Se flugt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 15. juli 2019; checks kræver 16 redigeringer .

Urescapement (på urmagernes sprog - " descent ", " move "; fransk  échappement , engelsk  escapement , tysk  Hemmung ) - en anordning designet til at opretholde en konstant gennemsnitlig rotationshastighed af flugthjulet, der kun tillader rotation til den ønskede vinkel i en bestemt position , og samtidig understøtter regulatorens svingninger ( pendul eller balance), der kompenserer for tab på grund af friktion og luftmodstand.

Escapement er en mellemknude af urmekanismen mellem hovedhjulsystemet og regulatoren.

Hvert sving med pendulet frigiver escapementet fra "låst" til "drive" i en kort periode, som slutter, så snart den næste tand på gearet rammer escapementets låseflade. Det er denne periodiske frigivelse af energi og hurtige stop, der får uret til at tikke. Denne lyd udsendes af gearet, når gearet pludselig stopper i det øjeblik, den næste blokering af udløsermekanismen sker.

Historie

Betydningen af ​​flugten i teknologihistorien ligger i, at det er en nøgleopfindelse, der gjorde det muligt at skabe alle typer mekaniske ure [1] . Takket være denne opfindelse i Europa i det 13. århundrede skete der en drejning i udviklingen af ​​urværk fra brugen af ​​kontinuerlige processer (såsom f.eks. vandstrømmen i et vandur) til periodisk gentagne processer, som f.eks. svingning af et pendul, hvilket kunne give større nøjagtighed.

Flydende trigger

De første flydende escapements blev lavet i Kina af den buddhistiske munk Yi Xing, som sammen med statsmanden Liang Lingzan anvendte dem i 723 (eller 725) i armillarsfæren og ure [2] . I Song-æraen ( 960-1279) perfektionerede ingeniørerne Zhang Xixun (d. slutningen af ​​det 10. århundrede) og Su Song (1020-1101) flugter i deres astronomiske klokketårne, før teknologien i Kina stagnerede og faldt. Ifølge Ahmad al Hassan kan kviksølvflugten i Spanien , lavet til kong Alfonso X af Castilien i 1277, tilskrives den tidligste beskrevet i arabiske kilder [3] . Information om disse kviksølvudløsere kan have spredt sig over hele Europa efter oversættelserne af de arabiske og spanske tekster.

Ingen af ​​disse triggere var dog nøjagtige nok, da deres tidsfunktion afhang af ensartetheden af ​​væskestrømmen gennem åbningen. For eksempel i Su Songs ur strømmede vand ind i en beholder monteret på en stift. Flugtmekanismens rolle var at vippe beholderens skål, hver gang den var fuld, i hvilket tilfælde urværkshjulet ville dreje til en bestemt vinkel, vandet ville løbe ud af skålen, og så ville processen blive gentaget igen .

Mekanisk udløser

De første mekaniske escapement-mekanismer - pin, blev i flere århundreder brugt i anordninger til at kontrollere klokkeringning, før de blev brugt i ure [4] . I det 14. århundrede blev sådanne mekanismer installeret i de første mekaniske ure i Europa, disse var store tårnure. Det er nu svært at fastslå, hvornår de blev brugt første gang, fordi det er svært at skelne mellem, hvilke af tårnurene fra denne periode, der var mekaniske, og hvilke der var vand. Indicier, såsom den dramatiske stigning i omkostningerne ved urkonstruktion, peger dog på slutningen af ​​det 13. århundrede som den mest sandsynlige dato for introduktionen af ​​moderne flugter. Astronomen Robert Anglicus skrev i 1271, at urmagere forsøgte at opfinde en flugtmekanisme, men det var endnu ikke lykkedes. De fleste kilder er dog enige om, at et mekanisk escapement-ur allerede eksisterede i 1300.

Pålidelighed

Pålideligheden af ​​udløsermekanismen afhænger af producentens dygtighed og serviceniveauet. Dårligt fremstillede eller dårligt vedligeholdte enheder vil have problemer. Escapementet skal nøjagtigt omsætte pendulets eller balancens svingninger til urværkets gear, og det skal overføre nok energi til pendulet eller balancen til at holde det svingende.

I mange escapements skaber oplåsning en glidende bevægelse. For eksempel, i animationen vist ovenfor, glider escapementets blade over tanden på escapement gearet, mens pendulet svinger. Blade er ofte lavet af meget hårde materialer, såsom kunstig rubin, men selv da kræver de smøring. Da smøreolie fordamper over tid på grund af fordampning, oxidation osv., er der periodisk behov for eftersmøring. Hvis dette ikke gøres, kan uret køre ustabilt eller stoppe helt, og flugtdelene vil hurtigt blive slidt op. Den øgede pålidelighed af moderne ure skyldes primært smøring af højere kvalitet. Et ur af høj kvalitet holder fem år eller mere med smøring. Og i nogle moderne ure endda op til 10 år [5] .

Nogle escapements undgår glidende friktion helt, såsom John Harrisons 18. århundrede græshoppe escapement eller det 20. århundrede George Daniels co-aksel flugt. De behøver ikke at smøre udløsermekanismen (men dette eliminerer ikke kravet om smøring af andre dele af transmissionsmekanismen).

Nøjagtighed

Nøjagtigheden af ​​et mekanisk ur afhænger af regulatorens nøjagtighed. Hvis det er et pendul , bestemmer nøjagtigheden pendulets svingningsperiode. Hvis pendulakslen er lavet af metal, vil den udvide sig fra kontakt med varme, mens svingningsperioden ændres. I dyre ure bruges specielle legeringer til at lave pendulet for at minimere disse afvigelser. Pendulets svingningsperiode varierer også afhængigt af svingningens sving. I højpræcisionsure er oscillationsbuen lavet så lille som muligt. Pendulumure kan opnå meget høj nøjagtighed. For at kompensere for afvigelser fra isokronisme besluttede Huygens at reducere længden af ​​pendulet, efterhånden som afvigelsesvinklen øges. I de første Huygens-ure blev der til dette formål brugt kindformede limitere, hvorpå ophængstråden var delvist viklet. [6]  I det 20. århundrede blev pendulure brugt til laboratoriemålinger. Udløseren har stor indflydelse på nøjagtigheden. Jo mere præcist pendulet modtager en energiimpuls, jo mere præcist er perioden for dets svingninger. Ideelt set bør momentum være jævnt fordelt på begge sider af bunden af ​​pendulets sving. Dette forklares ved, at skubbe pendulet, mens det bevæger sig til det nederste svingningspunkt, giver en stigning i dets energi, og at skubbe, når man bevæger sig væk fra dette punkt, fører til et tab af energi. Hvis impulsen er ensartet fordelt, giver den energi til pendulet uden at påvirke perioden for dets svingning.

Armbåndsure og andre små ure bruger ikke et pendul som regulator. I stedet bruger de en balance – et hjul forbundet med en spiral hårfjeder. Vægten roterer frem og tilbage, i et godt schweizisk ur  – med en frekvens på 4 Hz (eller 8 tikker i sekundet). Nogle ure bruger en højere hastighed. Længden af ​​håret bør ikke afhænge af temperaturen; specielle komplekse legeringer bruges til dets fremstilling. Som med et pendul skal escapementet give et lille skub hver cyklus for at holde balancen i sving. Det samme smøreproblem er relevant. Hvis escapement ikke er smurt i tide, vil uret begynde at miste nøjagtighed (som regel opstår acceleration).

Lommeure er forløberne for moderne armbåndsure. De blev båret i en lomme, så de var normalt i lodret orientering. Tyngdekraften forårsager et vist tab af præcision, da mekanismen afviger fra symmetri over tid. For at minimere denne indflydelse opfandt den franske urmager Breguet i 1795 en speciel type escapement, tourbillon . I den er balancen placeret i en speciel roterende ramme (rotationsperioden er som regel en omdrejning i minuttet), hvilket gør det muligt at udjævne gravitationsforvrængninger.

Det mest nøjagtige mekaniske ur blev lavet af den engelske arkæolog Edward Hall. Ifølge ham var urets nøjagtighed omkring 0,02 sekunder på 100 dage. Disse ure er elektromekaniske, de bruger et pendul som en timer, og energi overføres til det ved hjælp af specielle relæer og elektromagneter.

Mekaniske udløsere

Siden 1658, hvor pendul- og fjederbalancen dukkede op, er der udviklet mere end 300 forskellige typer mekaniske escapements, men kun omkring 10 af dem er blevet udbredt. Næsten alle af dem er beskrevet nedenfor. I det 20. århundrede erstattede elektroniske metoder til måling af tid efterhånden mekaniske ure, så studiet af udformningen af ​​escapements blev en lille kuriosum.

Spindel escapement

Den allerførste escapement, som dukkede op i Europa omkring 1275, var en spindel, som også blev kaldt en krone-pin mekanisme. Det er før pendulet og blev oprindeligt styret af en foliot, en vandret stang med en vægt i hver ende. En lodret stang (stift) er fastgjort til den midterste del af folioten og har to små plader (klinger), der stikker ud som et flag på en stang. Den ene pagaj er fastgjort til toppen og den anden til bunden af ​​stiften, og de er roteret lidt over halvfems grader i forhold til hinanden. Udløsergearet er lavet i form af en krone og roterer om en lodret akse. Når tandhjulet begynder at rotere, skubber dets tand det øverste blad, og folioten begynder at bevæge sig. Når tanden skubber det øverste skulderblad ud, roterer det nederste og går i indgreb. Foliotens momentum skubber gearet tilbage, og til sidst stopper systemet. På dette tidspunkt skubber det nederste skulderblad folioten, og processen gentages. Dette system har ikke sin egen oscillationsfrekvens, bare en vis kraft skubber gearet hele tiden, og det roterer rundt om sin akse ved inerti.

På næste udviklingstrin blev den samme idé udmøntet i kombination med et pendul. Stiftens akse er blevet vandret, halvdelen af ​​folioten er forsvundet, og tandhjulet roterer rundt om den lodrette akse. Den samme escapement, men meget mindre, blev brugt i ure med en balance og en fjeder i stedet for et pendul. John Garrisons første marinekronometer brugte en stærkt modificeret spindelmekanisme, der viste sig at være en god regulator.

Nedstigning med et kroganker (anker)

Opfundet omkring 1660 af Robert Hooke , erstattede ankerudløbet hurtigt stiften og blev standarden for brug af pendulur langt ind i slutningen af ​​det 19. århundrede. Dens fordel er, at den reducerede amplituden af ​​pendulets svingninger til 3° - 6°, hvorved pendulet blev isokront. Det tillod brugen af ​​længere, langsommere bevægelige penduler, der kræver mindre energi. Takket være ham dukkede lange smalle gulv- og vægpendulure op (i nogle lande kaldes de "bedstefarsure"), som stadig kan findes i vores tid.

Ankermekanismen består af et flugtgear med en omvendt hældning af tænderne og et anker, der drejer fra side til side over det og er forbundet med pendulet. Armaturet har buede blade i enderne, som skiftevis går ind i kørehjulets tænder og modtager impulser. Mekanisk ligner dens funktion stiftmekanismen, og den overtog to mangler fra stiftmekanismen: (1) pendulet skubbes konstant af tandhjulets tænder i hver cyklus, det kan ikke svinge frit, hvorved dets isokronisme krænkes; (2) denne escapement er rekyl, ankeret i sin cyklus skubber gearet i den modsatte retning. Dette forårsager tilbageslag, hvilket øger sliddet på urværket, og øger motorens energiforbrug til at overføre momentum til pendulet. Disse mangler blev elimineret i Graham-nedstigningen. En variation af nedkørslen med et kroganker er nedstigningen med et beslag

Graham's Descent

Graham-udløseren er en forbedring af ankeret. Den blev først lavet af Thomas Tompion efter et design af Richard Townlay i 1675 [ [9], selvom der ofte henvises til Tompions efterfølger, George Graham, som populariserede den i 1715.8 ] Dette "backlash" forstyrrer pendulets bevægelse, hvilket resulterer i reduceret nøjagtighed, og vendinger af gearbevægelsen forårsager effekten af ​​" backlash " og skaber høje belastninger på systemet, hvilket fører til øget friktion og slid. Den største fordel ved Graham-nedstigningen er, at disse rekyler er elimineret i den.

I Graham-løbet har bladene en anden krumlinjet "blokerende" overflade, koncentrisk i forhold til ankerets rotationsakse. I yderpunkterne af pendulets svingninger bliver flugthjulstanden ubevægelig på denne overflade, uden at bevægelsen overføres til pendulet, hvilket forårsager en tilbagerulning. Nær den nederste position af pendulet frigøres tanden fra blokeringsfladen og går i indgreb med den skarpt vinklede "impuls" overflade, hvilket giver pendulet et skub, før bladet slipper tanden. Det var den første mekanisme med separate blokerings- og impulsflader. Graham escapement blev først brugt i fint justerbare ure. På grund af den højere nøjagtighed udskiftede han ankermekanismen.

Amants pin trigger

Den franske urmager Amant, hvis aktivitet i Paris fra 1730 til 1749 er dokumenteret, lavede i 1741 en ny type ankerflugt – en stiftescapement, hvor flugthjulet havde stifter i stedet for almindelige tænder, fastgjort på siden af ​​kronen.

Stifter var især velegnede til store tårnure, da de tillod brugen af ​​store drivkræfter, hvis forsyning til tårnure er nødvendig, så uret kan arbejde under forskellige, nogle gange ret vanskelige, atmosfæriske forhold [10] .

Et interessant træk ved denne type escapement er, at escape-hjulet udløses to gange i løbet af pendulets svingningsperiode. (Hjulet drejer en stift, når pendulet svinger til venstre, og en stift, når pendulet svinger til højre.)

Ulemperne ved stiftescapementet omfatter det faktum, at pendulet, næsten under hele svingningsperioden, ikke er fri for kontakt med flugthjulet. Flugthjulsstiften glider konstant på enten venstre eller højre ankerpalle, hvilket skaber yderligere friktion i aftrækkeren. Et let pendul under sådanne forhold kan simpelthen ikke svinge. Dette gør det muligt kun at bruge stiftescapement til store ure med tunge lange penduler.

Moderne anker (alias "håndtag") udløsermekanisme

Anker-escapement blev brugt i langt de fleste ure efter 1800. Det er præcist og ret nemt at fremstille. Det er også selvstartende, så hvis uret rystes, så balancen stopper, begynder det automatisk at virke igen. Der findes flere typer håndtagsudløsere. Den oprindelige type var stativet, hvor armen og balancehjulet altid var forbundet med et tandhjul. Senere blev det klart, at alle tænderne fra gearet kan fjernes, med undtagelse af én. Så der var en afbrudt håndtagsudløsermekanisme. Ikke alene er det nemmere og nemmere at lave, men det er også væsentligt mere præcist. Håndtaget kan placeres, så det er vinkelret på flugtgearet, en mulighed, der foretrækkes af britiske urmagere. Alternativt kan håndtaget placeres inde i balancen og inde i flugtgearet, et valg foretrukket af schweiziske og amerikanske urmagere. Endelig bruger "one-dollar" uret en meget primitiv type escapement-mekanisme kaldet "spade-pin".

Duplex (dobbeltsidet) udløsermekanisme

Duplex escapement blev opfundet af Robert Hooke omkring 1700, derefter forbedret af Jean Baptiste Dutertre og Pierre Le Roy, og endelig perfektioneret af Thomas Trier, som patenterede det i 1782. [11] Det blev brugt i engelske kvalitets lommeure fra 1790 til 1860 , og i Waterbury, i billige amerikanske 'forbrugsvarer' ure, i løbet af 1880-1898. I duplex-bevægelsen, som i kronometeret, som den ligner, får balancen kun momentum i en af ​​cyklussens to svingninger. Flugtudstyret har to sæt tænder (deraf navnet 'duplex'). Den lange stoptand er lavet på siden af ​​vægten, og den korte impuls (skubbe) tand rager aksialt ud ovenfra. Cyklussen begynder, når låsetanden er mod rubinskiven. Balancen begynder at bevæge sig mod uret gennem midterpositionen, rillen på rubinskiven frigør tanden. Når balancen begynder at vende, får scapulaen i den yderste højre position et skub fra impulstanden. På dette tidspunkt rammer låsetanden rubinskivens rulle og forbliver der, indtil balancen fuldfører oscillationscyklussen i urets retning, derefter gentages processen. Under urets bevægelse falder låsetanden hurtigt ned i rillen på rubinskiven og forbliver der.

Duplex mekanismen hører til mekanismer med statisk friktion, balancen er aldrig helt fri af escapement. Som med et kronometer er der lidt glidende friktion under en impuls, fordi impulstanden og klinge bevæger sig næsten parallelt, så lidt smøring er nødvendig. Dupleksmekanismen giver mindst lige så god nøjagtighed som håndtagsmekanismen og nærmer sig måske kronometeret. Duplexmekanismens følsomhed over for rystelser gjorde den imidlertid uegnet til aktive mennesker. Ligesom kronometeret er det ikke selvstartende, i tilfælde af et pludseligt stop mens vægten bevæger sig med uret kan den ikke starte igen.

Græshoppe-escapement

En sjælden, men interessant flugt er John Garrison Grasshopper . I den sættes pendulet i bevægelse af to hængslede håndtag (blade). Når pendulet svinger, kobler det ene håndtag gearet og flytter det lidt tilbage. Dette frigiver et andet håndtag, som bevæger sig tilbage, og frigiver gearet. Når pendulet bevæger sig i den modsatte retning, kobler det andet håndtag gearet, skubber det og slipper det første håndtag, og så videre. Græshoppemekanismen er meget sværere at fremstille end andre escapements, så den er meget sjælden. Græshoppemekanismen lavet af Harrison i det 18. århundrede virker stadig. De fleste mekanismer slides meget hurtigere og forbruger meget mere energi.

Gravity escapement

En tyngdekraftudslip bruger en lille vægt eller lille fjeder til at overføre momentum direkte til pendulet. Det første design bestod af to arme af et håndtag, der drejede meget tæt på pendulets ophængspunkt, armene var placeret på hver sin side af pendulet. Et skråtstillet skulderblad er fastgjort på hver skulder. Når pendulet hæver den ene arm højt nok, frigiver dens pagaj flugtudstyret. Næsten med det samme begynder den anden tand på flugtgearet at glide op ad overfladen af ​​den anden arm og derved løfte den. Han hæver spatelen og stopper. I mellemtiden er den første tand stadig i kontakt med pendulet og falder under det punkt, hvor kontakten begyndte. Dette fald giver fart til pendulet. Designet blev udviklet gradvist fra midten af ​​det 18. til midten af ​​det 19. århundrede. I sidste ende blev denne mekanisme valgt til tårnuret. For nylig er den blevet forbedret og omdannet til en speciel inerti-tyngdekraft-udløser, opfundet af James Arnfeld.

Elektromekaniske escapements

I slutningen af ​​det 19. århundrede blev der udviklet elektromekaniske escapements til pendulure. I dem skifter et relæ eller fotorelæ en elektromagnet i takt med pendulets svingninger. Elektromekaniske udløsere er blandt de bedste. I nogle ure styrer de elektriske impulser, der driver pendulet, også bevægelsen af ​​et stempel, der drejer et gear.

Hip Clock

I midten af ​​det 19. århundrede opfandt Matthias Hipp den elektromagnetiske impulskontakt til ure. Pendulet driver skraldegearet gennem palen, og dette gear driver resten af ​​timingmekanismen. Pendulet får ikke momentum ved hvert sving, og ikke engang ved hvert andet sving. Den modtager kun en impuls, når svingningsamplituden falder under et vist niveau. Ligesom palen på indikatormekanismen er pendulet også udstyret med en lille vejrhane; når det drejer op, svinger pendulet helt frit. Når amplituden af ​​pendulets svingninger er stor nok, falder vejrhanen ned i rillen, og pendulet rører den ikke. Hvis oscillationsamplituden falder, forlader vejrvingen rillen, pendulet hægter den på og skubber den ned. Elektromagnetens kredsløb er lukket, hvilket sender en impuls til pendulet. Amplituden af ​​pendulets svingninger øges, og processen gentages.

Ure med et frit pendul

I det 20. århundrede opfandt William Hamilton Short det frie pendulur og patenterede det i september 1921. De er fremstillet af Synchronome, deres nøjagtighed når en hundrededel af et sekund om dagen. I dette system svinger "hoved" pendulet, hvis stang er lavet af en speciel stållegering med 36 % nikkel (Invar), og hvis længde er næsten uafhængig af temperatur, fri for ydre påvirkninger, om muligt i et lukket vakuumkammer , og udfører ikke noget arbejde. . Den har mekanisk kontakt med aftrækkeren hvert 30. sekund og kun i en brøkdel af et sekund. Det sekundære "slave"-pendul roterer en skralde, der skifter en elektromagnet hvert tredive sekund. Denne elektromagnet frigiver hovedpendulets tyngdekraftudløser. Brøkdele af et sekund senere deaktiverer bevægelsen af ​​hovedpendulet aftrækkeren. Tyngdekraftsafgangen giver et lille momentum til hovedpendlet, som holder pendulet i sving.

Noter

  1. ↑ Cipolla, Carlo M. Ure og kultur, 1300 til 1700  . — W. W. Norton & Co. , 2004. - S. 31. - ISBN 0393324435 . Arkiveret 19. januar 2012 på Wayback Machine
  2. ↑ Needham, Joseph (1986). Videnskab og civilisation i Kina: bind 4, Fysik og fysisk teknologi, del 2, Mekanisk teknik . Taipei: Caves Books Ltd. Side 165.
  3. ↑ Ahmad Y Hassan, Overførsel af islamisk teknologi til vesten, del II: Overførsel af islamisk ingeniørarbejde Arkiveret 25. april 2019 på Wayback Machine , History of Science and Technology in Islam .
  4. ↑ Headrick, Michael. Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement  //  Control Systems magazine, : journal. — Inst. af elektriske og elektroniske ingeniører, 2002. - Vol. 22 , nr. 2 . Arkiveret fra originalen den 14. september 2004.
  5. ↑ Armbåndsures pålidelighed . Hentet 10. oktober 2018. Arkiveret fra originalen 10. oktober 2018.
  6. ↑ S. G. Gindikin , kandidat for fysiske og matematiske videnskaber, Moscow State University. M. V. Lomonosov. Matematiske og mekaniske problemer i Huygens' værker om pendulure . Natur #12, 1979 (1979). Dato for adgang: 31. december 2014. Arkiveret fra originalen 31. december 2014.
  7. ↑ Britten, Frederick J. Ur og urmagerhåndbog, 9.  udgave . - EF& N. Spon, 1896. - S. 108. Arkiveret 28. december 2016 på Wayback Machine
  8. ↑ Smith, Alan (2000) The Towneley Clocks at Greenwich Observatory Arkiveret 5. juli 2008 på Wayback Machine Hentet 2009-03-27
  9. ↑ Milham 1945, s.185
  10. ↑ Stanislav Michal. Ur (Fra gnomonen til atomuret / oversat fra det tjekkiske R.E. Meltzer. - M . : "Knowledge", 1983. - 256 s. - 80.000 eksemplarer.
  11. ↑ Nelthropp, Harry Leonard. En afhandling om urværk, fortid og nutid  . — E. & FN Spon, 1873. Arkiveret 28. december 2016 på Wayback Machine , s.159-164. Britisk patent nr. 1811

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Kigge på
Efter handlingsprincippet
Efter aftale
Type
Detaljer og mekanismer af ure
berømt ur