет пружинящую (сгибающуюся) часть 20, которая
оканчивается колодкой 19, прикрепленной к платине часов. Легкое
прижатие рычага 21 к винту-ограничителю достигается небольшим
поворотом колодки вправо от ее геометрической оси.
К якорю 8 электромагнита прикреплен легкий рычаг 7 с кон-
тактным пальцем 2, электрически изолированным от рычага проклад-
кой 3. Полюсы батареи (сухого элемента) присоединены к пру-
жине 23 и к одному из выводов катушки. Другой вывод катушки
подключен к пальцу 2.
96
При движении баланса против часовой стрелки спусковой камень 7 Л
своей передней плоскостью приходит в соприкосновение со спуско-
вой пружиной 18, которая, упираясь в крючок рычага покоя 27,
заставляет его повернуться вправо и освободит^ импульсный рычаг 15.
Непосредственно после освобождения импульсного рычага спусковой
камень 13 добавочно поворачивает рычаг покоя на небольшой угол,
затем соскальзывает со спусковой пружины 18, освобождая тем самым
рычаг покоя, который возвращается к ограничительному винту 22.
Импульсный рычаг 15 после освобождения быстро нагоняет импульс-
ный камень 14 и сообщает балансу импульс. В конце импульса про-
тивовес импульсного рычага 25 придет в соприкосновение с кон-
тактным пальцем 2, и цепь электромагнита 9 окажется замкнутой.
Якорь 8 притянется к сердечнику катушки, а рычаг 7 вернет
импульсный рычаг 15 в первоначальное положение. Следует заметить,
что рычаг 7 ведет импульсный рычаг 15 до тех пор, пока палец
покоя 17 не заскочит за срезанную поверхность камня покоя 16.
Так как после остановки рычага 7 упорным штифтом импульсный
рычаг еще продолжает движение по инерции, то цепь электромагнита
размыкается, и рычаг 7 возвращается пружиной 4 в исходное поло-
жение к упору. При этом собачка 5, установленная на рычаге 7,
поворачивает храповое колесо 6 на один зуб. Движение передается
от оси храпового колеса на стрелочный механизм часов.
При обратном движении баланса (по часовой стрелке) спусковой
камень своей затылочной стороной слегка отгибает спусковую пру-
жину и отводит ее от крючка. При этом импульсный рычаг остается
запертым.
Чтобы размыкание цепи электромагнита сделать более надежным
(при слабой силе притяжения якоря), в контактную поверхность
пальца 2 заделан небольшой рубиновый камень 7. При возвращении
импульсного рычага 15 в исходное положение его контактный выступ
скользит по контактной поверхности пальца 2 (так как оси враще-
ния рычага 7 и импульсного рычага 15 не совпадают). В конце хода
контактный выступ импульсного рычага приходит в соприкосновение
с камнем 7, и цепь электромагнита размыкается.
Роль электромагнита в обоих вариантах привода баланса электро-
хронометра состоит в том, чтобы возвращать импульсный рычаг
в исходное положение и закручивать пружину импульсного рычага
на вполне определенный угол, после того как этот рычаг сообщил
балансу импульс.
Электрохронометры, изготовленные в ЛИТМО по описанным схе-
мам, характеризуются следующими основными данными: катушка
электромагнита имеет сопротивление 16 ом, число витков 1900;
диаметр проволоки 0,25 мм\ напряжение источника питания (сухой
элемент) 4 в. При емкости сухого элемента в 30 а-час хронометр
может непрерывно работать в течение одного года (без учета высы-
хания элемента). Размеры баланса и основные габариты такие же,
*ак у механического хронометра отечественного производства. Искро-
гасящее устройство состоит из последовательно соединенных емкости
/
Аксельрод. 1854.
97
С =8 мкф и сопротивления R = 100 ом. К недостатку конструкции
электропривода следует отнести наличие длинных и неуравновешен-
ных рычагов (около 50 мм). Средние отклонения суточных ходов
хронометров, изображенных на фиг. 49 и 50, составляют соответ-
ственно +0,41 и +0,33 сек.
При проектировании электрохронометров следует учитывать сле-
дующие обстоятельства:
1.	Контакты в электрохронометрах (и вообще в балансных часах)
должны быть изготовлены из платино-иридиевого сплава. Этот сплав
обладает достаточной механической прочностью, не окисляется, имеет
хорошую электропроводность и обеспечивает надежность контакта
при малых контактных давлениях.
2.	Особенно существенно, чтобы якорь имел небольшой зазор
в осях, подшипники были прочными, так как к якорю прикреплен
длинный рычаг. Расстояние между каменными подшипниками якоря
должно быУь возможно большим.
3.	Рычаги 16 (фиг. 49) и 7 (фиг. 50) должны быть жесткими, но
вместе с тем легкими и не слишком длинными.
К серьезному недостатку электрохонометра фиг. 49 следует от-
нести возможность случайного срабатывания электромагнита вслед-
ствие вибрации контактных пружин. Вероятность случайного сраба-
тывания возрастает при увеличении амплитуды колебания баланса,
уменьшении расстояния между контактными пружинами и уменьшении
упругости пружин. Для того чтобы возможность случайного сраба-
тывания электромагнита была наименьшей, необходимо: повысить
жесткость контактных пружин и сделать их возможно более легкими;
увеличить расстояние между контактами до 0,3 н-0,4 мм\ установить
виброгасящие пластинки и упоры.
4.	Магнитопровод электромагнита следует изготовлять из мате-
риала с хорошей магнитной проницаемостью (железо армко, пер-
малой).
5.	Ход якоря на фиг. 50 следует установить таким образом,
чтобы выключение электромагнита происходило после заскакивания
импульсного рычага за камень покоя.
К достоинствам привода баланса электрохронометра (фиг. 50)
следует отнести:
1.	Постоянство импульса, сообщаемого балансу. Величина импульса
совершенно не зависит от напряжения питающего источника.
2.	Отсутствие контактных пружин. Большое контактное да-
вление между импульсным рычагом и пальцем 2, непосредственно
не нагружая баланс, обеспечивает высокую надежность работы
привода.
3.	Отсутствие влияния колесной передачи на колебательную си-
стему баланс — спираль. Колесная передача получает движение от
оси храпового колеса 6 при возвращении рычага 7 в исходное по-
ложение под действием пружины 4 (фиг. 50).
4.	Механизм замыкания и размыкания цепи электромагнита не-
посредственно не загружает баланс.
98
Электрохронометр имеет следующие преимущества перед обычным
механическим хронометром:
1.	В электрохронометре отсутствуют такие сложные узлы, как
улитка с вспомогательным заводом и барабанным колесом и барабан
с заводной пружиной.
2.	Отпадает операция завода, которая нарушает режим работы
хронометра.
3.	Рассмотренные электроприводы баланса обеспечивают высокую
точность работы хронометра.
Фиг. 51. Баланс с потенциальным электроприводом.
На фиг. 51, а и б представлен баланс с потенциальным электро-
приводом, а на фиг. 51, в — его электрическая схема.
На оси 10 посажен баланс 3 и разрезная ролька, к которой
присоединен внутренний конец волоска 2, Наружный конец волоска
присоединен к плечу рычага 7, вращающемуся на оси 77, центр ко-
торой совпадает с центром вращения оси баланса. Другое плечо ры-
чага 7 шарнирно связано с вилкой 5, посаженной на ось 6. Желез-
ное короткое плечо 7 вилки расположено между полюсами катушек
8 и 9. Выводы катушек присоединены к общему полюсу батареи
(сухого элемента) и контактным пружинам 21 и 22, изолированным
от корпуса часов. Другой полюс батареи соединен с рычагами покоя
14 и 19, К рычагам покоя, имеющим пружинящие (сгибающиеся)
части 13 и 20, прикреплены слабые эластичные пружины 75 и 18,
которые своими свободными концами, обращенными к балансу, опи-
раются на крючки этих рычагов. На оси баланса посажена ролька 16
с контактным пальцем 77.
Для фиксирования вилки в одном из крайних положений преду-
смотрен пружинящий фиксатор 4, который взаимодействует с ноже-
видной накладкой 72, припаянной к вилке.
99
Рассмотрим работу привода.
При движении баланса против часовой стрелки контактный па-
лец 17 приходит в соприкосновение с кончиком пружины 15 и до-
водит рычаг покоя 14 до соприкосновения с контактной пружинкой 22,
вследствие чего замыкается цепь катушки 8. Вилка 5 своим плечом 7
притягивается к сердечнику катушки и поворачивает рычаг 1 по ча-
совой стрелке, осуществляя добавочное закручивание волоска. Тем
самым баланс получает импульс в потенциальной форме. После со-
скальзывания пальца 77 с пружины 15 цепь катушки 8 размыкается,
но вилка удерживается в притянутом положении фиксатором 4. При
движении баланса в обратном направлении (по часовой стрелке) кон-
тактный палец 17 доводит рычаг покоя 19 до соприкосновения
с контактной пружинкой 27, замыкая тем самым цепь катушки 9.
Вилка притянется к сердечнику катушки 9 и повернет рычаг 7 про-
тив часовой стрелки, производя добавочную деформацию (раскручи-
вание) волоска. Действие механизма происходит таким образом, что
всякий раз, когда баланс поворачивается на некоторый угол от линии
центров, рычаг перемещает наружный конец волоска против напра-
вления движения баланса, в силу чего в волоске накапливается до-
полнительная потенциальная энергия, поддерживающая колебатель-
ное движение баланса. Амплитуда колебания баланса ограничена
требованием, чтобы при движении баланса по часовой стрелке (против
часовой стрелки) контактный палец 77 не доходил до пружины 15
(до пружины 18).
Качающееся движение вилки можно использовать для перемеще-
ния храпового колеса при помощи собачки, установленной на вилке.
Движение от оси храпового колеса сообщается стрелочному меха-
низму часов. Можно также параллельно одной из катушек присоеди-
нить вторичные часы с нейтральным электромагнитом.
В ЛИТМО была изготовлена модель потенциального привода ба-
ланса, которая характеризуется следующими данными: угол поворота
вилки 3°; отношение длины вилки к длине рычага 7 2,95; момент
инерции вилки 0,00682 гммсек?\момент инерции баланса 0,0753 гммсек2,
период свободных колебаний баланса 0,5 сек; число витков каждой
катушки 1800; сопротивление 50 см\ напряжение батареи 4,5 в.
Амплитуда колебания баланса 175°. Увеличение напряжения до 15 в
не вызывает изменения амплитуды колебания баланса.
На фиг. 52 приведена схема свободного баланса с потенциальным
электроприводом. Наружный конец волоска прикреплен к одному
плечу рычага 6, другое плечо которого входит в соприкосновение
с контактом 4 цепи катушки 3 электромагнита. Контакт и ось вра-
щения рычага 6 установлены на якоре 2, центр вращения которого
совпадает с центром вращения баланса (якорь не соп^йкасается
с осью баланса). Угол поворота рычага 6 вокруг своей оси огра-
ничен контактом и упорным штифтом 5.
В показанном на фигуре положении цепь электромагнита разо-
мкнута, и якорь 2 отведен пружиной 7 к неподвижному упорному
штифту 8. При движении баланса по часовой стрелке непосредственно
100
штифта, производя добавочную
Фиг. 52. Свободный баланс с по-
тенциальным электроприводом.
после прохождения нейтрального положения, волосок 9 повернет
рычаг 6 и доведет его до соприкосновения с контактом 4. Цепь
электромагнита замкнется, и якорь быстро притянется к полюсу ка-
тушки, осуществляя добавочное подкручивание волоска, вследствие
чего баланс получит импульс в потенциальной форме.
При движении баланса в обратном направлении непосредственно
после прохождения нейтрального положения волосок отведет рыча!'
от контакта и разомкнет цепь электрома! нита. Якорь под действием
пружины 7 повернется до упорного
деформацию (раскручивание) во-
лоска. Этим балансу будет дан оче-
редной импульс в потенциальной
форме.
Нетрудно заметить, что в этом
приводе катушка электромагнита
находится половину периода под
током и половину периода обесто-
чена. Длительное замыкание контакта
вызывает повышенный расход энер-
гии источника питания (сухого эле-
мента).
К недостаткам электропривода
на фиг. 51 относятся сравнительно
большая нагрузка на баланс двух пар
контактных пружин и не вполне на-
дежная фиксация вилки в крайних
положениях.
Обычно хронометр снабжается
специальным контактным устрой-
ством, позволяющим использовать
полную точность хронометра.
На фиг. 53, а изображена схема полусекундного контактного
устройства, которое можно использовать для нанесения шкалы вре-
мени на ленту хронографа и для других целей. Параллельно элек-
тромагниту электрохронометра включаются катушки 3 высокочувстви-
тельного поляризованного реле с весьма малым потреблением тока.
Якррь 4 и полюсы катушек 2 и 5 находятся под действием постоян-
ного магнита 7, причем якорь отрегулирован таким образом, что при
отсутствии тока в катушках он притягивается к левому полюсу
(настройка на преобладание). При включении тока якорь притяги-
вается к другому полюсу и замыкает цепь электромагнита хроно-
графа.
На фиг. 53, б показан другой тип контактного устройства. На
секундной оси посажено контактное колесо 7 с 60 зубцами (период
колебания баланса 0,5 сек.). Легкий стальной контактный рычаг 4,
вращающийся вокруг оси 5, постоянно одним своим плечом прижи-
вается спиральной пружиной 6 к контактному колесу 7. Другое
плечо этого рычага снабжено контактной (платиновой) накладкой и
101
расположено против контактного винта 2, ввинченного в колодку 3
изолированную от корпуса хронометра. Один полюс батареи под-
веден к спиральной пружине б, другой — к выводу катушки 1 хро-
нографа. Второй вывод катушки хронографа присоединен к колодке 3,
В показанном на фигуре положении острие правого плеча рычага
Фиг. 53. Схемы контактных
устройств хронометров.
запало во впадину между зубцами контактного колеса, а левое плечо
рычага своей контактной накладкой пришло в соприкосновение с кон-
тактным винтом 2, вследствие чего цепь катушки 7 хронографа
замкнута. По истечении 0,5 сек. контактное колесо повернется на
половину шага, острие правого плеча рычага поднимется на зубец
контактного колеса, и цепь катушки хронографа разомкнется. Таким
образом, цепь катушки хронографа 0,5 сек. находится под током и
0,5 сек. — выключена.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
МЕХАНИЗМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДЗАВОДА
FМеханизм электрического подзавода осуществляет периодический
завод механического двигателя с пружиной или гирей совершенно
автоматически. Этим устраняется операция ручного завода.
Механизмы электрического подзавода находят применение не только
в часах, но и в регистрирующих приборах, приборах автоматического
управления и др.
Они могут быть разделены на две группы:
1. Механизмы электрических подзаводов с электромагнитом.
2. Механизмы электрических подзаводов с электродвигателем.
10.	Механизмы электрического подзавода с электромагнитом
Основные типы;
1)	Механизм электрического подзавода, в котором после раскру-
чивания пружины (или опускания гири) до определенного положения
она вновь закручивается (или поднимается гиря) электромагнитом до
прежнего состояния.
2)	Механизм электрического подзавода, в котором заводная пру-
жина все время удерживается в закрученном состоянии сильной про-
межуточной пружиной (или гирей), периодически взводимой электро-
магнитом.
3)	Механизм электрического подзавода, в котором периодический
подзавод пружины (или подъем гири) производится ударным дей-
ствием якоря электромагнита на инерционную массу.
На фиг. 54 показан механизм электрического подзавода (первого
типа) в автомобильных часах „Победа". Катушка электромагнита 16,
питаемая от источника постоянного тока напряжением 12 в, непо-
движно установлена на платине часов.
При отсутствии тока в катушке винтовая пружина 11 вращает
якорь 10, ось вращения которого совпадает с осью минутного (сред-
него) колеса часов. На якоре установлены две собачки 9 и 15 с риф-
леными рабочими поверхностями, входящими в сцепление с рифленой
окружностью диска 14, свободно посаженного на пустотелую ось
среднего колеса. Сцепление диска 14 с средней осью часов осуще-
ствляется при помощи пальца 72, запрессованного в диск. Палец 12
103
ходит в вырез, сделанный в буртике средней оси. Якорь при пово-
роте по часовой стрелке под действием пружины 11 сообщает вра-
щающий момент средней оси часового механизма. Замыкание цепи
электромагнита осуществляется контактным устройством, которое со-
стоит из контактного рычага 5, подпираемого плоской пружиной
и контактной пружины 4, изгиб которой ограничивается упором 3.
Палец 6, запрессованный в якорь, в конце хода последнего повора-
чивает поводок 2, установленный на оси контактного рычага 5, вслед-
ствие чего рычаг теряет свое неустойчивое равновесие и быстро за-
мыкает цепь катушки электромагнита.
Фиг. 54. Механизм электрического подзавода
в часах автомобиля .Победа".
Ток потечет по цепи от положительного полюса батареи, через
обмотку катушки, контактную пружину 4, изолированную от кор-
пуса, контактный рычаг 5, корпус часов к отрицательному полюсу
батареи. Якорь притянется к полюсам катушки и натянет (взведет)
пружину 11. При этом палец 6 повернет поводок 2 влево и разо-
мкнет контакт цепи катушки.
Для того чтобы во время срабатывания электромагнита часы не
были лишены вращающего момента, установлена промежуточная пру-
жина 7, которая одним своим концом закреплена к штифту /2,
а другим — к штифту 8, запрессованному в буртик средней оси. Вин-
товая пружина // несколько деформирует промежуточную пружину 7,
доводя штифт 12 до соприкосновения со стенкой выреза в буртике
средней оси. При срабатывании электромагнита диск 14 удерживается
в неподвижном состоянии фиксирующей собачкой 13; пружина 7,
сокращаясь, сообщает вращающий момент средней оси часового ме-
ханизма.
Механизм смонтирован на платине диаметром около 54 мм; общая
высота механизма около 30 мм. Якорь подзаводит винтовую пружину
104
каждые 3—4 мин. после того, как она сокращается на 7 мм. Длина
якоря 53 мм\ угол поворота около 36°. Рабочее напряжение 12 в;
величина тока 2,5 а. Среднее значение вращающего момента, разви-
ваемого якорем, 720 гем.
Более простой механизм подзавода показан на фиг. 55. Винтовая
пружина 1 одним своим концом прикреплена неподвижно к корпусу,
а другим — к пальцу 8, посаженному на П-образный якорь 2, сво-
бодно вращающийся на оси 9. Палец 7 на якоре входит в прорезь
диска 5, по окружности которого ^скользит контактная пружина 6.
Фиг. 55. Механизм электрического подзавода с винтовой пружиной.
Диск изготовлен из изоляционного материала, а контактные пружины 6
изолированы от корпуса ,часов. Пружина 7, сокращаясь, вращает
якорь против часовой стрелки; якорь посредством укрепленной на нем
собачки 3 поворачиваят храповое колесо 4, посаженное жестко на
ось 9. На эту ось посажено также колесо 10, передающее движение
колесной системе часового механизма. В положении, представленном
на фиг. 55, контактные пружины пришли в соприкосновение и за-
мкнули цепь электромагнита, питаемого от источника постоянного тока
напряжением 6 в. Якорь притягивается к полюсам катушки электро-
магнита, поворачиваясь по часовой стрелке, и растягивает пружину 7,
а диск 5 под действием пальца 7, поворачивается против часовой
стрелки и размыкает контакты цепи электромагнита. Таким образом
якорь периодически растягивает пружину 7 после того, как она со-
кращается на определенную величину. Из этого следует, что усилие
пружины и вращающий момент, сообщаемый колесной системе часов,
непостоянны. При срабатывании электромагнита (поворот якоря к по-
люсам по часовой стрелке) колесная система часов совершенно ли-
шается вращающего момента.
105
Несколько отличная от предыдущей схема механизма подзавода
представлена на фиг. 56. Электромагнит подзавода периодически под-
заводит пружину 16 после того, как она раскручивается до опреде-
ленного положения. Эта пружина одним своим концом прикреплена
к платине 73, а другим присоединена к якорю 18 электромагнита,
посаженному свободно на оси 15. Штифт 22 рычага 20 под действием
пружины 19 прижимается к
зубцам храпового колеса 10,
жестко посаженного на ось 15.
Угольник 21 укреплен на ры-
чаге 20 и изолирован от по-
следнего посредством изоля-
ционных пластин. На этом
угольнике посажены контакт-
ный штифт 8 и штифт 9, к
которому прикреплен наружный
конец токоподводящей спир 1ль-
ной пружины 77. Внутренний
конец этой пружины прикре-
плен к угольнику 7, изолиро-
ванному от корпуса. Контактная
пластина 7 прикреплена к ры-
чагу 6, но электрически изоли-
рована от него. Этот рычаг
находится под воздействием
Фиг. 56. Механизм электрического
подзавода с винтовой пружиной.
пружины 4 и может поворачиваться на оси 5. Штифт 14 рычага 12
прижимается к зубцам храпового колеса 10 благодаря натяжению
пружины (на фигуре не показана).
Чтобы при каждом срабатывании электромагнита храповое колесо
поворачивалось на один зуб, поставлен фиксатор, состоящий из ры-
чага 3 и штифта, который прижимается к зубцам храпового колеса
пружиной 2. В показанном на фигуре положении контактная пластина 7
коснулась контактного штифта 8 и замкнула электрическую цепь об-
мотки электромагнита. Якорь повернется против часовой стрелки
и закрутит пружину 16, а штифт 22 захватит следующий зуб хра-
пового колеса. При этом контактный штифт отойдет от пластинки,
106
Фиг. 57. Механизм электрического
подзавода с резервом хода.
цепь обмотки электромагнита разомкнется, а закрученная пружина /о
будет стремиться повернуть якорь и связанное с ним посредством
штифта 22 храповое колесо по часовой стрелке. Тем самым колес-
ному механизму часов будет сообщен вращающий момент, так как
храповое колесо и колесо 17 часового механизма сидят жестко на
одной й той же оси. При повороте якоря в исходное положение по
часовой стрелке (при
замыкании электриче-
ской цепи) часовой
механизм лишается вра-
щающего момента, что
является недос гатком
рассматриваемого типа
подзавода.
К недостатку дан-
ного механизма следует
также отнести слож-
ность конструкции и
регулировки. В одном
из исполнений этот
механизм характери-
зуется следующими
данными: габаритные
размеры 100 X 130 X *--------------1|||||---------------
X 50 мм; длина якоря __________________________
60 мм; электромагнит сра- <~ .	!	: I
батывает каждые 10 мин.;
угол поворота якоря 24°;
рабочее напряжение 4,5 в;
ток 0,85 а. Среднее значе-
ние вращающего момента
340 гем. Механизм может
работать в любых положе-
ниях.
На фиг. 57 изображен механизм электрического подзавода с ре-
зервом хода. В барабан 7 вложена заводная пружина, один конец
которой связан при помощи крючка с осью 10, передающей движе-
ние колесной системе часов, а другой конец присоединен к стенке
барабана. Барабан и жестко с ним связанное храповое колесо 5 сво-
бодно сидят на оси 10. На якоре / электромагнита установлена со-
бачка 6, поворачивающая храповое колесо 5 на один зуб при каждом
срабатывании электромагнита. Фиксирующая собачка 2 вращается на
оси, расположенной между платинами часов. Колесо 9, посаженное
жестко на ось 10, сцепляясь с трибом 11, вращает звездочку 4, изо-
лированную от оси. Эта звездочка осуществляет замыкание и размы-
кание контактных пружин 3 в цепи электромагнита. При замыкании
контактных пружин якорь притягивается к сердечникам катушек, и
собачка 6 поворачивает по часовой стрелке храповое колесо 5 на
107
один зуб, производя подзавод (подкручивание) пружины в барабане.
Как только пружина в барабане раскрутится при вращении колес
часового механизма (триб 11 вращается с постоянной скоростью, ре-
гулируемой ходовым узлом часов) на определенный угол, она тотчас
же вновь закручивается на тот же угол собачкой 6. В показанной
на фиг. 57 конструкции подзавода пружине при сборке сообщается
начальное закручивание, которое фиксируется поводком 5, сидящим
на оси 10, и винтом 12, ввинченным в храповое колесо 5. Торцевая
поверхность этого колеса имеет ряд нарезанных отверстий, в кото-
рые можно ввернуть винт после закручивания пружины. В собранном
механизме можно произвести дополнительный подзавод пружины при-
мерно на один оборот. Таким образом, закрученная пружина в ба-
рабане создает резерв хода на случай непредвиденного временного
прекращения подачи тока.
Следует заметить, что механизмы подзаводов, изображенные на
фиг. 54, 55 и 56, лишены резерва хода.
Механизм подзавода в одном из исполнений характеризуется сле-
дующими данными: размер платины 160 х 120 мм; высота механизма
35 мм; рабочее напряжение источника постоянного тока 24 в; вели-
чина тока 0,53 а. Пружина в барабане подзаводится каждые 0,5 мин.
на 1/40 оборота. Среднее значение вращающего момента, развивае-
мого якорем на храповом колесе, 14 400 гмм.
К первому типу механизмов электрического подзавода нужно также
отнести механизмы подзавода с гирей в электропервичных часах,
рассмотренных в § 2.
На фиг. 58 представлен механизм электрического подзавода с пе-
рекидным контактом, отнесенный нами ко второму типу. В бара-
бане 77, посаженном жестко на ось, вставлена пружина, которая
вращает барабан, изготовленный за одно целое с барабанным коле-
сом 10, и тем самым приводит в действие часовой механизм. Эта
пружина прикреплена одним концом к барабану, а другим к втулке
храпового колеса 7, посаженного свободно на ось. С храповым ко-
лесом сцепляются две собачки 5, сидящие на звене 8. Это звено и
якорь 6 насажены жестко на втулку 72, которая свободно вращается
на минутной оси часового механизма. Винтовая пружина 9 поворачи-
вает якорь вместе с храповым колесом и закручивает пружину в ба-
рабане. Рычаг 2 вращается на оси, расположенной между платиной
и мостиком 13. На этот рычаг действует один конец пружины 3,
другой конец ее прикреплен к крючку на якоре. В изображенном
на фигуре положении якорь доведен пружиной 9 до упора, а рычаг 2
коснулся контакта 14, изолированного от корпуса. Так как положи-
тельный полюс батареи присоединен к корпусу, то ток потечет по
цепи через рычаг 2, контакт 14, обмотки электромагнита к отрица-
тельному полюсу батареи. Якорь притянется к катушкам и натянет
пружину 9, а крючок 7, посаженный на якорь, отбросит рычаг 2
к упору 4 и разомкнет электрическую цепь. Благодаря натяжению
пружины 3 рычаг 2 ложится на контакт и на упор с определенным
давлением. По мере раскручивания пружины в барабане винтовая
108
Фиг. 58. Механизм электрического подзавода
с перекидным контактом.
109
пружина 9, сокращаясь, будет поворачивать якорь и храповое ко-
лесо, вследствие чего пружина в барабане будет все время находиться
в состоянии полного завода. В крайнем положении якоря рычаг 2
упадет на контакт 14, электромагнит сработает, и винтовая пружина
будет вновь взведена (натянута). Закрученная пружина в барабане
создает резерв хода на случай временного прекращения подачи тока.
Подобный механизм электрического подзавода имел применение
в автомобильных часах. Механизм установлен на платине диаметром
60 мм; высота механизма 30 мм; длина якоря 14 мм; расстояние
между осями катушек 30 мм; угол поворота якоря 40°. Рабочее на-
пряжение 6 в; ток 2,5 а. Среднее значение вращающего момента, раз-
виваемого якорем, 220 гем. К недостаткам механизма следует отнести
возможность случайного замыкания контакта при внешних вибрациях.
На фиг. 59 изображен механизм электрического подзавода с гру-
зом, также относящийся ко второму типу. Якорь 11 электромагнита,
несущий рычаг с контактным штифтом 9, поворачивается против ча-
совой стрелки пружиной 12 и грузом 1. Якорь и храповое колесо 7
посажены свободно на оси, а пружина 14 одним концом присоеди-
нена к храповому колесу, а другим — к колесу 73 колесного меха-
низма часов. Рычаг 4, изолированный от корпуса, посажен на ось 2
110
и удерживается в горизонтальном положении пружинящей лентой 5.
Планка 75, посаженная на ось 3, снабжена токонепроницаемой де-
талью 3, которая поджимается пружиной 6 к рычагу 4. Один полюс
батареи присоединен к катушкам электромагнита и выведен к рычагу 4>
другой полюс присоединен к корпусу механизма.
В изображенном на фигуре положении электрическая цепь разо-
мкнута. Якорь под влиянием груза 1 и пружины 12 поворачивается
против часовой стрелки; собачка 10, установленная на якоре, пово-
рачивает храповое колесо 7 и закручивает пружину 14, сообщающую
вращающий момент колесному механизму часов.
При повороте якоря контактный штифт 9 входит в соприкосно-
вение с деталью 8 и слегка приподнимает рычаг 4. Как только кон-
тактный штифт соскользнет с детали 3, рычаг приходит в соприкос-
новение с контактным штифтом, электрическая цепь катушек замы-
кается, и якорь возвращается в исходное положение (показанное на
фигуре), натягивая при этом пружину 12, В этом положении электри-
ческая цепь разомкнута и механизм начинает следующий цикл работы.
Следует заметить, что при возвращении якоря в исходное положение
контактный штифт скользит по контактной поверхности на рычаге
и слегка отжимает деталь 8 от рычага.
Основные данные механизма при использовании его для приведе-
ния в действие балансных часов: расстояние между осями катушек
70 мм; наружный диаметр катушек 22 мм; высота механизма 50 мм;
длина якоря 100 мм; угол поворота якоря 15°. Подзавод пружины
происходит через каждые 1,5 мин. Рабочее напряжение 21 в; вели-
чина тока 2,2 а; среднее значение вращающего момента, развиваемого
якорем, 440 гем. Наличие груза в этом механизме не является обя-
зательным. Механизм чувствителен к вибрацияхм вследствие неуравно-
вешенности рычага 4.
Механизм, осуществляющий непрерывный подзавод пружины в ба-
рабане при помощи груза, приведен на фиг. 60. Двуплечий рычаг 4,
вращающийся свободно на оси, несет на одном плече груз 5, а на
другом катушку 11, которая может перемещаться по неподвижному
магниту 12. На рычаге 4 установлена собачка 7, соединяющаяся
с храповым колесом 2, посаженным жестко на заводной валик пру-
жинного двигателя с подвижным барабаном. Собачка 3, вращающаяся
вокруг неподвижной оси, препятствует повороту храпового колеса
против часовой стрелки. Кроме того, на рычаге 4 запрессованы
штифт 6 из изоляционного материала и контактный штифт 10. Попе-
ременно на эти штифты ложится легкий контактный рычаг 7, вра-
щающийся на оси 9. Контактный рычаг находится под действием вин-
товой пружины 8, установленной таким образом, что в среднем по-
ложении между штифтами (при среднем положении груза 5) точка
крепления пружины к рычагу 7, центр вращения его 9 и неподвиж-
ная точка крепления пружины находятся на одной прямой. При от-
клонении контактного рычага 7 от этого среднего положения в ту
или иную сторону, он падает на один из штифтов. Один полюс ба-
тареи присоединен к выводу катушки 77, другой — к Контактному
111
рычагу 7. Второй вывод катушки присоединен к рычагу 4. Этот рычаг
под действием груза 5 поворачивается по часовой стрелке и при
помощи собачки 1 поворачивает в том же направлении храповое ко-
лесо 2, осуществляя непрерывный подзавод пружины в барабане.
В крайнем нижнем положении груза штифт 6 перебросит контактный
рычаг к контактному штифту 10 и замкнет электрическую цепь ка-
тушки. Катушка переместится по постоянному неподвижному магниту
вниз, груз 5 будет поднят в исходное положение, а контактный
штифт 10 перебросит контактный рычаг к штифту 6. В этом поло-
жении электрическая цепь катушки разомкнута, и механизм начинает
3
Фиг. 60. Механизм электрического подзавода
с постоянным магнитом.
следующий цикл работы. Наличие резерва завода и несложность кон-
струкции являются достоинствами этого механизма.
Перейдем теперь к рассмотрению механизмов электрического под-
завода третьего типа.
В механизме подзавода с резервом хода (фиг. 61) резерв хода
достигается за счет начального закручивания пружины, один конец
которой присоединен к неподвижному барабану 14. а другой — к вра-
щающемуся валику 1. На валике жестко посажены инерционные
грузы 5 и храповое колесо 4. сцепляющееся с собачкой 6, устано-
вленной на торцевой поверхности другого храпового колеса 7. Это
колесо, а также барабанное колесо 2 часового механизма свободно
вращаются на валике 1. Промежуточная короткая пружина 8 одним
концом присоединена к барабанному колесу, а другим — к храповому
колесу 7. Заводная пружина вращает валик 1 вместе с инерционными
грузами и храповым колесом 4 против часовой стрелки. Это колесо
упирается в собачку 6 и вращает в том же направлении храповое
колесо 7, которое закручивает промежуточную пружину 8. Послед-
няя сообщает вращающий момент барабанному колесу 2 часового
механизма. Батарея одним полюсом присоединена к корпусу (ва-
лику /), а другим — к выводу катушки 13 электромагнита. Другой
1Г2
вывод катушки электромагнита присоединен к штифту 11, который
электрически изолирован от якоря 9. На заводном валике 1 жестко
посажен палец 72, который вращается вместе с валиком против ча-
совой стрелки под действием раскручивающейся заводной пружины.
Когда палец 12 придет в соприкосновение со штифтом 11, цепь элек-
тромагнита замкнется, и якорь 9 притянется к сердечнику катушки 13.
При этом палец получит толчок, под действием которого заводной
Фиг. 61. Механизм электрического подзавода
с инерционными грузами.
валик с инерционными грузами повернется по часовой стрелке и
подзаведет пружину в барабане 14. Так как непосредственно после
притяжения якоря инерционные грузы еще продолжают движение по
инерции, цепь электромагнита размыкается, и якорь возвращается
пружиной 10 в исходное положение.
Во время движения груза в обратном направлении (по часовой
стрелке) при подзаводе0 пружины в барабане, барабанное колесо
остается под действием вращающего момента вследствие сокращения
промежуточной пружины 8; при этом храповое колесо 7 удержи-
вается в неподвижном состоянии собачкой 3, посаженной на непо-
движную ось.
Угол подкручивания заводной пружины, равный углу поворота
инерционных грузов по часовой стрелке, зависит от силы толчка,
сообщаемого якорем пальцу 12.
$ Аксельрод. 18-М	113
Определим зависимость между моментом, развиваемым электро-
магнитом, и углом подкручивания пружины в барабане.
Полный угол поворота инерционных грузов при срабатывании
электромагнита состоит из двух углов.
1)	Угла на интервале которого якорь ведет инерционный
груз, оказывая давление на палец 12.
2)	Угла поворота ср2, который груз проходит по инерции после
остановки якоря.
Обозначим:
/ — момент инерции грузов и жестко связанных с ними деталей
относительно оси вращения;
Л1Э — момент, развиваемый электромагнитом (усредненный);
ср0 — начальный угол закручивания пружины;
К — упругая постоянная пружины (момент на один радиан закру-
чивания);
ср — текущий угол поворота грузов (и пружины).
Допустим, что момент инерции якоря и жестко связанных с ним
деталей пренебрежимо мал по сравнению с моментом инерции /. В этом
случае уравнение движения инерционных грузов на интервале угла
от 0 до будет:
/?+/<(сро1+?)-^э = О,
где е — передаточное отношение рычажной передачи между электро-
магнитом и инерционными грузами,
или
? + и1? = я’Р1.
Решая это уравнение для начальных условий:
t = 0 при ф0 = 0 и ср0 = О,
получим
? = Pi (1 — cos	(а)
Здесь
Продифференцировав выражение (а) и исключив sin nt, получим
угловую скорость грузов при ф =
(2р,- oj;
Уравнение движения грузов на участке угла поворота от ?! до
будет:
/? + К (?о + ?i + '?) = О,
ИЛИ
? + пЧ = — П2(?о + ?1)-
111
Для начальных условий: / = 0 при <р0 = ®i и ?о = 0 (угол <р от-
считывается от 0 до р2) имеем:
? = Е sin (nt 4- а) — (<р0 4- <р,),	(Ь)
где	/ • \2
е2	4- (?о + ?i)2; sin а = fl-£-<f2 •
Фиг. 62. Механизм электрического подзавода
с рычагом-грузом.
Исключив cos(nt +&), пользуясь (Ь), получим:
? = Л V Е2 — (<р0 4- <Р1 4- ?)2-
При © = ф2 скорость ф 0. Поэтому
£2 = (®о+ ?1 + ?2)2’
Подставив значение Е2, после упрощения найдем:
ЛГ
(?о + ?i + ?2)2 - ?о = 2cPi£ ~k~ •
Отсюда момент, развиваемый электромагнитом, равен:
Мэ = ^2уо + У2) + (<н + ?2)21 К.	(7)
На фиг. 62 изображен механизм электрического подзавода, при-
меняемый в точных стенных часах. На оси промежуточното колеса 5
свободно посажены храповое колесо 4 и рычаг-грузик 2, ^который
своей собачкой 3 сцепляется с храповым колесом. Связь между ко-
лесами 4 и 5 осуществляется посредством вспомогательной пружины
(на фигуре не показана). Один конец этой пружины присоединен
к храповому колесу, а другой — к промежуточному колесу. Якорь 7
электромагнита укреплен на коротком правом плече двуплечего ры-
чага 8, длинное плечо которого снабжено контактным выступом 10
и оттягивается вниз пружиной 11. Полюсы батареи присоединены
к оси вращения рычага-грузика 2 и к выводу катушки электрома-
гнита. Другой вывод катушки присоединен к рычагу 8.
Рычаг-грузик силою своего веса вращает храповое колесо против
часовой стрелки и натягивает вспомогательную пружину, которая
сообщает вращающий момент промежуточному колесу 5. По мере
хода часов рычаг-грузик опустится настолько, что контактная пру-
жина 1, прикрепленная к нижней поверхности его, коснется контакт-
ного выступа на рычаге 8. Цепь электромагнита замкнется, якорь
притянется к сердечнику катушки, а длинное плечо рычага подбросит
рычаг-грузик вверх. Так как после притяжения якоря рычаг-грузик
еще продолжает движение по инерции, то цепь электромагнита разо-
мкнется, и рычаг 8 под действием пружины 11 вернется в исходное
положение. Во время движения рычага-грузика вверх под действием
толчка, собачка 6 удерживает храповое кдлесо в неподвижном со-
стоянии, а вспомогательная пружина, сокращаясь, вращает промежу-
точное колесо.
Промежуточное колесо сцепляется с трибом секундного колеса,
являющегося в то же время ходовым колесом. При значительном па-
дении напряжения батареи толчок, сообщаемый рычагу-грузику, мо-
жет оказаться настолько слабым, что рычаг-грузик не будет дви-
гаться по инерции после притяжения якоря и остановки рычага о,
вследствие чего цепь электромагнита не разомкнется. Для избежанья
этого на контактном выступе 10 установлен каменный изолирующий
штифт 9. При движении рычага 8 по часовой стрелке контактная
пружина 1 будет перекатываться по контактному выступу (так как
оси вращения рычага-грузика и рычага’ 8 не совпадают) и кос-
нется каменного штифта, что вызовет разрыв цепи электрома-
гнита.
На таком же принципе основан механизм подзавода электропервич-
ных часов (фиг. 5). Механизм подзавода (фиг. 62), установленный
в часах Рифлера, характеризуется следующими данными: вес рычага-
грузика составляет около 10 г; рычаг-грузик подбрасывается вверх
каждые 36—38 сек., что соответствует перемещению его на угол 30°.
Длина рычага-якоря от оси вращения до свободного конца 120 мм\
перемещение свободного конца рычага 7 мм. Общая длина рычага-
якоря 152 мм\ наружный диаметр храпового колеса 42 мм. Рабо-
чее напряжение 4 в\ ток 0,08 а (ток срабатывания 0,05 а).
К достоинствам механизма следует отнести несложность конструк-
ции и высокую надежность работы (в стационарных часах).
116
с
Механизмы*
электрического подзавода
электродвигателем
В механизмах с электрическим подзаводом применяются различные
типы электродвигателей, осуществляющих закручивание заводной
пружины или подъем гири в часах.
^Механизмы электрических подзаводов с электродвигателем можно
разделить на следующие типы.
Р 1) Механизмы с асинхронным двигателем, постоянно включенным
в сеть и непрерывно вращающимся со скоростью, определяемой мо-
ментом сопротивления.
2)	Механизмы с асинхронным двигателем, постоянно включенным
в сеть, но снабженным тормозом, который останавливает двигатель,
как только достигнуто максимальное натяжение заводной пружины.
Фиг. 63. Механизм электрического подзавода с асинхронным
двигателем с резервом хода.
3)	Механизмы с асинхронным или синхронным двигателем, по-
стоянно включенным в сеть, который присоединяется к заводному
валу или отключается от него посредством автоматически действую-
щего устройства.
4)	Механизмы с любыми электродвигателями, питаемыми только
во время операции завода посредством автоматических прерывателей
или коммутаторов.
Механизм электрического подзавода первого типа схематически
представлен на фиг. 63. Ротор 1 электродвигателя, питаемого от
сети переменного тока, соединен посредством зубчатых колес с за-
водным валиком 2 пружинного двигателя. Пружина, вложенная в ба-
рабан 3, одним своим концом присоединена к валику 2, а другим —
к барабану, изготовленному за одно целое (или жестко соединенному)
с барабанным колесом 4. Электродвигатель, вращая валик 2, закру-
чивает заводную пружину, которая сообщает вращающий момент ба-
рабану и тем самым приводит в движение колесный механизм часов.
Скорость вращения колесного механизма регулируется ходовым узлом
и балансом. Закрученная же пружина в барабане создает резерв хода
на случай перерыва в подаче тока. После того как электродвигатель
полностью заведет пружину, скорость его будет определяться сред-
ней скоростью вращения барабана.
Следует отметить, что рассматриваемый механизм не может обес-
печить постоянства завода пружины, так как вращающий момент
117
электродвигателя зависит от напряжения питающего тока, которое
может меняться.
Фиг. 64. Механизм электрического подзавода с асин-
хронным двигателем без резерва хода.
На фиг. 64 представлен упрощенный тип
ского подзавода с электродвигателем. Триб
Фиг. 65. Механизм электрического подзавода
с тормозом.
механизма электриче-
7, посаженный на вал
электродвигателя 2,
вращает колесо 5, ось
которого закручивает
небольшую винтовую
пружину 3. Пружина
другим концом соеди-
нена с осью промежу-
точного или секундного
колеса 4 и играет роль
буфера, обеспечивая
более плавное вра-
щение оси.
На фиг. 65 изо-
бражен механизм элек-
трического подзавода
второго типа. Диск 3,
посаженный на вал
асинхронного двига-
теля, при помощи зуб-
чатой передачи соеди-
нен с заводным вали-
ком 1 пружинного
двигателя, пружина 6
которого соединена с
валиком 1 и бараба-
ном 7 обычным спо-
собом. По нарезанной части заводного валика перемещается
гайка с шайбой 2, в выемку которой входит палец 5, посажен-
118
ный на дно барабана (в барабанное колесо). Гайка осуществляет
поворот рычага 4 с гибким свободным концом. Механизм подза-
вода работает следующим образом. Электродвигатель вращает за-
водной валик 7, который закручивает пружину в барабане. При
этом гайка 2 перемещается по валику вправо (к барабану), а наруж-
ный гибкий конец рычага 4 приближается .к диску 3. После того
как пружина будет закручена на такой угол, при котором обеспечи-
вается нормальная работа часового механизма, рычаг 4 затормозит
диск 3 и остановит электродвигатель. Но барабан 7 продолжает
вращаться со скоростью, определяемой периодом колебания баланса.
При этом гайка будет перемещаться в направлении, противоположном
ее предыдущему движению, т. е. влево, и отведет тормозной рычаг 4
Фиг. 66. Механизм электрического подзавода с планетарным колесом.
от диска 3. Электродвигатель освобождается и начинает вновь за-
водить пружину. Завод будет продолжаться до тех пор, пока дви-
жением* гайки вправо рычаг не затормозит диск 3. Затем весь цикл
повторяется. В случае необходимости пружину можно заводить от
руки при помощи ключа, который надевается на квадрат 8 валика.
Электродвигатель должен развивать вращающий момент, достаточный
для завода пружины и нормальной работы тормозного устройства.
Изменение вращающего момента электродвигателя вследствие изме-
нения напряжения несколько меняет режим работы заводного меха-
низма, так как при увеличении вращающего момента электродвигателя
увеличивается угол закручивания пружины, при котором наступает
полное торможение, и наоборот.
К недостаткам механизма следует отнести возможное истирание
соприкасающихся поверхностей рычага 4 и диска 3.
Промежуточные пружинные двигатели 1 могут быть преобразованы
в механизмы электроподзавода второго типа. Для этого необходимо
только действие заводной пружины заменить действием электродви-
гателя. На фиг. 66 дана схема подобного механизма.
1 См. 3. М. Аксельрод, Регуляторы скорости в приборостроении,
Машгиз, 1949, фиг. 146-150.
119
Асинхронный двигатель 5 действует через промежуточную пере-
дачу на колесо 4, сообщая ему вращающий момент Ма. Стопорный
рычаг 2, жестко связанный с планетарным колесом 3, соприкасается
с цилиндрической поверхностью 6 звена 1 и тормозит движение ко-
леса 4. Планетарное колесо 3 находится в сцеплении с неподвижным
колесом 8, а звено 1 связано с секундной или ходовой осью часо-
вого механизма. Так как стопорный цилиндр 6 наполовину срезан,
то в определенном положении звена происходит освобождение сто-
порного рычага 2 и поворот колеса 4, под действием электродви-
гателя,
до тех пор, пока
Фиг. 67. Механизм электриче-
ского подзавода с эксцентриком.
стопорный рычаг 2 снова не коснется сто-
порной поверхности звена 1, В резуль-
тате этого поворота подкручивается
пружина 7, присоединенная одним кон-
цом к колесу 4, а другим к звену 7.
Планетарное колесо вращается на оси,
установленной на колесе 4,
Для того чтобы момент на оси ходо-
вого колеса менялся возможно меньше,
необходимо соблюдение двух условий:
7 должен
чаще, так
действие часовой механизм,
а)	подзавод пружины
производиться как можно
как момент, развиваемый пружиной,
уменьшается по мере спуска;
б)	размыкание стопора тормозного
устройства должно производиться не-
значительным усилием, так как его
осуществляет пружина 7.
Вместо того, чтобы останавливать
или замедлять вращение электродвига-
теля, когда пружина, приводящая в
достаточно заведена, можно прервать
передачу движения на механизм подзавода посредством отключения
вала электродвигателя, который после этого продолжает вращаться
вхолостую (механизм подзавода третьего типа).
Подобная схема электроподзавода показана на фиг. 67. Двуплечий
рычаг 5, свободно посаженный на заводной валик 1 пружинного
двигателя, одним своим концом прижимается пружиной 4 к эксцен-
трику 6. На другом плече этого рычага установлена собачка 3, сцеп-
ляющаяся с храповым колесом 2, посаженным жестко на заводной
валик /. Эксцентрик 6, посаженный на вал электродвигателя, в пре-
делах одной части своего оборота, преодолевая натяжение пружины 4У
поворачивает рычаг 5 против часовой стрелки, переводя собачку на
следующий зуб храпового колеса. На второй части оборота эксцен-
трика пружина 4, сокращаясь, поворачивает рычаг 5 по часовой
стрелке, вследствие чего собачка поворачивает храповое колесо на
один зуб и тем самым подзаводит пружину в барабане. Величина
подзавода пружины в барабане определяется силою оттягивающей
пружины.
120
По достижении достаточного закручивания заводной пружины от-
бивающая пружина 4 уже не в состоянии повернуть рычаг вместе
с храповым колесом (достигается подбором оттягивающей пружины),
вследствие чего произойдет размыкание эксцентрика с рычагом. Так
как барабан продолжает вращаться со скоростью, определяемой пе-
риодом колебания баланса, то через некоторое время натяжение пру-
жины в барабане уменьшится настолько, что оттягивающая пружина 4
повернет храповое колесо, и рычаг придет в соприкосновение с экс-
центриком. После закручивания пружины вновь наступит размыкание
эксцентрика с рычагом и т. д.
На фиг. 68 показано другое устройство механизма электропод-
завода с выключающимся электродвигателем. На заводной валик пру-
жинного двигателя жестко посажено червячное колесо 5, сцепляю-
щееся с червяком 3. Ось червяка соединена посредством муфты 2
с валом электродвигателя 1. Сверху ось червяка упирается в пло-
скую пружину 4. При вращении электродвигателя червячное колесо
вращается против часовой стрелки и закручивает заводную пружину.
Вследствие противодействия этой пружины возникает сила, дей-
ствующая вдоль оси червяка вверх, которую воспринимает плоская
пружина 4. Когда момент заводной, пружины достигнет некоторой
определенной величины, ось червяка, преодолевая силу упругости
плоской пружины 4, сместится в продольном направлении вверх и
вызовет отключение электродвигателя (вследствие расцепления муфты).
Электродвигатель будет вращаться вхолостую до тех пор, пока вноеь
не произойдет включение муфты, после частичного ослабления завод-
ной пружины. Частое включение и выключение муфты при вращаю-
щемся электродвигателе может вызвать износ зубцов муфты.
Четвертый тип механизмов электроподзавода с электродвигателем „
питаемым только во время операции подзавода, может быть образо-
ван из второго и третьего типов, так как устройства для автомати-
ческого управления фрикционными тормозами или отклонением
электродвигателя могут служить для управления электропрерыватс
лями. Так, например, свободный конец рычага 4 (фиг. 65), переме-
щаемый подвижной гайкой 2, может управлять в пределах своего
хода контактом с резким включением и выключением электрической
Цепи двигателя. Механизмы четвертого типа находят применение
главным образом при подзаводе на большие интервалы времени (на
несколько часов, на сутки) сильных пружин или тяжелых гирь при
помощи достаточно мощного электродвигателя.
На фиг. 69 приведен механизм электрического подзавода в ба
Генных часах. На валу электродвигателя посажен червяк 3, сцепляю-
щийся с червячным колесом 2, на оси которого жестко посажено
колесо 4. Через это колесо и колесо 1 часового механизма переки-
нута бесконечная цепь 7. На цепь надеты блоки 5 и 3, несущие
Гири для натяжения цепи (гиря 6) и для приведения в действие часов
(гиря 10). Планки 11 и 15 посажены на оси 12 и 14 и соединены
Между собой тягой 13. В показанном на фигуре положении цепь
электродвигателя разомкнута, и гиря 10 при работе часов опускается
121
вниз. После того как гиря опустится до определенного положения
палец 9, закрепленный на блоке 8, нажмет на планку 11, вследствие
чего обе планки займут положение, показанное на фигуре пунктиром
и цепь электродвигателя замкнется. Гиря будет подниматься до тех
пор, пока палец не разомкнет цепь электродвигателя нажимом на
верхнюю планку 15.
На фиг. 70 представлена другая схема включения и выключения
электродвигателя, осуществляющего подъем гири 8, подвешенной на
струне. В показанном на фигуре положении цепь электродвигателя 6
Фиг. 68. Механизм электрического
подзавода с выключающей муфтой.
Фиг. 69. Механизм электрического
подзавода гири в башенных часах.
и цепь катушки 1 реле разомкнуты. Гиря при своем опускании вниз
замкнет контакт 9 цепи катушки, получающей питание от осветитель-
ной сети через понижающий трансформатор и купроксные выпрями-
тели. Якорь 2 притянется к сердечнику 3 катушки и замкнет своим
плечом контакт блокировки катушки 4 и контакт цепи электродви-
гателя 5. Электродвигатель вращает барабан (на фигуре не показан)
в направлении, обратном тому, которое он имеет при опускании
гири. При этом струна накручивается на барабан, и гиря подни-
мается вверх. После того как гиря поднимется до определенного
положения, она разомкнет верхний контакт 7 цепи катушки реле.
Якорь вернется в исходное положение и разомкнет контакт цепи
электродвигателя и блокировочный контакт 4. Затем наступает сле-
дующий цикл работы механизма.
122
На фиг. 71 показана схема автоматического сцепления (и расце-
пления) электродвигателя 3 с механизмом гиревого завода. Когда
Фиг. 70. Механизм электрического подзавода
гири с самоблокировкой электродвигателя.
гиря достигает нижней части своего хода, замыкаются контакты цепи
электродвигателя, на удлиненном валу которого сидит колесо /,
связанное с центробежным
регулятором 2. При запуске
электродвигателя грузики
регулятора под действием
центробежной силы раздви-
гаются и перемещают ко-
лесо / до сцепления с ко-
лесной системой завода.
После того, как гиря будет
заведена, цепь электродви-
гателя разомкнется, и ко-
лесо /, под влиянием пру-
жины регулятора, переме-
стится по валу электродви-
гателя влево и выйдет из сце-
пления с механизмом завода.
Следует отметить, что
ввод в зацепление вращаю-
щейся шестерни 1 вызывает
быстрый износ зубьев.
Фиг. 71. Схема автоматического сцепления
(и расцепления) электродвигателя.
123
12.	Сравнительный анализ механизмов электрического
подзавода
Выше мы рассмотрели механизмы электрического подзавода
с электромагнитом и электродвигателем, привели основные данные
некоторых механизмов и отметили их конструктивные особенности,
достоинства и недостатки. Выбор типа механизма электрического
подзавода определяется в каждом случае рядом условий, в частности:
1)	наличием определенных габаритов;
2)	наличием определенного электрического источника питания;
3)	необходимостью иметь резерв хода на случай временного пе-
рерыва подачи тока;
4)	необходимостью получения вращающего момента, величина из-
менения которого не должна превосходить определенного значения;
5)	необходимостью сохранения одинакового вращающего момента
и частоты подзавода в различных положениях часов;
6)	необходимостью получения надежной работы механизма в те-
чение продолжительного времени (слабое реагирование механизма на
изменение окружающей температуры, на действие вибрации, ударов
и проч.).
Рассмотрим характер изменения вращающего момента в отдельных
типах механизмов электрического подзавода.
В часах высокой точности следует применять такие механизмы
электрического подзавода, которые могут обеспечить постоянство
вращающего момента, действующего на колесный механизм часов,
или допускать лишь слабое изменение этого момента.
На фиг. 72, а и (7 показан характер изменения вращающего мо-
мента в механизмах электрических подзаводов с электромагнитами
первого типа.
Фиг. 72, а иллюстрирует изменение вращающего момента в меха-
низме со вспомогательной пружиной 7 без резерва хода (фиг. 54).
При работе часов на интервале времени вращающий момент
уменьшается по кривой ab вследствие сокращения пружины 11. При
срабатывании электромагнита на интервале времени t2 действует вспо-
могательная пружина, момент которой меняется по кривой Ъс. После
подзавода момент возрастает до значения е. При отсутствии вспомо-
гательной пружины вращающий момент при срабатывании электро-
магнита падает до нуля (на интервале времени /2). После притяжения
якоря момент быстро возрастает до значения е.
Характер изменения вращающего момента в механизме электри-
ческого подзавода с резервом хода (фиг. 57) показан на фиг. 72,6.
При раскручивании пружины на интервале времени момент меняется
по кривой ab. Вследствие наличия трения между витками пружины
момент, развиваемый электромагнитом, должен быть больше момента
пружины при раскручивании. Поэтому во время подзавода пружины
на интервале времени /2 момент резко увеличивается до значения Ьс-
В случае отсутствия вспомогательной пружины, как, например, в ме-
ханизме подзавода, изображенном на фиг. 59, характер изменения
124
катающего момента будет соответствовать фиг. 72, а. При подза-
воДе пружины момент резко падает до нуля, а затем увеличивается
д0 значения с.
Механизмы с непрерывным электрическим подзаводом пружины
/второй тип), казалось бы, должны обеспечить постоянство вра
тающего момента. Однако в дей-
ствительности это не так Винто-	t
вая пружина, осуществляющая
непрерывный подзавод пружины
на барабане (фиг. 58) или вспо-
могательной пружины, умень-
шает развиваемый ею враща-
ющий момент вследствие со-
кращения своей длины. Поэтому
на интервале времени (фиг. 73, а)
вращающий момент будет умень-
шаться по кривой ab. При сраба-
тывании электромагнита на интер-
вале времени /2 выключается дей-
ствие винтовой пружины (или
груза), вследствие чего вращаю-
щий момент резко падает до зна-
чения с; затем после закручивания
винтовой пружины (или подъема
гири) вращающий момент резко
увеличивается до значения е.
Обычно пружину в барабане стре-
мятся завести до отказа, чтобы
получить возможно больший ре-
зерв хода. Однако в этом случ
тока будет иметь место сильное
Фиг. 72. Кривые изменения вращаю-
щего момента в механизмах подза-
водов.
1е при продолжительном перерыве
уменьшение вращающего момента,
Фиг 73. Кривые изменения вращающего момента в механизмах подзаводов*
Чт° может вызвать разрегулировку часов. Во избежание этого можно
применить останов (например, „мальтийский крест"), ограничивающий
завод пружины в барабане и позволяющий использовать наиболее
благоприятный участок диаграммы работы пружины.
Фиг. 73,6 показывает характер изменения вращающего момента
3 механизме электрического подзавода с инерционным грузом
123
(фиг. 61) для того случая, когда напряжение источника питания
электромагнита постепенно уменьшается. При этом сила толчка
сообщаемого инерционному грузу, убывает, вследствие чего умень-
шится момент непосредственно после подзавода, а также интервал
времени tx работы механизма от одного завода до следующего.
В механизме электрического подзавода с рычагом-грузиком
(фиг. 62) меняется плечо силы тяжести рычага-грузика, что и вызы-
вает непостоянство вращающего момента.
Механизмы электрического подзавода с инерционным грузом могут
обладать постоянством вращающего момента лишь в том случае
если в качестве источника механической энергии использована гиря,
подвешенная на струне (фиг. 5).
Переходя к сравнительному анализу механизмов электрического
подзавода с электродвигателем, следует отметить, что для приведе-
ния в действие обычного часового механизма необходим источник
энергии весьма слабой мощности. Так, например, мощность, разви-
ваемая гирей в стенных часах с секундным маятником, составляет
около 25 или 0,245 вт. Поэтому для подзавода часов могут
быть использованы маломощные электродвигатели с низким коэффи-
циентом полезного действия, так как это не вызовет сколько-нибудь
заметного увеличения расхода электроэнергии. Необходимо, однако,
иметь в виду, что сильное увеличение электрических потерь может
вызвать чрезмерный нагрев плохо вентилируемых небольших часов.
Для получения надежной работы часов вращающий момент, разви-
ваемый электродвигателем, должен быть больше минимального мо-
мента, необходимого для приведения в действие часов, так как вред-
ные сопротивления с течением времени возрастают. Механизмы
электрического подзавода с электродвигателем первого типа не могут
обеспечить постоянства вращающего момента, так как вращающий
момент электродвигателя зависит от напряжения источника питания,
которое может сильно меняться.
В механизмах электрического подзавода второго типа вращающий
момент, сообщаемый колесному механизму часов, также зависит от
напряжения источника, питающего электродвигатель. Кроме того, не-
постоянство вращающего момента определяется еще и тем обстоятель-
ством, что остановка электродвигателя при помощи тормоза насту-
пает при вращающем моменте пружины, отличающемся от вращаю-
щего момента, при котором происходит выключение тормоза. Меха-
низмы электрического подзавода с электродвигателем третьего типа
действуют точно таким же образом, как и механизмы электрического
подзавода с электромагнитом первого типа.
Механизмы электрических подзаводов, в которых электродвига-
тель включается в цепь источника питания только во время опера-
ции завода (четвертый тип), применяются, как уже указывалось,
главным образом в часах большого размера. Во время операции под-
завода (подъем гири) часовой механизм лишается вращающего мо-
мента, что может вызвать остановку часов или нарушение их пра-
126
й ритмической работы. Этого можно избежать при применении
вильн° устройства, известного под названием вспомогатель-
°СлгоГ завода [8].
Н° р ссмотренные механизмы электрических подзаводов не могут
ечить, как мы видели, строгого постоянства вращающего мо-
°6еС сообщаемого колесному механизму часов. Повидимому, хоро-
меНТ результаты могут быть достигнуты при помощи механизма под-
шИрДа с резервом хода, осуществляющего периодический подзавод
Жужины после раскручивания ее на определенную величину.
н^При этом по диаграмме работы пружины следует выбрать такой
абочий участок, на котором вращающий момент пружины меняется
слабо. Интервал же времени между двумя последовательными подза-
водами не должен быть большим. Лучшие результаты могут быть
достигнуты при помощи слабой пружины с раздвинутыми витками
/не соприкасающимися друг с другом), действующей на секундное
или ходовое колесо часов. Такая пружина, имея сравнительно боль-
шой начальный угол закручивания, периодически, через короткие
промежутки времени, подзаводится электродвигателем (фиг. 66) или
сильной пружиной, удерживаемой в напряженном состоянии электро-
магнитом.
Следует заметить, что в механизмах электрического подзавода
с движущей пружиной вращающий момент может меняться вследствие
изменения окружающей температуры, упругих свойств пружины, тре-
ния между витками.
В механизмах электрического подзавода с движущей гирей эти
факторы не оказывают влияния на величину вращающего момента,
но эти механизмы применимы лишь в стационарных условиях (на-
пример, в стенных часах).
Значительный экономический эффект может быть получен при
конструировании и в производстве, если из многочисленных и разно-
образных механизмов выбрать небольшое число механизмов, обла-
дающих наилучшими свойствами и пригодных для применения в маят-
никовых и балансных часах, в регистрирующих приборах, в прибо-
рах автоматического управления и проч.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ТЕОРИЯ МАЯТНИКА В ЧАСАХ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ПОДЗАВОДОМ
13.	Колебание свободного маятника
Если свободный маятник, не связанный с ходовым узлом, отвести
от положения равновесия и отпустить, то он будет совершать зату-
хающие колебания вследствие трения о воздух и трения в подвесе.
На фиг. 74а, 746 и 74в приведены кривые затухающих движений
маятника, полученные экспериментальным путем в лаборатории при-
Фиг. 74а. Кривые затухающих колебаний маятника,
имеющего линзу в форме чечевицы.
боров времени ЛИТМО. По оси ординат отложены амплитуды Ф, а
по оси абсцисс — числа свободных колебаний маятника N. Кривые
на фиг. 74, а получены для свободного секундного маятника, имею-
щего линзу в форме чечевицы (два сегмента, сложенные основаниями)
и инварный стержень диаметром 10 мм.
При ф — 0 линза установлена как обычно, т. е. в плоскости ка
чания маятника. Для выяснения влияния формы линзы на затухание
маятника линза была повернута вокруг оси стержня на углы ? = *
и == 30° по отношению к своему нормальному положению.
128
Фиг. 746. Кривая затухающих колебаний’маятника с деревян-
ным стержнем и чугунной^линзой.
Фиг. 74в. Кривые затухающих колебаний маятника,
свободного и нагруженного.
Аксельрод.
1854.
129
этих положений получены кривые затухающих движений маятника
(кривые 2 и 3).
На фиг. 746 изображена кривая затухающих колебаний свобод,
ного секундного маятника с деревянным стержнем и чугунной линзой
в форме чечевицы.
На фиг. 74в приведены кривые затухающих колебаний секунд-
ного маятника с латунной линзой: свободного (кривая /), нагру.
женного вилкой (кривая 2 — ходовое колесо выключено) и нагру-
женного вилкой с секундным контактом (кривая 3).
Известно, что при трении, пропорциональном первой степени
скорости, кривая затухающих колебаний маятника (огибаюшая ампли-
туд затухающих колебаний) представляет собой экспоненциальную
кривую; при постоянном же трении огибающая амплитуд затухающих
колебаний маятника — прямолинейна. Логарифмический декремент
кривой 1 (фиг. 74а) на участке амплитуд от 5°20' до Зс0' равен
d = 0,000168; на участке от 3°0' до lc30' d = 0,000146, т. е. по
мере уменьшения амплитуды колебания маятника декремент посте-
пенно падает.
Это находится в полном соответствии с результатами, получен-
ными Д. И. Менделеевым [1 ].
В ряде случаев непостоянство декремента затухания является
следствием одновременного действия на маятник сил сопротивления,
пропорциональных первой степени скорости, и постоянных сил
трения.
В тех случаях, когда маятник нагружен вилкой, контактами и
проч., силы постоянного трения обычно больше сил сопротивления,
пропорциональных скорости.
В дальнейшем мы будем пользоваться следующими терминами.
Линейное или вязкое трение — трение (сопротивление), пропор-
циональное первой степени скорости. .
Постоянное трение — трение, вызываемое силами (моментами), не
зависящими от скорости.
Комбинированное трение — одновременное действие вязкого и
достоянного трения.
 Период колебания свободного изолированного маятника, без
учета трения и упругости пружинного подвеса, равен:
I	I ф2 , ЧФ2 .	]
Т = 2тс у р + |6 + 3072 + • • • >
где / — момент инерции маятника относительно оси вращения;
К — статический момент маятника;
Ф—амплитуда колебания маятника в радианах.
При малых амплитудах
Т 2тг 1/ —
У К *
Рассмотрим влияние пружинного подвеса на период колебания
маятника при небольших амплитудах. Допустим, что пружинный под-
130
длиною 5 заделан одним концом в верхнюю неподвижную оправу,
веС угим концом — в нижнюю оправу, на которую подвешен маятник
*	75). При сравнительно малых колебаниях можно принять, что
оТклонении маятника от положения равновесия пружинный под-
X изгибается по дуге окружности. Уравнение движения маятника
без учета трения:
EJ
/ср 4- К sin ф 4- mxlQ cos ф 4-	? = О,
----момент пружинною подвеса при изгибе его на угол ср;
/лх70 cos ф — момент силы инерции маятника относительно оси
вращения вследствие горизонтального перемещения
маятника на величину х\
/0 — расстояние от центра тя-
жести до оси вращения;
небольшим вертикальным
перемещением маятника
мы пренебрегаем;
ф—угловое ускорение маят-
ника.
На основании фиг. 75 имеем:
X = Г — Г COS ср =
= г (I — cos ср) и г ~	.
Поэтому
5
х - — (I -COS ср) =
= А(1„ 14-4-..
? \	*2	)	2
Фиг. 75. Схема к расчету
влияния подвеса на период
колебаний маятника.
Для небольших амплитуд колебания
маятника будем иметь:
1	EJ .
/? + К?+ у mSl^ 4- ср - О,
или
Период колебания маятника
Г= 2т.
(8)
(В дальнейшем индексы при / и К будут опущены.)
131
14.	Период и амплитуда колебания маятника,
установленного в часах
Маятник, установленный в часах и сопряженный с ходовым узлом,
представляет собой автоколебательную систему, период и амплитуда
которой в установившемся движении зависят только от параметров
самой системы.
Известно, что в автоколебательной системе различают основную
колебательную систему, которая в изолированном виде может совер-
шать затухающие собственные колебания, и „обратную связь", свя-
зывающую основную колебательную систему с источником энергии.
Фиг. 76. Схемы расположения углов поворота маятника.
Источник энергии, действуя через обратную связь, восполняет потери
энергии в основной системе. •
Совершенно очевидно, что в рассматриваемом случае маятник
является основной колебательной системой, а ходовой узел — обрат-
ной связью.
Для определения периода и амплитуды колебания маятника, рабо-
тающего совместно с несвободным ходом, разделим полный угол
поворота маятника, при движении его от одного крайнего положения
до другого, на четыре участка и определим продолжительность
прохождения маятником каждого участка.
При движении маятника слева направо будем иметь (фиг. 76, а):
дополнительный угол (от —Ф до -
угол импульса X (от —до 72);
угол свободного поворота маятника о (от до ?3);
второй дополнительный угол (от s3 до Ф).
При обратном движении маятник будет проходить такие же углы
(фиг. 76,(7).
Рассмотрим движение маятника слева направо.
132
1. Дополнительный угол (от — Ф до — ?j).
На фиг. 77, а изображена схема взаимодействия зуба и палетты
якоря на рассматриваемом участке. Следует заметить, что углы по-
ворота маятника и якоря одни и те же, так как якорь связан
с маятником посредством вилки. Допустим, что на маятник, не свя-
занный с ходом, действует постоянный момент трения Мт, и обозна-
чим: I — момент инерции маятника относительно оси вращения;
Фиг. 77. Схемы к расчетному
времени прохождения маят-
ником первого дополнитель-
ного угла, угла импульса
и второго дополнительного
угла.
Р—вес маятника; /0 — расстояние от оси подвеса маятника до центра
тяжести; — момент на оси ходового колеса; f—коэффициент
трения скольжения зуба по палетте; W—нормальное давление зуба
на палетту; — реакция этого давления и ©— текущий угол пово-
рота маятнйка. Уравнение движения маятника на рассматриваемом
участке:
/? + Р/о sin ? + Л4Т + fNr = 0;
при этом предполагаем, что оси вращения якоря и маятника совпа-
дают.
133
На первом участке колесо неподвижно.
Условие равновесия колеса:
= М* и 7VX = Л/ = —А
/у
Поэтому
4" к sin ср 4- D = 0,	(а)
где
D = Л4т +/-£- и К = Р1о	(Ь)
Первый интеграл этого уравнения при начальных условиях /0 = О,
?0 = — Ф и <?0 = 0 равен:
-4	/([СО5? — С°5Ф — р1(ф+®)],	(С)
где
г М*
М_
р = -у;--коэффициент затухания при постоянном трении.
Л
Из выражения (с) получаем:
dt - у/"±- .	_____... .
г 2К Vcos<p — cos Ф—pi (Ф + ср)
Продолжительность прохождения маятником первого участка равна:
Y2 (cos ср —cos Ф) — pi (Ф 4- ср)
(9)
Подставив в ур-ние (с) ср = — фп получим угловую скорость
маятника в конце первого участка:
I
?i = п (2 (cos ?1 — cos Ф) — 2рх (Ф — фх)]2,	(10)
, /
здесь п = у -j------круговая частота маятника.
Из ур-ния (9) видно, что при нижнем пределе —Ф подинтеграль-
ная функция обращается в бесконечность. Преобразуем этот интеграл,
введя новую переменную.
а = Ф + ф.
134
Получим
t =_t_ фг da =
1 V'ln J YCOS (Ф — a) — COS Ф — pia
0
Ф—Ф1
1	da	_
Va /"cos (Ф — a) — COS Ф
V -----------a--------P1
Ф—Ф1
1 С 1 rfa
У2я J Va Vf (a) — pt ’
0
где
Zz x СОБ(Ф — a)—COS Ф
/ (a) = -----------.
Очевидно
/(0) = sin Ф.
Допустим, что pj =# sin Ф.
Выражение ^====“ можно представить так:
V/(«)-Pj = V/(O)-₽1 + +(a) “ /ЗШФ-Р! + ф (а)’
Отсюда
ф (а) =	1	_	1	= /sln0 —р,—У7(а)—7Г
17(e) —Pl	Vstn0— Pl Vsin0^pi • V/(a)— pl
_________sin Ф — /(tt)___
a K/V) —Pi (* + V7(«) —pi) ’
где	________
a = ]Zsin Ф — px.
Поэтому
1 1।sin Ф — /(a)
//(«) —Pi V sin Ф—Pi а УЛа) —Pi (<* + У7(а) —Pi)
Подставив это выражение в правую часть равенства (d), получим:
А —
1
V2an
2 УФ— <рх
. Р _______[sin Ф —/(«Ч da____
J V7(“) — Pl (a + 17(e) — pi)
. (11)
• лч X. Ч	Ль cos (ф — a) — COS Ф
sin Ф — /(а) = sin Ф----------------------=
Sin Ф (а — sin tt) 4- COS Ф (1 — cos ct)_____
135
= J[sin<l>(a a+’-,	£+•••) +
+ cos<t>(l-l+^-y + •••)] =
= a	cos Ф+. • •+-J-Sin Ф — sin Ф + ...) = aF(a).
При a = 0 F(0) = cos Ф. Следовательно, при a = 0 подинте-
гральная функция в выражении (И) обращается в нуль, причем
предполагается, что /(a) — Pj ¥= 0. Этот интеграл можно вычислить,
в числе других, способом Симпсона.
При малых амплитудах колебания маятника можно принять
m2	ф2
cos©=l—-у и cosФ = 1----------— .	(12)
В этом случае выражение (9) принимает вид:
-Ф1	-«₽»
_ 1 Г __________dy	____1_ С_________dy_________
1 - п J /ф2-2р1ф —<f2-2fiT — п J V>fc-pi)2-(<p + pl)2
ф	ф
следовательно,
/1 = — [4 - arcsin P1-1 	(13>
1	п [ 2	Ф — pi J
2.	Угол импульса к (от —<рх до ср2).
На фиг. 77, б показана схема взаимодействия зуба колеса с па-
леттой при импульсе. Угол поворота маятника ср на участке угла
импульса (фиг. 76, а) будем отсчитывать от луча ор вправо (0<ср<к).
Восстанавливающий момент маятника
М = К sin (ср — срх).
Так как импульс происходит вблизи положения равновесия маят-
ника, то можно принять
М =К(ср — срх).
Уравнение движения маятника:
/<р + АГ(? - ?i) - Nx + fNw + 2ИТ = 0.	(е)
Уравнение движения ходового колеса:
/ха + М* — NiV — /Vxy = 0,	(f)
где а—угол поворота колеса; /х—момент инерции ходового колеса
и моменты инерции всех вращающих колес, приведенных к оси ходо-
вого колеса.
Исключив 7V(7V = А\) из ур-ний (е) и (f), получим:
+	_ (7/x + /xi)	- Ксрх + AfT = 0,	(g)
136

где
(h>
функция F (?) Mx представляет собой момент импульса.
В литературе [6] даны методы аналитического определения зави-
симости между F(?) и углом ф, а также зависимости между углами
На фиг. 78 изображены кривые зависимости между F(v) и ф
(импульсные кривые хода) для углов импульса, равных 1 и 3°. Число
зубцов ходового колеса 30, угол обхвата 2а0 = 78°, угловая ширина
палетты ф0 = 4°30'; коэффициент
трения принят равным 0,15.
На фиг. 79 приведена кривая за-
висимости угла поворота якоря
(маятника) ф от угла поворота ходо-
вого колеса при импульсе (угол
импульса К = 3°).
В работе автора [7] показано,
что изменение формы импульсной
кривой оказывает незначительное Фиг 79 Кривая зависимости угла
влияние на период колебания осцил- поворота якоря (маятника) от угла
лятора, работающего совместно с поворота ходового колеса на уча-
несвободным ходом.	стке Угла импУльса-
Поэтому импульсную кривую можно заменить горизонтальной
прямой. Для того чтобы работа импульса при этом не изменялась^
ордината (Л) этой прямой должна определяться из выражения
f F (?)
А =?— .---
(14)
Из графика на фиг. 79 видно, что зависимость между углами
поворота ходового колеса и якоря почти прямолинейная. Поэтому
можно принять
и
а = — /? (а < 0 и ср > 0)
• а = — /ф,
137
где i — передаточное число между ходовым колесом и якорем при
импульсе.
Заменив в ур-нии (g) F (ср) через А и а — через —/ср, получим:
(/ + /Х/Д)? +К<? = К (?1 - Р + А .
Обозначив
11=1 + UiA=l[l + iA р2 = ?1-р + Ди й2=^-, 0)
будем иметь:
? +«?? = «?Р2-	(J)
Решение этого уравнения при начальных условиях
t = 0 при ср0 = 0 и ср0 = срх
имеет вид:
ср = ^sin (nxZ — а) + р2,	(к)
где
f==]/W+pi: sina=^--
Решив ур-ние (к) относительно t и подставив t = /2 и ср = к, полу-
чим время прохождения маятником угла импульса:
4 = — [arcsin Х~Р2 +arcsin~y-l.	(15)
2 L £	£ J
Угловая скорость маятника
ср = Епх cos (пх/ — а),
или, на основании ур-ния (к),
® “ «1V— (? — Р2)2-
При ср = к получим угловую скорость маятника в конце импульса
?2 = «1 У — (X — Р2)2.
(16)
3.	Угол свободного поворота маятника 8 (от + ср2
до ср3).
После импульса ходовое колесо теряет контакт с палеттой и про-
ходит свободно угол падения, а система якорь — маятник поворачи-
вается на угол свободного поворота 8. Так как угол свободного
поворота маятника мал, то восстанавливающий момент его можно
принять равным Кер. Уравнение движения маятника будет:
Z® + Kcp4-AfT = O.
0)
13«
При начальных условиях t = 0 при <?0 = <?2 и ?0 = ©8 получим:
ср = Н sin (nt + 7) — р,	(m)
где	________________
"“1/ (ff+<?+(>*:
sin 7 = и р = ^ -
Ходовое колесо на участке угла падения движется равноускоренно
под влиянием приложенного момента Мх.
Уравнение движения ходового колеса:
/ха 4' Afx = 0.
При начальных условиях t = 0 при а0 = 0 и а0 = — 04 полу-
чим:
ЛД 4—2—Ь	= о*
Решая это уравнение относительно t и подставив в полученное
решение t = t3 и а = — е (е — угол падения), получим время /3 про-
хождения ходовым колесом угла падения:
[(/Л)2 + 2/хуИхе)4 _ /хО1
------------ЛГХ---------’	(П)
где 04 — угловая скорость ходового колеса в конце импульса.
Так как передаточное число между ходовым колесом и якорем
при импульсе равно I, то
1
Г~к Г/ф V	I2
а1 = г'?2 = Z I/ 7- J- +Р^ — (> — Р2)2	=
r h ni J *	J
1
/—ЕГ f/ „ \2	) 2
— il/ -r- ( —I [2 (cos ®i — cos Ф) — 2рх(Ф — cpx)J — X2 + 2Xp2 J ,
или
ах=г -7-°’
где	т 1
1
9 = [2 (cos <рх — cos Ф) — 2рх (Ф — ?х) 4-	(2Хр2 — X2) 2 .
Выражение (п) на основании (о) можно привести к следующему
виду:
ntt
М. Jx
(Z6)2+ 2-^-i
i
I2	ZX
e-------^(/9)

К
(17)
139
Подставив в ур-ние (m) t = /3, получим угол отклонения маят-
ника от положения равновесия в момент, соответствующий концу
падения ходового колеса:
р3 = Н sin (nt3 4- у) р,	(18)
причем
н = Иа+(®2 + р)2,	.
Угловая скорость маятника при ср = ср3 равна:
?з = « /н2 (?3-Нр)2 .	(19)
4.	Дополнительный угол (от ср3 до Ф).
Энергия, приобретенная ходовым колесом при прохождении угла
падения, рассеивается при ударе зуба колеса о поверхность покоя
палетты. Так как центр этой поверхности совпадает с центром вра-
щения якоря, то ударный импульс не оказывает никакого действия
на маятник.
На фиг. 77, в показано взаимодействие зуба и входной палетты
на участке второго дополнительного угла маятника. На этом участке
уравнение движения маятника имеет такой же вид, как и уравнение
движения на первом участке, т. е.
/ср К sin ср -|~ D = О,
где
К
Первый интеграл этого уравнения равен:
у / (ср)2 — К cos ср 4- £)ср = С.
При начальных условиях / = 0 при ср0 = ср8 и ср0 = произ-
вольная постоянная С равна:
С = ’-/(?з)2- Kcos?8 + O?3.
Подставив значение ср3 из ур-ния (19), получим:
<₽>
где
/(<?) = {[92 + (?2 + р)В — (?з + р)21 — 2 lC0S Тз — cos<p +
-h PiCP —	(я)
При ср = Ф маятник достигнет крайнего правого положения, в
котором скорость его равна нулю, т. е.
1
ф = п [/(ср)] 2 — 0.
)4О
Подставив в ур-ние (q) 7 = Ф и приравняв /(в) нулю, получим:
02 = _((рг + р)» + (?84-Р)»4-2[СО8в3 — COS Ф 4“ Pi (Ф -?з)|. (г)
Поставив это значение О* в выражение (q), найдем:
f(z>) = 2 (cos 7 — cos Ф) 4- 2Р1 (Ф — 7).
Время t4 прохождения маятником второго дополнительного угла
от до Ф определяется из выражения:
ф
____________________________________________________
V 2 (cos ? cos Ф) f- 2рх (Ф — ср)
<₽з
Преобразуя этот интеграл таким же способом, как интеграл (9),
получим:
I	Ф“{РЗ	.	.	П
~ VlCn
гае
2 1/ф	4-1 ——___- ф	- —
•’ J У» V/ (4 +Pl (С +//(«) + ?!
При а = О
При малых
С = ]/ sin Ф + pj .
подинтегральное выражение обращается в нуль,
амплитудах колебания маятника можно принять:
1	с2	1	ф2
cos s = 1	-4- и cos Ф = 1-------— .
В этом случае будем иметь:
ф	ф
rfcp
/(<₽ + Pl)2 (=+р1)2 ’
следовательно,
'4 = /W arcsinMH (21)
При неравноплечем ходе, который здесь рассматриваемся, работа
трения покоя и работа импульса на входной палетте соответственно
равны работе трения покоя и работе импульса на выходной палетте.
Поэтому колебания маятника симметричны: правая амплитуда коле-
бания равна левой, и, кроме того, имеет место равенство полупе-
риодов колебания Маятника.
При рассмотрении движения маятника в обратном направлении
(т. е. справа налево) получим уравнения движения на 1-м, 2-м и
3-м участках такие же, как и ур-ния (a), (j), но с обратным знаком
у постоянных членов:
/? 4- Ksin ъ D = 0;
? “Г ^1? = ‘	>
/? 4- /(sin '5 - - [) = 0.
141
Уравнение движения на 4-м участке такое же, как и на 1-м.
Решая эти уравнения при соответствующих начальных условиях,
получим формулы для определения времени прохождения маятником
отдельных участков такие же, как полученные выше формулы (13),
(15), (17) и (21).
В крайнем правом положении маятника его скорость равна нулю.
Следовательно, правая часть равенства (q) при ф = Ф равна нулю.
Поэтому
02 + (®а + Р) — (?з + Р) — 2 lcos ?з — cos Ф + р! (Ф — ©8)J = 0.
Подставив сюда значение 62 из (г), после несложных преобразований
получим формулу для определения амплитуды колебания маятника:
4- 2 (cos — cos <?з) — S (К о)
(22>
На основании выражения (i) /t = / + IxiA. Момент инерции хо-
дового колеса /х обычно значительно меньше момента инерции маят-
ника / (вернее, системы, состоящей из маятника и якоря). Поэтому
при определении амплитуды по ф-ле (22) можно принять Д = /,
пренебрегая значением /Х/Л по сравнению с I (iA < 1).
Так как независимо от величины амплитуды колебания маятника
углы ©j и малы, то можно принять:
ф2	ф2
1	“1	. ?з
cos = 1---------2" ; cos ф8 = 1-------
Поэтому будем иметь:
Ф =
[ЛХ (X+ о)]-2
л
(23)
где
(s)
Эта формула. устанавливает
маятника от момента на ходовом
зависимость амплитуды колебания
колесе и основных размеров маят-
ника и ходового узла.
Из выражения (23) получаем:
__ 2рФ
К ~ At.— Ь(2<Р — л -о) '
(24)
142
Так как угол свободного поворота маятника 5 и угол падения
ходового колеса е малы, то можно в первом грубом приближении
принять, что маятник и ходовое колесо проходят эти углы с постоян-
ной скоростью. Тогда
8 = Ф2^3 И е =
где аг — угловая скорость ходового колеса вначале падения (в конце
импульса).
Так как
то
Кроме того,
Приравнивая правые части этих равенств, получим:
8 = -^-.	(25)
Для определения второго приближенного значения В следует при
заданном значении Ф найти -тг [ф-ла (24)], затем, пользуясь форму-
Л
лами (17) и (18), найти nt3 и й, наконец,
й = ?з “ ?2-
Предполагается, что все коэффициенты, входящие в указанные
формулы, известны. Наибольшее влияние на величину угла 8 оказы-
/х
вает коэффициент -j- (отношение момента инерции ходового колеса
к моменту инерции маятника). Для секундного маятника этот коэф-
фициент составляет около 5-10“6, а для полусекундного маятника—
около 2-10“4.
В табл. 3 приведены значения углов о, вычисленные указанным
способом. Угол падения колеса s = 1*30'; угол импульса л=1°0';
число зубцов колеса zg = 30; угловая ширина палетты ’ро=4°ЗО';
угол обхвата 2а0 = 78°;	= 0°15'; ф2 = 0°45'. Коэффициент зату-
хания р = 0,01 и коэффициент трения /=0,15. Передаточное число
/=-- — = 4,5.
к ’
Третье приближенное значение 8 мало отличается от второго-
приближенного значения. Из таблицы видно, что угол 8 весьма мал
К
при тех значениях -j- , которые имеют место в маятниковых часах.
Поэтому в ф-лах (23) и (24) углом 8 можно пренебречь.
143
Таблица 3
Значения углов свободного поворота маятника
	/ г 1 А =5-10*6	-у- = 2-10—4
ф	G	_ 	8
1°0'	0э0' 16"	0°Г36"
1°30'	0°0'25’	0°2z27"
2°о'	0°0z29"	0°2'2Г
3°0z	0°0z34"	0c3z18"
4°0'	0°0'36"	|	0°3'ЗГ
5с0'	0°0'37"	|	0°3z36"
Период колебания маятника без учета времени прохождения угла
•свободного поворота 8, на основании ф-л (11), (15) и (20), равен:
71 = 2т{	ф —?1 ;	с?з +
+ ^(«>1 + (arc sin
Г________[sin Ф —/ (o)l du
.)	//(»)— >1 (a + T/(a) —pl)
0
1
ф-<₽1
. f ,a) _ f ___ Isin Ф —/(a)lrfa	.
' J Va Vf(a) 4- pt (c + F/(«) + pl)
0
/•z X COS (Ф — a) — COS Ф	. .	ЛГ-—.-------
/(a) = —--------------; a = Ф -h ? ; a = ]/ sin Ф — p2 ;
г-------- r M	M
с = V sin Ф + Pt ; Pt=p '	p2 = ?i P :
______Pi-________________________________
=	-J- [2(cos?! — cos*) - 2pt (Ф — ?1)) 4- p2 .
(26)
Здесь также можно принять /х = /. Относительное приращение
периода колебания маятника равно:
= = i 12 I ''.(*)] -г
— -^7 |2 V Ф -- ?з (a) I аге sin ''	- аге sin • - 1. (27)
144
При малых амплитудах sin ср и восстанавливающий момент
маятника можно принять равным pltf.
В этом случае период колебания маятника, на основании выраже-
ний (13), (15) и (21), принимает такой вид:
7\ = — Н- — [— arc sin **	— arc sin ?3-f~- +
1 п 1 п [	Ф — pi	Ф-г-pi
arc sin	arc siп^.
Е	Е
Относительное приращение периода
_ П — Т _ 1
“ т -
ДГ
Г
— Pi
— arc sin	—— — arc sin
Ф - Pi
.	• К “ Р2	Ро
аге sin —— arc sin .
Pi
Ф+Р1
(28)
15. Исследование устойчивости колебания маятника
Обозначим начальную левую амплитуду через Ф, а амплитуду
после одного простого колебания через Фг
В крайнем правом положении маятника при ср = Фх угловая ско-
рость его равна нулю. На основании ур-ния (q):
02 + (?2 + Р) — (?з + Р) — 2 fcos ?з — cos Ф1 L Pi (ф1 — ?з)1 = °-
Рассмотрим устойчивость при малых амплитудах, пренебрегая
углом свободного поворота маятника о ввиду его чрезвычайной ма-
лости.
При этих условиях
Ф?
ср3 = ^2; cos ср3 = cos ср2 = 1--; cos Ф1 = 1-------.
Подставим в ур-ние (t) значение 9 из (г) и, положив / = /t;
9
^1	Ф2
cos = 1-------2" ; cos Ф = 1------2" , будем иметь:
(Ф1 -! - Р1)2 = (Ф - р, )2 -	!_ ?2 + 2Р1 (?1 + ?2) _|_ 2k (р, -	.
Так как
/Их	М*
Pi = Р -1- Ь ; Р2 =	— Р 4- а и к =	4- <р2,
"о легко показать, что
-	2Р1 (?1	?j) - 2k (ps - у) = 2Х(& + А)^ .
Поэтому
(Ф1-!-р1)2 = (ф._P1)S :-2k(fe '-АУ-jl-
10
Аксельрод. 1854.
145
Каждому значению момента на ходовом колесе соответствует
единственная стационарная амплитуда колебания маятника, опреде-
ляемая по ф-ле (23).
При S = О
(Л + д)л —
ЛГ
(29)
или
Af
к (Л + Ь)-^=2ФР1.
Подставив это значение в правую часть равенства (и), получим:
<1\ - Ф,
т. е. при стационарном режиме правая амплитуда равна левой.
Допустим теперь, что вследствие внезапного внешнего возмуще-
ния амплитуда колебания маятника изменилась и стала равной
Ф2^-^» к, Ь, А и Р1 остались прежними J. Из выражения (и) видно,
что если Ф2 > Ф, то Фх < Ф2; если же Ф2 < Ф>* то Ф! >Ф2- Сле-
довательно, Ф2 стремится к амплитуде Ф стационарного режима
(уменьшаясь при Ф2 > Ф и увеличиваясь при Ф2 < Ф), и колебания
маятника устойчивы.
16. Период и амплитуда колебания маятника при постоянном
и вязком трении
Выше мы показали (п. 14), что угол свободного поворота маят-
ника В (табл. 3) весьма мал. Поэтому полный угол поворота маят-
ника, при движении его от одного крайнего положения до другого,
можно разделить на три участка. Моментом инерции ходового ко-
леса (/х), ввиду незначительности влияния его на период и ампли-
туду колебания маятника мы будем пренебрегать.
Рассмотрим движение маятника на каждом участке в предполо-
жении, что амплитуды невелики.
1. Дополнительн ый угол (от — Ф до —
Движение маятника слева направо.
Полученное ранее уравнение движения маятника на этом участке
[ур-ние (а), п. 14] в данном случае имеет вид:
4- F? + К? = — D,	(30>
где D определяется на основании (Ь):
О = Мт + /-£-Мк;
t\
146
Fy — момент силы трения, пропорциональный скорости
Ур-ние (30) имеет решение:
? = Ае hi sin (nxt 4- а) — Р],
где	_________
„1 = |/'^ТГ^ = я-|/ 1-(4)2.
Так как h =	, то )’=	= Л2;	(а)
п, = пУ\=&-,	Р1-4 -? + /-^Мх; Р=^.	(Ь)
Коэффициент b назовем степенью затухания при сопротивлении,
пропорциональном скорости. Постоянные коэффициенты Лиа опре-
деляются по начальным условиям t = 0 при ср0 = — Фи cpQ = 0:
Л = —y-ZZJ?. . sin а = у 1 — № .
V\	v
Поэтому
о-- —	е	1 — b*nt+*} — Р1.	(31)
Подставив cp=—получим трансцендентное уравнение, из
которого можно найти ntx (tx — продолжительность прохождения
маятником 1-го участка):
-	1	+ а) - Р1 +	= 0.	(32)
у 1 — о-
Из выражения (31) находим угловую скорость в конце 1-го
участка при © = — ?i:
~	(?i — Pi) “ (* — Pi) е~ bnt' cos (k 1 — b2ntx + a) . (32')
2.	Угол импульса (от — до ©2).
На участке угла импульса на маятник действует момент импульса
ЛЛ4Х (Л определяется на основании ф-лы 14). Уравнение движения
маятника на этом участке:
/? ц_ Fy 4-	= АЛЛ* — /Ит.	(33)
Решение этого уравнения для начальных условий t = 0 при ©м =
г и го == "” имеет вид:
-i = Be Ьп1 sin (11 -+ 7) + ?,,	(с)
где	___
о	(<Fi + р?) - .	(?i + Рг) —&2	/
В =-----’ ^7 = -ЬУУТУГ-~7Г 	(d)
147
r i V1	л ^^Х
Н = п  Р2 = Л-к~Р-
Подставив в ур-ние (с) о = s2, получим уравнение, из которого
можно определить время t = /2 прохождения маятником угла им-
пульса:
?2 — Be'bn': sin (I 1 — b2iitt + l) — Р2 = 0.	(34/
Угловая скорость маятника в конце угла импульса при s = ?2.
^- = — £(?2_р2) + 5 ( 1 _/>2г ^cos(/l -^2 + 7).	(35)
3.	Д о п о л н и т е л ь н ы й угол (от о2 до Фх).
Уравнение движения маятника на этом участке такое же, как и
уравнение на 1-м участке:
X /ф + Fc + K'i = — D; D = AfT + f-^- Afx.	(36)
‘	к
Для начальных условий t = 0 при	и c?0 = решение
имеет вид:
7 = Ее bnt sin (J 1 — b2nt + о) - pp	(e)
где
£=¥2+а. tgo = Х!"я/(?21+?|) ; n = ^-.	<f)
sin о »	N + b (?2 + pi)	n
Угловая скорость маятника
= Ее bnt [— b sin (y 1 - b2nt S) +
+ V 1 — t>2 COS ( Kl - Pnt + o)].	(g)
При с? = Oj угловая скорость ср = 0 и / = Z3 — времени прохо-
ждения маятником 3-го участка. Поэтому
- b sin (у 1 — b2nt3 4- 3) +1/1 — b2cos (У 1 — b2 nt3 + о) = 0.
Отсюда
У 1 — £2
Ь
л/3 =
.1
асг tg
(37)
8
Oj = F^^'sin (| 1 — fe2/z/3+ 8) -P1.	(38)
Уравнения движения маятника на отдельных участках при изме-
нении направления его поворота отличаются от ур-ний (30), (33)
и (36) знаками правых частей. Уравнения же, из которых опреде-
ляется время t2 и /3, будут аналогичны ур-ниям (32), (34) и (37).
148
(9
Период колебания маятника
Л = 2(/!  г2 + *3).	(39)
Так как из ур-ний (32), (34) и (37) определяются nt^ nt2, и п12,
то относительное приращение периода
Т\ — Т = (Z| 1~^ + 6)~ — = п (<1 + 4 + 6) _ !	^40)
ST
Т
2*
п
вычисления периода и амплитуды колебания
В ур-нии (32) неизвестными величинами
Задаваясь
Фиг. 80. Функция последования.
Последовательность
маятника следующая^
являются Ф и ntt
произвольной амплитудой Ф',
находим nt1 (например, мето-
дом пропорциональных частей)1.
Затем, пользуясь последова-
тельно выражениями (32'), (d),
(34), (37) и (38), определяем
постоянные коэффициенты /г/2
и nt3. Наконец, находим пра-
вую амплитуду Ф; [ур-ние
(38)].
Для определения ампли-
туды Ф2 после одного полного
колебания можно воспользо-
ваться теми же уравнениями.
Пользуясь амплитудой Ф2 в
качестве исходной, можно указанным способом найти амплитуду Ф4
после второго колебания и т. д. Если колебания маятника устой-
чивы, то произвольно взятая амплитуда Ф' будет стремиться к ста-
ционарному значению Ф, уменьшаясь при Ф' > Ф и увеличиваясь
при Ф' < Ф.
Полученные таким способом данные позволяют
цию последования (фиг. 80). По оси абсцисс
вольно взятые амплитуды Ф1, Ф11, Ф111, Ф1У, . . . ,
нат — амплитуды после одного полного колебания
Ф6. . . , и построена кривая а.
Координаты точки пересечения кривой (а) с биссектрисой опре-
деляют стационарную амплитуду Ф колебания маятника. Для этой
амплитуды можно найти период колебания маятника 7\.
В п. 13 было показано (фиг. 74), что колебания свободного
изолированного маятника затухают весьма медленно вследствие не-
значительности трения. Поэтому для поддержания колебательного
движения маятника, установленного в часах, достаточны небольшие
построить функ-
отложены произ-
а по оси орди-
маятника Ф2, Ф4,
1 См. Я. С. Б е з и к о в и ч. Приближенные вычисления, Гостехиздат,
1949.
149
регуляторные импульсы, сообщаемые ходовым узлом. При этих усло-
виях определение стационарной амплитуды вышеуказанным способом
сопряжено со значительными вычислительными трудностями, так как
первая произвольная амплитуда Ф' будет весьма медленно прибли-
жаться к стационарной амплитуде Ф.
Стационарную амплитуду колебания маятника можно найти из
условия, что работа трения маятника за период равна работе им-
пульса силы, поступающей извне, за тот же период.
Так как стационарный автоколебательный режим маятника доста-
точно близок к гармоническому режиму, то угловую скорость маят-
ника можно принять равной
Ъ — п |/ Ф2 —ф2.
Работа силы трения за период, пропорциональной первой степени
скорости, равна:
Аг = 4F | ф^/ф = 4F/z J V Ф2 ~	-- т.ИпФ1.
о	о
Так как
= b и п = । f -Ь- ,
2VIK	[	1
то
А х = 2~М<Ф2.
Работа постоянного трения
А2 = 4Ф.ИТ.
Работа трения на дополнительных углах
V'2/f Л1х(2Ф-л).
Работа импульса за период
/14 = 2.4 ЛТД,
где X — угол импульса.
Следовательно,
,4< = 2ФЛ4Т + ~ЬК<1>2 + f -rR- Мх (2Ф — ).)•
Отсюда получаем зависимость между моментом на ходовом ко-
лесе ЛТХ и амплитудой колебания маятника Ф:
ТС6Ф2 + 2Ф?
К At.— а(2Ф—/.)’	' ’
где а — ./ . Для неравноплечего хода = tg а0 (а0 — половина
угла обхвата). Заданным значениям основных параметров маятника
(ЛТХ, К, А, л, а) соответствует единственная положительная ампли-
туда.
150
17. Анализ полученных уравнений
На фиг. 81 построены огибающие кривые амплитуд затухающих
колебаний свободного маятника при трении, пропорциональном ско-
рости (экспоненты). Кривая / построена для 6 = 0,0001; кри-
вая 2 — для b = 0,0002 и кривая 3 — для b = 0,0003. (Декремент
, nb \
затухания d= у—- .)
При b = 0,0001 маятник уменьшает свою амплитуду с 4°30' до
1°30' за 3500 простых колебаний. Такое же затухание на конечном
интервале вызывает постоянное трение при коэффициенте затухания
Фиг. 81. Кривые затухающих колебаний маятника.
AfT
р = — = 0,7486- 10 причем прямая 4 представляет собою оги-
л
бающую амплитуд при этом значении р. При р = 1,500-10 ~5 и р =
= 0,1800-10 “4 (прямые 5 и 6) число колебаний изолированного
маятника на интервале уменьшения амплитуд от 4°30' до 1°0' будет
такое же, как и при b — 0,0002 и b = 0,0003.
На основании полученных выше уравнений (40), (41) построены
кривые зависимости относительного приращения периода колебания
маятника от амплитуды Ф (характеристики, фиг. 82), кривые
МД
от ампли-
туды Ф (фиг. 83) и, наконец, кривые зависимости относительного
приращения периода колебания маятника от момента на ходовом
колесе (фиг. 84).
В качестве исходных величин взяты угол импульса /. = 1°0', угол
покоя 0°30', число зубцов ходового колеса z = 30, угол обхвата
2а0 = 78°, угловая ширина палетты 40°30', ср1=0°15', ср2 = 0°45',
коэффициент трения /=0,15 (ход неравноплечий), а=/-^- =
= /tgOo = 0,1215, коэффициент А = 2,312 (АМХ — момент импульса
баланса).
зависимости момента на ходовом колесе А4Х (или
151
----60°
М
Фиг. 83. Кривые зависимости ~ от Ф при разных значе-
*\
ниях коэффициентов р и Ь.
152
Кривые на фиг. 84 построены для постоянного трения, трения,
пропорционального скорости, и комбинированного трения. Из при-
веденных кривых видно, что постоянное и вязкое трение нару-
шают изохронизм маятника, причем постоянное трение увеличивает
период, а вязкое трение уменьшает период. Чем больше тре-
ние (чем больше коэффициенты р и Ь), тем в большей степени пе-
риод колебания маятника зависит от амплитуды (и момента Л4Х)Г
т. е. тем сильнее неизохронность маятника. При малых амплитудах
(и малых моментах Л4Х) неизохронность колебания маятника] от дей-
ствия ходового узла сильнее, чем при больших амплитудах. Однако
из этого еще не следует, что большие амплитуды при всех обстоя-
.	АГ ,МХ
Фиг. 84. Кривые зависимости от^— при разных
< К
значениях коэффициентов ? и Ь.
тельствах предпочтительнее малых амплитуд. Известно, что маятник
имеет круговую ошибку
ГГ ГФ2.  ЦФ4 -	1	(42 >
Г [ 16 + 3072
Эта ошибка появляется вследствие того, что момент, возвращаю-
щий маятник в положение равновесия, пропорционален не углу
отклонения его от положения равновесия, а синусу этого угла, На
фиг. 85 приведена зависимость круговой ошибки от амплитуды Ф.
При больших амплитудах неизохронность маятника от круговой
ошибки может оказаться значительно сильнее, чем от действия хо-
дового узла.
Уменьшение сил трения, преодолеваемых маятником, дает воз-
можность ослабить влияние ходового узла на период колебания маят-
ника при малых амплитудах. Так как при малых амплитудах кру-
говая ошибка мала, то точность (стабильность) хода часов прн
малых амплитудах выше, чем при больших.
Совершенно другая картина будет наблюдаться в том случае,,
когда маятник преодолевает сравнительно большую нагрузку и на-
ходится под действием большого трения.
153
На фиг. 86, 87 и 88 построены кривые зависимости относитель-
*	АГ	I
ного приращения {периода -у от амплитуды Ф и от момента на
Фиг. 85. Круговая ошибка часов.
ходовом колесе Afx и кривые зависимости момента на ходовом ко-
лесе от амплитуды (фиг. 88). Угол импульса Z = 3°;	= 1°15';
Фиг. 86. Кривые зависимости — от Ф при боль-
ших значениях коэффициента р.
ф2 = 1°45’; остальные размеры хода и коэффициент трения остались
прежними. Коэффициент А = 1,072. Кривые построены по уравнениям,
1.54
полученным для коэффициентов затухания при постоянном трении
р = 0,01 и 0,005 (п. 15).
При увеличении момента на ходовом колесе Мх и амплитуды Ф
период колебания маятника довольно быстро уменьшается, дости-
гает наименьшего значения, а затем, при дальнейшем увеличении Мх
и Ф, период колебания быстро возрастает. На некотором среднем
участке характеристики ^и кривой зависимости от Мх^ период
колебания маятника сравнительно слабо зависит от амплитуды Ф и
момента Л4Х.
Фиг. 88. Кривые зависимости^
К
от Ф при больших значениях
коэффициента р.
ДГ
Фиг. 87. Кривые зависимости — от
при больших значениях коэффи-
циента р.
Следует заметить, что при большом трении неизохронность маят-
ника от действия хода будет значительно сильнее, чем от круговой
ошибки. Так, например, для амплитуд 11° и 9° периоды колебания
маятника равны:
по кривой на фиг. 86
Тх = Т( 1 4- 0,030) и Т2 = Т(1 4- 0,019);
по кривой на фиг. 85 (круговая ошибка)
Л = 7(1 4- 0,0023) и Т2 = 7(1 4-0,0015),
где Т — период изохронных колебаний.
Изменение периода в первом случае составляет:
Д7 = Т\ — 72 = 0,0117,
155
а во втором случае:
АГ = Л — Л = 0,00087’.
Для амплитуд колебания маятника 5° и 3° соответственно получим :
АГ =0,0177' и АГ = 0,0003 Г
При большом трении наилучшую точность (стабильность)
хода часов (которая всегда хуже, чем при малом трении) можно
получить на интервале амплитуд колебания маятника или на ин-
тервале изменения момента на ходовом колесе Л4Х, расположенных по
обе стороны отточек перегиба характеристики (фиг. 86) или кривой за-
висимости от Л4Х (фиг. 87). На этих интервалах период коле-
бания маятника не так сильно меняется, как на других интервалах
амплитуд и моментов. Чем уже рабочий интервал изменения амплитуд
или моментов, тем стабильнее ход часов.
В табл. 4 приведены значения _2L и -у-, вычисленные для ряда
амплитуд колебания маятника при углах обхвата якоря 2а0 — 114° и
78*. Остальные размеры хода и коэффициент трения взяты те же,
что и при построении кривых на фиг. 86, 87 и 88.
Таблица 4
Значения -р- и
*\ 1
ф°	2*0 = 114°; р = 0.01		2а0 = 78°;	р = 0.01
	Л4Х К	ДГ т	к	ДГ Г
3	00232	0,0546	0,0210	0,0383
4	0,0376	0,0461	0,0307	0.0263
5	0,0500	0,0485	0,04*22	0,0207
6	0,0996	0,0659	0,0555	0,0179
7	0,188	0,146	0,0730	0,0174
8	—	—	0,0977	0,0171
9	—	—	0.129	0,0187
Из табл. 4 видно, что увеличение угла обхвата якоря имеет своим
следствием сильное расстройство изохронизма маятника. Кроме того,
чем больше угол обхвата, тем больше должен быть момент на ходо-
вом колесе для поддержания одной и той же амплитуды. Однако
при чрезмерном уменьшении угла обхвата ход становится чувствитель-
ным даже к небольшим неточностям изготовления отдельных деталей
и к зазорам в осях.
Большое увеличение момента на ходовом колесе Л4Х может вы-
звать остановку часов (остановку на покое).
156
Динамическое состояние маятника (описываемое дифференциальным
уравнением второго порядка) может быть однозначно определено
двумя переменными — координатой ф и скоростью ср, так как зада-
ние любых двух начальных значений ср и ср однозначно определяет
весь дальнейший процесс.
Уравнение, связывающее ср и ср, называется уравнением интеграль-
ной иногда — фазовой кривой (фазовой траекторией, фазовой диа-
граммой). Автоколебаниям соответствует замкнутая фазовая диаграмма,
называемая предельным циклом.
Для построения предельного цикла находим стационарную ампли-
туду Ф по ф-ле (41); затем, пользуясь параметрическими уравне-
Фиг. 89. Фазовые диаграммы маятника с несвободным ходом.
ниями (32) и (32') (параметр /Д определяем скорость маятника ср, я
при ср = — срр На основании ур-ния (31) легко получить уравнения
для определения скорости ср для промежуточных значений углов ср,
лежащих между —Фи —ср2 (первый участок). На основании ур-ний
(34) и (35) определяем cp2//z для ср -- ср2, а также промежуточные
значения скорости. Наконец, ур-ния (е) и (g) позволяют определить
скорости маятника для углов от ср2 до крайнего правого отклонения Ф.
Если взять амплитуду маятника так, что она будет больше или меньше
стационарной амплитуды, определяемой ф-лой (41), то, пользуясь
теми, же уравнениями, мы получим незамкнутые кривые (скручиваю-
щиеся или раскручивающиеся спирали).
На фиг. 89, а построена фазовая диаграмма маятника с несвобод-
ным ходохм при комбинированном трении (Ь = 0,0001 и р = 0,75-10 5).
Замкнутая кривая (предельный цикл) представляет стационарный
режим с амплитудой Ф — 2°30', зависящей только от параметров
колебательной системы. Вследствие малого трения (и небольшой
амплитуды) автоколебательный режим близок к гармоническому режиму,
для которого фазовая диаграмма — эллипс. Изображающая точка
(точка с координатами ср и cp//z) внутри цикла движется по раскру-
чивающейся спирали, а вне цикла — по скручивающейся спирали,
приближаясь к устойчивому предельному циклу.
157
2
Ц
3
Фиг. 90. Компенсацион-
ный маятник.
При амплитуде маятника Ф меньше ср2 (угол импульса л —	-|_
+ ?г) ходовой узел перестает действовать, колебания маятника ста-
новятся затухающими. На фазовой плоскости это колебательное дви-
жение изображается дугами скручивающихся спиралей, полюсы ко-
торых раздвинуты от начала координат на величину + р.
На фиг. 89, б построена фазовая диаграмма маятника с несвобод-
ным ходом при большом постоянном трении (р — 0,01). Стационар-
ный автоколебательный режим в этом случае сильно отличается от
гармонического режима.
18. Элементы расчета часов с электрическим подзаводом
Приводим метод расчета механизма маятниковых часов на кон-
кретном примере.
Задано рассчитать часы с секундным компенсационным маятником
по типу, изображенному на фиг. 12.
1.	Вес секундного маятника в электроме-
ханических и механических часах (не башен-
ных) обычно колеблется в пределах 5	7,5 кг.
При увеличении веса маятника увеличи-
вается его момент инерции, а следовательно,
и живая сила. Маятник становится менее
чувствительным к случайным толчкам, вибра-
циям и к изменению трения в механизме; это
позволяет получить более стабильный ход
часов. Но вместе с тем увеличивается ста-
тический момент маятника (К), что вызывает
необходимость в увеличении момента на хо-
довом колесе и момента двигателя [это видно
из ф-лы (41)].
Возьмем маятник с инварным стержнем 1
и латунной линзой 2 в форме цилиндра
(фиг. 90). Линза поддерживается в ее центре
тяжести компенсационной трубкой, состоя-
щей из двух частей: стальной 6 и латунной 5.
Трубка опирается на гайку 4, которая вместе
с контргайкой 3 навинчена на нарезанный
конец стержня. Принимаем вес маятника
ориентировочно Р 7,2 кг.
Приведенная длина I маятника определяется
на основании формулы
Т
g ’
откуда
I = tv Z-
4т:2 л
Так как период колебания маятника Т = 2 сек., а ускорение силд
тяжести g — 981 см/сек2, то I = 994 мм.
158
Принимаем ориентировочно общую длину стержня L = 1180 мм,
диаметр стержня d = 9 мм, отношение длины линзы к ее диаметру
Н __ 2 5. Пренебрегая весом гайки, контргайки, наконечника и учи-
тывая вес компенсационной трубки лишь частично, можем написаты
следующее приближенное равенство:
Р = 2L (D2 - <Р) НЪ +	d*L^.	(43}
Здесь и ]2 - плотности латуни и инвара.
Заменив Н через 2,5£) и приняв = 8,3 г а 8,5 г/см\
получим D = 75 мм и Н 180 мм.
Конструктивно оформляем гайку и контргайку: принимаем длину ком-
пенсационной трубки Г 100 мм и ее наружный диаметр Dv = 20 мм.
2.	Проверяем, насколько полученные основные размеры маятника
правильны. Для этого нужно произвести расчет приведенной длины
маятника по формуле:
где в числителе — произведение ускорения силы тяжести на сумму
моментов инерции деталей маятника относительно оси подвеса, а
в знаменателе — сумма статических моментов этих деталей относи-
тельно той же оси.
Если найденная таким образом приведенная длина будет отличаться
от заданной (/ = 994 мм) на 1ч-1,5 см, то эта разница может
быть исправлена путем подъема или опускания линзы с помощью
регулировочной гайки. Поэтому легкие и небольшие детали маятника»,
не оказывающие существенного влияния на приведенную длину, можно
не учитывать.
Если же разница между заданной приведенной длиной и расчет-
ной более значительна, то необходимо, изменив размеры маятника
(длину стержня), весь расчет произвести заново.
Этот способ расчета приведенной длины предусматривает разло-
жение маятника на ряд простейших тел, моменты инерции которых
можно легко определить по существующим формулам.
Попутно определяем фактический вес маятника Р.
Расстояние от оси вращения маятника до его центра тяжести /с
можно найти из выражения:
= и /0=^.
Для принятых нами размеров деталей маятника /р -= 98,5 мм,.
/0 — 95,9 мм, Р= 7,19 кг; расчетная приведенная длина/р мало
отличается от заданной.
3.	Рассчитываем температурную компенсацию маятника. —
длина стержня маятника от оси вращения до нижнего основания ком-
пенсационной трубки, а —термический коэффициент удлинения стержня,.
159
Г и am —длина и термический коэффициент удлинения состав-
ной компенсационной трубки, и —длина и термический коэф-
фициент удлинения стальной части трубки, /2 и а2 — длина и терми-
ческий коэффициент удлинения латунной части трубки.
Допустим, что температура по всей длине маятника одинакова.
При небольших температурных изменениях окружающей среды
= А(1 + ?./) и lt= /'(1 +М)
или
\L = Lt — L = Lit и Д/ = lt — I' — Z'aTZ.
Расстояние от оси вращения маятника до центра тяжести линзы
останется неизменным при условии
AL = Д/
или
Так как Г L, то a<^ain.
Ф-ла (44) определяет условие компенсации маятника лишь при-
ближенно. Полная же компенсация маятника имеет место при неза-
висимости приведенной длины маятника от температуры. Терми-
ческий коэффициент удлинения а(П определяется на основании
следующих равенств:
1и 1\(* + »10; 4?	+ a2Z) и 4 =l’U +
Так как
If ~	“1“ ^2/»
то
(Zi + Z2) (1 -|- amZ) — Zj (1 + atjZ) + Z2 U + аг0»
откуда
В зависимости от того, какую часть всей длины трубки Г соста-
вляет стальная и латунная трубки, am может меняться от 0ц до а2.
При Zj l5 мм, 12 = 85 мм, оц = 11,510“”6 и а2 = 18,510 б, полу-
чим am -= 17,45-10 6. При этом значении am и при Lr = 1090 мм,
a = 1,6-10~6, Г = + Z2 = 100 мм — равенство (44) будет выпол-
нено.
Термические коэффициенты инварного стержня и компенсацион-
ной трубки не являются строго определенными величинами, так как
зависят от условий плавки, механической и термической обработки
и др. Полная компенсация маятника может быть достигнута экспе-
риментальным путем, при помощи изменения длин частей компенса-
ционной трубки 1Х и /2.
160
4.	Пружинный подвес маятника состоит из двух оправ, в которых
защемлены две тонкие стальные пружины. Напряжение в пружинах
подвеса от изгиба и растяжения равно:
9	_ ЕФ hx Р
° “ 13 2 ' 2Мо ’
где ф — амплитуда колебания маятника (наибольший прогиб
пружин);
Z , Ло и Ьо — длина, толщина и ширина одной пружины.
При выборе допускаемого напряжения необходимо учитывать
явление усталости пружины при длительной работе в условиях пере-
менной нагрузки. Напряжение в пружинных подвесах часов обычно
не превосходит 25 кг!мм2.
При Ф = 1°30'; h0 = 0,1 мм; bQ 4 мм; 13 = 5 мм и Е =
= 2,2-104 кг/мм2 получим а= 15 кцмм2.
5.	Достаточную точность (стабильность) работы электропервичных
часов может обеспечить несвободный (анкерный) ход, который зна-
чительно проще в изготовлении и регулировке и менее чувствителен
к сотрясениям случайного характера, чем свободный маятниковый
ход (ход с потенциальным приводом). Проектируемые часы имеют
секундную стрелку на оси ходового колеса. Поэтому при секундном
маятнике ходовое колесо должно иметь 30 зубцов. Угловые размеры
хода возьмем следующие: угол обхвата 2а0 = 78° (6,5 шага), угол
импульса kj = 1° и угол покоя 0°30'. Половина шага колеса распре-
деляется следующим образом: угловая ширина палетты = 4°30' и
угол падения вместе с толщиной кончика зуба колеса 1°30' (зуб
острый). Диаметр ходового колеса зависит от габаритов часового
механизма и от числа зубцов ходового колеса. При слишком малом
диаметре ходового колеса и большом числе зубцов, палетты полу-
чаются тонкими и непрочными. Кроме того, ход с такими палеттами
будет чувствителен к неточности изготовления палетт и ходового
колеса и к зазорам в осях.
Диаметр ходового колеса в часах с секундным маятником сле-
дует выбирать таким образом, чтобы линейная толщина палетт, опре-
деляемая графическим построением хода, была не менее 1,5 мм.
Возьмем диаметр ходового колеса D = 40 мм.
Построение хода производится обычным способом [7]. Стальные,
каленые и тщательно полированные палетты вставлены в пазы латун-
ного якоря и удерживаются в них с помощью планок, привинченных
к якорю.
На фиг. 91 изображена вилка для маятника с инварным стержнем.
Нижняя часть вилки 5 снабжена скобой 2, охватывающей стержень
маятника. В эту скобу ввинчен винт 3, вращающийся в отверстиях
накладки 4, прикрепленной к вилке. При повороте головок 1 скоба
перемещается вдоль винта.
Такое устройство позволяет осуществить довольно точную регу-
лировку взаимного положения маятника и якоря.
И Аксельрод. 1854.	161
Верхняя часть вилки закреплена на втулке 6, запрессованной на
ось 7. На этой же оси запрессован якорь 8. Якорь и ходовое колесо
в маятниковых часах обычно изготовляются из латуни. Длина вилки
для секундного маятника колеблется в пределах 160н-120 мм.
Фиг. 91. Устройство вилки.
Ходовое колесо можно соединить с осью тремя способами:
а) ходовое колесо жестко соединяется с втулкой, запрессованной
Фиг. 92. Соединение ходового колеса
с осью.
на оси;
б) ходовое колесо запрессо-
вано на срезанную часть зубцов
ходового триба;
в) ходовое колесо 1 привин-
чено винтами к торцевой поверх-
ности втулки 2, запрессованной на
ось 3 (фиг. 92); при этом ходо-
вое колесо точно центрировано по
меньшему диаметру втулки.
Первые два способа, в особен-
ности—второй способ крепления,
могут вызвать заметный эксцен-
триситет и биение колеса.
Так как зуб ходового колеса
должен касаться палетты своим
острием, то передняя плоскость
зуба должна иметь некоторый
наклон к радиальной прямой
(12-7-15°). Затылочная сторона
зуба является нерабочей и может
иметь произвольную форму, однако такую, чтобы опускающаяся па-
летта при работе хода не могла задеть за зуб.
Длина палетты обычно составляет 2	3 шага ходового колеса, й
ее верхний конец ограничен прямой, касательной к импульсной
окружности.
162
Фиг. 93. Схема к расчету линейных
Если после длительной работы плоскость импульса оказалась
недостаточно гладкой или поврежденной, то такую палетту можно
перевернуть и использовать запасную плоскость импульса.
Толщина ходового колеса обычно составляет около 1 мм. Однако в
некоторых часовых механизмах толщина колеса достигает 2 мм. Ширина
палетты обычно составляет двух-, трехкратную толщину ходового
колеса.
Обозначим: R — радиус ходового колеса; гп — радиус импульсной
окружности; с— расстояние между центрами вращения якоря и ходо-
вого колеса; r2, г\ и /' — радиусы внешней, внутренней и средней
палеттных окружностей (ход
равноплечий); — угол им-
пульса; ф — угловая ширина
палетты и а0 — половина угла
обхвата (фиг. 93).
В этом случае
R
с =-----------;
COSа0 ?
Г = Riga0-,
г2 = с2 +
— 2cR cos (<х0---;
г| = с2 +
+Я2— 2cR cos (<х0 +	;
. <4 Г1 sin Xi
tg о =-------Ц- ;
Г2 ~ Г1 COS Xi
rn = r2sin6; толщина па-
летты r2 — r1.
Подставив ранее приведенные исходные величины, получим:
с = 25,73 мм; г = 16,20 мм; гг = 15,41 мм; г2 = 16,98 мм;
гп 2,86 мм; 8 = 9°42'20" и r2 — i\ = 1,57 мм.
6. Момент на ходовом колесе Л4Х определяется по ф-ле (41):
М* _ кдФ2 + 2Фр
К ~ ЛХ1 — а (2Ф - Xi) ’
где b — степень затухания при сопротивлении, пропорциональном
скорости;
р — коэффициент затухания при постоянном трении.
Коэффициент А определяется по ф-ле (14); коэффициент а =
Для определения коэффициентов b и о необходимо изготовить
маятник по тем размерам, которые были найдены выше, соединить
*	163
его с вилкой, посаженной на ось, и нагрузить секундным контактом
(можно взять готовым маятник соответствующих размеров).
Коэффициент b определяется из выражения:
Nitb
-£- = ег1~.
где 0J — начальная амплитуда, N — число простых колебаний маят-
ника и Ф/v амплитуда после N колебаний.
Обычно b значительно меньше единицы, и поэтому значением Ь2
по сравнению с единицей можно пренебречь.
Следовательно,
В табл. 5 приведено несколько значений коэффициента Ьу вычис-
ленных для отдельных участков кривой затухающих колебаний маят-
ника.
Таблица 5
Значение коэффициента затухания Ь
ф'		b
120	0	
105	560	744 -10“7
90	1335	669-10“7
75	2140	725 -10“7
60	3220	677-10“'
45	4720	606-10“7
Так как коэффициент b меняется мало, то можно считать, что
в рассматриваемом случае затухание маятника происходит вследствие
действия сил сопротивления, пропорциональных первой степени ско-
рости, и постоянное трение пренебрежимо мало (р — 0).
Принимаем среднее значение Ь — 687.10~7.
На основании ранее принятых основных размеров хода (п. 5)
находим для коэффициента трения /=0,15; А = 2,312 и а =
= 0,1215.
Так как статический момент маятника К = 6892 кг мм и угол
импульса Xj = 1°0', то при амплитуде маятника Ф = 1°30' момент
на ходовом колесе:
Мх = 28,0 г мм.
7. Определим передаточные отношения в часовом механизме. По
техническому заданию часы должны работать в течение 12 час. после
164
отключения питающего тока или падения напряжения настолько, что
электромагнит подзавода перестает срабатывать. Пусть за 12 час.
барабан (водило) делает 8 оборотов. За 1 минуту барабан повер-
нется на угол, равный
2г.-8 _ к
ТГбО = "45 ’
а минутное колесо — на угол
60 ’
Поэтому передаточное отношение между
минутной осью равно:
2г. к
1 ~ 60 '45 ~ 1,5ф
барабаном (водилом) и
Передаточное отношение между минутной осью и осью ходового
колеса, на котором посажена секундная стрелка,
= 60.
Если 7пл — передаточное отношение планетарного механизма;
/2 — передаточное отношение между солнечным колесом и
минутной осью, то
Z = Zn>1 • i2 = 1,5.
Принимаем Zn>1 = 0,75 и i2 = 2.
На фиг. 94 представлена конструкция передаточного механизма
часов (без ходового колеса). Обозначения деталей такие же, как и
на кинематической схеме часов (фиг. 11). Водило Н состоит из
барабана, свободно посаженного на ось 7, и двух колец, которые
при помощи винтов 13 жестко присоединены к барабану. Расстояние
между кольцами и торцевыми поверхностями барабана определяется
длиной втулки 14, посаженной на винт (каждое кольцо закреплено
тремя винтами). Ось 3 сателлитов z3 и г2 вращается в отверстиях
колец. Ось 4 сателлита z9 вращается в отверстии барабана и левого
кольца. Втулка 2 и колесо <гб свободно посажены на ось 7, которая
удерживается от продольных перемещений при помощи шайб, входя-
щих в выточки с обеих сторон оси. Такое устройство облегчает
сборку и разборку планетарного механизма* в собранных часах.
Ю-кулачковая шайба 10 и 5-кулачковая шайба 77, изготовленные
из изоляционного материала, посажены на общую втулку, закреплен-
ную на оси 5 двумя винтами. На этой же оси посажено храповое
колесо z15 механизма подзавода.
Солнечное колесо zx сцеплено с колесом zu, жестко установлен-
ным на минутной оси часового механизма. Другое солнечное колесо z&
сцеплено с колесом z4, запрессованным на ось 5.
165
На основании фиг. 94
\	*3**5 / Zu
(солнечное колесо ze неподвижно);
/, ==	= 2 и i„t = 1 -	= 0,75.
2 гц	пл	Zj-Z6
Возьмем Zj = 90; zu = 45; zG = 24; z6 = 48; zQ 24 и
z3 = 48.
На основании той же фигуры
/ =	= 60.
1	*12-*н
Возьмем z10 = 96; z12 = 12; z13 = 90; z14 = 12 (ходовой триб
на фигуре не показан).
Электромагнитный механизм один раз в минуту осуществляет
подзавод гири, поворачивая храповое колесо z15 каждый раз на два
зуба. Так как при этом угол поворота барабана (водила) , а угол
40
2-2*
поворота храпового колеса ------, то передаточное отношение между
*15
осью храпового колеса и барабаном
. __ ТС 4тс _ Z15 .
3 “ 45 • 215	180 ’
при z15 = 20 i, = | .
Если Z4 — передаточное отношение между осью храпового колеса
и осью солнечного колеса ze, то
G	.	48-48 Q
и = Ц- И 4=1----------—- = 1 — А/ = — 3;
3	; пл z2-*e	24-24
пл
поэтому
.	.	1	04	1	*4
Z4 - ‘»‘пл	- 9	3>	-	3	“ z9	•
Возьмем z4 = 28 и z8 = 84.
Величина передаточного отношения между барабаном и сателли-
том z9 строго ничем не ограничена. Возьмем z9 = 35 и z1 = 32.
8. В механизме стенных часов размеры и модуль зацепления
колес определяются габаритами механизма, конструктивными особен-
ностями передаточного устройства (колесной передачи) и требова-
ниями технологичности конструкции. Обычно в стенных часах имеются
значительно большие возможности для изменения размеров колес и
трибов и для разных вариантов расположения колесной передачи,
чем в наручных и карманных часах, где приходится вписываться
в жесткие и малые габариты.
При малом модуле (или шаге) зацепления возрастает погрешность
элементов зацепления (шага, профиля и др.). Это вытекает из того,
166
что при уменьшении размеров обрабатываемых деталей увеличивается
относительная погрешность изготовления этих деталей (отношение
величины допуска к номинальному размеру). Неточности в геометри-
Фиг. 94. Конструкция передаточного механизма часов.
ческой форме режущего инструмента, упругие деформации при об-
работке, биения, износ режущей кромки инструмента — могут вызвать
большие ошибки при нарезании зубцов малого модуля.
Однако при больших модулях зацепления и, следовательно, боль-
ших размерах колес, посаженных на оси с утолщенными цапфами,'
167
увеличиваются потери на трение, возрастают габариты передаточного
механизма и исходный вес материала дла изготовления колес.
В колесной передаче, до минутной оси, сцепление происходит
между колесами с числом зубъев не менее 24 (п. 7 и фиг. 94).
Передача же от минутной оси на ходовую осуществляется ведущими
колесами и ведомыми трибами. Поэтому в колесной передаче плане-
тарного механизма и в передаче на минутную ось и ось храпового
колеса можно применить нормальный эвольвентный профиль или
часовой профиль при реверсивной передаче. Боковой и радиальный
зазор при эвольвентном профиле можно получить за счет допусков
в сторону тела зубьев сцепляющихся колес. При этом уменьшается
высота головок и зубьев, а толщина их становится меньше половины
шага.
В часовом профиле, при передаче движения от триба к колесу
или реверсивной передаче, боковой и радиальный зазоры осущест-
вляются за счет уменьшения толщины зубьев по начальной окруж-
ности и высоты головок зубьев в сцепляющейся паре. Головки зуба
колеса и триба (или двух сцепляющихся колес) образуются дугами
окружности 17].
Так как нарезание зубьев эвольвентного профиля (методом
обкатки) производится инструментом более простой конфигурации, чем
нарезание зубьв часового профиля, то передачу до минутной оси
осуществим эвольвентными колесами. Передачу же от минутной оси
до ходовой (z10, z12, z18 и z14) выполним колесами часового профиля
при ведомых трибах.
В табл. 6 приведены основные номинальные размеры колес и
трибов (£)н—начальный диаметр; DB — внутренний диаметр; £)нр —
наружный диаметр; с — расстояние между центрами вращения; т—
модуль. Все размеры в мм).
Колеса и платины обычно изготовляются из свинцовистой латуни
(содержание свинца 0,8-н 1,9°/0 и2,4н-3°/0 для лучшей обрабатыва-
емости). Оси и трибы изготовляются из высококачественной углеро-
дистой стали или из круглой стали серебрянки.
9. Определим вес гири и вращающий момент на оси храпового
колеса.
Момент двигателя:
где
1 _ $. = 1 -	= 1 _ S = 1 - 0,25 - 0,75;
Z3Z5
^ПЛ —
0,75
1 —0,25 0,982
= 0,987
1
(ц— к. п. д. одной сцепляющейся пары).
168
Номинальные размеры колес и трибов
Таблица 6
№ колеса	Число зубьев	m		^нр	Я,	c
	84	0.6	50,400	51,600	48.960	33,600
						
*4	28		16,800	18,000	15,360	
Z1	32	0,6	19.200 21,000	20,400	17,760	20,100
	35			22,200	19,560	
2з	48	0,5	24,000	25,000	22,800	18,000
*6	24		12,000	13,000	10,700	
zb	48	05	24,000	25,000	22,800	18,000
Z2	24		12,000	13,000	10,700	
	90	0.5	45,000	46,000	43,800	33,750
*J1	45		22,500	23500	21,300	
210	96	0.45	43,200	44,732	41,647	24,300
z12	12		5,400	6,124	3,487	
2]3	90	0.45	40,500	42,048	38,997	22,950
214			5,400	6.124	3,492	
Передаточное отношение между колесом zx и ходовым колесом
*о==12О при числе сцепляющихся пар г = 3. Момент на ходовом
колесе Л4Х = 28,0 гмм (п. 6). Подставив эти значения в выраже-
ние (а), получим:
Мл = 2770 гмм.
Вес гири, подвешенной на блок,
р =.	= 2^?™ = 264 г,
21
где R = 21 мм — радиус барабана.
Вес .гири можно увеличить до 300 г.
Стальная гиря, при плотности 8 г/см3, будет иметь следую-
размеры: высота 80 мм. диаметр 25 мм. За 12 час. (полный
169
резерв хода) барабан повернется на 8 оборотов, а гиря с блоком
опустится на
= 3,14-21-8 = 525 мм.
Опыт показывает, что для замыкания контактов токопосылочного
устройства (контактное давление 25 г) необходимо к оси храпового
колеса приложить момент Л12 = 200 гмм. При подзаводе гири ры-
чаг 7 (фиг. 12), посаженный на ось 3 сателлита, возвращает рычаг 14
в исходное положение. При этом, на основании опытных данных,
к оси 3 необходимо приложить момент
Mi = 50 гмм.
Момент на барабане
Мп
АТ-, / Zq -|- Zq \   50, / 35 -|- 35 \
Т \ Z9	/	0,98 \ 35 )
— 97,6 гмм.
В соответствии с ф-лами (а) и (в) параграфа 2 (стр. 41) момент
на оси храпового колеса при подзаводе
м<р = ^±4^ + м„
(46)
где
i -?!=—•
2 ~	28 ’
1 — Z6?5Ti2
^пл 1 -H
1 — z6,5
_ i ;H — i	_ i 48-48 __  ~
zn4 - 1 — l6>5 - 1 - — - 1 - 24 24 -	3,
1 —4 0,982	300-21	Q1Kn
-----= 0,947; Мл = —q— = 3150 гмм.
— о	£
Подставив полученные значения в ф-лу (46), найдем:
Л4хр = 589 гмм.
При опускании якоря электромагнита подзавода рычаг якоря, дей-
ствуя на храповое колесо, должен развивать момент не менее мо-
мента Мхр.
Обычно производят поверку на прочность зубьев сцепляющейся
пары, преодолевающей наибольшую нагрузку. В проектируемых часах,
при малых нагрузках и сравнительно больших модулях зацепления,
условия прочности заведомо соблюдены.
10. Разметка расположения центров отверстий для подшипников
осей колесной передачи может быть произведена на основании сле-
дующих данных:
1) расстояний между центрами вращения отдельных сцепляю-
щихся пар;
2) диаметров колес, трибов, осей и расположения колес и трибов
по высоте осей.
Кроме того, следует учитывать удобства расположения электро-
магнита подзавода, контактной группы токопосылочного устройства
и рычагов. Обычно секундная ось, совпадающая в нашем случае
170
С ходовой, и ось минутной стрелки расположены на вертикальной
линии симметрии платины.
На фиг. 95 показана разметка центров отверстий колес на пла-
тине часов. Разметка выполнена в координатной системе, причем
начало координат совпадает с центром отверстий минутной оси (оси
минутной стрелки). На фигуре приняты следующие обозначения:
/ — центр отверстия минутной оси;
//— центр отверстия оси барабана;
III — центр отверстия оси храпового колеса механизма подзавода;
IV— центр отверстия оси промежуточного колеса;
Г — центр отверстия оси ходового колеса.
Таблица 7
Координаты центров отверстий платины
Центр	X	у	X	у
/	0,000	0,000	100,000	100,000
//	33.511	4,000	133.511	104,000
III	33,511	37,600	133,511	137,600
IV	14,475	19,500	85,525	119,500
V	0,000	37,317	100,000	137.317
171
В табл. 7 приведены значения координат х и у центров отверстий.
Одна из координат выбрана по конструктивным соображениям, а другая
определена из прямоугольного треугольника, гипотенуза которого
равна расстоянию между центрами вращения сцепляющей пары, а ка-
тетами являются х и у. По этим координатам производится разметка
кондуктора или штампа на координатно-разметочном станке. Для
удобства отсчета при разметке перенесем начало координат так,
чтобы центр отверстия / имел координаты х = 100 и у = 100
(фиг. 95). Допуск на расстояние между центрами обычно задается
в сторону увеличения этого расстояния.
А = с + 8,
где с — номинальное расстояние между центрами вращения колес и
о — допуск. Симметричный допуск может быть поставлен за счет
изменения величины с по формуле:
Допуски на координатные размеры х и у одинаковы и опреде-
ляются на основании равенства:
о2 = е2 е2;
отсюда
о *	»
Установку планетарного механизма и колесной передачи на хра-
повое колесо механизма подзавода и на ходовое колесо можно осу-
ществить при расстоянии между платинами 32,5 мм. Размеры латун-
ных платин 115X115 мм при толщине 3 мм.
На передней платине установлены контактные группы токопосы-
лочного устройства и рычаги. На задней платине установлен электро-
магнит механизма подзавода гири. В отверстии планки, привинчен-
ной к передней платине, вращается цапфа оси якоря. Регулировка
расстояния между центрами вращения якоря и ходового колеса осу-
ществляется поворотом планки вокруг штифта и последующим кре-
плением планки винтом.
Отклонение суточного хода часов не должно превышать + 1 сек.
Требуемая точность показания часов не может быть обеспечена
только выбором типа или схемы часов. На величину непостоянства
хода могут влиять факторы, зависящие от внешних условий, от кон-
структивного и технологического оформления, от выбора типа маят-
ника, от выбора материалов и др. В проектируемых часах на вели-
чину непостоянства показаний могут оказать существенное влияние
следующие факторы:
* Допуски на элементы зубчатого зацепления см. С. В. Тарасов,
Анализ погрешностей изготовления зубчатых зацеплений часового профиля
и установление допусков на них, Сб. «Прогрессивная технология приборо-
строения44, № 1, 1951.
172
а)	слишком большое непостоянство момента на ходовом колесе
ледствие недостаточно высокого качества зацепления, смазки, пере-
менной нагрузки рычагов на колесную передачу, слишком больших
или недостаточных зазоров;
б)	недостаточная температурная компенсация маятниками измене-
ния, происходящие в материале маятника и подвеса;
в)	погрешности в изготовлении ходового узла; недостаточная ре-
гулировка часов.
Формулы, полученные в гл. IV, позволяют определять изменение
суточного хода часов при найденном интервале изменения момента
на ходовом Долесе или амплитуды маятника.
Конструктивное выполнение контактной группы токопосылочногя
устройства представлено на фиг. 96. Контактные пружины упираютсо
Фиг. 96. Конструктивное выполнение контактной группы
токопосылочного устройства.
в ограничители, что значительно уменьшает вибрацию пружин и
обеспечивает возможность получения необходимого контактного давле-
ния при переключении контактов. Контактная группа расположена
между двумя планками, причем крепежные винты проходят через
изолирующие втулки и ввинчены в нижнюю планку; между контакт-
ными пружинами проложены изолирующие прокладки.
Большое значение имеет правильный выбор материала контактов.
Контакты подвергаются действию коррозии и эрозии, вызывающих
разрушение контактов. Наблюдается также сваривание (спекание)
контактов и механический износ их вследствие ударов друг
о друга.
Эрозия контактов, сопровождаемая переносом металла с одного
контакта на другой и образованием бугров и кратеров, может быть
уменьшена с помощью рационального выбора материалов контактов
и искрогасителей. Как правило, эрозия уменьшается с увеличением
твердости, температуры плавления и температуры испарения ма-
териала.
Коррозия контактов сопровождается образованием на них токо-
непроводящих пленок, что вызывает повышение контактного сопро-
тивления и нарушение работы контактов. (Окислы некоторых метал-
лов хорошо проводят ток, например, окислы серебра.) Увеличением
контактного давления может быть достигнуто механическое разруше-
ние токонепроводящих пленок.
173
Из сказанного следует, что контакты должны противостоять кор-
розии, эрозии и не должны свариваться. Кроме того, они должны
обладать высокой электропроводимостью, достаточной твердостью
большой сопротивляемостью механическому износу и не должны
иметь высокой стоимости (последнее имеет особое значение при
серийном и массовом производстве).
Однако нет металлов или сплавов, которые одинаково хорошо
удовлетворяли бы этим требованиям. Платина не окисляется и имеет
небольшое переходное сопротивление (сопротивление в контактах),
но твердость ее не велика. Платина может применяться в часах
в качестве материала для контактов при малом контактном давлении
(около 1 г), небольшой частоте срабатывания и при отсутствии
сильных ударов при замыкании контактов. Сплав платины с иридием
не окисляется и отличается высокой твердостью и температурой
плавления. Этот сплав применяется в часах с повышенной частотой
срабатывания (в электробалансных часах) и при необходимости обес-
печить длительную стабильную работу часов.
Золото не окисляется, но значительно хуже противостоит эрозии,,
чем платина; контакты из золота имеют склонность свариваться
вследствие низкой температуры плавления золота.
Серебро хуже противостоит эрозии и свариванию, чем платина
и золото, вследствие более низкой температуры плавления. Серебро
отличается хорошей тепло- и электропроводимостью. Оно окисляется,
но окислы серебра электропроводны. Вследствие сравнительно не-
высокой стоимости серебро находит широкое применение в качестве
материала для контактов. Серебряные контакты могут успешно при-
меняться в механизмах электроподзаводов, в реле, в контактных
группах при небольшой частоте срабатывания и повышенном кон-
тактном давлении. В ряде случаев в качестве материалов для кон-
тактов применяются сплавы: серебро — палладий, серебро—медь,
серебро — палладий — кобальт и др.
Вольфрам подвержен эрозии меньше, чем платина, вследствие зна-
чительно более высокой твердости и температуры плавления. Вольфра-
мовые контакты не свариваются, хорошо противостоят износу, но
хрупки, плохо обрабатываются и окисляются под действием электри-
ческих разрядов. Для разрушения окисной непроводящей пленки не-
обходимо большое контактное давление (около 0,5—1 кг). В электро-
механических часах вольфрамовые контакты могут иметь весьма огра-
ниченное применение.
Размеры контактов зависят от величины предельно допустимого
тока. Форма контактов может быть разнообразной. В электромеха-
нических часах наиболее часто применяются пары контактов, из ко-
торых один имеет коническую форму, а другой — плоскую. Это упро-
щает сборку контактных пружин, так как не требуется точной уста-
новки контактов относительно друг друга. Реже применяются выпуклые
контакты, несмотря на их некоторые достоинства. Между выпуклыми
контактами существует меньшая возможность застревания пыли,
174
окислов и других нетокопроводящих частиц, чем между плоскими
контактами.
Следует заметить, что соприкосновение пары контактов, в осо-
бенности при малом контактном давлении, почти всегда происходит
в одной точке. Лишь при сравнительно большом контактном давле-
нии возможно увеличение числа и размеров контактных точек за счет
сплющивания контактов (при ударном замыкании).
При выборе материала для контактов (равно как и для других
деталей) следует учитывать также и экономические факторы: стои-
мость материала, технологические свойства.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ТЕОРИЯ МАЯТНИКА В ЧАСАХ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ПРИВОДОМ
19. Маятник с потенциальным приводом
Рассмотрим движение маятника при одновременном действии по-
стоянного трения и трения, пропорционального первой степени ско-
Фиг. 97. Схема к определению
периода колебания маятника
с потенциальным приводом.
Для небольших амплитуд
рости.
Переброс оправы вспомогательных
(импульсных) пружин из одного поло-
жения в другое на небольшой угол
производится электромагнитом весьма
быстро. Поэтому мы будем пренебре-
гать временем переброса оправы.
При движении маятника слева на-
право оправа импульсных пружин изо-
гнута влево от вертикали на угол 6
(фиг. 97, а). Уравнение движения маят-
ника:
/ф р^ К sin ср — k} (6 — ср) -
+ Мт - О,
где — упругая постоянная импульс-
ных пружин; остальные обо-
значения имеют прежние зна-
чения.
можно принять
sin ф ср.
Тогда
? + 2й<р ч- «2? = Яо;
(а)
2й - -J ; Ro
/	’ "о - I
176
Начальные условия: t = 0, при «0 = - Ф и ф = 0. Решение этого
уравнения имеет вид:
- <ф	Sl„[. у.-(i;„(+а]+ Р„ (47>
где
(48)
После того как маятник пройдет положение равновесия на угол cpv
якорь электромагнита быстро изогнет импульсные пружины вправо
(фиг. 97, tf).
Подставив в ур-ние (47) ср = <рь получим уравнение для опре-
деления времени t = /х движения маятника от крайнего левого поло-
жения до положения, определяемого углом :
—[• /1 (г/nt> + “ I + ft — ?i - °- <49>
/'-(I) I r J
Угловая скорость маятника при ? = срх равна:
V = —	— Р1) --(ф +Pi)scos [s /1 —	.	(50)
Уравнение движения маятника на участке угла поворота от фх
до наибольшего отклонения Фх будет:
/? +	+ /Сер 4-	(6 + ?) 4- Мт = 0
или
? + 2Л<р -f-	= — ЛД	(Ь)
Начальные условия: / = 0, при ср0 = фх и <р0 = фх.
Решение уравнения имеет вид:
?=£> '’"'sinje j/ 1-	+	— р2-	(51>
12
Аксельрод. 1Я54.
177
где
?2
(£2_ £) 0 + р е2_
е2 ’ w “ 1 к ’
(52)
г 1	Р2)
tg7 = Н±Ь(Ъ -F Р2)
£ = 71
sin 7
Дифференцируя ур-ние (51), получим угловую скорость маятника:
= — Ее bnt ।— b sin |\ “j/41 ~	+ т] +
4-s ]/1-(^)гсо8 [е j/1	(;/«z+l]|-
В крайнем правом положении маятника: ? = фр время t = /2 и
скорость ср = 0. Поэтому
откуда время /2 прохождения маятником второго участка
Правая амплитуда колебания маятника
Фх = Ее bnt* sin
(54)
При стационарном режиме правая амплитуда равна левой, т. е.
Фх = Ф.
Рассматривая движение маятника в обратном направлении, полу-
чим уравнения для определения и /2 такого же вида, как и
ур-ния (49) и (53).
Период колебания маятника
Л = 2 (/, + /2).	(55)
Относительное приращение периода
_ т.-Т	- ~п _ пк,+/,)	56)
Т	Т	2к —	7:	V
п
178
Точное значение периода и амплитуды стационарного режима
южно найти по способу, указанному в п. 16. Амплитуда колебания
маятника при небольшом вязком трении может быть найдена из усло-
вия что прирашение потенциальной энергии импульсных пружин
npH’ импульсе должно быть равно работе трения маятника за одно
колебание.
Потенциальная энергия импульсных пружин до импульса, при
угле отклонения маятника от вертикали равна:
(0 - ?i)2-
Принимаем, что импульс в потенциальной форме сообщается маят-
нику мгновенно. Следовательно, непосредственно после импульса
угол отклонения маятника от вертикали также равен <рг Потенциаль-
ная энергия импульсных пружин непосредственно после импульса,
г. е. после перегиба импульсных пружин якорем электромагнита,
равна:
(0 + ?!)2-
Приращение потенциальной энергии импульсных пружин
Е1 = v- (0 + h)2 - 4 (0 - ?J2 = 2ftt0?i
Так как вследствие малости затухания стационарный автоколебатель-
ный режим маятника достаточно близок к гармоническому режиму,
то работу силы трения, пропорциональной первой степени скорости,
можно принять равной
ф	ф
Л) = 2F j* = 2Fn J;
О	о
так как
. А	/К
Р =	—и П = I /	,
2 VIК	у 7
то
Работа постоянного трения
.4, 2ФЛ4Т.
Следовательно,
= -ЬКФ2 + 2Ф7ИТ,
или
-ЬФ2 4 2&Ф	2	= 0.
К 1
179
Отсюда положительное значение амплитуды:
Ф =
/ь,
2-тт 4- р2 —р
_______Л_______________
т.Ь
(57)
При b — 0, раскрыв неопределенность вида , получим:
*1 Го
ф = —р-	(58)
Угол перегиба импульсных пружин
« =- *>Ф’+	.	(59)
2У
Допустим теперь, что затухание изолированного маятника происхо-
дит только под действием постоянного трения (Fcp = 0). Решив
ур-ния (а) и (Ь) при Fcp = 0 и подставив в полученное решение ко-
нечные значения углов поворота маятника для каждого участка
(epi и ФД получим время прохождения маятником этих участков:
= — [-у + arcsin I1 р| ]	(60)
1 гп [ 2 '	Ф + pi ]	v
и
,	1 Г71
= та у ~arcs,n
?1 + р2
Ф1 + ₽2
(61)
Период колебания маятника
7"i — 2 (Zx + t2).
(62)
Относительное приращение периода
ДГ = Тг-Т = п + /2) —! _ _ /! _ 1\
Т Т	г.	\ е /
4- — [arcsin pl - arcsin Рг1 .	(63)
'л	Ф+Pi	Ф1 + ₽4|
Угловая скорость маятника при <p = v1:
ф= еп^Ф+pj)2— (?, — рх)2.	(64)
Угловая скорость маятника после импульса, на участке угла по-
ворота от cpj до крайнего правого положения:
о=е«1/Г(-^-) — (®2 —®?)-2рг(<р —?1).	(65)
При ср = Фг угловая скорость ср = 0.
180
Следовательно,
(in) = ф? — ?1 + 2Рг(ф1 - ?1)
или на основании ф-лы (64)
(Ф + Pi)2 — С?1 — Pi)2 = ф; ~ ?i + 2Рг (ф1 — ?i)-
Раскрыв скобки и подставив значения р, и р2 из ф-л (48) и (52),
получим:
(<М2 + 2 (£ Ь + р) Ф1 = (фе)г + 2 (% 0 - р) Ф + 4 £ ?16.
Обозначив
Рз —	+ Р-
получим:
(Ф,е + р3)г = (Фе + Р8)2-4Фр + 4	0?1.	(66)
При стационарном режиме, на основании ф-лы (58),
4 e?i=фр-
Следовательно,
Фг = Ф.
Допустим, что вследствие внезапного внешнего возмущения ампли-
туда колебания маятника Ф изменилась и стала равной Ф'. Из
выражения (66) видно, что если Ф'> Ф, то Ф^ Ф'; если же Ф'< Ф,
то Ф3 > ф'. Амплитуда Ф' возмущенного движения стремится к ампли-
туде ф стационарного режима (уменьшаясь при Ф' > Ф и увеличи-
ваясь при ф' < ф). Следовательно, колебания маятника устойчивы.
На фиг. 98, 99 и 100 построены кривые зависимости относи-
тельного приращения периода от амплитуды Ф, кривые зависи-
мости от угла перегиба импульсных пружин в и кривые зависи-
мости амплитуды ф от угла 0. Все эти кривые построены по фор-
мулам для постоянного трения, для трения, пропорционального
первой степени скорости, и для комбинированного трения.
В качестве исходных величин взяты: = 1°10'= const; ~ =
= 0,00024.
При постоянном значении зависимость от амплитуды Ф
при трении, пропорциональном скорости, почти прямолинейна. По-
стоянное трение изменяет период маятника на малых амплитудах
сильнее, чем на больших. При увеличении трения усиливается зави-
симость периода от амплитуды.
181
Потенциальный привод вызывает опережение часов отрица-
тельно ). На интервале малых значений угла б относительное при-
Фиг. 98. Кривые зависимости — от Ф при разных
значениях коэффициентов р и Ь.
у- изменяется или весьма слабо (постоянное трение), или увеличи-
вается по абсолютному значению практически пропорционально уве-
личению перегиба угла 9 (трение пропорционально скорости).
1&2
Небольшое увеличение угла перегиба 6 импульсных пружин вы-
зывает при малом трении значительное увеличение амплитуды (фиг. 100).
. .	д т
На фиг. 101 построены кривые зависимости -у- от амплитуды Ф
при постоянном угле пере-
гиба импульсных пружин
/) = 0,058. Увеличение
амплитуды достигалось 4
увеличением угла ср, (ф-ла
58). На фиг. 102 по-
строены те же кривые,
полученные при постоян-
ной разности Ф — cfj «
=:0°20'. Увеличение ам-
плитуды достигалось
одновременным измене-
нием 'fi и 6.
Таким образом, в ча- о 0,1	0,2	0,3	0,4
сах с потенциальным при-	---В
водом амплитуду колеба-
ния маятника можно из-
Фи1. 100. Кривые зависимости амплитуды Ф
от угла 0.
менять тремя способами:
1)	путем изменения угла перегиба импульсных пружин 9;
2)	путем изменения угла определяющего положение маятника,
в котором происходит перегиб им-
пульсных пружин (т. е. подача
импульса в потенциальной форме);
Фиг. 102. Кривые зависимости у
от Ф при постоянной разности
Ф ?j.
Фиг. 101. Кривые зависимости-у
от Ф при постоянном угле 0.
3)	путем одновременного изменения углов 0 и cpt при условии,
что разность ф — невелика (в частном случае — постоянна).
Рассмотрим влияние потенциального привода на период колеба-
ния маятника при изменении амплитуды указанными тремя способами.
183
Принимаем b 0,0001. Возьмем интервал амплитуд колебания
маятника Ф1 = 1°30' и ф2 = 2°30'. По кривой фиг. 98 для ампли-
туд Фх и Ф2 соответственно имеем (первый способ):
Г1 = т(1—= 7'(1 —1,94 10-4); Т2 = Т(1 —3,12-Ю-4).
Приращение периода
17'= Т. = —1,18-10‘V,
где Т — период изохронных колебаний.
По кривой фиг. 101 для тех же амплитуд (2-й способ):
7\ = 7'(1 — 4,62-10-4); Т2 = т(1 —2,99-1(Г4).
Приращение периода
Д7" = Т2- Г, = 1,63- 10-4Т.
Наконец, на основании кривой фиг. 102 (3-й способ):
Г, = г(1 — 1,94- 104); Т2 = 7'(1 —1,72-10~4).
Приращение периода
17= Т, — 7'1 = 0,22- 1(Г47'.
Чем меньше АГ, тем слабее период колебания маятника зависит
от амплитуды. Полученные значения АГ показывают, что при изме-
нении амплитуды колебания маятника по 3-му способу нарушение
изохронизма маятника от действия привода будет минимальным (при
вязком трении). Заметим, что периоды колебания маятника от круго-
вой ошибки при амплитудах Фг — 1°30' и Ф2 = 2°30' равны:
7\ = т(1 4-0,428-10 4) и Т2= Г(1 4-1,19-Ю-4).
Приращение периода
Д7 == 0,762 -10 4Т.
Следовательно, круговая ошибка вызывает несколько большее нару-
шение изохронизма маятника, чем потенциальный привод при третьем
способе изменения амплитуды (на интервале амплитуд от Ф2 до Ф2).
Повышение точности хода часов может быть достигнуто за счет
одновременного уменьшения амплитуды колебания маятника и трения
(постоянного и вязкого). Увеличение трения вызывает сильное нару-
шение изохронизма маятника. Так, например, приращения периода
колебания маятника на интервале амплитуд от Ф2 = 1°30' до Ф2 = 2°0'
при b = 0,0001 и b = 0,0002 соответственно равны:
1Т= — 0,64-10~47' и ДТ4 = — 0,90-10~47'.
дт
На фиг. 103 построена кривая зависимости -у- от амплитуды Ф
при большом постоянном трении, которое характеризуется коэффи-
циентом затухания р = 0,002. Увеличение амплитуды осуществляется
184
по 3-му способу, причем Ф — »1=0°20'. Приращение периода коле-
бания маятника на интервале амплитуд от Ф] = 1°30' до Ф2 = 2с0'
равно:
АЛ = 1,18- 10-27\
При увеличении амплитуды влияние потенциального привода на
период колебания маятника уменьшается. Приращение периода на
интервале амплитуд от = 4е
д0 ф2 = 4°30' равно:
ДТ2 = 0,090- 1(Г2Г
Приращения периода колеба-
ния маятника от круговой
ошибки на указанных двух
интервалах амплитуд соответ-
ственно будут:
ATj = 0,334 10 4 Т
И
Д Г, =0,810-10" V.
Эти вычисления показывают,
что при большом трении по-
тенциальный привод изменяет
период колебания маятника зна-
чительно больше, чем круговая
ошибка.
Фиг. 103. Кривая зависимости от <1>
при большом постоянном трении.
В рассматриваемом случае при увеличении амплитуды возрастает
точность работы часов.
Фиг. 104. Фазовые диаграммы маятника с потенциальным приводом.
На фиг. 104 построены фазовые диаграммы маятника с потен-
циальным приводом при коэффициенте затухания р = 0,7486-10“ s
(фиг. 104, а) и р =0,005 (фиг. 104, б). Стационарная амплитуда 2°.
185
20. Маятник с приводом косвенного действия
На фиг. 105, а показана схема расположения углов маятника
(фиг. 19) при движении его слева направо. На участке угла пово-
рота от — Ф до — cpt маятник получает импульс, затем он совер-
шает свободный поворот на участке угла от — cpt до ср2 и, наконец,
на участке угла от ©2 до Ф маятник изгибает контактную пружину,
приподнимая импульсный груз вверх (отрицательный импульс). При
движении в обратном направлении маятник проходит те же участки
углов (фиг. 105, б).
Предполагаем, что маятник находится под воздействием постоян-
ного трения и трения, пропорционального первой степени скорости.
Фиг. 105. Схемы расположения углов поворота маятника.
Уравнение движения маятника при включенном источнике питания:
/ср ргр _|_ Д’ Sjn <р = у (ср),	(67)
где Fcp — момент трения, пропорциональный скорости.
При движении маятника слева направо:
/(ср) = Мн — Мт для | Ф | > ср	| epi | ;
/(?) = — Мт	для I ?l | > о < | ср, | ;
/(?) = — Мн - /Ит для I ?2 I > ? > | Ф1 I >
где Ми — момент импульса и /Ит — момент постоянного трения.
При небольших амплитудах колебания маятника можно принять
К sin ср /<ср.
Тогда для первого участка
.	. ", А	Л/ll	\
ср 2Лср + №р - —.	(а)
186
Решение этого уравнения для начальных условий г == 0 при ©0 =
ф и ?0	0 имеет вид:
? = — у===<? ‘’"'sin (V 1 -- b2 nt + а) + Р1,	(68)
где
Р = Т: >'»= Izr=v. (6»
Подставив в ур-ние (68) <р = —©п получим уравнение для опре-
деления времени прохождения маятником первого участка t = txz
—	e~bnt' sin (|/1 — 52 я/, 4- а) + р, 4- Ф1 = 0.	(70)
Угловая скорость маятника в конце первого участка при ©= — <рх:
(?1 + Р1) -(Ф + P1)e~ft'"' cos (l/T^X 4- а). (71)
Уравнение движения маятника на втором участке:
i 4- 2/ii 4- «г® =	.	(Ь)
Для начальных условий / = 0 при ©0 = — и ©0 = имеем:
? = Ае '""sin (/l — b2nt + t) - р,	(72)
где
tgT=	H=IL; л=	(73)
b (Ti - Р) - - Н	л	sin 7 v '
Подставив в ур-ние (72) © = ©2, получим уравнение для опреде-
ления времени t = Z2 прохождения маятником второго участка:
©2 - Ае bnfi sin (]/1 — b2 nt2 -(-*[) -f- p = 0.	(74)
Угловая скорость в конке второго участка:
Л». = - *(?« + ₽) + Л]<Г^Р’г-#п/-С05(/Г-&2«/г4-7)- (75)
п
Уравнение движения маятника на третьем участке:
© 4- 2А© + /г2© =	.	(С)
Решение этого уравнения для начальных условий t = 0 при
?о == ©1 и ъ0=©2 имеет вид:
? = Ее--^'sin (yv^b2nt + 8) - р2,	(76)
где
рг = ф t 8 =	 N==^_. f = ^_±p. (77)
К г» s w + ь + Pa)	п	Sin о v '
187
Угловая скорость маятника на третьем участке:
= Ee~bni [ft sin (У 1 — ft2 nt 4- 8) + V1 — ft2 cos (/1 — ft2 л/ + S)]
В крайнем правом положении маятника при ъ и t = /
угловая скорость ср = 0. Поэтому
tg (УI — ft2«/3 + з) =	.
Время прохождения маятником второго участка:
1	/ 1Л1 _____ А2 \
nt3 —	I arc tg-г------8) .	(78)
3	У1_&2\	6	b	/	7
Правая амплитуда колебания маятника:
= Ee~bn'’ sin (/1 — ft2 nt8 + 8) — р2.	(79)
При стационарном режиме правая амплитуда равна любой, т. е.
Ф = фг
При движении маятника в обратном направлении (справа налево)
будет справедливо ур-ние (67), в котором лишь значение правой
части /(ср) для отдельных участков имеет обратные знаки. Для опре-
деления времени прохождения маятником 1-го, 2-го и 3-го участков
получим уравнения такого же вида, как и ур-ния (70), (74) и (78).
Период колебания маятника:
Л= 2а14-/2 + <3).	(80)
Относительное приращение периода:
ДГ Г,—7	2 (Л + '2 + 'з) - V л(,1 + ,2_|_4)
— - —у— =------------------------- =-----—------— - 1 •	<81 ’
п
Последовательность вычисления периода и амплитуды стационар-
ного режима изложены в п. 16.
При малом вязком трении (трении, пропорциональном первой
степени скорости) амплитуду колебания маятника можно ,найти спо-
собом, указанным в п. 16.
Работа силы вязкого трения за полный период.’
ф	ф
Л, = 4F J = 4Fn J ]/Ф2 — 'i2rfo = 2uft/c<l>2.
о	о
Работа постоянного трения:
А2 = 4ФМТ.
Работа маятника, затрачиваемая на подъем импульсного груза:
А3 = 2Л4И (Ф - ф2).
188
Работа импульса:
Л4 = 2/И„ (Ф — <рх).
Следовательно,
2/Ии (Ф — ?i) = 2Л1И (Ф - <?2) + 4Ф/ИТ + 2^АГФ2,
тг&Ф2 + 2рФ - (ср2 - ?1)^ = 0.
Отсюда единственная положительная амплитуда:
/лл
4^(?i~<h) V +4р2-2р
Л
(82)
Отношение момента импульса (И4и) к статическому моменту маят-
ника (АЭ равно:	-^и = *И>! + 2РФ
При отсутствии	вязкого трения (ft = 0) (<F« — <fi) Ф =	2Г25- .	(83')
Допустим теперь, что затухание изолированного маятника проис-
ходит только под действием постоянного трения (F® = 0). Решив
ур-ния (а), (Ь) и (с) при Fc? = 0 и подставив в полученное решение
конечные значения углов поворота маятника для каждого участка,
получим время прохождения маятником 1-го, 2-го и 3-го участков:
<’«>
arc sin — 1"р- -J- arc sin - -р-) ;	(85)
П \	Ь	£	/
Р1=“^------Р» Р2=-^- + Р-	(8/)
Угловая скорость маятника в конце 1-го и 2-го участков:
= Г(ф + Pl)2 - (?1 + Pi)2;	(88)
V = [А2 - (?2 + р)2, А=	+	(89)
189
Угловая скорость маятника на 3-м участке:
где
t = И в2 - (®+ р2)2 ,
(90)
аг = (^)2+(?2 + р2)2-
(911
Так как при = Ф2 скорость <р = 0, то на основании ур-ния (90)
Я = Фх + р2.	(92)
Рассмотрим устойчивость колебания маятника. На основании вы-
ражений (92), (91), (89) и (88) имеем:
(ф1 + р2) = (v)2 +	+ Р2>2 = Л2 - (?2 + р)2 + (?8 + р2)2 -
=	+ (<Р1 - Р)2 — (?2 + р)2 4- (?2 + р2)2 =
= (Ф + Pi)2 - (?1 + Р1)2 + (?! - Р)2 - (?2 + р)2 + (?2 + р8)2-
Раскрыв скобки, получим:
Ф? + 2Ф,р2 = Ф2 + 2ФР1 -J- 2	(?2 - ?1).
На основании ф-л (87)
Pi = Р2 —2р.
Поэтому
(Ф, + Р2)2 = (Ф + р2)2 - 4рФ + 2	(<р2 - ?1).	(93)
Л
При стационарном режиме, на основании ур-ния (83'),
2	(?2	?1) = 4РФ И Ф1 = Ф-
Допустим, что вследствие внезапного внешнего возмущения ампли-
туда колебания маятника Ф изменилась и стала равной Ф'. Из вы-
ражения (93) видно, что если Ф' > Ф, то Ф! < Ф'; если же Ф' < Ф.
то Фх > Ф'.
Амплитуда колебания Ф' возмущенного движения стремится
к амплитуде Ф стационарного режима (уменьшаясь при ф' > ф и
увеличиваясь при Ф' < Ф). Следовательно, колебания маятника
устойчивы.
На основании полученных уравнений, на фиг. 106,—108 по-
ДГ
строены кривые зависимости относительного приращения периода
от амплитуды Ф и от момента импульса Ми ^или от и кри-
, и ..
вые зависимости амплитуды ф от . Кривые построены для тре-
л
ния, пропорционального первой степени скорости (коэффициент Ь);
190
Фиг. 107. Кривые
[ зависимости -у
Ми
, от —при раз-
л
ных значениях
коэффициентов р
и Ь.
Фиг. 108. Кривые
зависимости ам-
плитуды Ф ОТ -рг
л
при разных значе-
ниях козффициен-
тов р и Ь.
для постоянного трения (коэффициент о) и для комбинированного
трения. Углы ср1 и ф2 соответственно равны 0°40' и 1°10'. Кри ые
фиг. 106 и 107 показывают, что постоянное трение значительно
меньше нарушает изохронизм маятника, чем трение, пропорциональ-
ное скорости. Так, например, для амплитуд 3° и 2° периоды коле-
бания маятника равны:
при постоянном трении (кривая /)
Гх = Т(1 - 0,00020) и Г2= Г(1 — 0,00019);
при трении, пропорциональном скорости (кривая 2),
Фиг. 109. Кривые зависимости -у-
от амплитуды Ф для двух значений угла
импульса.
вым фиг. 109 видно,
Ту = Г(1 — 0,00023)
и Г2 = Г(1 — 0,00014).
Изменение периода в пер-
вом случае составляет:
±Т=Т2~ Л = 0,000017’;
по втором случае
ДГ - 0,00009 Г.
На фиг. 109 кривая 7 по-
строена при = 1°0' и ср2 —
= 1°10'; кривая 2 (как и вес
кривые на фиг. 106—103) по-
строена при (pj = 0°40' и =
= 1°10'. Угол импульса маят-
ника равен ф — По кри-
который сообщается в
что при уменьшении угла импульса маятника,
крайнем положении маятника, усиливается за-
висимость периода от амплитуды. Следовательно, в приводе косвен-
ного действия (фиг. 19) большие углы импульса маятника предпоч-
тительнее малых углов. Привод маятника вызывает опережение часов
/ ДГ	\
( -у- отрицательны ).
Чем больше трение (чем больше b и р), тем сильнее зависимость
-периода колебания маятника от амплитуды. При трении, пропорцио-
ДГ -
нальном первой степени скорости, зависимость между и Ф
близка к прямолинейной, в особенности при больших амплитудах.
Этот вид трения оказывает практически одинаковое влияние на пе-
риод на любых интервалах амплитуд колебания маятника. Поэтому
при трении, пропорциональном первой степени скорости, наилучшая
точность часов может быть достигнута при малых амплитудах, когда
круговая ошибка мала.
т-I	ЬТ
При постоянном трении на интервале малых амплитуд
сравнительно быстро увеличивается (по абсолютному значению) при
192
возрастании амплитуды Ф. Затем, при дальнейшем увеличении ф,
относительное приращение периода -у меняется очень слабо.
На фиг. НО построена кривая зависимости -у от Ф при р =
-=0,0002. Для амплитуд 2°30' и 1°30' периоды колебания маятника
соответственно равны:
Л = 7(1 —0,026) и Т2 = 7(1 —0,022).
Изменение периода:
Д7 = Т2 — Т\ =0,004 Г.
Изменение периода на
том же интервале ампли-
туд от круговой ошибки
маятника:
ЪЛ\ = 0,000087.
Изменение периода на
интервале амплитуд коле-
бания маятника от 5 до
4° составляет (фиг. 110):
А 7 = 0,0002 Т.
Изменение периода от
круговой ошибки на ин-
тервале амплитуд от 5
до 4°:
А7, =0,000187.
—фО
Фиг. ПО. Кривая зависимости -у от Ф при
большом постоянном трении.
Следовательно, общее изменение периода колебания маятника от
действия привода и круговой ошибки на интервале амплитуд от 2°30'
до 1°30' значительно больше, чем на интервале амплитуд от 5 до 4°.
Таким образом, при сравнительно большом постоянном трении
точность часов, стабильность их хода при больших амплитудах
лучше, чем при малых амплитудах. Однако эта стабильность значи-
тельно хуже, чем стабильность при малом трении на интервале малых
амплитуд.
При небольшом постоянном трении (р = 0,75 • 10~5) на интервале
малых амплитуд привод изменяет период колебания маятника сильнее,
чем круговая ошибка. При увеличении амплитуды изменение периода
от круговой ошибки становится сильнее, чем от действия привода.
Уменьшение трения позволяет уменьшить влияние привода на
период колебания маятника и тем самым повысить точность (стабиль-
ность) хода часов на малых амплитудах.
На фиг. 111, а построена фазовая диаграмма маятника с приводом
косвенного действия при комбинированном трении (р = 0,75 • 10-5 и
Ь= 0,0001). Замкнутая кривая (предельный цикл) представляет ста-
13 Аксельрод. 1854.	193
ционарный режим с амплитудой ф = 2°. Вследствие малого трения
(и малой амплитуды) этот режим близок к гармоническому режиму
Изображающая точка внутри цикла движется по раскручивающейся
спирали, а вне цикла — по скручивающейся спирали, приближаясь,
к устойчивому предельному циклу.
При Ф = пРивоД маятника перестает действовать, и колебания
маятника становятся затухающими. Это колебательное движение изо-
бражается дугами скручивающихся спиралей, полосы которых раз-
двинуты от начала координат на величину + р.
Фиг. 111. Фазовые диаграммы маят-
ника с приводом косвенного действия.
На фиг. 111, <7 построена фазовая диаграмма маятника при боль-
шом постоянном трении (р —0,01). Стационарный автоколебательный
режим в этом случае сильно отличается от гармонического режима.
21. Маятник с приводом прямого действия
Маятник в часах с электрическим приводом прямого действия
(фиг. 26) получает импульс после того, как амплитуда его умень-
шится до определенной величины, определяемой расположением
гребенки и язычка.
Полный цикл работы маятника состоит из N числа свободных
затухающих колебаний и одного колебания, на котором маятник по-
лучает электромагнитный импульс, увеличивающий амплитуду его ко-
лебания. Затем начинается следующий цикл работы маятника.
Амплитуда колебания маятника в начале каждого цикла остается
постоянной лишь в том случае, если величина импульса и сопроти-
вление, преодолеваемое маятником, строго постоянны.
На фиг. 30, в показана зависимость амплитуды затухающих ко-
лебаний изолированного маятника от числа колебаний. Так как за-
194
симость эта почти прямолинейная, то затухание колебаний маятника
вызывают, главным образом, постоянные силы сопротивления, не за-
висящие от скорости.
рассмотрим свободные затухающие колебания маятника. При дви-
жении маятника справа налево уравнение движения его будет:
/ср + К sin ср — Л/т = О,
где д|т __ постоянный момент трения (сопротивления); / и К имеют
прежнее значение.
Разложим sin ср в ряд и, имея в виду сравнительно небольшие
амплитуды колебания маятника, сохраним лишь два первых члена
разложения.
Получим:
sin ф = ф —	.
•	• b
Следовательно,
ср +«2ср — аср3 — /?= О,	(94)
где
«2= А; а = А- и	(а)
Начальные условия: t = 0 при ср0 = ф и ср0 = 0.
Для решения ур-ния (94) воспользуемся приближенным методом
А. М. Ляпунова, заключающимся в совместном разложении как са-
мого решения, так и квадрата частоты колебания:
? = ?о + «ч + а2?2 + «3;з -г • • •; I	/95}
Л2 = />2	_|_ с^2	, J	>
где с0, tip Е2— неизвестные функции;
р2 квадрат частоты, подлежащий определению;
сг с2, с3. . . — неопределенные коэффициенты, которыми нужно
распоряжаться так, чтобы в выражениях для функ-
ций $0,	;2 • • • вРемя t не выходило из-под знаков
синуса и косинуса.
Подставив выражения (95) в ур-ние (94), получим:
(50 + “п + ’2’2 + •  • ) + U’2 + W + с2я2 + .. . ) Ц- а;, + а2;2 +
+ ...)- а(;0 + »Ч + «г?а+ • • -)3 - Я = 0.
Приравнивая члены при одинаковых степенях а. получим систему
уравнений:
ч -г р\ = -	+ П;
?2 + Р2’2 — — с2’0 —
(96)
195
Начальные условия этой системы уравнений будут:
$о(0) = Ф; ;г(0) = $2(0)= ... = 0;)
^(0) = $;(0) = -;(0) = ... = 0.	[	07)
Первое уравнение системы (96), при соответствующих ему на-
чальных условиях, имеет решение:
= (Ф — р) cos pt + р,	(98)
W Р = 7Г-
Подставив значение ;0 во второе уравнение системы (96), по-
лучим:
4-/^1 = — мФ — р) COS/JZ 4- [<Ф — Р) cos pt -j- рГ — схр =
= — (схФ| —	Ф;’ — ЗФхр2) cos pt — ф2р cos 2pt +
Ф?	3
+ у cos 3pt — qp -Г р3 + 2 Ф>-	(99)
Для того чтобы время t не выходило из под знака косинуса, не-
обходимо выбрать коэффициент q так, чтобы член, содержащий
cospZ, в правой части уравнения, обратился в нуль. Это будет иметь
место при условии:
С1ф, —2фз ЗФ.р2 = 0;
откуда
^ = Тф1 + 3Р2'	(Ь)
где
Фх = Ф — р.
Ур-ние (99) принимает вид:
4 + P^i = — 4 ф1? cos 2Р( + гcos 3/,/ + Т ф1р “ 2р3
Решая это уравнение при начальных условиях (97), получим:
= A cos ptВ cos 2pt 4- С cos 3pt 4- D cos 4pt 4- E,
где
'’--з5-.ф?+^фгг' + 7^ в=1ф^
° = 4>^
196
Третье уравнение системы (96) имеет вид:
4- р^2 = — с > (Фх cos pt + р) — (\ (Д cos pt 4- В cos 2pt 4-
Д С cos 3/)/ + D cos 4pt + £) -h 3 (Ф2 cos pt 4- p)2 (Д cos pt 4-
+ В cos 2р/ + C cos 3/7/ 4- D cos 4pt 4- E).
Коэффициент при cos pt равен:
- г2Фх - ciA + 4 ФН + Зр2 a - 6ЕФ1Р ЗФ,рВ - А ф2Д. (с)
Для того чтобы время / не выходило из-под знака косинуса, не-
обходимо выражение (с) приравнять нулю. Подставив при этом зна-
чения С, А. В и Е, получим:
<.= яИ ^ф>+Й!+?ф'^7'* ld)
На основании выражений (95), (Ь) и (d) квадрат искомой частоты
колебания маятника равен:
р2 = Я2+(_ |ф2 + 3р^а (_3_ф4+|фЗр + ^ф2р2 +
+ ЗФ1(/’	12р«)^-,	(в)
К п?
где а = -бГ=т.
Так как ряд, расположенный по возрастающим степеням а, быстро
убывает, то для определения р2 можно ограничиться тремя членами
этого ряда. Кроме того, в третьем члене можно принять
*>2   Гр	Гр
О2	ЗО/72	36
Принимая во внимание, что Ф! = Ф р, будем иметь:
₽•=»>(! .1ф! + |фр_4р._	+
। 17	,	329 Л
+ МФРЛ- 768 Р )’
Коэффициент затухания маятника р обычно мал, поэтому в полу-
ченном выражении можно пренебречь коэффициентами, содержа-
щими Ф7 8р, Ф2р2, Фр3, р2 И р4.
Окончательно получаем:
Так как — 4-Ф2 + 4 Фр чти Ф4 значительно меньше единицы, то
В 4 г 7ЬЬ
период колебания маятника можно представить следующим образом!
7'=т-2"/1-(1 + ^ф!--т®ф'“4ф₽). (,00>
где ф меняется от Ф до Фд/.
197
При обратном движении маятника одновременно меняется знак
амплитуды Ф и коэффициента затухания р. Из выражения (100)
видно, что постоянное трение несколько уменьшает период колеба-
ния маятника. Так как нелинейный член аср3 в ур-нии (94) мал, то
можно с достаточным приближением считать, что амплитуда колеба-
ния маятника под влиянием постоянного трения уменьшается по
арифметической прогрессии, т. е.
Ф^У = ф — 4/Vp,
где Л/ — число полных колебаний маятника;
Фу7 — амплитуда маятника после /V колебаний.
Фиг. 112. Схема расположе-
ния углов поворота маят-
ника.
Левая амплитуда маятника после одного
простого колебания равна:
Фл = ф„ - 2р = Ф — 2р (2W + 1).
Допустим, что при амплитуде фл язы-
чок замыкает контакты привода, вследствие
чего электромагнит сообщает маятнику
импульс, увеличивающий правую ампли-
туду колебания его до первоначального
значения Ф (фиг. 112).
Угол поворота маятника от крайнего
левого положения — Фл до крайнего пра-
вого положения Ф — можно разделить на
три участка:
1)	первый дополнительный угол от — фл
ДО -
2)	угол импульса от — до 0;
3)	второй дополнительный угол от 0 до Ф.
Следует заметить, что при импульсном колебании первый допол-
нительный угол мал; иногда этот угол вовсе отсутствует.
Так как амплитуда Фл мала, то уравнение движения маятника
на первом участке можно представить в виде:
/? + /<? + Мт = 0
или	+ л2? = — п2?,	Ф
где	ьэ II н* X *i£
Решая это уравнение при начальных условиях t = 0 при ср0 = —Фл
со = Ои подставив в полученное решение © = —найдем время
прохождения маятником первого участка:
1 [
л у 2

arcsin -у-1——
(101)
198
Угловая скорость маятника при ср =
®1 = « V (фп - р)2 — (?1 - р)2 •	(102)
На втором участке происходит передача маятнику электрома-
гнитного импульса. Примерный вид зависимости момента импульса Л4И
оТ угла поворота маятника показан на фиг. 112 (кривая abcO). Без
заметной погрешности можно кривую abcO заменить прямой ad. Для
того чтобы при этом работа импульса не изменялась, необходимо,
чтобы площадь треугольника была равна площади, ограниченной
кривой abcO и отрезком Момент импульса равен:
ми = h (1 —	;
здесь h (высота треугольника) зависит от параметров электромагнита
и от величины напряжения источника питания.
Уравнение движения маятника на участке угла импульса:
/с? + К<0 + Л4Т + Мк — h (1 —	= О,
где Мк — момент, преодолеваемый маятником на замыкании контак-
тов.
Имеем:
ИЛИ
? 4- л?Ф = «ipx,	(g)
где
п>—Ак^)' р>- „, л •	<h>
А Н--
<Fi
Решение ур-ния (g) для начальных условий / = О при ©0 = —
и ?о e ?i имеет вид:
ср = Esin («/—v) +Р1,	(i)
причем
Е = j/" (jl) + (<Pi + Р)2; sin у = ’’J P' .	(j)
Подставив в ур-ние (i) © — 0 и имея в виду равенства (j), полу-
чим время прохождения маятником угла импульса:
/2 = ^arcsin^1 р1---------arcsin .	(ЮЗ)
Угловая скорость маятника:
© = Епг cos (п^ — 7).
199
Определив cos (n^t — 7) из ур-ния (i) и подставив в полученное
выражение, будем иметь:
? = «1V —	— Pi)2-
Угловая скорость маятника в конце импульса при ф = 0 равна:
= «1 V& — р?	(104)
После импульса амплитуда колебания маятника возрастает до
значения ф (амплитуда в начале цикла).
Уравнение движения маятника на участке угла от 0 до ф
(фиг. 112):
/? + Ksin? + /WT = 0.
Если в этом уравнении К sin ср заменить через Кер, то будет до-
пущена некоторая погрешность при определении времени прохождения
маятником рассматриваемого участка. Но так как это время мало по
сравнению со временем полного цикла движения маятника, то ука-
занная погрешность окажет весьма малое влияние на окончательный
результат.
Итак
/? _ _ /<? l мт = о
или
ф 4- л2? — — л2р-
Решая это уравнение для начальных условий t = 0 при ср0 — О
и ср0 = ср2, получим:
ф = A sin (nt + а) — р,	(к)
где	_________
Л = ]/(л)2 + ₽2; sina=T-	(1>
Угловая скорость маятника
ф = An cos (nt + a).
Определив значение cos (nt 4- а) из ур-ния (к), получим:
? = Л У Л2 —(? + р)2.
При ср = ф угловая скорость ср = 0.
- Следовательно,
А = Ф 4- р.	(ш)
Подставив в выражение (к) ср = ф, t = t3 и значения А и а из
ф-л (т) и (1), получим время прохождения маятником третьего
участка:
/3 = 1	- arcsin ^-7) •	<105)
200
Это время более точно определяется по ф-ле (100):
- Г~Т / Ф2 Ф< 1	\
/з=2/ ЛА1 +-ВГ-+- 153U- 8-фР) *
Продолжительность полного цикла движения маятника составляется
из продолжительности W свободных колебаний 2 7/ (Ф“ла ЮО),
п — 1
продолжительности полуколебания ~ и продолжительности импульс-
ного колебания (tx ~	+ ^з)- Суммируя, найдем продолжительность
полного цикла.
t =2-пЬ
п 3
ф/	ф?	Ф,р
16	1536	«
—г- arcsin — P1 — arcsin — J- ( arcsin —-
л у 2	E	E >n\	— p
4- arcsin )
1	Ф + P /
(106)
Найдем теперь зависимость между амплитудой колебания маятника
и величиной сообщаемого ему импульса. На основании выражений (ш)
и (1) имеем:
/ • \ 2
(Ф + р)2 -- Д2 =	+р2-
Подставив значение <р2 из ур-ния (104), значения Е и <р, из(102)
и (j), получим:
(Ф + р)2 = (Ф„ — р)2—	— р)2 + ( ^)2	+ 2'fjpj) + р2.
*г	/ Л1 \2	Л + Му — Мк	Му -
Так как	; р, = ---——* и р = то будем
К -\—
Т1
иметь:
(ф р)2 = (фя - р)2 +	(107>
Работа импульса, сообщаемая маятнику электромагнитным устрой-
ством, равна:
А -^1
Л„- 2 •
Из выражения (107) получаем:
(Ф + р)2 -(Ф„-р)2-2?1^
= ------------9---------— 	(108V
201
«Риг. 113. Фазовая диаграмма маятника
с приводом прямого действия.
При уменьшении напряжения питающего источника уменьшаются
работа импульса и амплитуда колебания маятника Ф в начале цикла
Это имеет своим следствием уменьшение числа Л/ свободных колеба-
ний маятника. Если напряжение питающего источника упало на-
столько, что Ф = Ф.у -и 2р, т0
маятник будет получать им-
пульсы после каждого колеба-
ния. При дальнейшем умень^
шении напряжения или при
увеличении трения часы оста-
новятся.
На фазовой плоскости
(фиг. 113) движение маятника
изображается дугами окруж-
ности, проведенными из цент-
ров Ог и О2, отстоящих от
начала координат на расстоя-
нии + р. Когда амплитуда ко-
лебаний маятника уменьшается
до значения происходит
подача импульса, увеличиваю-
щая скорость маятника до
ср0 (а амплитуду — до Ф). Изо-
бражающая точка движется
от а до Ь по окружности ра-
диуса = Ф — р. От b до с изображающая точка движется по окруж-
ности радиуса /?2 — Rx— 2р. Далее, от с до изображающая точка
движется по окружности радиуса R3 = R2 — 2р и т. д.
22. Элементы расчета часов с электроприводом
Допустим, что мы имеем схему часов с электроприводом косвен-
ного действия, изображенную на фиг. 19. Упростим в этой схеме
устройство для посылки знакопеременных импульсов в линию вто-
ричных часов. Вместо реле, последовательно включенных в цепь
электромагнитов 6 и 18, приключим параллельно одному из этих
электромагнитов электромагнитный механизм, осуществляющий пере-
мещение диска — токопосылочного устройства.
Возьмем секундный маятник с деревянным стержнем, изготовлен-
ным из ели или сосны. Такой стержень в высушенном состоянии
пропитывается горячим вареным маслом, после чего становится не-
восприимчивым к действию влаги воздуха. Линза изготовляется из
чугуна или представляет собой латунную оболочку, заполненную
свинцом.
На фиг. 114 показано устройство нижней части маятника. На
деревянный стержень с обоих концов с помощью винтов накреплены
металлические наконечники (обычно латунные). Наконечник несет
гайку, контргайку и держатель, на который опирается линза. Линза
202
Вес маят-
в форме чечевицы состоит из двух латунных сегментов (оболочек),
сложенных основаниями и спаянных между собою. Внутреннее про-
странство между оболочками заполняется свинцом через отверстие
с той стороны линзы, которое обращено к корпусу часов.
Основные размеры маятника: приведенная длина / - 994 мм\ рас-
стояние от оси вращения до центра тяжести X = 925 мм.
ника Р -- 7,35 кг.
На основании выражения (83) зависимость
импульса и амплитудой колебания
формулой:
между
может быть
моментом
выражена
Кривую затухающих
колебаний маятника на-
ходим по способу, ука-
занному в п. 18. Эта
кривая мало отличается
от экспоненты, что сви-
детельствует о преобла-
дании трения, пропорцио-
нального первой степени
скорости. Пусть среднее
значение коэффициента
затухания b = 0,0000240
(коэффициент р = 0).
Возьмем: <рй — 0° 40',
?а=1°10', амплитуда
Ф=1°30' (К=Р1). Под-
ставляя эти значения в
ф-лу (а), получим:
маятника
Фиг. 114. Маятник
с деревянным стержнем.
Л4И = 40,3 гмм.
На фиг. 115 изображена схема привода. Обозначим: F— сила
тяги электромагнита; Рх — давление на контактный винт; Р2 — давле-
ние на палец якоря.
Имеем зависимости:
fz7 = P2z3; p2/2=pz4; Л4и = /1Р1; Pl^p.l,.
Получаем:
F'W*	О»
Найдем величину хода якоря. Если cpj — угол импульса маятника,
S — ход свободного конца якоря вместе с пальцем. — ход якоря
ПОД электромагнитом, то
/,(ф -/,) = и ?
*2	‘3
203
Поэтому
г1=21^(ф
*3*5
Принимаем /, = 50 мм, 12 = 40 мм, /3 = 30 мм, 1Ь - 30 мм
и Z7 = 9 мм.
Подставив эти значения в выражения (Ь) и (с), получим F =
= 2,13 г и 8j = 0,29 мм. Возьмем усиленный коэффициент запаса
равный 4. В таком случае F9 = 4F«8,5 г. При высоте медного
штифта 0,21 мм воздушный зазор о = 0,29+ 0,21 =0,5 мм.
Фиг. 115. Схема к расчету усилия электромагнита
и хода якоря.
Итак в качестве исходных величин для расчета электромагнита
имеем: тяговое усилие F3 = 8,5 г; воздушный зазор 8 = 0,5 мм\
напряжение источника питания 12 в при импульсном режиме работы
электромагнита.
1. Определяем размеры магнитопровода и катушки.
В качестве материала для магнитопровода возьмем железо армко,
которое имеет наименьшие потери при магнитных индукциях: В =
= 1500н- 12000 гс.
Примем индукцию в зазоре Въ = 1500 гс.
Площадь сечения сердечника катушки можно определить [4] по
ф-ле:
где 5С — площадь сечения сердечника в см2\
F3—сила тяги электромагнита в г;
Вг — индукция в воздушном зазоре в гс.
204
Эта формула не учитывает выпучивание силовых линий; кроме
того» предполагается, что силовые линии входят в магнитопровод
строго перпендикулярно.
В нашем случае, при малой индукции и небольшом ходе якоря,
эта формула дает удовлетворительные результаты.
Подставив значения F3 и получим 5С — 0,0932 см2. Диаметр
сердечника dc = j/"~5С =	~ 0,932 = 0,344 см.
Возьмем dc = 0,35 см, тогда 5 = 0,096 см2.
Обозначим:	— площадь сечения ярма; ha и Ьа — толщина и
ширина ярма; — площадь сечения якоря; и Ьк— толщина и
ширина якоря.
Обычно принимают [6]:
= (1,5 ч- 2) 5С;	= (0,75	1,2) 5С.
Возьмем Sa = 1,55с; SK = Sc; ha = 0,2 см\ Ьк = Ьа.
В этом случае
Подставив полученные значения и округлив их в сторону увели-
чения, получим:
bk = ba = 0,75 см\ hk = 0,15 см.
Если А—двойная толщина каркаса катушки, то внутренний
диаметр катушки
между
а зазор
Dx — dc -|- А.
При А = 0,1 см 0,45 см.
Наружный диаметр катушки D2 зависит от расстояния
осью катушки и ярмом. Пусть это расстояние равно 0,8 см,
между катушкой и ярмом 0,1 см. Тогда
D2 = 2(0,8-0,11	1,4 см.
Длина катушки /к = 3 D1 = 1,35 см\ длина сердечника /с
4- 0,15 = 1,5 см.
Таким образом, мы получили основные размеры магнитопровода
и катушки.
2. Определим число ампервитков электромагнита.
При небольшом ходе якоря и малой индукции проводимость воз-
душного зазора можно определить по формуле:
0 о 0,05	1,У2,
Удельная проводимость потоков утечки (между катушкой и
ярмом):
2я
In
205
где с = 0.8 см — расстояние между осью сердечника и ярмом-
г —	— 0,175 см — радиус сердечника.
Подставив значения сиг, получим:
- 2,91.
Найдем удельные ампервитки, необходимые для проведения ма-
гнитного потока через концы сердечника и его середину.
У верхнего свободного конца сердечника (х = /с) индукция
в сердечнике равна индукции в воздушном зазоре:
Во Вь = 1500 гс.
На расстоянии х от нижнего конца сердечника магнитный поток
равен:
где Ф$—магнитный поток в воздушном зазоре 1-г-' — магнитодви-
жущая сила).
Разделив обе части равенства на Sc, получим:
,./ Л, 1- — Л2\*
Вх = & 1+^.^-— .	(е>
\	-zc /
П	1 /
При X = -- /с, получим.
=	+ 0.375
У основания сердечника, при х=0, будем иметь:
в2 = В‘(‘ + 4;-т)-
Подставив значения Во, ^6 и получим:
Вг = 2780 гс; В2 = 3410 гс.
Удельные ампервитки определяются по формуле:
(|>
Для каждого значения магнитной индукции определяется напря-
женность магнитного поля /У по кривой намагничивания для железа
армко В = j\H). Подставив найденные таким образом значения Н
в выражение (f), получим удельные ампервитки для значений индук-
ции Во, Bj и В2:
/U705=l,19; /1Г01 = 1,55; /1ГО2=1,59.
206
Общее число ампервитков сердечника можно определить по фор-
муле Симпсона:
/ 1ГС =	+ 4/ 1Г01 + / 1Г02) = 2,30.
£ ‘О
Магнитный поток у верхнего конца ярма (место крепления якоря)
примем равным магнитному потоку в воздушном зазоре; магнитный
поток в середине ярма можно определить по ф-ле (е), и, наконец,
магнитный поток у основания ярма примем равным магнитному потоку
в нижнем конце сердечника. В соответствии с этим получим:
В3=-^; В4 = В3 (1 +0,375-^Zc) ; В. =	.
Подставив значения коэффициентов, найдем:
В3 = 1000 гс, В4 = 1850 гс и В5 = 2270 гс.
По кривой намагничивания находим напряженности магнитного
поля, а затем по ф-ле (f) соответствующие числа ампервитков
(для В3, В4 и В5).
Получаем:
/1Г03 = 0,874; IW^ = 1,43; /1Г05 = 1,47.
Общее число ампервитков ярма при длине ярма la = lQ + 0,1 =
= 1,6 см\
= А(/^03 + 4/ r01 + IWe5) = 2,15.
£ • О
Магнитный поток в основании ярма считаем равным магнитному
потоку в основании сердечника (при х = 0). Магнитный поток
в якоре принимаем равным магнитному потоку в верхнем свободном
конце сердечника. В соответствии с этим имеем:
Ве> =	= 2270 гс;
в. =	1500 гс.
Удельные ампервитки (для В6 и В-):
1WQQ = 1,47 и /Го7 = 1,19.
При длине основания ярма 0,9 см и длине якоря 0,9 см по-
лучим:
IWr = 1,35 и /1Г- = 1,07.
Ампервитки воздушного зазора:
= 7П7 = м’7-
207
Общее число ампервитков электромагнита:
lW = IWb + IWQ+ IWa + IW* + IW-.
Подставив их значения, получим:
/Г = 66,6.
3. Произведем расчет обмотки электромагнита.
Основные данные обмотки определяем по следующим формулам [5]
= ZUZ(D1 + D2) ; r=fei/o(£)2-_D1) и J? = V0(d!-D?),
где = 4,5 мм и £)2 = 14 мм — внутренний и наружный диаметры
катушки;
/0 = 1К — 1,0 = 12,5 мм — длина окна катушки (1,0 мм —
толщина щек катушки);
U= 12 в — напряжение питающего источника.
Подставив эти значения, получим &3 = 103. Из таблицы [6] на-
ходим диаметр провода ПЭ 7 = 0,06 мм, площадь сечения Sn =
= 0,00283 мм2 и коэффициенты kx = 74,7 и k2 =0,725.
Количество витков катушки W = 8870 и сопротивление обмотки
7? = 1590 ом.
Величина тока i =
Плотность тока:
47 _ 12
R “ 1590
= 0,0075 а.
Д =

0,0075
0,и0283
^2,6 а/мм2.
Для импульсного режима допустимая плотность тока 10-^15 а) мм2.
4. Для уменьшения искрения при размыкании контактов приклю-
чим параллельно контактам емкость С и сопротивление г. Коэффи-
циент самоиндукции катушки можно определить по приближенной
формуле:
L = (25н-35) U7210"9 гн,
где меньшие коэффициенты при W2 берут для малогабаритных ка-
тушек.
Взяв коэффициент 25, получим L= 1,97 гн.
Для получения апериодического разряда в контуре из 7, С, R и г
(R — сопротивление катушки) необходимо, чтобы было выполнено
следующее условие:
или
(r+R)2 
Часто берут r^R
Возьмем С= 0,2 мкф.
208
При г = 2000 ом получим С > 0,153-10 Ф-
Аксельрод. 1854.

ZO
Фиг. 116. Конструкция часов с электроприводом.
На фиг. 116 представлена конструкция часов и показаны основ»
ные размеры. В металлический наконечник 1 деревянного стержня
маятника ввинчен крючок 2, надетый на штифт 18 нижней оправы
«пружинного подвеса. Штифт 19 в верхней оправе подвеса расположен
в призматической канавке кронштейна 76, привинченного к пла-
тине 26, которая прикреплена к задней стенке футляра часов. На
этой платине на четырех колонках 22 установлена легкая платина 27
несущая электромагниты и угольники с контактными пластинами*
Пружинящие части контактных пластин 13 заключены в оправы
прикрепленные к угольникам 77 электрически изолированным от
платины 27. Электромагниты 8 установлены на угольниках 7. Неиз-
менное расположение этих угольников по отношению к платине при
сборке и разборке достигается с помощью направляющих штифтов.
Свободные концы контактных пластин опираются на пальцы 72 из
изоляционного материала, запрессованные в якори 76, вращающиеся
вокруг осей 9. Ход якорей регулируется при помощи упорных вин-
тов 6, ввинченных в колонки 5. Пружины 77, натяжение которых
можно регулировать, прижимают якори к верхним упорным винтам.
Импульсные грузы 75 можно перемещать по контактным пластинам
с последующим закреплением винтами 14. К крючку маятника при-
креплен двуплечий рычаг 3 с контактными винтами 4, предохраняе-
мыми от перемещения при помощи гаек.
Величина изменения суточного хода часов определяется непо-
стоянством плотности воздуха окружающей температуры, трения
между контактным винтом и контактной пружиной и др. Определе-
ние изменения суточного хода часов при изменении амплитуды в из-
вестных пределах может быть произведено по формулам, получен-
ным в п. 20.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
СИНХРОНИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКОВ
23.	Общие замечания и определения
Представим себе систему, состоящую из грубых и точных часов,
причем маятник точных часов при помощи импульсов тока периоди-
чески воздействует на маятник грубых часов. При некоторых усло-
виях маятник грубых часов получит определенный ритм, и период
колебаний его будет весьма близок к периоду колебаний маятника
точных часов1. Точные часы мы назовем главными — синхронизирую-
щими, а грубые — синхронизируемыми часами.
Синхронизируемые часы могут представлять собой обычные меха-
нические часы, часы с электрическим подзаводом и с электрическим
приводом. Маятник в этих часах колеблется под совокупным влиянием
импульсов, получаемых от ходового узла, и импульсов от главных
часов. В таких часах синхронизирующие импульсы должны быть
малы; их роль состоит лишь в том, чтобы исправить продолжитель-
ность колебания маятника синхронизируемых часов.
Можно создать синхронизируемые часы более простой конструк-
ции, лишенные собственного источника движения. Синхронизирующие
импульсы в этом случае играют двоякую роль:
а)	поддерживают колебательное движение маятника, компенсируя
потери энергии его на трение и проч.;
б)	исправляют продолжительность колебания маятника.
Синхронизирующие импульсы в часах без собственного источника
энергии должны быть значительно больше синхронизирующих импуль-
сов в часах с собственным источником энергии.
Предположим, что маятник синхронизируемых часов без соб-
ственного источника движения получает периодические импульсы
вида
9 (Z) = /И sin (mZ 4- а).
Если момент сопротивления пропорционален первой степени ско-
рости Fcp то уравнение движения маятника при малых амплитудах
будет: ‘
/© 4- Fv + К? = М sin (mZ -|- а)
1 Говоря о маятнике, мы имеем в виду также и баланс.
211
или
ф 4“ 2Лф + //2ф = Nsin (ш/ 4- а),
где
2й = -£-; ? = А- и W = у .
Обычно затухание маятника невелико, поэтому п2 > Л2.
Ур-ние (а) имеет следующее решение:
ср = е~м	cos Vп2 — h2 /4- с2 sin Yп2 — h21\ 4-
4" /4 sin (<о/ 4“ а — 8)^	(Ь)
где q и г2 — произвольные постоянные интегрирования;
л	N	, о 2Лш
А = г --------	------ ; tg о = -rz--— .
У (Л2 _ <02) + 4^20)2	&	Л2 — 0)2
Первый член ур-ния (Ь) представляет собой свободные колебания,
которые с течением времени затухают вследствие наличия множи-
теля е~м. В установившемся режиме остаются лишь вынужденные
колебания с постоянной, не зависящей от времени, амплитудой
ф = К sin (со/ 4- а — 8).
|/(Л2_(й2)_+_ 4/^2
Таким образом, маятник синхронизируемых часов будет колебаться
2к
с периодом — , равным периоду колебания маятника главных часов.
Маятник главных часов как бы накладывает свой период колебания
на маятник синхронизируемых часов. Стабильный режим получается
тем скорее, чем больше коэффициент затухания.
Предположим, что на маятник действуют периодические импульсы,
которые можно представить в виде бесконечного ряда:
6(0= j •sin (<*><•1+)•	(с)
i=i
Уравнение движения маятника:
с? 4" 2Лср 4“ л2? = 2 sin )•
Вынужденное колебание маятника в установившемся режиме будет
подчиняться уравнению
1=-х>
=	—-========= sin (<о 7а -8,),	(d)
(пг-ш?)+4ЛЧ
где
ts2(. =	.
л2 _ 0)7
212
Члены этого ряда называются гармониками. При /=1, 2, 3
и т, д. получаем гармоники первого, второго, третьего и т. д. по-
рядков.
Колебание маятника представляет собой результат наложения
колебаний отдельных гармоник.
Синхронизированные колебания (d) и синхронизирующие им-
пульсы (с) всегда имеют разность фаз благодаря наличию затухания.
Движение баланса, синхронизируемого путем периодического
смещения наружного конца волоска (фиг. 121), также выражается
ур-нием (а). Допустим, что смещение наружного конца волоска
равно:
?0 sin(w/ + а).
Тогда уравнение движения баланса будет:
+ К [? — <?0 sin (о)/ + а)] F? — О
или
s*n
24.	Системы синхронизации
На фиг. 117, а изображена простая схема синхронизации. Маятник 1
синхронизируемых часов снабжен снизу постоянным магнитом 3,
один полюс которого входит в катушку 2, а другой — в катушку 4,
Фиг. 117. Системы синхронизации с соленоидом.
замкнутую на реостат. Главные часы замыкают контакт 5 через
промежутки времени То, посылая в катушку 2 прерывистый ток по-
стоянного направления. Катушка намотана так, чго при замыкании
контакта 5 магнит втягивается в катушку 2; тем самым маятнику
213
сообщается импульс. При движении постоянного магнита в катушке 4
в ней возникает магнитное иоле, которое будет противодействовать
совершающемуся движению маятника. Величину торможения (затуха-
ния) можно регулировать реостатом. При равенстве периодов коле-
бания маятников главных и синхронизируемых часов (Го = Г) замы-
кание контакта 5 происходит при прохождении маятником синхро-
низируемых часов положения равновесия. В действительности же
в этой системе маятник 1 отрегулирован таким образом, что его
период Т свободных колебаний несколько больше периода колебаний
маятника То главных часов (Т> Го), вследствие чего маятник 7 по-
лучает положительный импульс до прохождения им положения равно-
весия. Такой импульс, как известно, уменьшает период колебания
маятника. По мере уменьшения Г, влияние импульса на период
ослабевает, и в пределе, при Т = То, импульс не будет оказывать
никакого влияния на период колебания.
Следовательно, при периодическом замыкании контакта 5 с пе-
риодом, равным То, маятнику 1 сообщается постоянный ритм того
же периода. В этом заключается процесс синхронизации. Стабильный
режим получается тем скорее, чем затухание больше. Однако при
увеличении затухания необходимо увеличить силу импульсов, для
того чтобы амплитуда колебания маятника не изменялась.
В часах, схема которых представлена на фиг. 117, б”, колебания
маятника 4 самоподдерживаются и синхронизируются при помощи
батареи и одной катушки 6. На стержне маятника посажена со-
бачка 3, которая при каждом левом колебании маятника поворачивает
на один зуб храповое колесо 2. К нижней части стержня маятника
прикреплен постоянный магнит 5. При повороте храпового колеса
контакт 7 цепи катушки замыкается, вследствие чего нижний полюс
постоянного магнита втягивается в катушку и этим самым маятнику
сообщается импульс. Контакт 7 главных часов включен параллельно
контакту 7 и замыкается лишь на короткие интервалы времени для
передачи синхронизирующих импульсов. Все остальное время этот
контакт разомкнут.
На другом принципе основана синхронизация часов, схема кото-
рых приведена на фиг. 117, в. Маятник 7 отрегулирован таким
образом, что период его свободных колебаний Т несколько больше
периода То замыкания контакта 7 главных часов. Отношение
1
Т’о ~ 1U0U0 
На нижнем конце стержня укреплен постоянный магнит 6, кото-
рый входит в катушку 4. В верхней части стержня маятника поставлен
палец 2, замыкающий контакты 3 при прохождении маятником поло-
жения равновесия. Катушка 4 находится под током лишь при одно-
временном замыкании контактов 7 и 3, включенных последовательно.
Упругий упор 5 ограничивает амплитуду колебания маятника.
Размеры катушки подобраны так, что работа электромагнитных сил
при протекании тока по катушке несколько больше потерь энергии
маятником при колебании.
214
Часы действуют следующим образом. Маятник, выведенный из
положения равновесия, начинает колебаться с возрастающей ампли-
тудой. Когда амплитуда колебания маятника превысит некоторое
определенное значение Фп произойдет удар маятника об упругий
vnop 5, вследствие чего маятник получит опережение (отрицательный
импульс после положения равновесия), компенсирующее отставание
маятника. При этом амплитуда колебаний маятника уменьшается.
Непосредственно после сообщения маятнику опережения (уменьшения
периода) продолжительность одновременного замыкания контактов 1
и 3 уменьшается, что вызывает уменьшение движущих импульсов.
Амплитуда колебаний маятника перестает увеличиваться и становится
меньше значения Фг Так как при этом упругий упор перестает
действовать, то период Т колебаний маятника становится больше
периода То замыкания контактов 1 главных часов, вследствие чего
продолжительность одновременного замыкания контактов 1 и 3 уве-
личивается. Работа электромагнитных импульсов становится сперва
равной, а затем больше работы, затрачиваемой маятником на пре-
одоление разных сопротивлений. Это вызывает увеличение амплитуды
колебаний маятника до тех пор, пока снова не начнет действовать
упругий упор, сообщающий маятнику опережение.
Через сравнительно небольшой промежуток времени в часах уста-
навливается стабильный синхронный режим со средней амплитудой,
близкой к значению Фг Амплитуда колебаний маятника мало зависит
от небольших изменений напряжения батареи.
В описанной схеме часов маятнику сообщаются электромагнитные
импульсы малой продолжительности в момент прохождения им поло-
жения равновесия. Эти импульсы почти не оказывают никакого влияния
на период. Синхронизация же достигается действием упругого
упора, который регулирует величину энергии, получаемой маятником,
и его амплитуду.
В схеме, изображенной на фиг. 118, а, маятник / колеблется под
влиянием импульсов собственного хода. Внизу маятника укреплен
железный якорь 2, который притягивается катушкой 3, расположен-
ной под маятником. Слабые импульсы, сообщаемые маятнику при
замыкании контактов 4 главных часов, синхронизируют колебания
этого маятника с колебаниями маятника главных часов. Эти импульсы
уменьшают период колебания маятника (как положительные — до
положения равновесия). Поэтому для возможности синхронизации
маятник / отрегулирован таким образом, что период собственных
колебаний его несколько больше периода замыкания контактов
главных часов.
На схеме, изображенной на фиг. 118, б, маятник 1 синхронизи-
руемых часов колеблется от собственного хода. На нижнем конце
стержня маятника укреплена латунная планка 2, несущая якорь 3.
Две катушки 4, соединенные последовательно (на фигуре видна
°Дна катушка), установлены таким образом, что якорь оказывается
noti полюсами катушки при крайнем левом положении маятника.
Синхронизируемые часы отрегулированы так, что они имеют небольшое
215
опережение по отношению к главным часам (при секундном маят-
нике опережение составляет 1—2 сек. в сутки). Маятник полу-
чает импульсы при левом колебании в своем крайнем положении
Так как эти импульсы положительны (после положения равновесия)
то они вызывают отставание синхронизируемых часов, компенсирую-
щее их опережение. ~
Чем дальше расположен импульс от положения равновесия маят-
ника, тем большее влияние оказывает он на период колебаний маятника.
При помощи импульсов, сдвинутых от положения равновесия, можно
получить значительное изменение продолжительности колебания, не
сообщая маятнику значительной энергии. В этом состоит достоинство
Фиг. 118. Системы синхро-
низации с электромагнитом.
синхронизации по схеме на фиг. 118, tf. Прекращение работы синхрони-
зирующего приспособления вызовет лишь незначительное изменение
амплитуды колебаний маятника.
Для исправления небольшого опережения (1—2 сек. в сутки)
синхронизирующие импульсы можно посылать один раз в час.
Все рассмотренные механизмы синхронизации, в том числе меха-
низо синхронизации в часах с двумя маятниками (фиг. 25), являются
односторонними, т. е. они исправляют или только опережение часов
или только отставание.
В тех случаях, когда синхронизируемые часы по тем или иным
причинам могут иметь опережение и отставание, следует применить
двусторонний механизм синхронизации, который может исправлять
как опережение, так и отставание синхронизируемых часов по сравне-
нию с синхронизирующими. Схема такого механизма представлена
на фиг. 119. Слева изображен маятник 2 главных часов, справа —
маятник 4 синхронизируемых часов. На нижнем конце стержня маят-
ника 4 укреплен поляризованный якорь 8 (постоянный магнит).
Если стержень маятника изготовлен из магнитной стали, то его сле-
дует изолировать от якоря немагнитной прокладкой. Катушка 9 имеет
216
Фиг. 119. Двусторонняя система»
синхронизации.
лве обмотки противоположного направления. Она помещена таким
образом, что когда маятник проходит вертикальное положение, по-
ляризованный якорь располагается над ее полюсом. В механизме
имеются три контакта. Контакты 1 и 3 замыкаются маятниками при
прохождении ими положения равновесия. Контакт 7 замыкается ры-
чагом 6, управляемым храповым колесом 5, которое поворачивается
на половину шага часовым механизмом при каждом колебании маят-
ника 4. Этот контакт при левом колебании маятника замкнут, а при
правом колебании — разомкнут (за-
мыкание и размыкание происходит
в общих крайних положениях маят-
ника). Следовательно, при движении
маятника 4 вправо в обмотках ка-
тушки 9 ток отсутствует. Если
синхронизируемый маятник 4 отстает,
то маятник 2 главных часов первый
дойдет до вертикального положения
и замкнет свой контакт 1. Через
одну из обмоток катушки пройдет
ток, который образует магнитное
поле, притягивающее якорь. При этом
маятник 4 получит положительный
импульс до положения равновесия,
который уменьшает период. Этот
импульс продолжается до тех пор,
пока маятник 4, придя в вертикаль-
ное положение, не замкнет контакт 3
цепи второй обмотки, магнитное
поле которой противоположно ма-
гнитному полю первой обмотки.
В результате магнитное поле катушки
исчезает. Наконец, вблизи крайнего
повое колесо, действуя на рычаг 6, размыкает контакт 7, и подача
тока в катушки прекращается. При размыкании контакта 7 искрение
не появляется, так как отсутствует магнитное поле. Контакты 1 и 3
размыкаются, когда отсутствует ток в цепи при движении маятни-
ков вправо.
Если синхронизируемый маятник 4 имеет опережение, то он первый
придет в вертикальное положение и замкнет свой контакт цепи одной
из обмоток катушки. При этом маятник получит положительный
импульс за положением равновесия, который увеличивает период.
Импульс прекращается в момент, когда маятник 2 главных часов
придет в вертикальное положение. В этом положении маятник 2
замыкает контакт 1 цепи второй обмотки, и магнитное поле катушки
исчезает.
Если часы с собственным источником энергии имеют хорошую
точность хода (суточное отклонение хода невелико), то можно удо-
влетворяться посылкой одного синхронизирующего импульса через
217
отклонения маятника влево хра-
значительный промежуток времени (например, один раз в час, один
раз в 6 час). Разумеется, последовательность действия этих импуль-
сов должна быть согласована с движением синхронизируемого маят-
ника, период свободных колебаний которого должен мало отличаться
от периода колебаний маятника главных часов.
а)
6)
2 3
Фиг. 120. Системы синхрони-
зации, питаемые энергией
от сети переменного тока.
При строго постоянной частоте пере-
менного тока в сети можно осуществить
синхронизацию часов энергией непосред-
ственно от сети (фиг. 120, а). Часы имеют
ходовой узел и запас энергии, который
поддерживает колебательный режим маят-
ника (механические часы с гирей). Син-
хронный электродвигатель, питаемый от
сети, вращает распределительное кольцо 3,
к окружности которого прижаты контакт-
ные щетки 4. Эго кольцо периодически
замыкает электрическую цепь катушки 2,
которая притягивает железный сердечник /,
прикрепленный к маятнику. Маятник по-
лучает синхронизирующий импульс при
каждом правом колебании после прохо-
ждения положения равновесия. Такой импульс увеличивает период
колебания маятника. Поэтому собственный период свободных ко-
лебаний маятника должен быть несколько меньше периода синхро-
низирующих импульсов.
Устройство для синхронизации, осуществленное в монументальных
старинных часах (главным образом башенных), значительно повы-
шает их точность.
218
Система синхронизации в больших часах, действующая от сети
временного тока, приведена на фиг. 120, б. Синхронный электро-
П игатель приводит в движение диск /, на торцевой поверхности
второго эксцентрично посажен палец 2. Палец входит в прорезь
Квуплечего рычага 3, к свободному концу которого прикреплена
оужина 4. действующая на ролик 5, связанный со стержнем маят-
ника. При вращении диска пружина совершает возвратно-поступа-
тельное движение и, действуя своим нижним концом на ролик, со-
общает маятнику синхронизирующие импульсы.
Применение энергии переменного тока для синхронизации коле-
баний маятников вызывает трудности, связанные с необходимостью
деления (уменьшения) частоты тока, подводимого к синхронизирую-
щей катушке или синхронному электродвигателю. В рассмотренной
выше системе синхронизации для деления частоты были применены
синхронный электродвигатель, зубчатая передача и распределитель-
ный диск-эксцентрик. Но такие системы отличаются сложным устрой-
ством и едва ли могут надежно работать в течение продолжитель-
ного времени.
На фиг. 120, в показана схема часов, в которых колебания ба-
ланса синхронизированы в определенном
сети. Для завода пружинного двигателя (на фигуре не показан) при-
соотношении с частотой
меняется электродвигатель переменного тока с плоским диском в
качестве ротора. Электромагнит двигателя имеет ответвление в виде
двух железных пластинок /, которые образуют вблизи баланса 3
особые полюсные башмаки. Через зазор между ними проходит пере-
менный магнитный поток, частота которого равна частоте тока в
сети, т. е. 50 перемен в секунду.
В обод баланса из немагнитного материала вставлена небольшая
железная пластинка 2. Эта пластинка при периоде колебания ба-
ланса 0,4 сек. проходит через воздушный зазор башмаков пять раз
в секунду. Поэтому только каждый десятый период переменного
тока синхронизирует колебания баланса. Такая синхронизация является
односторонней. Собственный период колебания баланса должен быть
несколько больше периода синхронизирующих импульсов, которые
сообщают балансу опережение.
На фиг. 121, а представлена система синхронизации колебания
баланса путем незначительного периодического смещения наружного
конца волоска 3, прикрепленного к свободному концу тяги 2. Дру-
гой конец тяги при помощи шарнира присоединен к торцевой по-
верхности колеса /, приводимого в движение синхронным электро-
двигателем.
Таким образом, тяга совершает возвратно-поступательное дви-
жение, сообщая балансу периодические синхронизирующие импульсы
в потенциальной форме.
Синхронный электродвигатель осуществляет, кроме того, подзавод
пружины, которая приводит в действие часовой механизм.
Известно, что имп\льс в потенциальной форме уменьшает период.
Поэтому для возможности синхронизации собственный период колебания
219
баланса должен быть несколько больше периода синхронизирующих
импульсов.
В схеме фиг. 121, б синхронизирующие импульсы сообщаются
слабой добавочной спиральной пружиной, посаженной на ось ба-
ланса. Наружный конец этой пружины присоединен к плечу рычага 2
вращающемуся вокруг оси 3. Другое плечо рычага находится под
воздействием эксцентрика /, приводимого в движение синхронным
электродвигателем.
В рассмотренных системах электромагнитной синхронизации маят-
ники синхронизируются пульсирующим током, посредством специаль-
ной проводки. Однако можно осуществить передачу синхронизирую-
Фиг. 121. Системы синхронизации путем периодического
смещения волоска или вспомогательной пружины.
щих импульсов через линии, частично используемые для других це-
лей (телеграфные и телефонные линии, линии сигнализации и др.).
При установке синхронизируемых часов на большие расстояния
синхронизацию можно осуществить с помощью электромагнитных
волн. Системы синхронизации, действующие от переменного тока
распределительной сети, могут обеспечить высокую точность показа-
ния синхронизируемых часов лишь при постоянной частоте тока.
Даже небольшие изменения частоты тока вызывают значительную
ошибку хода часов. Так, например, уменьшение частоты тока на О,2°/о
дает суточное отставание часов на 173 сек. Поэтому в тех случаях,
когда показание синхронизируемых часов должно поддерживаться
с большой точностью (допустимое отклонение менее 1 сек. в сутки),
синхронизирующие импульсы должны передаваться от точных глав-
ных часов.
25.	Анализ некоторых систем синхронизации
Рассмотрим системы синхронизации колебаний маятников, изобра-
женные на фиг. 117, а и 118, а. Как уже указывалось, для дости-
жения синхронизации в этих системах собственный период колебания
маятника должен быть несколько больше периода колебания маят-
220
ника главных часов. Предположим, что маятник совершает гармони-
ческое колебательное движение с амплитудой Ф и периодом Т =
_ 2* т. е.
<0
р = ф cos (оЛ
Допустим, что по окружности радиуса Ф движется равномерно
с угловой скоростью (о изображающая (сравнительная) точка. Проек-
ция этой точки на диаметр окружности будет совершать гармониче-
ское колебательное движение.
Пусть в рассматриваемый момент синхронизируемый маятник от-
стает по фазе от маятника главных часов на угол (фиг. 122).
В этом положении маятник получает мгновенный синхронизирующий
Фиг. 122. Схемы к анализу некоторых'систем синхронизации.
импульс, увеличивающий его амплитуду колебаний на Дф. Изобра-
жающая точка, двигавшаяся по окружности радиуса Ф от А до т,
вследствие импульса мгновенно переходит в точку т1 на окружность
радиуса ф2 = ф Дф и далее двигается равномерно по этой окруж-
ности. Продолжительность движения маятника от крайнего положе-
ния А до начала импульса Н равна:
. Т	Т Т
Л = arccos — = —---------— arcsin ,
1	2г.	Ф 4	2г.	Ф ’
где
7=2тс|/’±_.
Продолжительность движения маятника от положения Н до по-
ложения равновесия:
,	Т	.ср,
arcsin ~ .
L	2ге Ф!
Продолжительность четверти колебания:
Ч +	— —------— arcsin ~-------------arcsin
-	4	2г. \	Ф	ф1
221
Из фиг. 122, а получаем:
= 1r=sina; Ф7 = *пр;
8, = arcsin ---arcsin .
1	Ф	фх
Поэтому
/ । / г т -
К + 4 - -4- - ч-
3	*
Последующие колебания маятник не получает импульса, по-
этому период колебания маятника в результате действия синхрони-
зирующего импульса равен:
7’1=7'-к81-
Приращение периода составляет:
(Знак минус указывает на уменьшение периода.)
Пусть т — период колебания маятника главных часов, причем
7 > т и Г — т = Дт.
Рассмотрим несколько случаев.
1. ДТ1 + Лт = 0,
т. е. опережение, которое получает маятник при каждом синхрони-
зирующем импульсе, полностью компенсируется отставанием его Дт
за каждый период.
Синхронизируемый маятник будет иметь постоянный сдвиг фаз
по отношению к маятнику главных часов, равный углу фг
2. Допустим, что в рассматриваемый момент
Д7\ + дт < о,
т. е. опережение Д7\, которое получает маятник при синхронизи-
рующем импульсе, больше по абсолютной величине отставания Дт.
Пусть
Вблизи положения равновесия в пределах {малых углов поворота
можно принять
=	<"оДе1>
где Дф2 — уменьшение фазы, а (о0 — угловая скорость маятника при
прохождении положения равновесия.
Следующий синхронизирующий импульс произойдет при угле
отклонения маятника от положения равновесия, равном
?2 = Ь — “0Д51-
222
Предположим, что непосредственно после синхронизирующего
импульса амплитуда колебания маятника возрастает на постоянную
величину ДФ, не зависящую от небольших изменений фазы; после
одного полного колебания маятника амплитуда, вследствие наличия
трения, принимает исходное значение Ф.
В таком случае
Фо	Фо	<4 <ч
о2 = arcsin----arcsin , причем о2<ог
Период и приращение периода второго колебания:
тг=Т-^Ъъ и
Совершенно очевидно, что
Предположим, что
ДТ2 + Дт = — Де2.
Уменьшение фазы составит:
Д(р2 = — (О0Де2-
Третий синхронизирующий импульс произойдет при угле откло-
нения маятника от положения равновесия, равном
?з = ?2 — <°оДе2-
В этом случае
= arcsin ----------------------arcsin .
3	Ф	Ф]
Период и приращение периода третьего колебания:
Гз = Т ~ 2^ 8з и Д7з = —	8з>
причем
|ДТ3|<|ДТ2|, ДГ+Дт = -Ле3.
Совершенно очевидно, что
| Д&1 ! > | Дг2 | > | Де3 |,
т. е. после каждого колебания абсолютные значения Ле2,
Де3 — уменьшаются.
Наконец, после I колебаний устанавливается стационарный ре-
жим, характеризующийся тем, что
ДТХ + Д* = 0;	= 0 и фаза ?, = const.
3. Допустим, что в рассматриваемый момент
Д7\ + Дт > 0,
223
т. е. опережение ДГ', которое получает маятник при синхронизи-
рующем импульсе в положении ср = по абсолютной величине
меньше отставания Дт.
Предположим, что
ДГ' + Дт = Де'.
Увеличение отставания по фазе при втором колебании составит:
Acpj = о>0Де'.
Синхронизирующий импульс при втором колебании будет сообщен
маятнику при отклонении его от положения равновесия на угол
?2 =	+ Ш0Дг'-
В этом случае
>	.	?2	.	?2
о9 = arcsin ---arcsin ,
2	ф	ф, ’
причем 32>ог
Период и приращение периода колебания маятника:
Т СХ	A rnf	Т Л
Т2~Т~ 27 02 И Д^2=~2782>
причем
1дг;1>|ДЛ|.
Отставание синхронизируемого маятника за второе колебание
равно
Де^ = ДГ' + Дт, причем Де' Де'
При третьем колебании будем иметь:
=	18з>*2|;
де; = дт;+лг.
Совершенно очевидно, что
Де' < Де' < Де'
т. е. после каждого колебания маятника значения отставаний Де'
Де^ Де^ — уменьшаются.
После I колебаний устанавливается стационарный режим, харак-
теризующийся тем, что ДГ'+ Дт = 0; Де'= 0 и фаза	+
+ шо (ei + з2 £з “Ь • • • “Ь£!)= consf-
В системах синхронизации, изображенных на фиг. 117, а и б
и 118, а, синхронизирующие импульсы действуют вблизи положе-
ния равновесия маятника. Поэтому для воздействия на период маят-
ника необходимы сравнительно сильные синхронизирующие импульсы,
224
которые заметно меняют его амплитуду колебаний (предполагается,
что маятник колеблется под действием собственного резерва хода).
Известно, что период свободных колебаний маятника равен:
Г=2тс -^-[1 + ^-+...],
т. е. период колебаний маятника увеличивается с увеличением ампли-
туды. Может оказаться, что опережение, которое получает маятник
при действии положительных синхронизирующих импульсов, будет
примерив равно отставанию вследствие увеличения амплитуды, и,
следовательно, синхронизация будет сведена на нет.
В системе синхронизации, изображенной на фиг. 118,6, этот
недостаток сказывается значительно слабее. Здесь синхронизирующие
импульсы сообщаются маятнику вблизи его крайнего положения. Из-
вестно, что чем дальше от положения равновесия сообщается импульс,
тем большее влияние оказывает этот импульс на период колебания
маятника. Поэтому в рассматриваемой системе даже весьма слабые
синхронизирующие импульсы могут вызвать достаточные изменения
периода колебаний маятника (фиг. 122,6).
Маятник получает мгновенный положительный импульс после
положения равновесия один раз за период. Этот импульс увеличи-
вает амплитуду колебания маятника на Аф = Ф2— Ф.
Изображающая точка движется по окружности радиуса Ф от
точки А до точки т. После импульса она мгновенно переходит
в точку на окружности радиуса Фх и движется равномерно по
этой окружности от точки до точки В. По чертежу видно, что
изображающая точка проходит угол (или 32) дважды: сначала по
окружности радиуса Ф, а затем по окружности радиуса фх.
На фиг. 122,6 показаны два случая: в одном случае импульс
сообщается при угле отклонения маятника от положения равновесия,
равном а в другом случае — при угле, равном <р2; ?2 > ?г
Периоды колебаний маятника после импульса в первом и во вто-
ром случаях соответственно будут:
Г = 7'+-^ 5. и
где Т2 > 7\, так как 32 > Вг
Положительные импульсы после положения равновесия вызывают
увеличение периода, поэтому собственный период колебания маят-
ника Т должен быть несколько меньше периода синхронизирующих
импульсов.
В заключение рассмотрим синхронизацию в часах с двумя маят-
никами (фиг. 25). Механизм синхронизации в этих часах (фиг. 123) не
сообщает никакой энергии рабочему маятнику; колебания маятника
поддерживаются принудительно с помощью электромеханического
хода, сообщающего маятнику постоянные импульсы. Действие син-
хронизации наступает в тот момент, когда гибкая пластинка 2, укре-
пленная на маятнике, задевает притянутый якорь /, который сраба-
тывает каждые 30 сек. В этом случае при колебании маятника от
15 Аксельрод. 1854.	225
положения равновесия до крайнего левого положения пластинка де-
формируется, оказывает некоторое сопротивление движению маят-
ника. Это сопротивление можно рассматривать как затяжной отри-
цательный импульс после положения равновесия, который уменьшает
период.
При движении маятника в обратном направлении пластинка, рас-
прямляясь, сообщает маятнику небольшой положительный импульс,
который также уменьшает период.
Если с — упругая постоянная пластинки, — расстояние от оси
вращения маятника до места
a)
крепления пластинки, то сила упруго-
сти пластинки равна Цср.
Длина пластинки не велика по
сравнению с lv Поэтому момент
упругости можно принять равным
,2
С/1Ф.
Уравнение движения маятника при
действии синхронизирующей пла-
стинки;
/ф +	= О
” ।	2 п
ИЛИ Ф + #1<? = О,
где
6)
Фиг. 123. Система синхронизации
с упругой пластинкой.
колебания рабочего маятника при
п\ =
К 4- cZj
1
Период
импульсе:
синхронизирующем
тс	тс тс
лА	п ~~ п
j
“ к
(а)
с/1 значительно меньше К, то выражение (а) можно пред-
Так как
ставить следующим образом:
л = —
4 П
с/Я
2----
Уменьшение периода колебания рабочего маятника при действии
синхронизирующего устройства:
ТС
Механизм синхронизации, оказывая воздействие на период коле-
бания маятника (баланса), не должен чувствительно менять его ам-
плитуду (часы с собственным резервом хода). Этому условию хорошо
удовлетворяет система синхронизации, изображенная на фиг. 118, б,
226
и система синхронизации с упругой пластинкой, представленная на
фиг. 123.
' Двухсторонняя система синхронизации (фиг. 119), исправляющая
и опережение и отставание, является более универсальной, чем
односторонние синхронизации, но недостатком двухсторонней системы
является большое количество контактов и сложность ее в конструк-
тивном отношении.
Системы синхронизации, основанные на использовании перемен-
ного тока постоянной частоты, не имеют большого практического
применения, во-первых, ввиду необходимости поддерживать всегда
строго постоянную частоту, и во-вторых, ввиду усложнения систем
из-за необходимости понижения частоты (синхронные электродвига-
тели, редукторы и пр.). Однако в некоторых случаях такие системы
синхронизации получаются простыми, и их применение при наличии
тока постоянной частоты целесообразно (фиг. 120,в).
26.	Применение часов для стабилизации скорости вращения осей
в приборах
Во многих приборах, преимущественно телемеханических и авто-
матических, необходима строго равномерная скорость вращения осей.
Этого можно достигнуть с помощью систем синхронизации (фиг. 124).
Фиг. 124. Схема стабилизации скорости вращения регулятора
с возвратным ходом.
В приборе установлен анкерный
ным ходом. Якорь 13 при каждом
регулятор скорости с возврат-
полном колебании пропускает
227
один зуб ходового колеса /2, посаженного на последнюю ось ко-
лесного механизма прибора. Воздействие на угловую скорость ходо-
вого колеса осуществляется путем изменения расстояния между
центрами вращения якоря и ходового колеса. Якорь 13 вращается
на оси, укрепленной на левом плече рычага 77, правое плечо кото-
рого представляет собой якорь, перемещающийся между полюсами
катушек 8 и 9.
На ось прибора посажена контактная щетка 2. Продолжитель-
ность одного оборота оси прибора равна иЛи кратна периоду коле-
бания синхронизирующего маятника.
Пусть, например, продолжительность одного оборота щетки
равна 1 сек., а период колебания маятника равен 2 сек. При вра-
щении щетка касается последовательно контактов 3 и 4 цепи кату-
шек 5 и 7 поляризованного реле. Это реле устроено таким образом,
что якорь 6 после притяжения к одной из катушек остается в таком
положении до тех пор, пока другая катушка не получит ток.
Если ось, на которую посажена контактная щетка, делает ровно
один оборот в секунду, то после каждого оборота щетка будет на-
ходиться посредине между неподвижными контактами 3 и 4. До-
пустим теперь, что скорость вращения этой оси несколько умень-
шилась. Тогда через каждую секунду щетка будет уходить от сред-
него положения между контактами 3 и 4, приближаясь к контакту 3.
Наконец, щетка коснется контакта 3 в тот момент, когда маятник
замкнет цепь катушки 5. Якорь поляризованного реле притянется
к этой катушке и замкнет цепь катушки 9, которая притянет правое
плечо рычага 77. Расстояние между центрами вращения якоря и хо-
дового колеса увеличится, что будет иметь своим следствием увели-
чение угловой скорости ходового колеса, а следовательно, и оси, на
которой посажена контактная щетка.
Если скорость вращения щетки больше нормальной (1 об/сек.),
то щетка замкнет цепь катушки 7 поляризованного реле. Якорь
этого реле замкнет цепь катушки 5, которая притянет правое плечо
рычага 77. Расстояние между центрами вращения якоря и ходового
колеса уменьшится, что вызовет уменьшение скорости вращения осей
прибора.
Очевидно, что прибор должен быть так отрегулирован, чтобы
при воздействии катушки 9 скорость щетки была несколько больше
нормальной (в нашем случае — больше 1 об/сек.), а при воздействии
катушки 8 — несколько меньше нормальной.
При отказе работы системы синхронизации рычаг 77 будет при-
жат пружиной 10 к катушке 9.
Выше мы указали, что период колебания синхронизирующего
маятника может быть равен или кратен времени одного оборота
щетки. При кратности наименьший период должен быть больше
времени прохождения щеткой расстояния между контактами 3 и 4.
На фиг. 125 показан центробежный регулятор, скорость враще-
ния которого корректируется электромагнитом, получающим секунд-
ные импульсы тока от точных часов.
228
Фиг. 125. Схема стабилизации скорости вращения центробежного
регулятора. .
Пружинный двигатель через колесную передачу приводит в дви-
жение полую ось 20, на которой жестко посажен триб 16. В отвер-
стие полой оси помещена ось 19, жестко связанная со втулкой 17
при помощи штифта 18, проходящего через прорези в полой оси.
Втулка 17 может свободно скользить по полой оси 19. Втулка шар-
нирно соединена с двумя инерционными грузами 15 в форме шаров.
Под действием центробежных сил инерционные грузы поворачиваются
вокруг осей 21 и прижимаются своими наконечниками 14, изгото-
вленными из фибры или кожи, к конической тормозной поверхности 1.
Триб 16 входит в сцепление с двумя зубчатыми колесами 9 и 13,
с числами зубцов соответственно 80 и 79 при одинаковых диаметрах.
Колесо 13 при помощи шпонки соединено с полым винтом 6, вра-
щающимся на неподвижной оси 5. На втулке этого колеса свободно
вращается колесо 9. Разрезное упругое кольцо 4 плотно охватывает
втулку колеса 9. Между плоскостями среза кольца расположен фи-
ксатор 11с осью вращения 10, установленной на гайке 7. Кольцо 4
при вращении колеса 9 толкает фиксатор 11 и таким образом сооб-
щает вращение гайке 7.
Двуплечий рычаг 3 с помощью винтов 24 соединен с подшипни-
ком, установленным на оси 19. Одно плечо этого рычага опирается
на буртик винта 2, а другое плечо — на упорный подшипник 8,
установленный на гайке 7. Электромагнит нормально разомкнут.
Якорь 23 снабжен выступающей частью, в которую может упираться
фиксатор // при вращении гайки 7.
При нормальной скорости вращения колесной системы механизма
колесо 9 вместе с гайкой 7 совершает один оборот в секунду.
При отсутствии импульсов тока от часов (при отсутствии кор-
рекции) центробежный регулятор вращается со скоростью, несколько
больше нормальной, так что продолжительность одного оборота ко-
леса 9 будет несколько меньше одной секунды.
Рассмотрим работу механизма. Непосредственно после очередного
импульса тока в обмотку 22 электромагнита гайка 7 и винт 6 полу-
чают вращение против часовой стрелки от колес 9 и 13. Так как
винт вращается медленнее гайки (ввиду неодинакового числа зубцов
колес), то гайка будет медленно опускаться вниз по винту, увлекая
за собой правое плечо рычага 3, вследствие чего ось 19 и муфта 17
получат небольшое перемещение вниз.
После одного полного оборота гайки фиксатор // упрется
в выступ якоря 23 и повернется на своей оси 10. При этом фикса-
тор // своими гранями разожмет кольцо 4, как это отдельно пока-
зано на фиг. 125 слева. Вращение гайки прекратится, и винт начнет
быстро поднимать гайку 7 вверх; гайка, действуя, на рычаг 3, пе-
реместит вверх ось 19 с муфтой 17. Это вызовет значительное увеличение
трения между инерционными грузами и тормозной конической поверх-
ностью и, следовательно,.уменьшение скорости вращения центробеж-
ного регулятора. По истечении одной секунды электромагнит полу-
чит кратковременный импульс тока от часов. Якорь притянется
к сердечнику электромагнита и освободит фиксатор, вследствие чего
230
кольцо вновь плотно прижмется к втулке колеса 9 и сообщит вра-
щательное движение гайке 7. Последняя начнет медленно опускаться
по винту вниз, вызывая тем самым опускание вниз оси 19 и муфты 17.
Медленное опускание муфты вниз заменяется быстрым подъемом ее
вверх, сопровождающимся значительным увеличением торможения
центробежного регулятора, как только фиксатор упрется в выступ
непритянутого якоря.
Описанное устройство применяется для стабилизации скорости
перемещения трубы целостата (установки для исследования солнца;.
На фиг. 126 изображена схема регулирования скорости вращения
электродвигателя при помощи импульсов тока, поступающих от точ-
Фиг. 126. Схема регулирования скорости вращения
электродвигателя.
ных часов. Червяк 3, посаженный на вал электродвигателя 7, вра-
щает червячное колесо 2 механизма (хронографа, самописца и др.)
с определенной скоростью, например, 0,5 об/мин. В цепь электро-
двигателя последовательно включены обмотка 8 электромагнита и
контакты 9 и 5. В другую обмотку этого электромагнита посту-
пают импульсы тока от точных часов через каждые 0,5 мин. Па-
лец 4, установленный на червячном колесе, при каждом обороте
колеса приподнимает верхнюю контактную пружину и размыкает
контакт 5.
Электродвигатель и механизм отрегулированы таким образом, что
червячное колесо при отсутствии импульсов тока от часов делает
за 0,5 мин. несколько больше одного оборота, и следовательно,
размыкание контакта 5 несколько опережает очередную подачу им-
пульса тока от часов в обмотку 10.
Предположим теперь, что палец 4 при вращении червячного колеса
против часовой стрелки размыкает контакт 5. Тогда цепь электро-
двигателя разомкнется, якорь 7 электромагнита под действием пру-
жины отойдет к упору и разомкнет контакт 9. Электродвигатель,
231
вращаясь по инерции, заставит палец 5 соскользнуть с пружины,
вследствие чего контакт вновь замкнется. Но цепь электродвигателя
замкнется лишь после подачи от часов импульса тока в обмотку 10.
Таким образом, опережение червячного колеса исправляется размы-
канием цепи электродвигателя
строго через 0,5 мин.
На фиг. 127 изображена
схема регулирования скорости
вращения асинхронного двига-
теля, имеющего на статоре две
обмотки гх и га (фиг. 127, а),
причем в обмотку г2 включен
конденсатор с. Этим достигается
сдвиг по фазе токов в об-
мотке на угол около 90° и
образование вращающегося маг-
нитного поля (такой двигатель
„берет с места").
Фиг. 127. Схема регулирования скорости вращения
электродвигателя с дифференциалом.
Двигатель 1 (фиг. 127, б) вращает колесную систему (редуктор),
последняя ось 4 которой имеет небольшую скорость — порядка
1 об/мин. На этой оси посажено центральное (солнечное) колесо 5
конического дифференциала. К оси 2 редуктора присоединена своим
внутренним концом заводная пружина 3 часового механизма. Часть
наружного конца этой пружины плотно прилегает к стенке бара-
бана 6, но не присоединена к ней. После того, как пружина будет
232
полностью закручена, наружный конец ее будет проскальзывать
по внутренней стенке барабана, что предохраняет пружину от по-
ломки.
Ось 13, жестко присоединенная к барабану, вращается со строго
постоянной скоростью, регулируемой часовым механизмом. От этой
оси, через зубчатую пару zt и z2, движение передается второму
центральному колесу 9 конического дифференциала, направление вра-
щения которого противоположно направлению вращения централь-
ного колеса 5. Центральное колесо 9 и колесо z2 посажены на
втулку 10, свободно вращающуюся на оси 11. На этой оси закре-
плены ось 8 сателлитов 7 и контактная щетка 12. При нормальной
скорости оси двигателя центральные колеса 5 и 9 вращаются с оди-
наковыми скоростями, но в противоположных направлениях, вслед-
ствие чего ось 11 остается неподвижной.
В этом положении щетка 12 включает последовательно с об-
моткой гх добавочное сопротивление (фиг. 127, а).
Если скорость двигателя больше нормальной, то ось 11 повер-
нется в таком направлении, что щетка включит добавочное сопро-
тивление и /?2 или все три добавочных сопротивления:	/?2
и /?8. Это вызовет уменьшение скорости двигателя. При уменьшении
скорости двигателя ниже нормального значения щетка выключит все
добавочные сопротивления.
Таким образом, при помощи ступенчатого включения и выключе-
ния добавочных сопротивлений достигается стабилизация скорости
вращения оси двигателя.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
27.	Общие замечания и определения
Согласование показаний отдельных часов, установленных в обще-
ственных местах, в промышленности, на транспорте, в учреждениях
и проч., т. е. установление единого времени (например, декретного),
наиболее просто осуществляется с помощью центральных электро-
часовых установок, которые срстоят из первичных и вторичных элек-
тромеханических часов, соединенных проводами, и вспомогательных
приборов.
Вторичные импульсные часы представляют собой счетчик импуль-
сов, в котором: движущим органом является электромагнит.
Вторичные часы часто устанавливаются на открытом воздухе, и,
следовательно, подвергаются воздействию атмосферных явлений. Тем
не менее они должны надежно работать в течение многих лет без
чистки и дополнительной смазки. Для этого конструкция должна
быть простой, детали тщательно выполнены и использованы соответ-
ствующие материалы.
При проектировании вторичных электромеханических часов необ-
ходимо иметь в виду следующее.
1.	Следует избегать применения деталей, чувствительных к влаж-
ности сильно меняющих свои свойства с изменением температуры
и подверженных коррозии.
2.	Следует выбирать такие электромагниты, которые при срав-
нительно слабых токах и небольших габаритах дают большой вра-
щающий момент.
3.	Электромагниты, применяемые во вторичных часах, не должны
быть чувствительны к случайным импульсам, которые возникают при
грозовом разряде, от индукции проводов сильного тока, расположен-
ных вблизи, или вследствие вибрации контактов, замыкающих цепь
электромагнита.
4.	Основные детали вторичных импульсов часов должны иметь
такую конфигурацию, которая позволяет наладить изготовление их
простыми и дешевыми методами (например, штамповкой). Детали и
узлы должны быть взаимозаменяемы.
5.	Механизм вторичных часов, устанавливаемых в помещениях,
должен работать бесшумно.
234
6.	Фиксация якоря при обесточенных катушках должна быть
надежной.
7.	Механизм вторичных часов не должен быть чувствительным
к некоторому изменению положения (наклону).
Так как якорь электромагнита приводит в действие стрелочный
механизм, то ход якоря не должен быть малым, особенно при длин-
ных и тяжелых стрелках. При малом ходе якоря электромагнита (и
при длинных и тяжелых стрелках) возникают удары, сокращающие
срок службы вторичных часов. Кроме того, чем меньше ход якоря,
тем сложнее конструкция стрелочного механизма.
Перечисленным условиям лучше всего удовлетворяют поляри-
зованные электромагниты. Эти электромагниты работают от знако-
переменных импульсов, и поэтому влияние случайных импульсов почти
исключается, так как мало вероятны случайные импульсы попеременно
различных знаков. Поляризованные электромагниты позволяют полу-
чить большой ход якоря и не нуждаются в противодействующих
пружинках. Последнее определяет малую величину тока срабатыва-
ния поляризованных электромагнитов. По этим причинам поляризо-
ванные электромагниты находят преимущественное применение в ме-
ханизмах вторичных часов.
Однако в ряде случаев с успехом применяются и нейтральные
(неполяризованные) электромагниты, в частности, они могут быть
применены во вторичных часах малых размеров, устанавливаемых
в закрытом помещении, в установках лабораторного типа и проч.
Удовлетворяя указанным выше требованиям, вторичные электро-
механические часы отличаются простотой конструкции. Они могут
работать при сравнительно больших колебаниях температур, на от-
крытом воздухе, в помещениях, насыщенных газами и парами и т. д.;
они хорошо выдерживают вибрацию и удары. Ремонт часов не пред-
ставляет затруднений. Стоимость вторичных электромеханических
часов значительно ниже стоимости механических часов, и их обслу-
живание требует значительно меньших затрат, чем обслуживание
механических часов общественного пользования.
28.	Механизмы вторичных часов с поляризованным
электромагнитом
Вторичные электромеханические часы импульсной электрочасовой
системы в основном состоят из электромагнита, передаточного меха-
низма, стрелок и цеферблата. Весь механизм заключен в корпус, ко-
торый может быть из дерева, пластмассы или металла (жести). Рассмо-
трим механизмы вторичных часов с поляризованным электромагнитом.
На фиг. 128 показан многополюсный механизм вторичных часов
с вращающимся постоянным магнитом и с минутным транспортом
стрелок. Якорь состоит из двух параллельно расположенных дисков
16 и 15у изготовленных из железа армко, между которыми закреп-
лен постоянный магнит 2 (отдельно показан на фиг. 129). Диски и
постоянный магнит закреплены при помощи двух колонок 27 и 22 и
втулки 23 из немагнитного материала — латуни (фиг. 130).
235
5
16 /
Фиг. 128. Многополюсный механизм вторичных часов.
236
Во втулку запрессована ось 3 якоря. Диски имеют по 6 полюсов
(зубцов), сдвинутых друг относительно друга на половину шага. По-
люсы снабжены выемками, а по краям — скосами.
На фиг. 131 показан узел полюсных наконечников электромагнита,
изготовленных из железа армко. Полюсные наконечники 19 и 20, а
Фиг. 129. Постоянный магнит.
Фиг. 130. Узел якоря (обозначения
фиг. Г28).
также 6 и 9 соединены между собой при помощи колонок
7 и 8 из латуни. С помощью этих же колонок закреплена латун-
ная пластинка 18. Между полюсными наконечниками установлен
сердечник 24 катушки 17 электромагнита. На платине закреплены
Фиг. 131. Узел полюсных наконечников
(обозначения фиг. 128).
сцепляется с вексельным колесом 10.
неподвижно оси минутного
и переводного колес. Так как
при каждом импульсе тока
якорь поворачивается на
половину шага, т. е. на 30°,
то при минутных импульсах
тока якорь сделает один обо-
рот за 12 мин. На ось якоря
посажен триб 14, сцепляю-
щийся с минутным колесом
15 (передаточное отношение
1 : 5), свободно посаженным
на ось 25 (фиг. 131).
Триб 13 минутного коле
Часовое колесо 12 свободно посажено на втулку минутного
колеса и получает движение от вексельного триба 11. Минутная и
часовая стрелки установлены на втулках соответствующих колес.
Допустим, что постоянный магнит поляризует диск 16 северной
полярностью, а диск 5 — южной полярностью. В положении, изобра-
женном на фиг. 128, полюсы дисков 16 и 5 расположены против
полюсных наконечников 19 и 6 и воздушный промежуток между ними
мал.
Поэтому основной поток магнитных линий постоянного магнита
пройдет от северного полюса через три полюса диска 16 полюсный
наконечник 19, сердечник катушки, полюсный наконечник 6, через
три полюса диска 5 в южный полюс постоянного магнита. Тем
237
самым достигается фиксирование якоря в определенном положении
при обесточенной катушке электромагнита. Нетрудно видеть, что
указанное направление основного магнитного потока постоянного
магнита, а следовательно, и фиксирование якоря обеспечиваются свое-
образной формой полюсов дисков (наличие выемок и срезов с передней
стороны).
Допустим, что в катушку электромагнита подан импульс тока,
создающий на полюсных наконечниках 19 и 20 северную поляр-
ность, а на полюсных наконечниках 9 и 6 — южную полярность.
Тогда магнитный поток постоянного магнита, проходящий через
полюсные наконечники 19 и 6 и противостоящие им полюса дисков,
будет ослабей, а магнитный поток, проходящий через полюсные нако-
нечники 20 и 9 и противостоящих им полюсов дисков, будет усилен.
Вследствие этого якорь повернется против часовой стрелки на поло-
вину шага, т. е. на 30°. После прекращения импульса тока фиксация
якоря в определенном положении будет достигнута тем, что основ-
ной магнитный поток постоянного магнита пройдет от северного
полюса через другие три полюса диска 16, полюсный наконечник 9,
сердечник катушки, полюсный наконечник 20, через полюс диска 5
в южный полюс постоянного магнита. Следующий поворот якоря
на 30° против часовой стрелки произойдет лишь при импульсе тока
другого направления. Быстрое гашение вибрации якоря непосред-
ственно после каждого поворота его на 30° осуществляется махо-
виком 7, свободно вращающимся на латунной втулке, установленной
на оси якоря. В маховик упирается плоская пружина 4.
Рассмотренный механизм вторичных часов, выпускаемый отечест-
венной промышленностью, имеет следующие данные: диаметр дисков
якоря 33 мм\ толщина дисков 1,5 мм: толщина полюсных наконеч-
ников 2,5 мм. Постоянный магнит изготовлен из сплава альни; маг-
нитный поток постоянного магнита в разомкнутой цепи не менее
900 мкс. Катушка имеет 2300 витков, сопротивление обмотки ка-
тушки 2400 ом\ проволока из красной меди диаметром 0,11 мм.
Механизм часов без стрелок должен срабатывать при напряжении
не выше 15 в. Вращающий момент на оси минутной стрелки при
напряжении 18 в не менее 25 гем. Механизм применяется в часах
с диаметром циферблата до 40 см.
На фиг. 132, а показана разработанная заводом электрочасов
конструкция якоря рассмотренного механизма с простой формой
полюсов. Постоянный магнит снабжен двумя небольшими выемками
в местах расположения колонок и, следовательно, менее подвержен
поломке при сборке механизма, чем постоянный магнит по фиг. 129.
На фиг. 132, б даны основные размеры одного из дисков якоря.
Воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками должен
быть возможно меньше (наименьший зазор около 0,5 мм), так как
при увеличении зазора уменьшается вращающий (тяговой) момент
якоря. Если зазор мал, то основной магнитный поток проходит
в воздушном зазоре. Закон изменения воздушного зазора полностью
влияет на закон изменения вращающего момента якоря. Зависимость
238
между вращающим моментом якоря и углом поворота его назы-
вается характеристикой вторичного механизма. Очерчивая внешнюю
поверхность полюсов якоря по таким кривым, как арифметическая
Упираль, парабола, гипербола и др., можно получить разнообразные
характеристики.
Фиг. 132. Усовершенствованная
конструкция узла якоря.
конструкция якоря завода
электрочасов позволяет полу-
чить вращающий момент на
минутной оси 80—90 см при
напряжении в 24 в.
На фиг. 133 изображен ме-
ханизм вторичных часов с
Z-образным якорем. Постоян-
ный магнит 9, привинченный
к ярму 10, поляризует своими
разноименными полюсами якорь
и полюсные наконечники 4 и 8
катушек электромагнита. Рабо-
чие поверхности полюсных на-
конечников катушек очерчены
по дуге окружности таким
образом, что лучи, проведен-
ные из центра этой окружности, совпадающей с центром вра-
щения якоря, через середины рабочих поверхностей полюсных
наконечников, образуют угол, равный 90° (фиг. 134, а). Полюс-
ные наконечники прикреплены к сердечникам катушек 11 и 12
электромагнита винтами 7, ввинченными в сердечники. Электромагнит
вместе с постоянным магнитом закреплен на передней платине меха-
низма при помощи винтов, ввинченных в полюсные наконечники.
Якорь 6 посажен на латунную втулку 13, которая запрессована на
239
ось, изготовленную за одно целое с 8-зубым трибом (фиг. 134, б).
Рабочие поверхности якоря, изогнутые под прямым углом, очерчены
по дуге окружности, центр которой несколько смещен по отноше-
Фиг. 133. Механизм вторичных часов с z-образным якорем.
нию к оси вращения якоря. Этим достигается постепенное уменьше-
ние воздушного зазора по мере того, как якорь поворачивается на
90° при подаче импульса тока в катушки электромагнита. Полюсный
наконечник 5 постоянного магнита прикреплен к передней платине
240
при помощи двух винтов, которые проходят через продолговатые
отверстия в платине. Это позволяет менять в известных пределах вели-
чину воздушного промежутка между полюсным наконечником и
постоянным магнитом.
Допустим, что якорь 6 поляризован северной полярностью, а
полюсные наконечники катушек электромагнита — южной полярностью
постоянного магнита. Тогда в положении якоря, показанном на
фиг. 134, а, основной магнитный поток постоянного магнита прой-
дет от северного полюса через полюсный наконечник 5 магнита, якорь 6,
Фиг. 134. Узел якоря и полюсных наконечников.
полюсный наконечник 8 катушки 11, сердечник этой катушки в юж-
ный полюс постоянного магнита через ярмо 10. Особенно большим
магнитным сопротивлением обладает здесь воздушный зазор между
полюсным наконечником магнита и якорем 6, вследствие значитель-
ной величины этого промежутка. Поэтому фиксация якоря магнит-
ным потоком постоянного магнита оказывается слабой.
Если в катушки 11 и 12 электромагнита подан импульс тока,
создающий на полюсном наконечнике 4 южную полярность, а на полюс-
ном наконечнике 8 — северную полярность, то магнитный поток посто-
янного магнита между якорем и полюсным наконечником 8 будет ослаб-
лен, а магнитный поток между якорем и полюсным наконечником 4 будет
усилен, вследствие чего якорь повернется по часовой стрелке на 90° и
займет положение, показанное на фиг. 134, в. При посылке знакоперемен-
ных импульсов тока в катушки электромагнита якорь будет совершать
скачкообразное вращательное движение, поворачиваясь при каждом им-
пульсе на 90°. 8-зубый триб zx на оси якоря сцепляется с колесом z2, име-
ющим 120 зубьев. При минутных импульсах тока колесо z2 совершает
один оборот в час. На оси этого колеса посажен минутный триб.
16 Аксельрод. 1854.	241
Передача движения на часовое колесо осуществлена обычным спо-
собом.
Вледствие слабой фиксации якоря постоянным магнитом якорь
может повернуться в обратнохМ направлении (против часовой стрелки)
при обесточенных катушках под действием постоянной внешней на-
грузки или внешних сил случайного характера или при переводе
стрелок. Поэтому механизм часов снабжен храповым устройством,
состоящим из вилкообразного останова 2 и четырех штифтов 14,
запрессованных во втулку 13. Останов не уравновешен и вращается
на оси. расположенной между обеими платинами механизма. Под
действием силы тяжести останов упирается своим левым нижним
отростком в колонку 1. При попытке повернуть якорь в обратном
направлении один из четырех штифтов упрется в правый верхний
отросток останова.
Механизм вторичных часов с г-образным якорем, выпускаемый
промышленностью Советского Союза, характеризуется следующими
данными: якорь, сердечники, ярмо и полюсные наконечники изготов-
лены из железа армко; постоянный магнит изготовлен из магнитной
стали марки ЕХЗА или ЕВ6А (ГОСТ 3543); магнитный поток посто-
янного магнита не менее 500 мкс. Катушки, соединенные последова-
тельно, имеют по 13 500 витков; сопротивление каждой катушки
1170 ом\ провод ПЭ диаметром 0.1 мм. Радиус дуги, ограничи-
вающий рабочую поверхность якоря, равен 14,3 мм\ ширина изогну-
тых под прямым углом рабочих поверхностей якоря 5,5 мм\ толщина
материала якоря 1 мм. Механизм без стрелок должен срабатывать
при напряжении 14 в. Вращающий момент на минутной оси при
напряжении 16 в не менее 20 гем.
Храповое устройство в механизме вторичных часов, изображен-
ном на фиг. 133, производит при перекидывании стрелок более или
менее громкий стук. Между тем к вторичным часам, устанавливаемым
в закрытых помещениях, предъявляется требование полной бесшум-
ности. Стремление устранить шум в механизмах вторичных часов
привело к применению в них червячной самотормозящей передачи.
Обычно в таком механизме между полюсом постоянного магнита
и червяком имеет место большой воздушный зазор, обладающий
значительным магнитным сопротивлением. Вследствие низкого к. п. д
червячной передачи вращающий момент якоря в этом механизме
при прочих одинаковых условиях ниже, чем в механизме с храпо-
вым устройством. В настоящее время вторичные механизмы с червяч-
ной передачей почти не применяются.
На фиг. 135 изображен механизм вторичных уличных часов
с поляризованным магнитом для циферблатов диаметром 60 см.
Качающийся якорь /5, жестко посаженный на ось /2, собран из
листового материала. На этой же оси закреплено коромысло 13.
которое несет на себе две собачки 27 и 2.9, свободно вращающиеся
на своих осях 28 и 30. Собачки под действием силы^тяжести прижи-
маются к храповому колесу 18, посаженному на латунную втулку /7.
которая запрессована на минутную ось 16 механизма. На этой втулке
242

жестко посажено минутное колесо 10, сцепляющееся с вексельным
колесом 22. Вексельный триб 23 вращает часовое колесо 24, запрес-
сованное на латунную втулку 25, свободно вращающуюся на минут-
ной оси 16. Минутная стрелка 4 установлена на втулке 2, посажен-
ной на квадратный конец минутной оси.
Через отверстия в оси и во втулке пропущен тонкий штифт,
предохраняющий втулку от выпадания. Стрелка закреплена между
двумя шайбами при помощи трех винтов 3. Подобным же способом
закреплена часовая стрелка 5 на переходной втулке /, посаженной
с трением на втулку часового колеса.
К платине 11 механизма привинчены три колонки 2/, на которых
установлен фланец 8. Циферблат 7 из толстого стекла (циферблат
часов освещается изнутри) зажат между фланцем и шайбой 6 при
помощи трех винтов 9. С обеих сторон стекла проложены прокладки
(войлок, фланель и др.). Постоянный магнит 19 закреплен к ярму 20
и поляризует своими разноименными полюсами полюсные наконеч-
ники 33 и 36 катушек электромагнита и якорь 15. Допустим, что
якорь поляризован северным полюсом постоянного магнита. Тогда
в показанном на фигуре положении основной магнитный поток по-
стоянного магнита пройдет от северного полюса через якорь, полюс-
ный наконечник 33 (полюсные наконечники и сердечники катушек
изготовлены за одно целое), сердечник катушки 34 в южный полюс
постоянного магнита через ярмо. При обесточенных катушках якорь
будет притянут к полюсному наконечнику 33 магнитным потоком
постоянного магнита. Если подать в катушки 34 и 35 (выводы ка-
тушек присоединены к зажимам 32 и 37) импульс тока, создающий
на полюсном наконечнике 33 северную полярность, а на полюсном
наконечнике 36 — южную полярность, то якорь притянется к полюс-
ному наконечнику 36. -При этом короткая ообачка 27 повернет хра-
повое колесо, имеющее 30 зубцов, на половину шага; длинная же
собачка 29 опустится вниз и заскочит за следующий зуб храпового
колеса. При посылке знакопеременных импульсов тока в катушки 34
и 35 электромагнита якорь будет совершать качательное движение
между полюсными наконечниками, причем собачки поочередно при
каждом качании якоря будут поворачивать храповое колесо на поло-
вину шага. В конце хода якоря упорные винты 26 и 31, ввинченные
в колонки, поджимают собачки к зубцам храпового колеса, произ-
водя тем самым застопоривание последнего. Рабочая поверхность
якоря изогнута таким образом, что воздушный зазор между якорем
и полюсными наконечниками катушек постепенно уменьшается по
мере приближения якоря к своим крайним положениям. Этим дости-
гается усилие для поворота якоря. На ось якоря, проходящую через
отверстие в постоянном магните, посажена подгоночная скоба 14.
Сообщая якорю качательное движение от руки, можно установить
стрелки на правильное показание.
Механизм уличных часов, выпускаемый отечественной промышлен-
ностью, характеризуется следующими данными: вращающий момент
на минутной оси при напряжении 16 в не менее 120 гем; сопроти-
244
вление одной катушки около 700 ом\ число витков 10 000; провод
ПЭ диаметром 0,14 мм\ катушки соединены последовательно. Постоян-
ный магнит изготовлен из магнитной стали марки ЕВ6А. Магнитный
поток постоянного магнита не менее 8000 мкс. Сердечник, якорь и
ярмо изготовлены из железа армко; колеса, платина и втулка — из
латуни. Размеры платины 150x86 мм.
На фиг. 136 представлена схема механизма вторичных часов
с двумя трехполюсными якорями 2 и 4, сдвинутыми друг относительно
друга на половину шага. Якори поляризованы разноименными полю-
сами постоянного магнита 10. Магнит изготовлен из сплава магнико
Фиг. 136. Механизм вторичных часов с тремя электромагнитами.
или альнико и имеет форму цилиндра. Постоянный магнит и якори,
несущие оси 7 и 9, установлены в латунном кольце 8. В показанном
на фигуре положении полюсы якорей расположены против полюсных
наконечников катушек трех электромагнитов: /, 3 и 5. Сердечники
катушек каждого электромагнита закреплены в ярме 6. При подаче
знакопеременных импульсов тока в катушки электромагнитов якорь
поворачивается каждый раз на 60°. При обесточенных катушках
якори имеют хорошую магнитную фиксацию и не нуждаются в хра-
повом устройстве.
Достоинство этого вторичного механизма — возможность получе-
ния большого вращающего момента при сравнительно небольших
габаритах и бесшумность работы вследствие отсутствия храпового
устройства. Механизм может развивать вращающий момент на ми-
нутной оси около 650 гем при напряжении источника питания 24 в
и величине тока в обмотках катушек 0,02 а. К недостаткам меха-
низма следует отнести наличие трех электромагнитов (6 катушек).
245
На фиг. 137 изображен механизм вторичных часов, выпускаемый
заводом электрочасов. Якорь 2 представляет собою постоянный магнит
в форме гладкого цилиндра, изготовленный из стали магнико и вра-
щающийся между полюсными наконечниками катушки 4 электромагнита.
Якорь намагничен в направлении, перпендикулярном своей оси вращения.
Допустим, что в показанном на чертеже положении северный
полюс якоря расположен протиц полюсного наконечника /. Если
подать импульс тока в катушку электромагнита такого направления,
Фиг. 137. Механизм вторичных часов с гладким якорем.
что он образует на полюсном наконечнике / северную полярность,
а на полюсном наконечнике 3 - южную полярность, то якорь повер-
нется против часовой стрелки на 180°. Профиль полюсных наконеч-
ников очерчен так, что воздушный зазор между разноименными
полюсами якоря и полюсных наконечников постепенно уменьшается,
по мере поворота якоря на 180°.
На фиг. 138 отдельно показан узел полюсных наконечников
с передней платиной 3. Полюсные наконечники / и 2 и стойки 4
и 5, к которым прикреплен сердечник катушки, собраны из полос
железа армко. Полюсные наконечники фиксированы в определенном
положении штифтами 6 и 7, запрессованными в переднюю платину.
Движение колесной передаче сообщается трибом, изготовленным за
одно целое с осью якоря. Передаточное отношение между осью
якоря и минутной осью (фиг. 137):
/ Z1‘Z3 = 1
Zo-Z, зо
246
Минутная стрелка посажена на втулку минутника z-. Передача дви-
жения на часовую стрелку осуществляется обычным способом. Угол
поворота якоря в этом механизме несколько меняется при изменении
напряжения на зажимах катушки. Поэтому в механизме применено
храповое устройство (на фиг. 137 не показано), ограничивающее
поворот якоря до 180° и предотвращающее поворот его в обратном
По АВСП
Фиг. 138. Узел полюс-
ных наконечников.
направлении. Наличие храпового устройства, издающего стук при
срабатывании электомагнита. является недостатком механизма. *
Вторичный механизм, выпускаемый заводом электрочасов, имеет
следующие данные: габаритные размеры 84x55x86 мм\ диаметр
якоря 25 мм\ высота якоря 8 мм\ число витков катушки 20 000;
сопротивление 2400 ом; провод ПЭ диаметром 0,10 мм. При напря-
жении 24 в вращающий момент на минутной оси не менее 180 гем.
На фиг. 139 изображен механизм вторичных часов с быстродей-
ствующим поляризованным электромагнитом. Постоянный магнит 11
поляризует якорь 9 и сердечники катушек 1 и 10 электромагнита
своими разноименными полюсами. На якоре укреплена плоская пру-
жина 3, верхний конец которой расположен между двумя штифтами,
запрессованными в скобу 5. Якорь 9 вращается вокруг оси 2, и его
угол поворота составляет 4 ч-5°. При притяжении якоря попере-
менно к полюсным наконечникам катушек, скоба, вращающаяся
247
вокруг оси 4. поворачивает каждый раз своими штифтами 6 и <¥
храповое колесо 7 на половину шага. При минутных знакоперемен-
ных импульсах тока храповое колесо с 30-ю зубцами делает 1 обо-
рот в час.
Этот механизм, действующий от слабых импульсов тока, питается
от первичных часов с индуктором. Катушки электромагнита включены
в цепь обмотки индуктора, якорь которого периодически освобо-
ждается первичными часами (п. 2).
Для определения характера изменения вращающего момента якоря
поляризованного механизма
вторичных часов в зависимости от угла
поворота в пределах одного шага
применена установка, изображенная на
Фиг. 140. Установка для
вращающего ^механизма
часов.
Фиг. 139. Механизм вторич-
ных часов с быстродей-
ствующим электромагнитом.
определения
вторичных
77^
фиг. 140. Непосредственно на ось 9 якоря посажен барабан /Д
закрепленный на оси винтом 10. На барабан накручена нить 6,
к свешивающемуся концу которой прикреплена чашка 7 для гирь.
Стрелка 4, жестко присоединенная к барабану, показывает по не-
подвижной шкале 5 угол поворота якоря в пределах одного шага.
К барабану привинчен палец 2, расположенный между двумя непо-
движными штифтами 1 и 8. Палец центрирован по отношению к оси
барабана с помощью направляющего штифта 12. Благодаря наличию
паза в пальце можно менять угловое расстояние между стрелкой и
пальцем.
Если присоединить катушки электромагнита к источнику питания
определенного напряжения, то якорь вместе с барабаном будет стре-
миться повернуться против часовой стрелки, вследствие чего палец 2
прижмется к нижнему ограничительному штифту 8. Вращающий
момент якоря определяется как произведение веса грузиков, необхо-
димого для отрыва пальца от нижнего штифта, и радиуса барабана.
248
Палец входит между штифтами с зазором 0,5	1 мм. Для измене-
ния угла установки якоря необходимо ослабить bhi т 3, повернуть
якорь вместе с барабаном и стрелкой на нужное деление шкалы и
вновь закрепить этот винт.
Для механизма вторичных ча-
сов с z-образным якорем (фиг. 133)
кривая зависимости вращающего
момента на оси якоря от угла по-
ворота последнего (характери-
стика) приведена на фиг. 141, а.
Напряжение питающей бата-
реи 24 в. Вращающий момент
вначале быстро возрастает и при
угле поворота якоря около 25°
достигает наибольшего значения
М = 15,5 гем. Затем он быстро
падает до значения М = 1,8 гем
(при угле поворота якоря около
50°). При дальнейшем повороте
якоря момент снова возрастает
и при угле 68° достигает М =
= 7 гем. После этого момент
падает, и в конце интервала, при
угле 90°, равен Л4^3,3 гем.
Фиг. 141. Характеристики механизмов;
вторичных часов.
Для многополюсного механизма вторичных часов с вращающимся
постоянным магнитом (фиг. 128) характеристика приведена на
фиг. 141, б (кривая /). Напряжение питающей батареи 24 в. Вра-
щающий момент вначале несколько падает и при угле а = 3° дости-
гает значения М = 15 гем. Затем, при дальнейшем вращении якоря,
вращающий момент проходит через два максимума, соответствующие
углам а = 13° и а = 24°.
249
Кривая 2 на фиг. 141, б представляет характеристику того же
вторичного механизма, но с якорем по фиг. 132. Вращающий момент
якоря постепенно увеличивается, при угле а = 22° достигает наиболь-
шего значения, равного 70 гем, а затем быстро падает.
На фиг. 142 приведены характеристики механизма вторичных
уличных часов по фиг. 136. Кривые построены при напряжении
питающего источника 18 и 24 в. На значительной части угла пово-
рота якоря вращающий момент меняется слабо. В конце движения
вращающий момент быстро возрастает, достигает наибольшего зна-
чения, а затем резко падает.
Характеристики, приведенные на фиг. 141 и 142, показывают что
вращающий момент якоря сравнительно сильно меняется в интервале
Фиг. 142. Характеристики механизма
вторичных уличных часов.
(момент сопротивления), превышающей
одного шага, причем наи-
больший момент не сов-
падает с началом поворота
якоря (при трогании с
места). Между тем весьма
желательно, чтобы вра-
щающий момент, разви-
ваемый якорем, при тро-
гании с места был воз-
можно большим, так как
в этом положении якоря
момент сопротивления до-
стигает наибольшего зна-
чения. Практически меха-
низм вторичных часов
может работать вполне
надежно и 'при нагрузке
вращающий момент якоря
при трогании с места, так как ввиду наличия зазоров в зацеплении
и в подшипниках якорь в начале поворота не испытывает полной на-
грузки.
Характеристика механизма с z-образным якорем (фиг. 141, а) вы-
годнее характеристики многополюсного механизма (фиг. 141, б, кри-
вая /). В первом механизме в начале хода якоря момент быстро воз-
растает, а во втором механизме — падает. Значительное улучшение
характеристики многополюсного механизма достигается при замене
якоря с полюсами сложной формы якорем, изображенным на фиг. 132
(кривая 2 на фиг. 141, б).
На фиг. 141, в приведена характеристика вторичного механизма
с гладким якорем. Малый момент якоря при трогании с места является
недостатком механизма. Так как передаточное отношение между
осью якоря и минутной осью равно 1 :30, то вращающий момент на
минутной оси будет примерно в 30 раз больше вращающего момента
якоря без учета к. п. д. зубчатой передачи.
Вращающий момент якоря поляризованного механизма вторичных
часов можно увеличить двумя способами:
250
а)	увеличением числа ампервитков катушек электромагнита;
6)	улучшением характеристики механизма.
Первый способ применяется при необходимости увеличить вра-
щающий момент якоря в несколько раз. При этом увеличиваются
вес и габариты механизма и повышается расход энергии. Увеличение
врашающего момента якоря по второму способу достигается измене
нием проводимости зазора к между полюсными наконечниками и
полюсами якоря для того, чтобы увеличить значение производной про-
водимости по углу по-
ворота якоря (-^7) ,
так как проводимость
зазора зависит от раз-
меров и конфигура-
ции взаимодействую-
щих поверхностей и
расстояния между ними.
На фиг. 143 при-
ведены кривые зависи-
мости вращающего мо-
мента на минутной оси
от напряжения питаю-
щего источника. Кри-
вая / получена для
вторичного механизма
с гладким якорем, кри-
вая 2—для вторич-
ного механизма с z-об-
разным якорем. Из
фигуры видно, что при
приближении к режиму
Напряжение
Фиг. 143. Кривые зависимости вращающего
момента от напряжения питающего источника.
магнитного насыщения вращающий момент возрастает медленнее.
Интересно сравнить многополюсный механизм (фиг. 128) и меха-
низм с z-образным якорем (фиг. 133). Основные детали многополюс-
ного механизма: полюсные наконечники, диски, якоря, инерционный
Диск и др., изготовляются штамповкой. Операции сборки и регули-
ровки просты и не трудоемки. Механизм имеет одну катушку; хра-
повое устройство отсутствует. Работает механизм бесшумно и не
чувствителен к некоторому изменению положения при установке
часов. Его вращающий момент может быть значительно увеличен
путем некоторого изменения формы полюсов якоря. Вместе с тем,
в многополюснохМ механизме постоянный магнит, вращающийся на
оси якоря, при небольших размерах должен иметь сравнительно
большой магнитный поток (900 мкс в разомкнутой цепи). Это может
быть получено при изменении дорогостоящих магнитных сплавов.
Чем больше магнитный поток постоянного магнита, тем лучше фи-
ксация якоря при обесточенной катушке. Если одновременно с увели-
чением магнитного потока постоянного магнита увеличить число
251
ампервитков катушки, то можно получить значительное увеличение
вращающего момента якоря (при отсутствии режима магнитного на-
сыщения магнитопровода).
Механизм с z-образным якорем в конструктивном отношении
сложнее многополюсного механизма. Он имеет две катушки, храпо-
вое устройство и две платины. Полюсные наконечники не могут быть
получены штамповкой, так же как мелкие отверстия (под цапфы)
в платинах. Для изготовления механизма с z-образным якорем необ-
ходимо больше цветных сплавов, чем для изготовления многополюс-
ного механизма. Сборка и регулировка его также сложнее, чем
многополюсного механизма. Многополюсный механизм может иметь
на минутной оси вращающий момент, значительно больший, чем меха-
низм с z-образным якорем, при одних и тех же числах ампервитков.
Последний механизм, вследствие наличия храпового устройства, издает
шум при работе.
На основании сказанного заключаем, что многополюсный механизм
имеет ряд очень важных преимуществ перед механизмом с Z-образ-
ным якорем.
Вторичный механизм уличных часов (фиг. 135) отличается слож-
ностью конструкции и развивает сравнительно небольшой вращающий
момент. Значительно больший вращающий момент развивают вторич-
ные механизмы, изображенные на фиг. 136 и 137, которые могут
найти применение как в уличных часах, так и в часах, устанавли-
ваемых в закрытых помещениях.
29. Механизмы вторичных часов с неполяризованным
электромагнитом
Вторичные часы с неполяризованным электромагнитом не нуждаются
в знакопеременных импульсах, так как они срабатывают от импуль-
сов тока одного направления, регулярно посылаемых первичными
часами.
На фиг. 144 представлена схема механизма вторичных часов с не-
поляризованным электромагнитом. Якорь 10 электромагнита закреп-
лен на одном конце двуплечего рычага 8, вращающегося на оси 9.
На другом конце рычага установлена собачка 4, положение которой
относительно храпового колеса 2 регулируется винтом 5» При не-
притянутом якоре плоская пружина 7 прижимает рычаг 8 к упорному
штифту 6. При подаче импульса тока в катушки 1 (вторая катушка
не показана) электромагнита, якорь притянется к полюсам катушки,
верхняя часть рычага повернется вправо, а собачка заскочит за сле-
дующий зуб храпового колеса 2. По окончании импульса тока
рычаг 8, под влиянием пружины 7, поворачивается в обратном на-
правлении, при этом собачка 4 поворачивает храповое колесо на один
зуб. Собачка 3 предотвращает случайный поворот храпового колеса
в обратном направлении. Если взять число зубцов храпового колеса
равным 60, то при минутных импульсах тока храповое колесо будет
совершать один оборот в час; на оси этого колеса может быть по-
сажена минутная стрелка.
252
Несколько иначе действует механизм вторичных часов, изобра-
женный на фиг. 145. На рычаге 5, вращающемся на оси 2, закреп-
лен якорь 4. Нижний конец рычага несет собачку 6, которая сцеп-
ляется с зубцами храпового колеса 7. При подаче импульса тока в ка-
тушки электромагнита 1 собачка 6 поворачивает храповое колесо на
один 4 зуб. Возвращение рычага и собачки в исходное положение
осуществляется благодаря силе веса движущихся частей. Винты 3 и
8 регулируют величину хода собачки 6 и рычага 5. Собачка 9 предот-
вращает поворот храпового колеса в обратном направлении. От
храпового колеса движение сооб-
Фиг. 144. Механизм вторичных
145. Механизм вторичных часов
часов с двуплечим рычагом.
с простым рычагом.
Сравним работу механизмов, представленных на фиг. 144 и 145.
В первом случае перемещение храпового колеса осуществляется пру-
жиной. Роль электромагнита заключается в накоплении известного
запаса потенциальной энергии в пружине 7 посредством ее деформа-
ции (или накопление потенциальной энергии путем подъема груза).
Во втором случае электромагнит непосредственно осуществляет пере-
мещение храпового колеса. Первый случай предпочтительнее второго,
как обеспечивающий более плавное перемещение стрелок часов. Кроме
того, энергия деформированной пружины (или поднятого груза) по-
стоянна и не зависит от напряжения источника питания. Во втором
случае в момент притяжения якоря к полюсу катушки получается до-
вольно сильный удар, неблагоприятно сказывающийся на прочности
и надежности работы механизма часов, особенно при длинных стрел-
ках и тяжелых деталях.
На фиг. 146 изображена схема механизма вторичных часов, в ко-
тором храповое колесо застопорено в интервале времени между двумя
253
импульсами. На двуплечем рычаге 5, вращающемся на оси 6, уста-
новлены собачка 3, стопорный палец 4 и якорь 7. Палец 4 под дей-
ствием пружины 2 упирается в зубцы храпового колеса / и тем самым
препятствует случайному повороту его. При подаче импульса тока
в обмотки катушек электромагнита якорь притягивается к полюсам
катушек, палец 4 освобождает храповое колесо, а собачка 3 захва-
тывает следующий зуб. При этом собачка 8 предотвращает поворот
колеса в обратном направлении,
бачка 3 под действием пружины
против часовой стрелки до тех
пор, пока палец 4 не упрется в
зубцы храпового колеса. Правиль-
ная работа подобного механизма
может быть достигнута лишь при
После прекращения импульса со-
2 поворачивает храповое колесо
Фиг. 147. Механизм вторичных часов
со стопорным устройством.
7	6	5
Фиг. 146. Механизм вторичных
часов со стопорным пальцем.
точном изготовлении основных деталей и при отсутствии зазоров в осях.
На фиг. 147 приведен другой способ запирания храпового колеса.
На рычаге-якоре 5, вращающемся на оси 4, установлена собачка 2,
которая под действием силы тяжести рычага 5 поворачивает храпо-
вое колесо 7 против часовой стрелки до тех пор, пока затылочная
скошенная часть собачки не упрется в винт 1. В положении, пока-
занном на фиг. 147, храповое колесо застопорено. При подаче им-
пульса тока в обмотки катушек 3 электромагнита рычаг 5 притянется
к полюсам катушек, а собачка 2 захватит следующий зуб храпового
колеса. Собачка 6' предотвращает случайный поворот храпового ко-
леса в обратном направлении при притяжении рычага 5. К достоин-
ству механизмов по фиг. 146 и 147 следует отнести надежность фи-
ксации храпового колеса.
Механизм вторичных часов можно использовать для решения ряда
технических задач, например, для построения реле выдержки про-
должительности рабочих процессов, для определения числа оборотов
вала электродвигателя или количества изделий, сошедших с конвейера.
В последнем случае вал при каждом обороте или изделие, сойдя
254
с конвейера, замыкают контакты цепи электромагнита счетчика им-
пульсов.
На фиг. 148 представлена схема счетчика импульсов. Якорь 5
электромагнита вращается на оси 20 и отводится пружиной 19
к упору 7. На якоре установлена собачка 9, которая прижимается
к зубцам храпового колеса 11 пружиной 8. Храповое колесо 11 за-
прессовано на ось 14. При замыкании цепи катушек 13 и 16 электро-
магнита якорь 5 притягивается к сердечникам катушек, и собачка 9
поворачивает храповое колесо //на один зуб по часовой стрелке.
Эксцентриковые упоры 7 и 10, закрепленные винтами, ограничивают
величину перемещения собачки 9. Фиксатор 18 выполнен в виде
17
Фиг. 148. Счетчик импульсов.
плоской изогнутой пружины, один конец которой прижимается к зуб-
цам храпового колеса, а другой закреплен в колодке 17. На оси 14
посажена стрелка 21. Для расширения пределов измерения счетчика
на этой }ке оси свободно посажено второе храповое колесо /2, на
ободе которого закреплена стрелка 22. Рычаг 2, вращающийся на
оси / под действием плоской пружины 3, упирается своим пальцем
в кулачок 15, установленный на оси 14 (или изготовленный за одно
целое с осью). К правому концу рычага 2 припаяна плоская пру-
жина 6, упирающаяся в зубцы храпового колеса 12. После каждого
оборота оси 14 палец рычага 2 соскальзывает с наибольшего радиуса
кулачка 15 и падает вниз вместе с рычагом 2 до соприкосновения
с наименьшим радиусом кулачка. При этом пружина 6 поворачивает
храповое колесо 12 на один зуб, после чего штифт 4 стопорит хра-
повое колесо. Кроме того, это колесо стопорится фиксатором (на
фигуре не показан). Таким образом, при каждом полном обороте
храпового колеса // храповое колесо 12 поворачивается на один зуб.
Храповые колеса имеют по 100 зубцов, а на шкале 23 нанесено 100
делений. Стрелка 21 поворачивается на одно деление при каждом
импульсе, а стрелка 22 поворачивается на одно деление после каждых
100 импульсов. Путем поворота гайки 24 вправо можно установить
стрелки на нулевое показание.
255
39. Корректируемые вторичные часы
Корректируемые вторичные часы представляют собой обыкновен-
ные часы с механическим или электрическим заводом и с корректи-
рующим приспособлением. Точные первичные часы периодически,
через определенные промежутки времени, посылают по про-
водам импульсы тока во вторичные часы. Эти импульсы тока, дей-
ствуя на корректирующие приспособления, устанавливают стрелки
вторичных часов на правильное показание. Подобная система часофи-
кации отличается высокой надежностью действия, так как в случае
обрыва соединительных проводов или неисправности первичных часов
вторичные часы продолжают идти без остановки, хотя время, показы-
ваемое при этом вторичными часами, вследствие бездействия корректи-
рующего устройства, будет несколько отличаться от правильного.
Однако высокая стоимость корректируемых вторичных часов огра-
ничивает их применение.
На фиг. 149 показана схема корректирующего устройства. Механи-
ческий или электрический двигатель (на фигуре не показаны) вращает
колесо 13, триб 12 которого сцеплен с секундным колесом 2, по-
саженным жестко на секундную ось 1. Скорость вращения секундного
колеса регулируется при помощи ходового узла и баланса. На ось /
свободно посажен триб 6 с длинной втулкой, несущей секундную
стрелку 8. Пружина 3 прижимает втулку к гайке 7. создавая этим
256
трение между осью 1 и грибом 6', который вращает колесный меха-
низм для передачи движения на минутную и часовую стрелки 10 и 9.
Корректирующее устройство состоит из диска /7, жестко соединен-
ного с трибом 6, электромагнита 4, к якорю которого присоединен
корректирующий рычаг 5 с конической поверхностью. На торцевой по-
верхности диска запрессованы два штифта 14 и 15. В катушку
электромагнита один раз в минуту посылаются импульсы тока от
точных первичных часов. Если вторичные часы показывают правиль-
ное время, то при срабатывании электромагнита корректирующий ры-
чаг опускается в пространство между штифтами, одновременно входя
в соприкосновение с ними. Если показания вторичных часов уходят
вперед, то при срабатывании электромагнита корректирующий рычаг
Фиг. Г>0. Схема корректирующего устройства с падающим рычагом.
своей наклонной поверхностью действует на левый штифт 14 и от-
водит диск и секундную стрелку несколько назад. Если же часы от-
стают, то при срабатывании электромагнита корректирующий рычаг
действует на правый штифт 75, поворачивая диск и секундную
стрелку вперед.
Описанное корректирующее устройство может исправлять отстава-
ние и опережение вторичных часов порядка 2—3 сек. за одну минуту.
На фиг. 150 показана схема корректирующего устройства в маят-
никовых часах, приводимых в действие пружиной или гирей. Якорь 7,
под действием пружины 6, удерживает рычаг 3 в приподнятом поло-
жении, как показано на фигуре. При подаче импульса тока от точ-
ных часов в катушки электромагнита 8 корректирующего устройства
якорь притягивается к сердечникам катушек и освобождает рычаг 3,
который под действием груза 5 поворачивается на своей оси по ча-
совой стрелке. При этом призма 4, установленная на рычаге 3, па-
дает на штифт 2, запрессованный на минутном колесе 7. Импульсы
в катушки электромагнита 8 могут подаваться через каждый час,
через каждые 6 час., через каждые 12 час,, возможны также и дру-
гие интервалы. Если показания часов ушли вперед или отстали, то
непосредственно перед подачей имульса тока минутная стрелка не сов-
падает с цифрой 12 на циферблате. Правильная установка стрелок
осуществляется призмой 4. действующей на штифт 2; при этом
1 > Хксельрод. 1854.	257
колесо / будет продвинуто несколько вперед или назад, в зависимости
от того, спешат или отстают часы.
В корректирующем устройстве, изображенном на фиг. 151, электро-
магнит срабатывает при посылке импульсов тока первичными часами
лишь в том случае, если корректируемые (вторичные) часы ушли
вперед или отстали. К минутному трибу жестко присоединен диск 8
с двумя штифтами 5 и 10 и впадиной, в которую входит выступ
контактной пружины 6. Коррек-
тирующий рычаг 4 жестко соединен
с якорем 2, вращающимся на
оси 1. В положении, изображен-
ном на фигуре, минутная стрелка 9
стоит ровно на цифре 12 ци-
ферблата часов и цепь электро-
магнита 3 разомкнута. Если кор-
ректируемые часы ушли вперед
или отстали, то в момент посылки
импульса тока первичными часами
(каждый час) выступ на контакт-
ной пружине 6 будет находиться
на окружности диска 8, и кон-
тактные пружины 6 и 7 замкнуты.
Ток потечет через обмотку элек-
тромагнита 3, якорь притянется
к сердечнику катушки, и кор-
рекционный рычаг, действуя на
штифт 5 или 10, установит ми-
нутную стрелку в правильное по-
ложение. При этом выступ на контактной пружине 6 расположится
во впадине диска 8 и цепь электромагнита разомкнется.
Фиг. 151. Схема корректирующего
устройства с контактом, включаемым
установочным диском.
31.	Вторичные часы с электрическим освобождением
и с электродвигателем
При большом диаметре циферблата часов (например, башенные
часы) применение вторичных часов с поляризованным электромагнитом
(п. 28) встречает серьезные затруднения, так как для перемещения
тяжелых деталей механизма, часов необходим электромагнит большой
мощности. Кроме того, при быстром перемещении больших, тяжелых
стрелок возникают удары в механизме, вызывающие быстрый износ
деталей. Поэтому при больших диаметрах циферблатов вторичных
часов обычно применяют механизмы с электрическим освобождением,
с электродвигателем и других типов. Электромагнит в механизмах
с электрическим освобождением при срабатывании от минутных им-
пульсов тока, посылаемых первичными часами, освобождает колесную
систему. Последняя под действием двигателя (обычно — гиревого)
каждый раз поворачивается на определенный угол и перемещает ми-
нутные и часовые стрелки. Плавное перемещение стрелок, без замет-
258
ных ударов при остановке колес, осуществляется ветрянкой, замед-
ляющей вращение колес часового механизма.
На фиг. 152 показана схема вторичных часов с электрическим
освобождением. Поляризованный электромагнит состоит из двух ка-
тушек 6 и /3, полюсных наконечников 7 и /2, якоря 8 и постоян-
ного магнита 5, поляризирующего полюсные наконечники и якорь
своими разноименными полюсами. Якорь посажен на ось 11 и несет на
своем свободном нижнем конце стопорный штифт 9.
Под действием знакопеременных импульсов тока, посылаемых
первичными часами в катушки электромагнита, якорь попеременно
Фиг. 152. Вторичные часы с электрическим освобождением.
будет притягиваться к полюсным наконечникам 7 и /2, совершая
качательное движение. На оси колесной передачи посажен двуплечий
рычаг 14, на коротком плече которого имеется штифт 10, а на
длинном — штифт /5. Застопоривание колесной передачи достигается
тем, что штифт 10 рычага упирается в штифт якоря при притяже-
нии его к полюсному наконечнику 7, а штифт 15 рычага упирается
в тот же штифт якоря при притяжении его к полюсному наконеч-
нику 12. Колесная передача находится под действием вращающего
момента, развиваемого гиревым двигателем. В положении, изображен-
ном на чертеже, колесная передача застопорена штифтом 10 рычага,
упирающимся в штифт 9 якоря. При очередном импульсе тока якорь
притянется к полюсному наконечнику 12 и освободит колесную пе-
редачу, которая под действием гиревого двигателя придет в движе-
ние, причем ветрянка 16 замедляет скорость вращения колес и
стрелок часов. Рычаг 14 повернется на */2 оборота по часовой
стрелке, затем упрется своим штифтом 15 в штифт якоря. Благодаря
259
этому колесная передача вновь будет застопорена. При пово-
роте рычага 14 на 1/2 оборота минутная ось 4 вместе с минутной
стрелкой повернется на оборота. Передача на часовую стрелку
осуществляется обычным способом.
В механизме часов применен электрический подзавод гири 1.
После того как гиря опустится до определенного положения, вклю-
чается мотор 2, который, вращая барабан 3, поднимает гирю
в исходное положение. Для того чтобы при подъеме гири механизм
часов не лишался вращающего момента, следует применить гиревой
двигатель с вспомогательным заводом.
Фиг. 153. Вторичные часы с приводом от электродвигателя.
На фиг. 153 представлена схема механизма вторичных часов
с приводом от электродвигателя. Вторичные часы импульсной системы
(на фигуре не показаны) под действием знакопеременных минутных
импульсов тока вращают ось /, на которой посажены контактный
диск 2 и щетка 3. Два других контактных диска 5 и 7 посажены
на ось б, присоединенную посредством муфты 8 к минутной оси
механизма. Щетка 3 скользит по контактному диску 5, в который
вставлена пластинка 4 из изоляционного материала. По окружности
контактных дисков 2 и 7 скользят щетки /7 и /б, присоединенные
к двум фазам трехфазного тока, питающего электродвигатель 13.
В цепь этих щеток включена катушка 15 электромагнита, осуще-
ствляющего включение и выключение рубильника цепи электродви-
гателя. Червяк 14 присоединен к валу электродвигателя и вращает
червячное колесо 10, жестко посаженное на минутную ось 9, несу-
щую минутную стрелку 12. Передача на часовую стрелку // осуще-
ствляется обычным способом. В показанном на фигуре положении
щетка 3 соприкасается с изоляционной пластинкой 4 контактного
диска 5, вследствие чего цепь катушки 15 электромагнита разо-
260
минута, и рубильник электродвигателя выключен. Ось 1 присоединена
к минутной оси вторичных часов. Поэтому при очередном импульсе
тока вторичные часы повернут ось 7 на 6° в направлении, показан-
ном стрелкой. При этом щетка сойдет с изоляционной пластинки и
замкнет цепь катушки 15 электромагнита, который включит рубиль-
ник электродвигателя. Электродвигатель будет поворачивать стрелки
часов до тех пор, пока изоляционная пластинка на контактном
диске 5 вновь не придет в соприкосновение со щеткой и не выклю-
чит гем самым цепь катушки электромагнита, а следовательно, и ру-
бильник электродвигателя.
Вторичные часы один раз в минуту включают цепь электродви-
гателя, в результате чего тяжелые стрелки часов поворачиваются
каждый раз на определенный угол.
32.	Включение в сеть и контроль работы вторичных часов
Схема включения вторичных часов представлена на фиг. 154.
Все вторичные часы включены параллельно между двумя магистраль-
ными линиями. Это дает возможность производить как отключение,
так и приключение отдельных вторичных часов, в случае необходи-
Фиг. 154. Схема включения вторичных часов в сеть.
мости приключения новых вторичных часов, не нарушая работы всей
сети. Следует, однако, считаться с тем, что магистральные линии
обладают некоторым сопротивлением, обусловливающим падение на-
пряжения в них. Поэтому, чем дальше установлены часы от источ-
ника питания, тем ниже напряжение, подводимое к катушкам элек-
тромагнита этих часов.
Питание вторичных часов осуществляется постоянным током от
аккумуляторной батареи при напряжении 24 в. Сечение магистраль-
ных проводов следует рассчитывать таким образом, чтобы в самых
отдаленных вторичных часах напряжение на зажимах было не ниже
18 в. Сопротивление катушек электромагнитов вторичных часов,
включаемых в общую линию, принимается одинаковым.
Вюричные часы, при большом их количестве, обычно включаются
не в одну магистральную линию, а в несколько линий, питаемых от
261
одних первичных часов. В отдельные линии, называемые шлейфами,
включаются до 60 вторичных часов. Такое включение увеличивает
надежность действия вторичных часов, облегчает нахождение воз-
можных повреждений и их исправление. Непосредственно к первич-
ным часам можно подключить лишь небольшое число вторичных
часов, вследствие небольшой мощности контактных часов. Так,
к часам (фиг. 28) со сравнительно сильными контактами (кодовые
реле) можно подключить до 60 вторичных часов.
В тех случаях, когда необходимо значительно увеличить число
вторичных часов в сети, обслуживаемых одними первичными часами,
применяются часовые поляризованные реле, получающие знакопере-
менные импульсы от первичных часов. Каждое реле обслуживает
линию вторичных часов с отдельным источником питания.
На фиг. 155 показано часовое реле. Две катушки 14 реле уста-
новлены на общем железном основании, к которому прикреплен
постоянный магнит 7. Над полюсами катушек расположены два
якоря 1 и /2, вращающиеся на осях 6 и 8. К якорям прикреплены
контактные пружины 3 и //, изолированные от якорей. Постоян-
ный магнит поляризует якори одним своим полюсом, а сердечники
катушек — другим.
В показанном на фигуре положении якори приподняты пружинами
5 и 9, и обе контактные пружины прижаты к неподвижным контак-
там 4 и 10, которые присоединены к положительному полюсу ба-
тареи. Два других неподвижных контакта 2 и 13 присоединены к от-
рицательному полюсу батареи. Линия вторичных часов присоединена
к контактным пружинам 3 и 11. При прохождении импульса тока
262
через обмотки реле один якорь притянется к полюсу своей катушки;
•магнитный поток катушки совпадает с магнитным потоком постоян-
ного магнита; другой якорь будет удерживаться пружиной в непо-
движном состоянии. Если питать обмотки реле знакопеременными
импульсами тока от первичных часов, то якори поочередно будут
притягиваться к полюсам своих катушек, и в сеть вторичных часов
будут поступать от местной батареи импульсы тока переменного на-
правления.
На фиг. 156 показана схема включения часового реле в сеть.
Непосредственно к первичным часам подключены одна линия и часо-

Фиг. 156. Схема включения часового реле в сеть.
вое реле, которое в свою очередь обслуживает одну линию от само-
стоятельного источника питания.
Реле, изображенное на фиг. 155, может обслужить до 60 вто-
ричных часов.
Промышленность СССР выпускает и другие типы часовых реле,
отличающиеся большей мощностью. Контактные пружины в них за-
мыкаются в такой последовательности, что импульсы тока, посылае-
мые во вторичные часы, нарастают и исчезают ступенями. Это умень-
шает искрение в контактах.
Увеличение числа вторичных часов, обслуживаемых одними пер-
вичными часами, можно осуществить и другим способом, заключаю-
щимся в том, что импульсы тока в отдельные линии подаются не
одновременно, а последовательно: сначала в одну линию, затем
в другую, и т. д. При этом величина тока в соединительных прово-
дах и в контактах первичных часов будет определяться лишь вели-
чиной сопротивления одной линии. Подобная схема включения изо-
бражена на фиг. 157. На оси, получающей вращение от первичных
часов и делающей один оборот за две минуты, установлены две
263
контактные пружины 2 и 5, изолированные друг от друга и от оси.
Пружины присоединены к полюсам батареи при помощи контактных
колец 3 и 4 и щеток 1 и 6. В рассматриваемый момент пружина 5
скользит по торцевым поверхностям контактных пластин отдельных
линий и по очереди посылает в линии импульсы тока какого-либо
определенного направления. Пружина 2 скользит по контактной пла-
стине общего обратного провода. В следующую минуту пружина 2
будет скользить по контактным пластинам линии, а пружина 5 — по
контактной пластине общего обратного провода. В линии поочередно
будут посылаться импульсы тока другого направления.
Фиг. 157. Схема последовательной посылки импульсов тока в линии.
Электромеханические первичные часы в процессе эксплуатации
могут получить те или иные повреждения и выйти из строя. Питание
электрочасовых линий прекращается, и вторичные часы останавли-
ваются. Для увеличения надежности питания электрочасовых линий,
в особенности при большом количестве включенных в линию вто-
ричных часов, применяется установка с двумя первичными часами,
из которых одни являются основными, а вторые — запасными. В этом
случае импульсы тока каждого направления посылаются во вторич-
ные часы с поляризованными электромагнитами дважды: один раз —
основными часами, а второй раз, с некоторым запаздыванием, — за-
пасными часами. Этим и достигается увеличение надежности действия
вторичных часов, но вместе с тем в два раза возрастает и расход энер-
гии. На фиг. 158 приведена схема устройства с основными и запас-
ными первичными часами. В случае повреждения основных часов они
автоматически отключаются от батареи, а вторичные часы подклю-
чаются к запасным часам.
Основные и запасные часы (показаны лишь знакопеременные кон-
такты этих часов) подключены к батарее 35. Особый переключаю -
264
щий механизм состоит из двух поляризованных электромагнитов 15
и 27, якори которых 16 и 24 вращаются в противоположных на-
правлениях, сектора 18, сцепляющегося с трибами 17 и 25, поса-
женными на оси якорей, контактов 20—21 и 22—23 и стрелки 26,
посаженной на ось сектора. Положительный полюс батареи присо-
Фиг. 158. Схема устройства с основными и запасными первичными часами.
единен к бородкам 13 и 30 основных и запасных часов и к контакт-
ным пружинам 27 и 22. Отрицательный полюс батареи подключен
к контактам 11 и 28 основных и запасных часов и к контактным
пружинам 20 и 23.
Допустим, что механизм основных часов освобождает бородку 13,
которая, поворачиваясь влево, сначала своим штифтом отводит кон-
тактную пружину 12 от контакта 77, а затем приходит в соприкос-
новение с этой контактной пружиной. Ток потечет по цепи от по-
ложительного полюса батареи через контакт 8, бородку 13,
265
контактную пружину /2, контактные пружины 2 и /, вторичные часы
контактные пружины 5 и 4, контакт 11 и через контакт 9 к отри-
цательному полюсу батареи. Вторичные часы сработают, и их стрелки
перейдут на следующее деление шкалы (на схеме не показаны искрс-
гасящие устройства).
Одновременно с этим от контактной пружины 12 ток течет через
катушки электромагнита 15 переключающего механизма, контакт 32,
контакт 77, через контакт 9 к отрицательному полюсу батареи. При
повороте якоря 16 электромагнита 15 стрелка 26 переходит на вто-
рое деление слева от вертикали (до поворота стрелка была устано-
влена на втором делении справа). При дальнейшем движении бо-
родки 13 она теряет контакт с пружиной 72 и, сделав х/2 оборота,
останавливается.
Колебания маятника запасных часов синхронизированы с колеба-
ниями маятника основных часов. Контактное устройство запасных
часов приводится в действие на несколько секунд позже контактного
устройства основных часов. При повороте бородки 30 контактного
устройства запасных часов влево сначала штифт отводит контактную
пружину 29 от контакта 28, затем бородка приходит в соприкосно-
вение с этой пружиной. Ток потечет по цепи от положительного
полюса батареи через контакт 31, бородку 30, контактную пру-
жину 29, катушки электромагнита 27 переключающего механизма,
контакт 7, контакт 28 к отрицательному полюсу батареи.
Якорь 24 поворачивается и переводит стрелку на второе деление
справа от вертикали. Во вторичные часы ток не потечет, так как
контакты 3 и 6 не подключены к линии вторичных часов. В сле-
дующую минуту бородка 13 основных часов придет в соприкоснове-
ние с контактной пружиной 14, вследствие чего в линию вторичных
часов, а также в катушки электромагнита 15 будет послан импульс
тока другого направления. Якорь 16 переведет стрелку 26 на второе
деление слева от вертикали. Затем придет в действие контактное
устройство запасных часов, которое пошлет импульс тока в катушки
электромагнита 27. Якорь этого электромагнита переведет стрелку
в прежнее положение (второе деление справа от вертикали)
Допустим теперь, что в следующую минуту основные часы ока-
зались поврежденными и подача импульса тока от них прекратилась.
В этом случае запасные часы второй раз подряд (за две минуты)
пошлют импульс тока в обмотки электромагнита 27 переключающего
механизма. Сектор 18 второй раз повернется по часовой стрелке и
замкнет контакты 20—21 цепи электромагнита 10, а стрелка 26
переместится со второго деления шкалы вправо. Электромагнит 10 при
срабатывании включает одни контакты и выключает другие. Кон-
такты линии вторичных часов 7 и 5 будут отключены от контактов
2 и 4 и приключены к контактам 3 и 6 запасных часов. Контакты
7, 8 и 9 размыкаются. При размыкании контакта 7 выключается
электромагнит 27; при размыкании контактов 8 и 9 основные часы
отключаются от батареи и выключаются электромагниты 15 и 10.
При переключении контактов может быть включено сигнальное
266
устройство (на фигуре не показано), указывающее на наличие и
характер повреждения.
Так как переключение контактов происходит быстро, а подача
импульса тока от первичных часов (в данном случае запасных) имеет
определенную длительность, то при переключении вторичных часов
с основных часов на запасные вторичные часы не теряют импульса.
Если основные часы работают нормально, а запасные часы повре-
ждены и прекратили посылку импульсов тока, то основные часы
последовательно два раза в течение двух минут пошлют импульсы
тока в электромагнит 15 переключающего механизма. Сектор 18
сделает два последовательных оборота и замкнет контакты 22—23
цепи катушки электромагнита 34. Последний при срабатывании раз-
мыкает свои контакты 32, 33 и 3/, вследствие чего включается
электромагнит /5, запасные часы отключаются от батареи и выклю-
чаются электромагниты 27 и 34. Стрелка 26 перемещается влево от
вертикали и устанавливается левее второго деления. Эта стрелка
указывает на наличие повреждения в установке. Кроме того, как
указывалось выше, могут быть использованы сигнальные устройства.
Часовые сети с большим количеством вторичных часов обычно
обслуживаются электрочасовой станцией с двумя первичными часами
(ведущими и резервными), с измерительной и сигнальной аппаратурой
для контроля работы вторичных часов, источника питания и др.
При большом количестве вторичных часов в сети, большой ее
протяженности намного усложняется непосредственное наблюдение
за исправностью работы вторичных часов. Это особенно проявляется
при часофикации высотных зданий.
В связи с быстрыми темпами сооружения высотных зданий
в Москве возникла настоятельная необходимость в устройствах для
автоматического контроля работы вторичных часов.
На фиг. 159 изображена схема установки для контроля работы
300 вторичных часов. Сеть вторичных часов состоит из пяти отдель-
ных линий по 60 вторичных часов в каждой линии. Первичные часы
посылают в каждую линию импульсы тока последовательно через
12 сек. продолжительностью около 2 сек. Таким образом, вторичные
часы в каждой линии получают минутные импульсы тока (часы
с минутным транспортом стрелок). Контакты (К) вторичных часов
установлены так, что в течение первой минуты замыкаются контакты
часов № 1 каждой линии (последовательно через 12 сек.), в течение
второй минуты замыкаются контакты часов № 2 каждой линии и т. д.
Параллельно в линию вторичных часов включено реле счетного
механизма (РСМ), поворачивающее цифровые колеса и срабатываю-
щее один раз в минуту, при посылке импульса в первую линию.
В третий провод сети включено электронное реле, в анодную
цепь которого включено реле обратного контроля (РОК) с двойной
обмоткой. Реле Р3 срабатывает при посылке импульса тока в первую
линию. Реле Р2 и Рх имеет двойные обмотки, причем Р2 срабаты-
вает при посылке импульса тока во 2-ю и 3-ю ллнии, а реле Рх
срабатывает при посылке импульсов тока в 4-ю и 5-ю линии.
267
В обесточенном состоянии контакты реле обратного контроля (РОК)
замкнуты, а контакты реле Р1У Р2 и Р3 разомкнуты. Из схемы
видно, что контакты печатающего реле (РП) и реле протяжки ко-
пировальной ленты (РПКЛ) в обесточенном состоянии разомкнуты,
а контакты отключающего реле (РО) и реле протяжки бумаги (РПБ)
замкнуты. В схеме применена комбинированная лампа 6Н8 (двойной
триод). Испытания показали, что при напряжении на сетке лампы
17—24 в анодный ток равен 20—21,5 ма. Это достаточно для
срабатывания реле обратного контроля.
Фиг. 159. Схема для контроля работы 300 вторичных часов.
При посылке импульса тока в первую линию срабатывает реле
счетного механизма и реле Р3, замыкающее свой контакт, вследствие
чего срабатывает реле линейного диска (РЛД), которое поворачивает
диск на соответствующий номер линии. Вместе с тем стрелки вторич-
ных часов 1-й линии будут переброшены на следующее деление шкалы.
Контакт (К) определенного номера вторичных часов (совпадающего
с числом мичут) даст кратковременное замыкание, что вызовет сра-
батывание реле обратного контроля {РОК), которое, размыкая свой
контакт, предотвращает срабатывание печатающего реле (РП). Время
срабатывания печатающего реле должно быть несколько больше
времени срабатывания вторичных часов, реле обратного контроля и
реле линейного диска (РЛД). Это реле срабатывает при посылке
импульса в каждую линию.
Предположим, что вторичные часы в отдельной линии, вследствие
повреждения, не замкнули свой контакт в ту минуту, которая по
счету совпадает с номером часов. В этом случае реле обратного
контроля не срабатывает. При срабатывании же реле Р3 срабатывает
268
реле линейного диска (РЯД) и печатающее реле (РП), которое отпе-
чатает на бумаге номер линии, дату, часы и минуты. Печатающее
реле замыкает свои контакты, после
чего срабатывают реле блокировки
(РБХ и РБ<^, а также отключающее
реле (РО), которое выключает печа-
тающее реле (РП). Через реле РБ{
и РБ2 и их контакты осуществляется
питание лампы, звонка, реле про-
тяжки бумаги (РПБ) и реле переме-
щения копировальной ленты (РПКЛ).
Эти реле срабатывают поочередно
и протаскивают бумагу и копиро-
вальную ленту до тех пор, пока
палец, установленный на лентопро-
тяжном ролике, не
нажмет на кнопку К2-
Это вызовет размыка-
ние контакта реле бло-
кировки (РБ2) и от-
ключение реле РПБ,
РПКЛ и РО. При на-
жатии на кнопку Кх
выключаются лампа и
звонок. Световой и
акустический сигналы
не являются обязатель-
ными в этой схеме.
Время срабатывания
реле РПБ и РПКЛ
должно быть несколько
больше времени отпу-
скания печатающего
реле (РП) и времени
срабатывания отпуска-
ющего реле (РО).
На фиг. 160, а по-
казано устройство кон-
такта К в схеме с
электронным реле. На
минутной оси вторич-
ных часов закреплен
Диск, несущий контакт-
ный палец. На диске
нанесено 60 делений.	Фиг. 160. Контактные устройства.
Диск устанавливается
по отношению к неподвижному указателю на определенное деление,
соответствующее номеру вторичных часов.
269
Необходимое время пребывания реле обратного контроля (РОК)
под током может быть достигнуто не только применением электрон-
ного реле, но и другими способами, в частности, с помощью схемы
с блокировкой (фиг. 160, б). Параллельно обмотке катушки 4 вто-
ричного механизма включена обмотка катушки 2 быстродействую-
щего реле. На минутной оси вторичного механизма посажен диск 3
с пальцем, который при срабатывании вторичного механизма пово-
рачивает якорь 1 и быстро соскальзывает с него. При этом якорь
замыкает контакт блокировки и контакт К', контакты замкнуты до
тех пор, пока обмотка вторичного механизма находится под током.
К недостаткам этой схемы с блокировкой следует отнести сложность
и повышенный расход тока.
На фиг. 161 представлена схема печатающего устройства. Сво-
бодно на общей оси посажены цифровые колеса: минут 3, десятков.
270
минут 2, часов /, чисел масяца 10 и порядкового номера линии 9
(линейное колесо или линейный диск). При срабатывании реле счет-
ного механизма (РСМ) собачка /5, посаженная на якоре этого реле,
поворачивает храповое колесо 4, присоединенное к цифровому колесу
минут. Движение цифровому колесу десятков минут и часовому ци-
фровому колесу передается посредством колес и трибов так же, как
в печатающих часах (фиг. 190). Цифровое колесо чисел месяца пе-
реводится от руки, а цифровое линейное колесо получает движение
от реле линейного диска (РЛД), якорь которого несет собачку 14,
сцепляющуюся с храповым колесом 7, привинченным к линейному
колесу.
Бумажная лента 5 протаскивается роликами 17 и 12, прижатыми
друг к другу пружиной. К ведущему ролику 12 присоединено хра-
повое колесо 6, сцепленное с собачкой //, установленной на якоре
реле протяжки бумаги (РПБ). После того как ведущий ролик сделает
один оборот, палец 13 разомкнет контакт К2 Цепи реле блокировки.
Копировальная лента 8 расположена перпендикулярно бумажной ленте
и протаскивается при срабатывании реле РПКЛ таким же способом,
как и бумажная лента. На якоре печатающего реле (PIT) установлена
кожаная прокладка 16, которая при срабатывании реле прижимает
бумажную и копировальную ленты к цифровым колесам. На ленте
показан отпечаток, указывающий, например, что 6-го числа в 10 час.
27 мин. вторичные часы № 27 3-й линии не сработали.
Г JJ А В А ВОСЬМАЯ
СИНХРОННЫЕ ЧАСЫ
33.	Синхронные электродвигатели
В электрических часах, подключаемых к световой сети, ведущей
частью является синхронный электродвигатель, число оборотов вала
которого определяется по формуле:
f
п = 60 об/мин,	(а)
где f — частота тока сети;
р — число пар полюсов электродвигателя.
Таким образом, скорость вращения вала электродвигателя зависит
исключительно от частоты переменного тока питающей сети.
Фиг. 162. Схема дву-
полюсного синхрон-
ного электродвигателя
с самопуском.
Основная идея синхронных электродвигате-
лей, или так называемых реактивных, применяе-
мых в механизмах синхронных часов, может
быть изложена с помощью фиг. 162.
Ротор /, изготовленный из стали, поме-
щается между полюсами статора 4, собранного
из листового специального железа; отдельные
листы железа изолированы, например, тонким
слоем лака. На статоре помещена возбуждающая
обмотка 3, приключенная к однофазной сети
переменного тока.
Ротор такого электродвигателя может на-
чать вращаться при включении его в сеть
только при наличии в двигателе вращающегося магнитного поля.
Такое вращающееся поле, при однофазной сети переменного
тока, создается специальной конструкцией полюсов статора.
Полюсы разрезаются вдоль, и на каждую противолежащую (см.
фиг. 162) половину полюса насаживается медное замкнутое кольцо 2
(или несколько колец). Благодаря этому магнитный поток каждой
половины полюса с замкнутым кольцом сдвигается по фазе (отстает)
от магнитного потока другой половины полюса (без кольца). Это
вызывает образование вращающегося магнитного поля, которое увле-
кает за собой и заставляет вращаться ротор электродвигателя син-
хронно с частотой сети. Для облегчения условий пуска ротор должен
быть легким и с небольшим моментом инерции.
272
Фиг. 163. Схема синхрон-
ного многополюсного
электродвигателя.
При частоте переменного тока в 50 гц и одной паре полюсов
синхронная скорость электродвигателя составляет 3000 об/мин.
Применение такого электродвигателя, в частности, для передачи
движения на стрелки часового механизма требует понижения скоро-
сти при помощи редуктора, т. е. сравни-
тельно сложной колесной передачи.	/___
Необходимость применения в практике элек-
тродвигателей с меньшими, чем 3000 об/мин.,
скоростями привела к созданию многопо-
люсных, а также других конструкций, син-
хронных (реактивных) электродвигателей.
Принципиальная схема такого многопо-
люсного электродвигателя представлена на
фиг. 163. Ротор 3 представляет собой сталь-
ной тонкий диск с зубцами (полюсами) на
своей окружности. Статор 2 собран из изо-
лированных друг от друга листов трансфор-
маторного железа и соединен с сердечником,
на котором установлена возбуждающая ка-
тушка /. Угловой шаг зубцов (полюсов)
статора должен быть равен угловому inaiy зубцов (полюсов) ротора.
В рассматриваемой схеме число полюсов ротора равно 36. При
частоте переменного тока 50 гц скорость вращения ротора на осно-
вании (а)равна 166,6 об/мин. Многополюсный синхронный электродви-
гатель, построенный по этой схеме, не обладает самозапуском, т. е.
Фиг. 164. Схема синхронного электродвигателя
с планетарным механизмом.
ротор не начнет вращаться после приключения электродвигателя
к сети. Его нужно от руки довести до синхронной скорости, для
того чтобы добиться синхронизма и дальнейшей работы. Обычно ро-
тор соединен эластично с небольшой инерционной шайбой. Этим до-
стигается плавность вращения ротора и облегчается его пуск.
Несколько иначе устроен электродвигатель, схематически изобра-
женный на фиг. 164. Ротор 6, представляющий собой постоянный магнит,
имеет форму полого цилиндра и смонтирован на диафрагме 4, закре-
пленной по окружности в корпусе 3 электродвигателя. Диафрагма не
18 Аксельрод. R54.	273
дает возможности ротору вращаться относительно корпуса, а допускаем
лишь движение по конусу, как это показано отдельно на фиг. 165.
В корпусе установлены два пластинчатых статора 2, магнитные оси
Фиг. 165. Траектория движения ротора.
которых расположены в па-
раллельных плоскостях, но
смещены друг относительно
друга на 90°. Полосы ста-
тора снабжены катушками /
и о, причем магнитный по-
ток полюса 5 смещен по фазе
по отношению к магнитному
потоку полюса 6. Смещение
достигается или при помощи
медных колец, насаживаемых на раздвоенные полюсы одного из ста-
торов, или при помощи последовательного включения конденсатора
в цепь катушки. Вследствие смещения фаз магнитный поток обоих
полюсов вызывает вращающееся маг-
нитное поле, которое попеременно при-
тягивает и отталкивает ротор, заставляя
его двигаться по конусу. Вращатель-
ное движение вала 9 электродвигателя
осуществляется планетарной передачей,
состоящей из зубчатого колеса 7, же-
стко прикрепленного к одному концу
ротора, и колеса 8 с внутренними зуб-
цами несколько большего диаметра,
посаженного на вал электродвигателя.
Магнитное усилие, действующее на
ротор, всегда держит в сцеплении ко-
леса 7 и 8. Если колесо 7 имеет 99
зубцов, а колесо 8—100 зубцов, то
передаточное число равно 1 :100. При
частоте переменного тока 50 гц вал
электродвигателя будет делать 30об/мин.
На фиг. 166 показан синхронный
электродвигатель с самопуском, изгото-
вляемый промышленностью СССР под
маркой СД-2 (ГОСТ 2641-44). Габа-
ритные размеры 70 X 62 X 60 мм.
На фиг. 167 отдельно изображены ро-
тор и редуктор электродвигателя. Ротор
состоит из шести круглых стальных
закаленных колец / (фиг. 167, б). Такой
ротор имеет удобообтекаемую форму и развивает большой вращающий
момент. От вала 2 двигателя, совершающего 3000 об/мин. через
систему колес редуктора движение передается выходному (приемному)
концу вала 4 электродвигателя, который вращается со скоростью
2 об/мин. или 60 об/мин., в зависимости от передаточного отноше-
274
Фиг. 166. Синхронный элек-
тродвигатель с редуктором.
ния редуктора. Ротор и колеса редуктора заключены в герметическую
коробку 3. Через отверстие в коробке заливается масло (около 1 г),
после чего отверстие запаивается. Масло проникает в подшипники и
на зубья колес через зазоры и отверстия в платинах редуктора. Вра-
щающий (синхронный) момент при 2 об/мин. выходной оси составляет
около 700 гем, мощность около 13 вт.
На фиг. 168 показана другая разновидность синхронного электро-
двигателя с редуктором. Выходной конец вала делает 60 об/мин.,
вращающий (синхронный) момент 20 гем, мощность 5 вт. Ротор со-
стоит из трех стальных закаленных колец Н-образной формы. Он не
Фиг. 167. Устройство ротора.
заключен в коробку редуктора и защищен от механических повре-
ждений пластинкой, закрывающей воздушный зазор (на фигуре пла-
стинка снята). Габаритные размеры 55X50X45 мм.
Следует заметить, что магнитные потоки, проходящие через кольца
ротора в форме буквы 8 (фиг. 167, б) и в зазоре, сдвинуты по фазе,
вследствие чего возникает гистерезисный момент, равный
= г/Ц7ф sin а,
где 1W — число ампервитков статора;
Ф — магнитный поток ротора;
а — угол между магнитными потоками;
с — коэффициент пропорциональности.
Этот момент будет ускоряющим при скорости ротора ниже син-
хронной и тормозящим при скорости ротора выше синхронной.
Совершенно очевидно, что ротор имеет неодинаковую проводи-
мость по окружности. Поэтому двигатель с таким ротором занимает
промежуточное положение между обычным синхронным двигателем
с возбуждением постоянным током и реактивным двигателем с рото-
ром, имеющим неодинаковую проводимость по своей окружности.
*	275
В синхронных двигателях малых размеров, применяемых в прибор
строении, обычно момент сопротивления значительно меньше гис
Фиг. 164. Синхронный электродви!атель с редуктором.
Фиг. 169. Схема установки для
испытания синхронного элек-
тродвигателя.
резисного момента. Это обстоятел
ство и обеспечивает синхронный реж
работы ротора.
На фиг. 169 представлена npv
ципиальная схема установки для опр
деления вращающего (синхронного)
пускового момента электродвигате.
Образцовый / и испытуемый 2 синхрс
ные двигатели, обращенные друг
другу выходными концами вала, вкл
чены в сеть переменного тока чер
стабилизатор напряжения 3. Образг
вый электродвигатель вращается в>
лостую с вполне определенной ск
ростью и несет на выходном конце вг
шкалу. На выходном конце вала исп
туемого электродвигателя закрепле
барабан и стрелка.. На барабан накр
чена нить, к свешивающему концу ь
торой прикреплена чашка для грузиков. Перестановкой короткозамкг
тых витков (колец) на раздвоенных половинах полюсов статс
276
образцового двигателя можно получить одинаковое направление враще-
ния выходных концов вала обоих двигателей. При замыкании ключа оба
двигателя приходят во вращение, причем при синхронном вращении
испытуемого двигателя его стрелка строго следует за определенным
делением шкалы. На чашку накладывают гири разновеса до тех пор,
пока они не начнут выводить двигатель из синхронизма. Синхронный мо-
мент будет равен произведению веса гири на радиус барабана. Для опре-
деления пускового момента следует подобрать такой наибольший вес
гирь, при котором испытуемый электродвигатель, непосредственно
после включения впадает в синхронизм без предварительного отста-
вания. Произведение веса этих гирь на радиус барабана и дает пуско-
вой момент двигателя.
34.	Синхронные часовые механизмы
Система распределения времени при помощи синхронных часов
имеет полное соответствие с системой распределения времени при
помощи центральной часовой установки (гл. 1). Известно, что в этой
установке первичные электромеханические часы периодически, через
равные промежутки времени, посылают импульсы постоянного тока
в электромагнитные механизмы вторичных часов, которые осуще-
ствляют поворот стрелок. При применении синхронных часов роль
первичных часов играет электрическая станция, которая вырабатывает
энергию переменного тока постоянной частоты, питающую синхрон-
ные часы.
Точность показания синхронных часов зависит исключительно от
того, насколько постоянно поддерживается частота переменного тока.
Даже незначительное изменение частоты вызывает большие суточные
отклонения часов. Например, пусть частота переменного тока f = 50 гц
уменьшилась и стала равной /j = 49,9 гц. Вызванное этим суточное
опаздывание часов будет равно:
£___1
86 400^—.— = 86400^=4 = 86 400^4 = 173 сек.
1	j	эО
~7Г
Это указывает на то, что синхронные часы могут найти применение
лишь в том случае, если частота тока в распределительной сети тща-
тельно контролируется и поддерживается строго постоянной.
Не менее важное значение имеет отсутствие перерывов подачи
энергии в сеть. Правда, многолетняя практика показывает, что
в больших городах перерывы подачи энергии происходят крайне
редко. Однако даже при коротком перерыве в подаче энергии син-
хронные часы останавливаются. После возобновления питания самозапу-
скающиеся часы возобновляют свой ход, но показания их уже непра-
вильны. Иногда часы снабжаются специальным устройством, указы-
вающим неполадки в сети. Когда прекращается подача питания,
в прорези циферблата появляется красный диск.
277
ротора свободно посажен триб zp с
триба zp с валом 22 осуществляется
Фиг. 170. Синхронный будильник.
На фиг. 170 изображены часы-будильник. На фиг. 171, а пред-
ставлены схема и устройство этого будильника.
Колесный механизм приводится в движение от многополюсного
синхронного электродвигателя, ротор которого отдельно показан на
фиг. 171, в. Ротор составлен из двух тонких зубчатых стальных
дисков 20, между которыми проложена латунная шайба. Этим умень-
шаются вихревые токи и вызываемое ими нагревание ротора. На валу 22
инерционной шайбой 21. Связь
спиральной пружиной 23, один
конец которой присоединен
к трибу, а другой к кольцу,
запрессованному на вал.
Благодаря такому устрой-
ству сглаживается неравно-
мерность вращения ротора
и облегчается разгон его до
синхронной скорости от ру-
ки. Ротор имеет 30 полюсов.
При частоте переменного
тока в сети, равной 50 гц,
скорость вращения ротора
составит 200 об/мин.
На фиг. 171, б и 171, г
показаны схема колесного
механизма будильника и ме-
ханизм перевода стрелок. Бу-
дильник снабжен централь-
ной секундной стрелкой.
Часовое колесо z7 вращает
сигнальное колесо zH меха-
низма звонка, имеющее такое же число зубцов, как и часовое колесо.
Триб z'5 посажен на ось 16 свободно; на ободе этого триба сво-
бодно вращается часовое колесо z7. Минутное колесо z5 посажено
на ось с трением, которое осуществляется пружиной 17, прижимаю-
щей колесо своими тремя лепестками к торцевой поверхности триба zi.
Эта пружина жестко соединена с шайбой, запрессованной на ось 16.
Колеса z3 и z4 с трибами z/ и z\ также жестко закреплены на соот-
ветствующие оси. Вексельное колесо zG и вексельный триб Zg жестко со-
единены между собой и свободно вращаются на оси 18. Для уста-
новки стрелок на правильное время (перевод стрелок) необходимо
вращать от руки ось 19, которая выступает из корпуса часов. Тогда
движение от триба zn будет сообщено колесу z6 и трибу z'-, а также
грибу Zg и колесу z7; на втулках гриба z' и колеса z7 посажены
соответственно минутная и часовая стрелки. Сигнальное колесо zs,
запрессованное на ось 14, делает один оборот за 12 час. На эту
ось свободно посажена втулка 13 с сигнальным диском 6 (фиг. 171, а).
278
Фиг. 171. Схема механизма синхронного будильника.
279
пружины а повернется против часовой
Фиг. 172. Механизм боя в синхронных часах.
К окружности сигнального диска с небольшим усилием прижимается
палец 7, жестко связанный с двуплечим рычагом 4, несущим на одном
своем плече железную пластинку 2. Когда вырез в диске 6, при вра-
щении последнего, окажется против пальца 7, рычаг под действием
4, вследствие чего пла-
стинка 2 ляжет на
шипы статора синхрон-
ного электродвига-
теля 1. При этом под
действием переменного
магнитного поля, со-
здаваемого возбуждаю-
щей катушкой 3, пла-
стинка 2 начнет вибри-
ровать, издавая звук
определенного тона.
Таким образом это
устройство, предста-
вляющее собой обыч-
ный зуммер, исполь-
зуется в качестве
звонка. Для выключе-
ния звонка нужно от-
вести пластинку 2 от
шипов поворотом ры-
чага 9 по часовой
стрелке. Упругая шай-
ба 8 создает трение»
достаточное для удер-
жания рычага в от-
веденном положении.
Установка на нужный
час боя осуществляется
поворотом детали 10, с
указателем на торцевой
поверхности, относи-
тельно шкалы 11 с 12
делениями (соответственно числу часов). Деталь 10 посажена на квадрат
втулки 13 и закреплена гайкой 72; шкала 11 закреплена на оси 14
другой гайкой. Трение сцепления между осью 14 и втулкой 13 осу-
ществляется пружиной 15, прижимающей втулку к гайке 12.
На фиг. 172 изображен механизм боя в синхронных часах. Ры-
чаг 17 молотка 16 вращается на оси 20 и шарнирно соединен с дву-
плечим рычагом 21, посаженным на ось 19. На этой же оси жестко
закреплен рычаг 22, который в показанном на фигуре положении,
т. е. при выключенном механизме боя, вышел из сцепления с зуб-
цами колеса боя 25, непрерывно вращаемого синхронным электро-
двигателем. Верхний конец рычага 21 шарнирно соединен с неуравно-
280
вешенной собачкой 75, опирающейся на зубцы гребенки 77, которая
вращается на оси 9. Гребенка удерживается фиксирующей собачкой 14.
Рычаг 23 под действием пружины 24 упирается своей выступающей
частью в штифт 2, запрессованный в двуплечий рычаг 2/; этим осу-
ществляется запирание последнего. На диаметрально противоположных
сторонах минутного колеса установлены два пальца 4 и 8 и два
штифта 5 и 7, причем палец 4 короче пальца 8. Кроме того, на оси
минутного колеса посажена улитка 6 (кулачок). Перед началом боя
часов длинный палец приходит в соприкосновение с нижним плечом
рычага 10 и поворачивает его против часовой стрелки. Верхнее плечо
этого рычага приподнимает собачки 15 и 14 и освобождает гре-
бенку, которая под действием пружины 12 поворачивается по ча-
совой стрелке до тех пор, пока штифт 3 на плече гребенки не ля-
жет на улитку. Гребенка повернется по отношению к фикси-
рующей собачке на столько зубцов, сколько целых часов пока-
зывают часы. После того, как рычаг 10 вернется в исходное поло-
жение, штифт 7 повернет рычаг 23 вниз и освободит двуплечий
рычаг 21. Под действием пружины 18 молоток 16 производит удар о
колокол 13. При этом нижний изогнутый конец рычага 22 входит в сце-
пление с зубцами колеса боя 25. Зуб колеса отводит рычаг вверх и взво-
дит молоток; при падении рычага — во впадину между зубцами будет
произведен следующий удар. При каждом ударе двуплечий рычаг 21
производит одно качание и поворачивает гребенку на один зуб в об-
ратном направлении. Если колесо боя имеет 16 зубцов и вращается
со скоростью 1 об/сек., то удары молотка о колокол будут следо-
вать через 1,5 сек. Как только гребенка придет в исходное положе-
ние, ее палец 1 упрется в рычаг 21 и выведет рычаг 22 из сцепле-
ния с колесом боя. Рычаг 23 придет в исходное положение (как по-
казано на фигуре).
Для отбивания каждой половины часа два первых зуба гребенки
укорочены. Короткий палец 4 на минутном колесе поворачивает
рычаг 10 настолько, что фиксирующая собачка пропускает лишь
один короткий зуб гребенки. После того как штифт 5 отведет
рычаг 23 вниз и освободит рычаг 27, произойдет один удар мо-
лотка о колокол.
На фиг. 173 изображена схема синхронных часов с резервом
хода. Ротор синхронного электродвигателя через замедленную зуб-
чатую передачу приводит в движение минутную стрелку 5. Передача
движения на часовую стрелку (на фигуре не показана) осуществлена
обычным способом. Трензель 9 удерживается в показанном на фигуре
положении рычагом 4, который другим своим плечом опирается на
якорь 2, притянутый к полюсам статора 3 электродвигателя. На этом
рычаге укреплена пружина 73, упирающаяся своим свободным кон-
цом .в обод баланса 12. От колеса 6 движение передается колесному
механизму подзавода, который вращает валик заводного барабана 8.
Заводная пружина 7 внутренним концом присоединена к валику,
а наружным концом свободно опирается на окружность барабана.
281
Поэтому после того, как пружина будет закручена, ее наружный конец
будет скользить по внутренней окружности барабана. Когда наступает
перерыв в подаче тока, якорь 2 отводится пружиной 1 в положение,
показанное пунктиром; колесо 77 трензеля сцепляется с промежуточ-
ным колесом часов 10, при этом рычаг 4 поворачивается, и пру-
жина 13 освобождает баланс. Величина резерва хода определяется
числом полезных оборотов заводной пружины.
Таким образом, синхронные часы с резервом хода содержат
обычные синхронные часы, механические часы с часовым регулято-
ром и устройство для автоматического включения и выключения
механических часов.
Синхронные часы с ре-
зервом хода, по при-
чине их сложности и
высокой стоимости, не
получили большого
распространения. *
В последнее время
широкое распростра-
нение получили син-
хронные секундомеры
На фиг. 174 изобра-
жена схема синхрон-
ного секундомера, а на
фиг. 175 — секундомер
со стороны цифер-
блата. Секундомер
снабжен тремя шка-
лами 7, 2 и 3 с ценою
деления 1 мин., 1 сек.
и 0,001 сек.
Фиг. 173. Схема синхронных часов с резервом
хода.
Движение колесной системе (фиг. 174, а) сообщается синхронным
электродвигателем с самопуском, ротор которого 7 при выключен-
ном питании тормозится рычагом 2—4, поджимаемым пружиной 3.
Плечо 2 рычага изготовлено из магнитного материала, а плечо 4 —
из немагнитного. При включении электродвигателя в сеть перемен-
ного тока рычаг 2 притягивается к шипам статора и освобождает
ротор. Из кинематической схемы видно, что стрелка 5 совершает
один оборот в секунду, стрелка 6	1 оборот в минуту и, наконец,
стрелка 7—1 оборот за 30 мин.
Стрелка 7 припаяна к втулке 10, посаженной свободно на ось
колеса. Фиксирование втулки по высоте и трение между втулкой
и осью 9 создаются пружиной 8, изогнутый конец которой входи г
в выточку оси. На нижнем конце втулки запрессован кулачок 77.
Подобным же образом установлены стрелки 5 и 6 на своих осях.
Планка 25 установлена между направляющими винтами 72, 13, 14,
15 и поджимается пружиной 23 к кнопке 16. Концы пружины прикре-
плены к штифту 24, запрессованному в планке 25. и к неподвижному
282
штифту 22, проходящему через отверстие в планке. При нажатии
на кнопку 16 планка 25 перемещается в направляющих, а ролики /7,
18 и 20. установленные на планке, действуя на кулачки 11. 19 и 21.
возвращают стрелки в нулевое положение. В планке сделаны от-
верстия, через которые проходят оси со стрелками. При пользовании
механическим секундомером всегда имеет место некоторое несовпаде-
ние моментов времени пуска и остановки секундомера от руки с мо-
ментами времени начала и конца испытания. Чем меньше продолжи-
тельность измеряемого времени, тем больше относительная ошибка,
вносимая наблюдателем.
На фиг. 176 изображена схема включения секундомера, позво-
ляющая исключить субъективную ошибку наблюдателя и довести до
полного совпадения моменты времени начала и конца испытуемого про-
цесса с моментами времени начала и конца работы секундомера. При
включении рубильника 3 одновременно приходит в действие секундомер
и испытуемое реле выдержки времени 1. В момент замыкания кон-
такта 2 реле обмотка электродвигателя замыкается накоротко, и секун-
домер останавливается. Электродвигатель питается от сети перемен-
ного тока напряжением 110 в или 220 в.
На фиг. 177, а изображена электрическая схема установки для
контроля режима работы станков. Синхронные часы, включенные
в схему установки, позволяют определить время холостого хода станка,
2R3
машинное время и время работы на повышенном режиме (время ра-
боты с повышенной нагрузкой). В цепь трехфазного асинхронного
Фиг. 175. Синхронный секундомер.
электродвигателя 1 станка включены реле мощности 2 и 3, которые
срабатывают при определенных значениях тока и напряжения в об-
Фи1. 176 Схема включения секундомера.
мотке электродвигателя. Ток во вторичной обмотке понижающего
трансформатора выпрямляется купроксным выпрямителем, а затем
284
подводится к катушкам реле 12, 16 и 19, управляющим включением
синхронных часов и сигнальных ламп. В показанном на фигуре
положении электродвигатель 1 выключен, а сигнальная лампа 27
включена.
Для включения электродвигателя необходимо нажать на кнопку 10
и отпустить. При этом катушка реле 9 окажется под током и вклю-
чит рубильник 4 электродвигателя, контакт самоблокировки 8 и кон-
такт 5 цепи катушки реле 72. Реле 12 сработает и замкнет кон-
такты 13 и 14 цепи синхронных часов холостого хода 28 и сигналь-
ной лампы 29 и одновременно разомкнет контакт 15 цепи сигнальной
лампы 27.
При рабочем режиме станка потребляемая мощность увеличится
настолько, что реле 3 сработает и замкнет контакт 6 цепи катушки
реле 16. Реле 16 при срабатывании замкнет контакт 17 цепи син-
хронных часов 25, показывающих машинное время, и контакт 18
цепи сигнальной лампы 26. При увеличении нагрузки станка (напри-
мер, вследствие увеличения сечения снимаемой стружки) потребляемая
мощность достигнет такого значения, при котором реле 2 сработает
и замкнет контакт 7 цепи реле 19. Последнее сработает и замкнет
контакт 20 цепи синхронных часов 23, показывающих повышенный
режим работы станка, и контакт 21 цепи сигнальной лампы 24. При
нажатии на кнопку 11 выключаются электродвигатель 7, синхронные
часы 23, 25 и 23, сигнальные лампы 29, 26 и 24 и включается
сигнальная лампа 27. Рубильник 22 служит для проверки исправности
сигнальных ламп. При включении рубильника от руки все четыре
сигнальные лампы приключаются к вторичной обмотке понижающего
трансформатора.
На фиг. 177, б показана кинематическая схема синхронных часов
холостого хода, часов, показывающих повышенный режим работы
станка и часов машинного времени. Часы приводятся в действие от
синхронных моторов 7, 2 и 3, причем часы машинного времени имеют
центральную секундную стрелку.
При исследовании режима работы большого числа станков и не-
обходимости возвращения в нулевое положение одновременно всех
часов, установленных на общем щите, можно применить устройство,
показанное на фиг. 177, в. Три рейки 7, /2 и /7 и три вилки 3,
73 и 18 закреплены на салазках 22, установленных в направляю-
щей 23. Трибы 10, 15 и 20 изготовлены за одно целое с втулками 9,
14 и 79, несущими пальцы 2, 4 и 6, и удерживаются в определен-
ном положении пружинами 77, 16 и 27. Салазки соединены с сердеч-
ником 5 соленоида 3. При разомкнутой цепи соленоида салазки от-
ведены пружиной 7 в крайнее правое положение. Для возвращения
стрелок в нулевое положение необходимо замкнуть цепь соленоида.
Салазки получат перемещение влево, вследствие чего вилки своими
наклонными поверхностями будут выталкивать втулки вверх, пока
пальцы 2, 4 и 6 не выступят над поверхностью циферблатов.
При дальнейшем движении салазок рейки 7, 12 и 17 войдут
в сцепление с трибами 10, 15 и 20; при этом пальцы захватят стрелки
285
286
и возвратят их в нулевое положение. При размыкании цепи соле-
ноида пружина 1 возвратит салазки в исходное положение (пальцы
вместе с втулками опустятся вниз). Для получения необходимой плав-
ности хода салазки соединены с воздушным успокоителем (на фи-
гуре не показан).
Достоинства синхронных часов заключаются в следующем:
а)	они не нуждаются в специальной проводке:
б)	обладают простой конструкцией, не содержащей контактов и
пружин;
в)	бесшумны;
г)	дают высокую точность при строго постоянной частоте питаю-
щего переменного тока.
К недостаткам синхронных часов следует отнести:
а)	потребляют энергии больше и изнашиваются быстрее, чем
импульсные часы с электромагнитами;
б)	при перерывах подачи энергии синхронные часы без резерва
хода останавливаются, а часы с резервом хода очень сложны;
в)	при изменении частоты питающего тока дают большое откло-
нение от точного времени.
35.	Часы для контроля частоты переменного тока в сети
Точная регулировка частоты имеет большое значение не только
для показаний синхронного времени синхронными часами, но и для
распределения нагрузки между электри-
ческими станциями.
Наиболее точно контроль частоты
может быть осуществлен прибором
не с непосредственным отсчетом (часто-
мером), а интегрирующим, т. е. нака-
пливающим ошибку непостоянства ча-
стоты.
На фиг. 178 дана принципиальная
схема такого прибора. Солнечное ко-
лесо 1 конического дифференциала при-
водится в движение от точных маятни-
ковых часов; другое солнечное ко-
лесо 2 получает вращение в обратном
Фиг. 178. Схема прибора
с дифференциалом.
направлении от синхронного электродвигателя. Обозначим: с»)1 —
скорость вращения солнечного колеса /; <»2—скорость вращения сол-
нечного колеса 2.
Тогда скорость вращения оси сателлита 3
СО] — СО 9
Если ojj = (о2, то скорость оси сателлита 2=0, т. е. ось сател-
лита неподвижна и, следовательно, стрелка 7, соединенная с осью
сателлита, будет стоять на нуле. В этом случае частота генератора
287
равна номинальной частоте. Если же	го ось сателлита будет
поворачиваться в сторону вращения колеса, имеющего большую ско-
рость. Этот поворот будет продолжаться до тех пор, пока ось са-
теллита не замкнет контакты автоматического регулятора, воздей-
ствующего на режим работы турбины в таком направлении, что
частота переменного тока будет вновь приближаться к номинальному
значению. Даже весьма малая разность угловых скоростей солнечных
колес вызывает в течение неко<
торого промежутка времёни по-
ворот оси сателлита, достаточный
для замыкания контактов автома-
тического регулятора. Повышение
точности регулирования частоты
может быть достигнуто увеличе-
нием скорости вращения солнеч-
ных колес дифференциала.
На фиг. 179 изображена дру-
гая схема прибора для контроля
частоты переменного тока. Беско-
нечная цепь 1 перекинута через
две зубчатки 2 и 9 одинакового
диаметра и натянута гирей //,
подвешенной на блоке 10. Зуб-
чатка 2 жестко соединена с ко-
лесом 3, приводимым в движение
многополюсным синхронным элек-
тродвигателем, а зубчатка 9 же-
стко соединена с колесом 3, по-
лучающим вращение от точных
маятниковых часов. Стержень 4
одним своим концом присоединен
к оправе блока 10, а другим кон-
цом шарнирно связан с рычагом 5,
вращающимся на оси 7. На этой оси
посажена стрелка 6, показывающая разность астрономического и „син-
хронного* времени. При номинальном значении частоты тока колеса 3
и 8 вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении. При
этом гиря 11 остается неподвижной, а стрелка 6' показывает нуль
на шкале. Фактически стрелка будет совершать небольшое колеба-
тельное движение около нуля, так как электродвигатель вращается
непрерывно, а оси часового маханизма имеют прерывистое движение.
При частоте тока выше номинальной гиря поднимается, а стрелка
поворачивается вправо от нуля, и наоборот: при частоте тока ниже
номинальной гиря опускается, а стрелка поворачивается влево от
нуля. При повороте стрелки в ту или иную сторону от нулевого
положения замыкается контакт автоматического регулятора турбины.
На фиг. 180 изображена схема прибора для точного контроля
частоты переменного тока, разработанного в лаборатории времени
288
ЛИТМО. Кварцевый генератор частоты питает синхронный электро-
двигатель, который через зубчатую передачу вращает ось /, со-
вершающую один оборот в час. На этой оси посажена центральная
секундная стрелка 17 кварцевых часов, показывающих астрономиче-
ское время. Минутное колесо z13 свободно вращается на секундной
Фиг. 180. Схема прибора с записью.
оси /, а часовое колесо z17 свободно вращается на втулке минутного
колеса. На втулках минутного и часового колес посажены соответ-
ственно минутная и часовая стрелки 16 и 15. Минутное колесо при-
водится в движение от зубчатой передачи
2ц*212 _ 1
z10-z13	60 *
Часовое колесо приводится в движение от зубчатой передачи
*15-216 _ J_
214*217	12
19 Аксельрод.
1854.
289
Синхронный электродвигатель 2 питается от сети переменного
тока контролируемой частоты. Выходная ось редуктора электродви-
гателя вращается со скоростью 2 об/мин. и через передачу — =
1 223
= приводит в движение секундную ось 4 синхронных часов. На
этой оси посажена центральная секундная стрелка 7. Стрелочный
механизм синхронных часов устроен точно таким же образом, как
и стрелочный механизм кварцевых часов (6- и 5-минутная и часовая
стрелки).
Секундная ось кварцевых часов приводит в движение солнечное
колесо z25 конического дифференциала через зубчатую передачу
*18-г»*2а __ 6Q
*19*221’223
Секундная ось синхронных часов приводит в движение другое
солнечное ^колесо z24 дифференциала через зубчатую передачу
£го2£з2= 60.
2 31 *33
Ось сателлитов z27 и z28 жестко соединена с осью /2, на кото-
рой свободно вращаются солнечные колеса z24 и z25. На оси 12
посажена стрелка 5, показывающая разность астрономического и син-
хронного времени. При номинальном значении частоты тока, питаю-
щего синхронный электродвигатель 2, ось 12 неподвижна, а контакт-
ный палец 77, установленный на этой оси, расположен точно по се-
редине между контактами 10 и 9 автоматического регулятора.
Солнечное колесо z25 вращается со скоростью 1 of/сек.; за сутки
это колесо сделает 86 400 оборотов. Ровно такое же число оборотов
за сутки сделает солнечное колесо z24 ПРИ номинальном значении
частоты тока в сети. Допустим, что вследствие отклонения частоты
тока в сети от номинального значения солнечное колесо z24 сделало
86 401 оборота за сутки. Тогда ось 12 повернется за сутки на угол
86 400 -86 401	1
------2------= оборота.
Этот угол поворота соответствует суточному ходу синхронных
часов, равному 1 сек. Для замыкания контактных пластин автомати-
ческого регулятора достаточен поворот оси сателлитов на 4°. Для
поворота на этот угол потребуется
А-24-60 = 32 мин.
18)
Регистрация отклонения астрономического времени от синхрон-
ного осуществляется на движущейся бумажной ленте 19. Колесо z34>
на оси 72, сцеплено с сектором вращающимся на оси 73, на
290
которой посажен рычаг 14. На свободном конце этого рычага за-
креплено перо или игла, в зависимости от способа записи. Бумажная
лента наматывается на валик 20, приводимый в движение от синхрон-
ного электродвигателя через зубчатую передачу. Валик 18, с кото-
рого лента сматывается, также получает принудительное вращение
от синхронного электродвигателя через зубчатую передачу, причем
колесо z5 связано с осью 21 не жестко, а через фрикционное устрой-
ство. Это предотвращает разрыв бумаги, который мог бы произойти
при слишком большом натяжении ее. На оси паразитного колеса
установлен диск 3, выведенный за шкалу прибора. Вращение диска
указывает на наличие тока в сети.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПРОГРАММНЫЕ И ПЕЧАТАЮЩИЕ ЧАСЫ
36.	Программные часы
Программные часы в настоящее время имеют широкое примене-
ние для автоматического управления электрическими схемами и раз-
личными процессами. Ниже рассматриваются реле выдержки времени,
однопозиционные и многопозиционные (с синхронным мотором и
электровторичным механизмом), сигнальные часы, процедурные часы
и механизм лестничного освещения. Реле выдержки времени устанав-
ливает продолжительность отдельных операций при автоматическом
управлении технологическими процессами. Все описываемые схемы
реле выдержки времени имеют самовозврат, т. е. по прекращении
распорядительного процесса (операции) все элементы реле самостоя-
тельно возвращаются в исходное положение. Рассматриваются реле
однопозиционные и многопозиционные с синхронным электродвигате-
лем и с электровторичным механизмом с большой выдержкой вре-
мени, которую можно по желанию менять.
На фиг. 181 изображена схема реле времени, осуществляющего
выдержку продолжительности рабочих процессов до 2,7 сек. Ротор 1
синхронного электродвигателя с самопуском, со скоростью вращения
3000 об/мин., приводит в движение ось 3 через зубчатую передачу
zi-z3 *5= Ю 14 20 _ 1
z2 z4z6“ 110-70.60“ 165’
Следовательно, ось 3 делает один оборот за 3,3 сек. На этой
оси посажен кулачок для установки на заданную продолжительность
выдержки времени и шкала 4, показывающая продолжительность
выдержки времени. Кулачок состоит из шайбы 13, несущей штифт 14,
и пальца /2. При выключенном электродвигателе пружина 5 пово-
рачивает ось 3 по часовой стрелке и прижимает палец 12 к винту 11
(фиг. 181, б), ввинченному в одно из девяти отверстий в платине, распо-
ложенных по окружности на равных расстояниях друг от друга. Дву-
плечий рычаг 10 вращается на оси 6 и шарнирно связан своим верхним
плечом с рычагом 9, посаженным на ось 8. На этой оси установлена
ртутная контактная трубка 7. Рычаг 10 зафиксирован в показанном
на фиг. 181,6* положении штифтом-ограничителем 17 и штифтом 18,
расположенным над окружностью шайбы 13 и запрессованным в ниж-
292
ний раздвоенный конец рычага 10. В этом положении контакт
трубки В замкнут с контактом С, а с контактом А — разомкнут. При
включении синхронного электродвигателя в цепь управления, кулачок
будет поворачиваться против часовой стрелки до тех пор, пока
штифт 14 не заденет за нижний конец рычага 10 и не отведет его
в положение, показанное на фиг. 181, в. В этом положении штифт 18
входит в выемку в шайбе, а ограничительный штифт 17 упирается
1276
Фиг. 181. Реле выдержки времени до 2,7 сек.
в противоположную сторону выреза в рычаге 10. Трубка оказы-
вается повернутой в противоположную сторону, ее контакты В и С
разомкнуты, а контакты В и А замкнуты После выключения син-
хронного электродвигателя кулачок под действием пружины 5 быстро
приходит в исходное положение. Для того чтобы при мгновенной
остановке колес уменьшить силу удара, колесо посажено свободно
на ось 2 и прижимается пружиной 16 к пальцу /5, входящему в вырез
колеса. Изменение времени выдержки (продолжительности рабочего
процесса) достигается перестановкой винта // из одного отверстия
в другое. При перестановке винта на одно отверстие по направлению
движения часовой стрелки время выдержки уменьшается на 0,3 сек.
Наибольшее время выдержки равно 2,7 сек.
293
При наступлении рабочего процесса цепь синхронного электро-
двигателя замыкается, и после заданной выдержки времени трубка
переключает свои контакты, что вызывает прекращение рабочего
процесса. Перед началом следующего рабочего процесса цепь син-
хронного электродвигателя размыкается, и кулачок под действием
пружины 5 возвращается в исходное положение.
Фиг. 182. Реле выдержки времени до 5 мин.
На фиг. 182 представлена схема реле времени с выдержкой
времени до 5 мин. Ротор 1 синхронного эл< кт родвигателя с само-
пуском, со скоростью вращения п = 3C00 of/мин., приводит в дви-
жение колесный механизм реле. Скорость вращения оси 2:
z^z3 z^?i 10-12-20-8 QAAA 5
п. = п -—1—= ----- ---—-. 3000 — об/мин.
1	222Г26'-8	90-80-bO-bU	3	1
Скорость вращения установочного колеса z10:
zq	5	10	1	х/
п.> = п. —	— об/мин.
2	1 zio	3 10J	6
Таким образом, установочное колесо z10 за 5 мин. сделает
5/б оборота.
Колесо z10 снабжено снизу штифтом 3 и установлено на пла-
тине 4, вращающейся на оси 20. При размыкании пени синхронного
электродвигателя платина 4 под действием силы тяжести поворачи-
вается по часовой стрелке до упорного штифга 2/, вследствие чего
294
колесо z10 расцепляется с трибом на оси 2. Винтовая пружина 15
поворачивает колесо г10 против часовой стрелки (фиг. 182,а) до
соприкосновения штифта 3 со штифтом 5 на колесе zn. Кулачок 17
установлен на оси 13, запрессованной в торцевую поверхность колеса,
и прижимается к упорному штифгу 16 пруж шой 14.
Установка на заданную выдержку в;емсни (при выключенном элек-
тродвигателе) осуществляется поворотом червяка 11, который сцеп-
ляется с червячным ко тесом 10, посаженным на ось 6. На этой же
оси закреплена шкала 12, показывающая время выдержки (до 5 мин.),
я колесо z12, сцепляющееся с колесом zn (колеса zn и z12 имеют
одинаковое число зубьев). При вращении червяка колесо zix, дей-
ствуя своим штифтом 5 на штифт 3, поворачивает колесо z10 вместе
с кулачком 17 против часовой стрелки. Палец 9 усыновлен на не-
подвижной оси 8 и прижимается к штифту 22 пружиной 7.
В показанном на фиг. 182, б положении рычаг 23, вращающийся
на оси 24, отведен пружиной 25 вправо до соприкосновения с огра-
ничительным штифтом 26, расположенным в пазу рычага. Один
конец рычага 23 соединен с тягой 27, поворачивающей ртутную
трубку 28 на оси 29; другой конец этого рычага шарнирно связан
с рычагом 30, вращающимся на оси 31. При замыкании цепи син-
хронного электродвигателя, совпадающем с началом рабочего про-
цесса, платина 4 притягивается к статору электродвигателя 32, и
триб сцепляется с колесом z10, вращающимся вместе с кулач-
ком 17 против часовой стрелки. При вращении выступающая часть
кулачка 18 приходит в соприкосновение с неподвижным пальцем 9,
который, преодолевая силу пружины 14, отводит кулачок от упор-
ного ш ифта 16 и поворачивает его на оси 13. В конце заданной
выдержки времени выступающая часть кулачка соскальзывает с пальца.
Под действием пружины 14 кулачок быстро поворачивается на своей
оси против чассвой стрелки и наносит своим штифтом сильный удар
по рычагу 23. Под действием этого удара рычаг 23 поворачивается
на оси 24 по часовой стрелке и изменяет положение ртутной трубки 28,
которая переключает свои контакты (контакты А с В разомкнутся,
-а В с С — замкнутся). Одновременно с этим рычаг 30 своим ско-
шенным концом приходит в соприкосновение с одним из двух штиф-
тов 19, запрессованных в колесо z2, и электродвигатель останавли-
вается. После размыкания цепи синхронного электродвигателя
рычаги 23, 30, трубка 27 и платина 4 придут в положение, изобра-
женное на фиг. 182, б.
На фиг. 183 изображена схема реле выдержки времени с точной
установкой времени при помощи двух стрелок // и 12. Стрелка 11
посажена на ось 13, стрелка 12 получает движение от замедленной
зубчатой передачи
£з_£5__ 1210___1
z4 ze 9о« /5	60 ’
т. е. когда стрелка И делает один оборот, вторая стрелка 12 по-
ворачивается на 1/60 оборота.
295
На неподвижном винте 16 установлены две гайки 14 и 10. кото-
рые сцеплены между собою при помощи пальца в гайке 14. распо-
ложенного в выемке гайки 10, По наружным окружностям обеих
гаек нарезаны зубцы, причем гайка 10 сцеплена с трибом z3. а
гайка 14 — с колесом г2, которое в свою очередь сцеплено с три-
бом Zj оси 7. Ось 7 получает вращение от синхронного электро-
двигателя при сцеплении муфты 8. В показанном на фигуре поло-
жении рычаг 4 упирается в буртик оси 7 и держит муфту в рас-
цеплении. Этот рычаг вращается на оси 6 и несет на своем длинном
плече якорь 2 соленоида 1 и две планки 5. Нижние концы планок
шарнирно соединены с держателями 22 контактных пластин 21.
вращающихся на осях 24, Контактные пластины прижимаются
к основаниям держателей с помсшью плоских пружин 23. При рас-
цепленной муфте спиральная пружина 9 сообщает вращение колесу z2
и тем самым держит в сцеплении гайки 14 и 10. Установка стрелок
по шкалам на нужное время выдержки осуществляется поворотом
оси 13, При этом обе гайки перемещаются по неподвижному винту.
Начало процесса, продолжительность которого выдерживается при
помощи реле, совпадает с включением соленоида 1 в цепь. При
этом якорь 2 будет втянут в полость соленоида и повернет рычаг 4
против часовой стрелки. Короткое плечо рычага переместится вправо
и освободит ось 7, которая под действием пр>жины, упирающейся
в буртик, переместится вправо и сцепит муфту. Одновременно с этим
держатели контактых пластин повернутся на своих осях в противо-
положных направлениях так, чю основания держателей опустятся
вниз. Это вызовет замыкание контактных пластин 21. удерживаемых
296
от перемещения вниз колонкой 19. Ось 7, вращаемая синхрон-
ным электродвигателем, сообщает движение гайке 14. Последняя
выйдет из сцепления с гайкой 10 и будет перемещаться по неподвиж-
ному винту влево до тех пор, пока палец 15 на гайке не войдет
в сцепление с пальцем 17 на диске, свободно посаженным на вы-
точку винта 16. Лиек повернется на своей оси, при этом палец 18,
одним своим концом шарнирно связанный с колонкой, а другим кон-
цом свободно расположенный в отверстии диска, отведет колонку
вниз, что вызовет размыкание контактных пластин. При размыкании
цепи соленоида все детали реле под действием пружин 3, 20 и 9
придут в исходное положение, показанное на фиг. 183. Длина
гайки 14 определяется из условия, чтобы колесо г2 входило в сце-
пл< ние с зубцами на окружности гайки при любом возможном поло-
жении ее на неподвижном винте. Наибольшая продолжительность,
выдержки 55 мин.
На фиг. 184 изображена схема трехпозиционного реле выдержки
времени. Такое реле в схеме автоматического управления может
управлять тремя независимыми друг от друга промежутками времени
протекания каких-либо процессов. Реле имеет три неподвижные
шкалы 4, 8 и 16. По обеим сторонам каждой шкалы установлены
винты, вдоль которых могут перемещаться гайки с нанесенными на
них указателями (индексами).
Начало включения операций определяется установкой гаек 6, 11
(3-я гайка не показана) на соответствующие деления шкал 4, 8 и 16
путем поворота винтов 5, 9 и 14. Поворотом винтов 7, 13 и 15
осуществляется установка гаек 10, 12 (3-я гайка не показана) вдоль
правых граней указанных шкал на соответствующие моменты времени
выключения операции. Гайки шарнирно соединены с тягами (всего
6 тяг), на нижние концы которых опираются контактные угольники
28—33, свободно вращающиеся на общей оси 27. На угольниках
установлены контактные пружины 36 и 37, электрически изолирован-
ные от угольников. Угольники прижимаются к тягам винтовыми
пружинами 35.
В показанном на фигуре положении тяги не касаются шторки 34_
так как удерживаются от поворота вправо вокруг своих осей эксцен-
триком 23, вращающимся на оси 2. Эксцентрик соединен с рыча-
гом 22, связанным через промежуточный рычаг 21 с сердечником 20
соленоида 19. На шторке 34 закреплены две рейки / и 26, сцепляю-
щиеся с колесами и z{., посаженными на ось 3.
Допустим, что нам нужно получить следующие выдержки времени:-
включение на 2-й сек., выключение на 5-й сек.
л	„	5-й сек.,	п	„	10-й сек.
„	„	6-й сек.,	„	„	12-й сек.
Поворотом соответствующих винтов устанавливаем гайки би 10 на
деления 2 и 5 по шкале 4, гайки // и /2 — на деления 5 и 10 по
шкале 8 и по шкале 16 устанавливаем соответствующие гайки на
деления 6 и 12.
297

При замыкании цепи соленоида 19 сердечник 20 втягивается
в соленоид и поворачивает рычаг 24 против часовой стрелки, бла-
годаря чему произойдет сцепление муфты 18 синхронного электро-
дки1агеля 17. Вместе с тем рычаг 21 поворачивает эксцентрик на
своей оси и освоэождает тяги, которые под действием пружин 35
контактных угольников будут прижиматься к поверхности шторки 34.
Ось 3 получает вращение от синхронного электродвигателя через
зубчатую передачу
ZVZ2’Z4
z2'z3 25
При вращении колес, сцепляющихся с рейками, шторка будет мед-
ленно опускаться вниз. Ровно через 2 сек. после включения синхрон-
ного электродвигателя первая тяга (слева) ci оей выступающей частью
заскочит за верхний край Шторки, вследствие чего замкнутся кон-
тактные пружины угольников 33 и 32. Через 5 сек. после включения
электродвигателя вторая тяга заскочит за верхний край шторки, и
контактные пружины угольников 33 и 32 разомкнутся. Подобным
же образом осуществляется выдержка времени двух других позиций
(операций) при последовательном замыкании и размыкании остальных
угольников. Одновременно с размыканием контактных пружин послед-
них двух угольников (на 12-й секунде) размыкается цепь соленоида.
Сердечник 20, под действием пружины рычага 24, выходит из соле-
ноида, муфта синхронного мотора расцепляется, а эксцентрик, пово-
рачиваясь на своей оси, отводит тяги о г шторки. Пружина 25, рас-
кручиваясь, вращает колеса Z- и zG в обратном направлении, и
шторка возвращается в исходное верхнее положение.
На фиг. 18 >, а изображена схема реле выдержки времени с по-
ляризованным вторичным часовым механизмов. Наибольшая вы-
держка — 1 час.
На оси 6, установленной на одной прямой с минутной осью 21
механизма вторичных часов 2, посажены колесо 17, кулачок 16.
стрелка 14 и спиральная пружина 15, закрепленная одним концом
к оси 6, а другим — неподвижно к корпусу. Спиральная пружина
прижимает стрелку 14 к упорному винту 28, ввинченному в одно
из 60 отверстий в шкале 29 (фиг. 185, 6), в зависимости от необ-
ходимой выдержки времени. На минутной оси 21 посажено колесо 18
с таким же модулем и числом зубцов, как у колеса 17. Передача
движения на ось 6 осуществляется трибом 5, входящим в сцепление
одновременно с обоими колесами 17 и 18 при срабатывании элек-
тромагнита 20. Триб 5 вращается на оси 4, запрессованной в ры-
чаг 3, связанный с якорем 19. В покззанном на фигуре положении
цепи катушек электромагнитов разомкнуты, а стре 1ка прижата
к ограничительному винту 28. Контактные пружины 10 и // за-
мкнуты; остальные контактные пружины разомкнуты. При наступлении
процесса, продолжительность которого регулируется при помощи
реле, подается импульс тока в электромагнит (на фигуре не показан),
299
Знакопеременные
импульсы от
первичных часов
Сигнал
выдержки
времени
Фиг. 185. Реле выдержки времени
с поляризованным вторичным часовым
механизмом.
ЗОЭ
осуществляющий кратковременное замыкание ключа /. Ток от поло-
жительного полюса батареи потечет через катушки электромагнитов 23
и 20 и через ключ к отрицательному полюсу батареи. Якори этих
электромагнитов притянутся к сердечникам своих катушек, причем
якорь 22 замкнет контактные пружины 24, 25, 26 и 27, а якорь 19
сцепляет триб 5 с колесами 17 и 18. Контактные пружины 26 и 27
замыкают цепь катушек электромагнита поляризованного механизма
вторичных часов; контактные пружины 24 и 25 блокируют цепь
катушек электромагнитов 20 и 23. Теперь ток потечет по цепи от
положительного полюса батареи через катушки электромагнитов 20
и 23, контактные пружины 24 и 25, соединительные провода, кон-
тактные пружины 11 и 10 к отрицательному полюсу батареи, минуя
ключ 1.
По истечении установленной по шкале продолжительности вы-
держки времени кулачок 16 замкнет контактные пружины 8 и 9,
и в дополнительный механизм регулируемого объекта будет подан
импульс тока (сигнал выдержки времени), после чего регулируемый
процесс прекратится. При дальнейшем движении кулачка замыкаются
контактные пружины 7, 8 и 9. Ток от положительного полюса ба-
тареи потечет по цепи через катушку электромагнита 12, контактные
пружины 7, 8 и 9, контактные пружины 11 и 10 к отрицательному
полюсу батареи. Якорь 13 притянется к сердечнику катушки с за-
медленным опусканием и разомкнет контактные пружины 11 и 10.
Все три катушки 12, 20 и 23 окажутся выключенными, и якори 13,
19 и 22 будут отпущены. Триб 5 выйдет из сцепления с колесами 17
и 18, контактные пружины 24—25, 26—27 разомкнутся, а контакт-
ные пружины 10—11 замкнутся (см. фиг. 185, а). Кулачок 16 и
стрелка 14 под действием спиральной пружины 15 вернутся в исход-
ное положение. При этом контактные пружины 7, 8 и 9 снова ока-
жутся разомкнутыми. При кратковременном замыкании ключа / весь
процесс повторяется.
Точность работы реле выдержки времени с электродвигателями
зависит от типа двигателей. Реле с синхронными электродвигателями
имеют точность действия около 1 ~2'/0. Точность действия реле
выдержки времени с механизмом вторичных часов зависит от точ-
ности работы первичных электромеханических часов.
На фиг. 186, а представлена схема сигнальных часов, приводимых
в действие вторичными электромеханическими часами с качающимся
якорем 1. На оси якоря посажено коромысло 3 с двумя собачками 2
и 4, которые поочередно, при каждом колебании якоря, поворачи-
вают храповое колесо 5 на 112 шага. При минутных импульсах тока
храповое колесо, имеющее 30 зубцов, делает один оборот в час.
Сигнальный диск 15, свободно посаженный на ось храпового колеса,
получает движение от зубчатой передачи и совершает один оборот
за 12 час. На этом диске по двум окружностям высверлено и наре-
зано по 144 отверстия через равные промежутки. В зависимости от
программы передач сигналов, в эти отверстия в определенной после-
довательности ввинчивается необходимое число штифтов. На оси
301
храпового колеса жестко посажена звездочка 6 с 12 зубцами, произ-
водящая замыкание и размыкание контактов цепи звонка. Контактные
пружины 27 и 11 установлены на угольниках 29 и 9, вращающихся
на осях 28 и 8. Под действием пружины 30 длинные плечи уголь-
ников стремятся повернуться вверх и прижаться к окружностям
а)
звездочки, но этому повороту препятствует палец 26, установленный
на угольнике 29; палец 26 опирается своим свободным концом на
фиксатор 23. Последний закреплен на оси 22. На этой же оси
закреплен рычаг 21, который на одном своем плече несет ролик 25,
опирающийся на впадину кулачка 14; другое плечо этого рычага
расположено над окружностью штифтов меньшего диаметра. Ролик 16
двуплечего рычага 19 опирается на выступ кулачка 14. Другое плечо
этого рычага расположено снаружи окружности штифтов большего
диаметра. Рычаг 19 и фиксатор 24 вращаются на оси 18 (фикса-
торы 23 и 24 установлены в параллельных плоскостях). Кулачок 14,
302
имеющий 7 выступов и 7 впадин, жестко связан с 14-зубым храпо-
вым колесом 13, удерживаемым фиксатором 12. При повороте хра-
пового колеса 13 на один зуб ролик 25 окажется на выступе,
а ролик 16 — во впадине кулачка. При этом рычаг 21 выйдет из
окружности штифтов меньшего диаметра, а рычаг 19 расположится
над окружностью штифтов большего диаметра. В этом положении
палец 26 окажется под действием фиксатора 24. Фиксатор же 23
будет отведен влево. Поворот храпового колеса на один зуб через
каждые 12 час. осуществляется пальцем 7, жестко связанным с сиг-
нальным диском.
Допустим, что нужно включать сигнальное устройство через,
каждый час в течение суток. В этом случае штифты следует уста-
навливать по обеим окружностям на одинаковом расстоянии друг от
друга через каждые 12 отверстий (расстояние между двумя смежными
отверстиями по времени соответствует 5 мин.). При вращении сиг-
нального диска один из штифтов придет в соприкосновение с по-
верхностью рычага 17 и, скользя по этой поверхности, повернет
рычаг против часовой стрелки, вследствие чего фиксатор 23 осво-
бодит палец 26} угольники под действием пружины 30 придут в со-
прикосновение с окружностью звездочки. При повороте звездочки
вместе с храповым колесом произойдет замыкание контактных пру-
жин 27 и 11, как это отдельно показано на фиг. 186, б. Этим цепь
сигнального устройства (например, звонка) будет замкнута через
термореле 10, которое держит замкнутым свой контакт в течение
некоторого времени. При очередном повороте звездочки произойдет
размыкание контактных пружин.
По истечении 5 мин. (пять импульсов тока) следующий зуб звез-
дочки, действуя на скошенную поверхность угольника 29, отведет
оба угольника в исходное положение, показанное на фиг. 186, а.
В этом положении угольники удерживаются фиксатором, на который
опирается палец 26.
При 12-м по счету сигнале произойдет поворот кулачка 14 на
]/14 часть оборота, от чего скошенная часть 20 рычага 19 вступит
во взаимодействие со штифтами, расположенными по окружности
большого диаметра, а фиксатор 24 повернется по часовой стрелке
и вступит во взаимодействие с пальцем 26. Рычаг 21 и фиксатор 23
будут отведены против часовой стрелки и будут удерживаться
в таком положении в течение 12 час. Затем они вновь вступят
в действие, а рычаг 19 и фиксатор 24 будут выведены из рабочего
положения, и т. д.
На фиг. 187 изображена схема автомата лестничного освещения.
Храповое колесо 9 жеоко соединено с диском 10, имеющим вырез на
окружности, в который входит конец рыча1 а 4. Другой конец рычага
закреплен на ртутной трубке 2, вращающейся на оси 3. Катушка 6
электромагнита питается от осветительной сети через понижающий
трансформатор и выпрямитель. Замыкание цепи катушки осуще-
ствляется номернабирателем /. Число замыканий цепи катушки и,
следовательно, число срабатываний электромагнита соответствует
303
набранной цифре на но.мернабирателе. Механизм так отрегулирован,
что при выключенной катушке якорь 5 не входит в соприкосновение
с зубцами храпового колеса 9. При каждом срабатывании электро-
магнита якорь поворачивает храповое колесо на угол, который не-
сколько меньше шага. Добавочный поворот храпового колеса до
полного шага осуществляется пружинящим фиксатором 11. При по-
вороте храпового колеса якорем
5 по часовой стрелке конец ры-
чага 4 выходит из выреза в
Фиг. 187. Схема автомата лестничного освещения.
которая замыкает цепи синхронного электродвигателя 8 и лестнич-
ного освещения. На валу электродвигателя укреплен палец 7, пово-
рачивающий при каждом обороте синхронного электродвигателя
храповое колесо на один зуб против часовой стрелки до тех пор,
пока конец рычага 4 вновь не западет в вырез диска и не выклю-
чит этим цепь электродвигателя и лестничного освещения. Если для
подъема на один этаж предусмотрена продолжительность освещения
0,5 мин., то синхронный электродвигатель должен совершать
2 об/мин. На каждом этагЖе лестничной клетки установлен номер-
набиратель. Механизм суммирует число одновременно набранных
цифр на номернабирателях, установленных на разных этажах. Так
как храповое колесо имеет 20 зубцов, то механизм может суммиро-
вать до 20 цифр, причем каждой цифре соответствует продолжитель-
ность освещения 0.5 мин.
304
Схема механизма процедурных часов с наибольшим временем
процедуры 5,5 мин. представлена на фиг. 188. Вторичные электро-
механические часы 26 получают минутные знакопеременные импульсы
тока от первичных часов и приводят в движение ось 25, совершаю-
щую один оборот в час. На этой оси установлена фрикционная
муфта, передающая движение ocjj 20. На втулке 24, запрессо-
ванной на ось 25, закреплен барабан 23, с привинченной крыш-
кой 21. Крышка прижимает пружинящую звездочку 22, посаженную
на квадрат оси 20, к прокладке на дне барабана. Такое фрикцион-
ное устройство не передает продольных усилий на ось 20, несущую
Фиг. 188. Механизм процедурных часов.
стрелку 18. Колесо 19 сообщает движение сигнальному колесу 12
механизма звонка. Сигнальное колесо 12 свободно вращается на
оси 15 и делает один оборот в час. Колесо имеет втулку 13, кото-
рая прижимается плоской пружиной 11 к штифту 14, запрессован-
ному в ось 15. Заводная пружина 5 наружным концом закреплена
к корпусу часов, а внутренним — к заводному валику 1. Колесо 6
свободно посажено на валик и соединено с ним посредством храпо-
вого устройства. Это колесо сцеплено с трибом ходового колеса 7,
которое действует на палетты якоря 8, закрепленного на оси 9.
На этой же оси посажен молоток 10 звонка. На заводном валике
закреплен рычаг 4, несущий на своем свободном конце нить с при-
вязанной к ней кнопкой 3. Закручивание заводной пружины произво-
дится оттягиванием кнопки вниз; при этом рычаг 4 и заводной валик
поворачиваются против часовой стрелки.
Установка стрелки по шкале 16 на необходимую продолжитель-
ность процедуры осуществляется поворотом кнопки 17, закрепленной
на оси 20, против часовой стрелки. При этом пружинящая звез-
дочка 22 фрикционной муфты проскальзывает по дну барабана 23;
20 Аксельрод. 1^54.	30 j
сигнальное колесо поворачивается в направлении, обратном тому,
которое оно имеет при работе часов.
В показанном на фигуре положении свободный изогнутый конец
плоской пружины 11 упирается в плечо молотка 10, чем стопорит
механизм звонка. В конце установленной продолжительности про-
цедуры, когда стрелка вернется к нулевому делению шкалы, срез
во втулке сигнального колеса окажется как раз против штифта 14.
Сигнальное колесо переместится вдоль оси 15 под действием пру-
жины 11, причем изогнутый конец пружины 11 выйдет из сцепления
с плечом молотка, и механизм звонка придет в действие. При рас-
кручивании пружины 5 заводной валик вместе с рычагом 4 будет
поворачиваться по часовой стрелке до тех пор, пока выступ на
рычаге не упрется в палец 2 верхней контактной пружины и не
разомкнет этим цепь вторичных часов.
Очевидно, сначала нужно установить стрелку по шкале на необ-
ходимую продолжительность процедуры, а затем завести пружину
оттягиванием кнопки вниз.
37. Печатающие часы
Печатающие часы (табельные часы, штемпели времени) получаются
наиболее простыми в конструктивном отношении, если в них приме-
нен механизм вторичных электромеханических или синхронных часов.
Схема штемпеля времени с вторичными электромеханическими
часами изображена на фиг. 189. При нажатии на рукоятку 4 штем-
пель времени дает на бланке отпечаток часов, минут, порядкового
номера месяца и числа месяца.
Зубчатое колесо, посаженное на ось цифровых колес, получает
движение через колесную передачу от колеса 11, установленного
на минутной оси вторичных часов. На оси рукоятки 4 запрессован
рычаг 2/, несущий на одном своем плече сухарь 22, оттягиваемый
306
пружиной 20. На другое плечо этого рычага опирается рычаг /7,
находящийся под действием пружины 16. Рычаг 24 под действием
сильной пружины /9, стремится повернуться против часовой стрелки,
но удерживается в неподвижном состоянии штифтом 26. Ударник 18,
имеющий общую ось вращения 25 с рычагом 24, прижимается пру-
жиной 23 своим коротким левым плечом к плоскости рычага 24.
Этим обеспечивается вполне определенное положение ударника в не-
рабочем положении. Рычаг 15 шарнирно соединен с рычагом /7 и
с пальцем 9, жестко посаженным на ось. На этой же оси укреплена
тяга 8, несущая пружины 6, присоединенные к собачкам 7; собачки 7
фиксируют цифровые колеса при печатании. Собачка 10 фиксирует циф-
ровое колесо, отсчитывающее порядковый номер месяца (устанав-
ливается от руки). Между кожаной прокладкой 14 на ударнике и
цифровыми колесами пропущена красящая лента 13, накрученная на
барабаны 12 и 1. Бланк, на котором нужно получить отпечаток вре-
мени и даты, помещается под красящей лентой.
При нажатии на рукоятку 4 сухарь 22 поворачивает рычаг 24
по часовой стрелке; в том же направлении поворачивается ударник 18
под действием пружины 23, которая одним концом соединена с удар-
ником, а другим — с рычагом 24. Одновременно с этим собачка 2,
установленная на рычаге 24, поворачивает храповое колесо 3, жестко
посаженное на ось ведущего барабана. Этим осуществляется поворот
барабана и протаскивание красящей ленты. Натяжение ленты регу-
лируется дисковой пружиной, установленной на ведомом барабане.
Рычаг 17 под действием рычага 21 поворачивается по часовой стрелке.
При этом тяга 8 опускается вниз и натягивает пружины собачек 7,
которые входят в вырезы цифровых колес и производят их фикси-
рование.
При дальнейшем повороте рукоятки 4 до упора происходит со-
скальзывание сухаря 22 с рычага. Рычаг под действием пружины 19
быстро поворачивается в обратном направлении, увлекая за собой
ударник. Упором 26 останавливается рычаг, а ударник под действием
силы инерции, преодолевая сопротивление пружины 23, продолжает
движение и ударяет по бланку и красящей ленте, производя этим
отпечаток на бланке. Под действием пружины 23 и собственного
веса ударник возвращается в исходное нерабочее положение. Руко-
ятка возвращается в исходное положение пружиной 5. Тяга 8, под
действием пружины 16 через соответствующие рычаги, будет под-
нята вместе с собачками 7. Все детали примут положение, указанное
на фиг. 189.
На фиг. 190 изображен узел цифровых колес. Так как диаметры
цифровых колес должны быть одинаковыми, то числа знаков следует
выбирать таким образом, чтобы достигнуть возможно меньшего различия
между числами знаков на отдельных цифровых колесах.
Если Л/— число знаков на цифровом колесе, t — шаг, то диаметр
цифрового колеса
о = ^.
к
307
При постоянном значении D изменение числа N достигается за
счет изменения шага /.
Цифровое минутное колесо 8 (фиг. 190, а), передаточный
диск 7, фиксирующий диск 6 и зубчатое колесо 5 жестко посажены
на втулку 3, которая вращается на оси 4. Зубчатое колесо 5 полу-
чает вращение от механизма вторичных часов. Минутное цифровое
колесо должно совершать один оборот за 20 мин. (20 знаков),
поэтому передаточное отношение между минутным зубчатым колесом
вторичных часов и колесом 5 равно 3. Цифровое колесо десятков ми-
нут 9 и зубчатое колесо 10, сцепленное с трибом 28, жестко поса-
жены на втулку 2, вращающуюся на оси 4. На этой же втулке жестко
посажены передаточный и фиксирующий диски 13 и 14. Часовое
цифровое ко’лесо //и зубчатое колесо 12, сцепленное с трибом 27,
жестко посажены на переходной втулке 1, которая вращается на
втулке 2. Цифровое колесо порядковых номеров месяцев 15 сво-
бодно посажено на ось 4. Цифровое колесо чисел месяца 16 и
зубчатое коЛесо 17, сцепленное с трибом 25, посажены жестко на
втулку 21. На втулке 22 жестко посажены зубчатое колесо 20,
сцепленное с трибом 24, и передаточный и фиксирующий диски 18
и 19. Обе втулки 21 и 22 свободно вращаются на оси 4.
Трибы 25 и 28 свободно вращаются на оси 26, а триб 27 изготовлен
за одно целое с осью. Трибы имеют по 8 зубьев, причем те части
зубьев трибов, которые расположены непосредственно над фикси-
рующими дисками, срезаны через один зуб. Таким образом, пере-
даточные диски находятся во взаимодействии с 8-зубыми трибами, а
фиксирующие диски — с 4-зубыми трибами, имеющими те же наруж-
ные и внутренние диаметры, что и соответствующие 8-зубые трибы.
На фиг. 190, а показаны фиксирующий и передаточный диски 6
и 7 с трибом 28. Передаточный диск имеет две пары зубьев, а фи-
ксирующий диск — две впадины, расположенные диаметрально. Два
зуба триба скользят по окружности фиксирующего диска, предохра-
няя от случайного поворота триб и цифровое колесо десятков минут.
Таким же способом фиксируются и цифровые колеса 11 и 16. После
того как минутное цифровое колесо 8 повернется на х/2 оборота,
передний зуб триба 28 окажется против впадины в фиксирующем
диске, а передаточный диск своими двумя зубьями войдет в сцепле-
ние с трибом и повернет его на два зуба. Колесо 10 также повер-
нется на два зуба. При этом цифровое колесо десятков минут
должно повернуться на один знак; следовательно, число зубьев
колеса должно быть равно удвоенному числу знаков на цифровом
колесе. Исходя из этого колеса 10 и 12 имеют по 48 зубьев, а
колесо 17 — 62 зуба.
Число пар зубьев на передаточных дисках зависит от того, сколько
раз одни и те же знаки повторяются на цифровых колесах. Так.
при каждой г/2 оборота цифрового колеса минут цифровое колесо
десятков минут поворачивается на один знак; часовое колесо пово-
рачивается на один знак при каждой 1/4 оборота колеса десятков ми-
нут. При одном обороте часового колеса колесо чисел месяца пово-
308

рачивается на один знак. В соответствии с этим передаточные диски
7, 13 и 18 должны иметь 2, 4 и 1 пару зубьев. Число впадин в фи-
ксирующем диске равно числу пар зубьев в соответствующем пере-
даточном диске. Передача движения на цифровое колесо чисел месяца
16 осуществляется 8-зубым трибом 24, заштифтованным на оси 26 и
сцепленным с колесом 20, имеющим 48 зубьев. Цифровое колесо /5
порядкового номера месяца переводится от руки.
На фиг. 190, б показано цифровое колесо порядковых номеров
месяцев. Для возможности установки цифровых колес на правильное
показание ось трибов установлена в эксцентриковых втулках 23
и 29, поворотом которых можно вывести из сцепления трибы
с колесами.
Если во время нажатия на рукоятку 4 (фиг. 189) и фиксации
цифровых колес собачками 7 будет подан очередной импульс тока
в катушки электромагнита вторичных часов, то при небольшой дли-
тельности имг!ульса часы не сработают, что внесет заметную погреш-
ность. Однако этого можно избежать, если вторичные электромехани-
ческие часы при каждом срабатывании будут подзаводить пружину, дей-
ствующую на колесный механизм, оканчивающийся колесом 5 (фиг. 190).
В табл. 8 дана развертка цифровых колес в печатающих часах.
На минутном цифровом колесе всего 20 знаков, которые следуют от
0 до 9 и повторяются два раза. На колесе десятков минут 24
знака, которые следуют от 0 до 5 и повторяются 4 раза. На часо-
вом колесе — 24 знака, и т. д.
Таблица 8
Развертка цифровых колес в печатающих часах
мени прихода на работу и ухода с работы рабочих и служащих.
При помощи одних часов можно вести учет ограниченного числа
рабочих и служащих — соответствующего числу номеров, располо-
женных на большой окружности (обычно от 1 до 50 или or 1 до
100).
Ось минутного цифрового колеса 16, на окружности которого
расположены цифры от 0 до 59, соединена с минутной осью 14
вторичных часов посредством буферной пружины 15. Часовое циф-
ровое колесо 13 посажено на неподвижную ось и удерживается от
310
случайного поворота храповым устройством, состоящим из храпо-
вого колеса 23* и фиксирующей собачки 22. Палец /9, запрессован-
ный в спицу минутного цифрового колеса, в конце каждого оборота
цифрового колеса задевает за клинообразный зуб храпового колеса 23
и поворачивает часовое цифровое колесо 13 на одну цифру. На
окружности часового цифрового колеса расположено 12 цифр (от О
до 11). Барабан 26 посажен на ось 25, вращающуюся на непо-
движных опорах 24 и 31 и соединенную с осью 33 с помощью особой
муфты 32 с двумя взаимно перпендикулярными клинообразными
311
направляющими (по типу „ласточкина хвоста “). Такая муфта позво-
ляет при необходимости получать радиальное перемещение одной оси
относительно другой. Кольцо 6 свободно посажено на ось 33 и на
полую ось 36, в отверстии которой может свободно перемещаться
шток 35. Шток 35 упирается в штифт 34, запрессованный в кольцо.
На оси 29 закреплены три пальца, причем палец 12 упирается в тор-
цевую поверхность кольца и под действием растянутой пружины 11
прижимает шток 35 к установочному рычагу 4. Два других пальца 10
и 28 шарнирно соединены со стержнями 7 и 21. Стержень 21 в свою
очередь шарнирно соединен с осью /7, несущей фиксирующую
собачку 18. Стержень 7 через посредство пружины 5 удерживает
ось 38, на пальцы которой упираются вилки 30 и 37, охватывающие
ось 25 барабана. Бумажная лента плотно натянута на окружность
барабана. Концы бумаги пропущены в узкий разрез барабана и
удерживаются пружинящими лапами. Красящая лента (на фигуре не
показана) расположена между барабаном и цифровыми колесами.
На бумаге отпечатано столько номеров, сколько их имеется на боль-
шой окружности.
Допустим, что рабочему с рабочим номером 19 надо отметить
время прихода на работу. Для этого следует повернуть установоч-
ный рычаг 4 на цифру „19“ и нажать кнопку 3 рычага. При этом
штифт 2 войдет в отверстие, расположенное над цифрой „19“, а
шток 35, упираясь в штифт кольца 6, повернет палец 12, вслед-
ствие чего стержень 7 приподнимется вверх и натянет пружину 5.
Эта пружина, действуя на пальцы оси 38, приподнимет вилки 30 и
37. Последние переместят ось барабана вверх и прижмут его к циф-
ровым колесам. На бумаге против цифры „19“ будет отпечатано
время в часах и минутах. При перемещении стержня 21 вверх ось 17
повернется, и фиксирующая собачка 18 прижмется к зубцам храпо-
вого колеса 20 минутного цифрового колеса. Следовательно, это
колесо при печатании заторможено. После каждого отпечатка храпо-
вое устройство (на фигуре не показано) протаскивает красящую
ленту. В течение одной смены, не снимая бумаги, можно несколько
раз отпечатать время прихода и ухода одного и того же рабочего.
Это достигается тем, что барабан соединен с осью 25 посредством
скользящей шпонки, прикрепленной к втулке барабана. В выточке
этой втулки расположена вилка 27, шарнирно связанная с рычагом 9У
вращающимся на оси 8. При повороте этого рычага барабан пере-
мещается вдоль оси, и широкая бумажная лента смещается вместе
с барабанохм по отношению к цифровым колесам. Специально пружи-
нящий фиксатор предохраняет рычаг 9 от случайного поворота.
На фиг. 192 показаны печатающие часы, которые могут быть
использованы для учета затраченного времени на выполнение сдель-
ной работы и для других целей.
На вал ротора вторичных часов посажен триб /, сцепляющийся
с колесом 2. Через систему колес движение сообщается осям 5 и 14.
Ось 14 вращается со скоростью 2 об/час. и несет минутную стрелку 20
(диск с выступающей частью в форме стрелки). В стрелку запрес-
3J2
сован штифт 18, который входит в отверстие минутного циф-
рового колеса 19. На колесе расположено 30 делений от 0
до 29. Каждое деление соответствует одной минуте. Ось 5
вращается со скоростью 1/8 об/час.; на оси помещена часовая
стрелка 23. На часовом цифровом колесе расположены 16 делений;
цена каждого деления— 1/2 часа (цифры проставлены через одно
деление). Часовое цифровое колесо 22 и часовая стрелка 23 соеди-
нены между собою точно таким же способом, как и минутное цифровое
колесо со своей стрелкой. В держатель 21, посаженный на ось,
Фиг. 192. Штампель времени с печатающей шкалой.
вставлены цифры для печатания даты. Планка 17 свободно посажена
на оси 5 и 14 и присоединена к стержню 15, который свободно
проходит через втулку планки 7 и упирается в палец 9 оси 10. Дру*
гой палец 11 этой оси под действием пружины 13 упирается в тол
катель 12. Ось 4 также имеет два пальца, причем палец 3 входит
в соприкосновение с толкателем 24, а палец 6 — с планкой 7.
В начале работы наряд или карточку помещают в особую щель при-
бора и поворотом рукоятки производят перемещение толкателя 12
в направлении, показанном стрелкой. При этом палец 9, действуя
на стержень 15, заставит цифровые колеса переместиться по своим
осям, вследствие чего на наряде будут отпечатаны обе шкалы
(фиг. 193, а). Вместе с тем изогнутый край планки 17 повернет
держатель и отпечатает дату. После окончания работы наряд вновь
помещают в щель прибора. При помощи другой рукоятки произво-
дят перемещение толкателя 24. При этом планка 7 упрется в оси 5
и 14 и заставит их переместиться, вследствие чего на наряде буду-
отпечатаны стрелки в уже отпечатанных шкалах (фиг. 193, б).
313
Красящая лента 16 автоматически протаскивается при каждом
перемещении толкателя 12.
Фиг. 193, б показывает, что затраченное время составило 3 час.
20 мин.
Стрелки передвигаются синхронно со своими цифровыми колесами
(шкалами), и при одновременном отпечатывании шкалы и стрелки
Фиг. 193. Шкалы штемпеля времени.
получается указание на нуль. Приборы этого типа могут быть по-
строены для учета времени в пределах от 0 до 12, 24 и 60 часов
с отметкой текущего времени и другими отметками.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Менделеев Д. И., Опытное определение колебания весов,
т. XXII. изд. АН СССР, 1950.
2.	Андронов А. А. и Хайкин С. Э., Теория колебания, ОНТИ,
1937.
3.	Займовский А. С. и Усов В. В., Металлы и сплавы в элек-
тротехнике, Госэнергоиздат, 1949.
4.	Буйлов А. В., Основы электроаппаратостроения, Госэнерго-
издат, 1946.
5.	Л и в ш и ц Н. А., Спицын Д. И. и Данилин А. В., Теория
и расчет элементов автоматических систем реле, ГОНТИ, 1939.
6.	Аксельрод 3. М., Часовые механизмы, Машгиз, 1947.
7.	Аксельрод 3. М., Регуляторы скорости в приборостроении.
Машгиз, 1949.
8.	Трояновский В. В., Электрические часы. Машгиз, 1949.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..........................•............................... 3
Введение...............................•............................  5
Глава первая. Независимые маятниковые электромеханиче-
ские часы и первичные часы ........	13
1.	Общие замечания и определения.............................. —
2.	Часы	с	электрическим подзаводом . . . . •................ 14
3.	Часы	с	электроприводом косвенного действия............... 45
4.	Часы	с	электроприводом прямого действия.................. 61
5.	Часы	с	магнитным ходом..........•........................ 80
6.	Сравнительный анализ систем электропервичных часов
и факторы, ограничивающие их точность........................ 83
Глава вторая. Независимые электромеханические балансовые
часы....................................................• . .	86
7.	Общие замечания и определения	—
8.	Балансовые	часы с электроприводом прямого действия	.	.	87
9.	Балансовые	часы с электроприводом косвенного действия	.	.	93
Глава третья. Механизмы электрического подзавода ....	103
10.	Механизмы	электрического подзавода с электромагнитом	.	.	—_
И. Механизмы	электрического подзавода с электродвигателем	.	117
12.	Сравнительный анализ механизмов электрического подза-
вода ...................................................   124
Глава четвертая. Теория маятника в часах с электриче-
ским подзаводом...................................................  128
13.	Колебание	свободного маятника ..........................   —
14.	Период и амплитуда колебания маятника, установленного
в часах.................................................   132
15.	Исследование устойчивости колебания маятника . .	.	145
16.	Период и амплитуда колебания маятника при постоянном
и вязком трении .......................................... 146
17.	Анализ полученных уравнений ............................. 151
18.	Элементы расчета часов с электрическим подзаводом . . .	158
Глава пятая. Теория маятника в часах с электрическим при-
водом ............................................................. 176
19.	Маятник с потенциальным приводом....................
20.	Маятник с приводом косвенного действия................... 186
21.	Маятник с приводом прямого действия ..................... 194
22.	Элементы расчета часов с электроприводом .... ...	202
316
Глава шестая. Синхронизация колебаний маятников ....	211
23.	Общие замечания и определения.................• . .	—
24.	Системы синхронизации...................•	. . . ...	213
25.	Анализ некоторых систем синхронизации.............. 220
26.	Применение часов для стабилизации скорости вращения
осей в приборах.......................................... 227
Глава седьмая. Вторичные электромеханические часы . . .	234
27.	Общие замечания и определения...................... —
28.	Механизмы вторичных часов с поляризованным электро-
магнитом ................................. •............ 235
29.	Механизмы вторичных часов с неполяризованным электро-
магнитом ................................................   252
30.	Корректируемые вторичные часы...................... 256
31.	Вторичные часы с электрическим освобождением и с элек-
тродвигателем ............................................ 258
32.	Включение в сеть и контроль работы	вторичных	часов	.	.	261
Глава восьмая. Синхронные часы............................... 272
33.	Синхронные электродвигатели........................ —
34.	Синхронные часовые механизмы . ......................... 277
35.	Часы для контроля частоты переменного	тока	в	сети	.	.	.	287
Глава девятая. Программные и	печатающие часы................ 292
36.	Программные часы...............................   .	—
37.	Печатающие часы........................................  306
Литература.......................................................   315
Технический редактор Р. Г. Польская	Корректор Е. С. Ку шлю
Подписано к печати 17/IV 1952 г. М 28712. Формат бумаги 60Х92/16
Печ. л. 20 Уч.-изд. лист. 20,9 Тираж 3000 экз. Заказ № 1854.
Номинал — по прейскуранту 1952 года
1-я типография Машгиза, Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть	По чьей вине
30	3-я сверху			Корр.
		Zg'Zl	Zj-Zi	
40	17-я снизу	0.98	= 0,98	Авт.
47	10-я	26-минутные	26 минутные	Корр.
68	18-я сверху	на фиг. 29, в	на фйг. 30, в	Авт.
187	2-я	=0	°	Тип.
188	10-я	любой	левой	Корр.
235	4-я снизу	16 и 15	16 и 5	Авт.
251	4-я	при изменении	при применении	
273	17я сверху	трансформаторного	электротехнической	..
		железа	стали	
274	7-я	Полосы статора	Полюсы статора	•
3. М. Аксельрод. Зак. 1854.