Horgony menekülés - Anchor escapement

Animáció, amely a horgony megszökésének működését mutatja be
Horgony menekülés.
A 19. század végi óra horgony- és menekülőkereke. Az áttekinthetőség kedvéért eltávolították azt a lemezt, amely általában a fogaskerekek elülső végét tartja. Az inga a hátlap mögött van.

Az órák , a anker egyfajta menekülését használt ingaórákat . A menekülési mechanizmus egy mechanikus óra mechanizmusa, amely fenntartja az inga lengését azáltal, hogy minden lengést kis nyomással ad neki, és lehetővé teszi, hogy az óra kerekei előre mozdítsanak egy meghatározott összeget minden lendítéssel, előre mozgatva az óra mutatóit. A horgony menekülést azért nevezték el, mert egyik fő része homályosan van kialakítva, mint a hajó horgonya.

A horgony menekülést valószínűleg Robert Hooke brit tudós találta ki 1657 körül, bár néhány utalás William Clement hitelóragyártóra, aki 1680 körül népszerűsítette a horgonyt a hosszú vagy nagyapa óra feltalálásában . Amikor Kelemen órája megjelent, Hooke a menekülés feltalálását állította, mondván, hogy nem sokkal az 1666 -os nagy tűz után mutatott egy órát a Royal Society -nek a Royal Society számára. A legrégebbi ismert horgonyóra a Wadham College Clock , egy toronyóra, amelyet az oxfordi Wadham College -ban építettek 1670 -ben, valószínűleg Joseph óraművész. Knibb . A horgony a standard menekülttá vált, amelyet szinte minden ingaórában használtak.

Egy pontosabb, visszavágás nélküli változatot, amelyet deadbeat menekülésnek hívnak , Richard Towneley találta ki 1675 körül, és George Graham brit óraművész vezette be 1715 körül. Ez fokozatosan felváltotta a hétköznapi horgony menekülést, és a legtöbb modern ingaórában használják.

Hogyan működik

Az anker két részből áll: a menekülési kerék , ami egy függőleges kerék hegyes fogak inkább, mint a fűrész fogai, és a horgony , alakú homályosan, mint egy hajó horgony, amely hinta előre-hátra egy pivot éppen a menekülési kerék. A horgony két karján ívelt felületek vannak, amelyeket a menekülőkerék fogai nyomnak, raklapoknak nevezzük . A horgony központi tengelye az inga által tolott villához van rögzítve , így a horgony előre -hátra lendül, a raklapok felváltva fogják el és oldják ki a menekülő kerék fogait mindkét oldalon.

Minden alkalommal, amikor az egyik raklap eltávolodik a menekülőkeréktől, és elenged egy fogat, a kerék elfordul, és a másik oldalon lévő fog megfogja a másik raklapot, amely a kerék felé halad. Az inga lendülete tovább mozgatja a második raklapot a kerék felé, és a menekülő kereket egy ideig hátra tolja, amíg az inga meg nem fordítja az irányt, és a raklap el nem kezd távolodni a kerektől, miközben a foga a felületén csúszik, és nyomja . Ezután a fog lecsúszik a raklap végéről, és újra megkezdi a ciklust.

Sem a horgony menekülés, sem az alábbi halottütéses forma nem önindító. Az ingát lendíteni kell, hogy elindulhassanak.

Inga és horgony menekülés.
(a) inga rúd
(b) ingabob
(c) sebességszabályozó anya
(d) rugózó rugó
(e) mankó
(f) villa
(g) menekülő kerék
(h) horgony

Visszarúg

A menekülőkerék hátrafelé történő mozgása a ciklus egy része alatt, az úgynevezett visszarúgás , a horgony megszökésének egyik hátránya. Ez azt eredményezi, hogy az egész kerékvonat ideiglenesen visszaáll a menettömegre az óra minden egyes ketyegésével, ami a kerékvonat extra kopását, a fogaskerekek túlzott kopását és pontatlanságot okoz. Ez azt is okozhatja, hogy a menekülő kerék fogainak pontjai belemélyednek a raklap felületébe. Ennek elkerülése érdekében a fogak hátra vannak döntve, a forgás irányával ellentétben, és a raklapok felülete enyhén domború.

A másik ok, amiért a menekülő kerék fogai hátra vannak döntve, biztonsági intézkedés. Ha az órát az inga rögzítése nélkül mozgatják, az inga ellenőrizetlen lengése miatt a horgony raklapok hevesen ütközhetnek a menekülőkerékkel. A ferde fogak biztosítják, hogy a rögzítő raklapok lapos felülete először a fogak oldalát érje, és megvédje a finom pontokat a töréstől.

A holtversenyes menekülésnek (alább) nincs visszarúgása. Az egyik módja annak megállapítására, hogy egy antik ingaóra horgonyzó vagy halott ütésű menekülést tartalmaz -e, a második kéz megfigyelése. Ha minden ketyegés után kissé hátrafelé mozdul, és visszarúgást mutat, akkor az óra horgonyból van.

Mankó és villa

A horgony tengelye, amelyet mankónak neveznek , egy villában végződik, amely átfogja az inga tengelyét, és keresztirányú impulzusokat ad neki. Az ingarúd egy rövid, egyenes felfüggesztő rugóra van felakasztva, amely egy erős tartóhoz van rögzítve közvetlenül a horgony mögött. A horgony forgócsapja a rugó hajlítási pontjához igazodik. Ez az elrendezés stabilabb ingatartást eredményez, mint az inga felfüggesztése közvetlenül a horgonyból.

Tervezési részletek

A horgony nagyon tolerálja a geometria változásait, ezért alakja széles körben változott. A 19. század végén, Nagy-Britanniában, a szokásos tervezési volt 90 ° közötti szög a raklapok, ami azt jelentette, helyüket a horgony pivot a távolság 2 ≈ 1,4-szerese a menekülési kerék sugara a menekülési kerék pivot. Egy nagyapa órájában , amelynek inga másodpercenként egyszer megmozdult, a menekülõkeréknek gyakran 30 foga volt, ami miatt a menekülõkerék percenként egyszer forogni kezdett, így a második kéz a tengelyéhez rögzíthetõ. Egy 30 fogú menekülőkerékben a raklapok körülbelül 7½ fogon átnyúlnak. A raklapok impulzusszöge, amely meghatározta az inga lengését, 3 ° -4 ° volt.

Történelem

A horgony volt a második széles körben használt menekülés Európában, és felváltotta a primitív 400 éves határ menekülést az ingaórákban . A határ menekülő órák ingainak igen széles, 80-100 ° -os kilengései voltak. 1673 -ban, tizenhét évvel az ingaóra feltalálása után, Christiaan Huygens közzétette az inga matematikai elemzését, a Horologium Oscillatoriumot . Ebben azt mutatta, hogy a széles inga hinta határán órák okozott számukra, hogy pontatlan, mert az időszak az oszcilláció az inga nem volt iszinkron de változhat kis mértékben köszönhető kör hiba változásaival amplitúdója az inga hinta, ami a hajtóerő elkerülhetetlen változásával történt. A felismerés, hogy csak a kis ingahinták voltak majdnem izokronok, motiválták az óragyártókat arra, hogy kis kilengésekkel meneküléseket tervezzenek.

A horgony legfőbb előnye az volt, hogy a raklapok távolabbi elhelyezésével a forgócsaptól az inga lengése a szélső órák 100 ° körüli értékéről mindössze 4 ° -6 ° -ra csökkent. Az izokronizmus miatti javított pontosság mellett ez lehetővé tette, hogy az órák hosszabb ingákat használjanak, amelyek lassabb üteműek voltak. Az alacsonyabb légáteresztés (az aerodinamikai ellenállás a sebesség négyzetével nő, így a gyorsabb inga jelentősen megnöveli az ellenállást) azt jelentette, hogy kevesebb energiára volt szükségük a lengés fenntartásához, és kevesebb kopást okoztak az óra mozgásában. A horgony lehetővé tette egy nehezebb ingacsapágy használatát is egy adott hajtóerőre, így az inga függetlenné vált a kiszökéstől (magasabb Q ), és ezáltal pontosabb lett. Ezek a hosszú ingák hosszú keskeny óratokokat igényeltek. Körülbelül 1680 körül a brit óraművész, William Clement elkezdte eladni az első kereskedelmi órákat, amelyek horgonyzó menekülést használnak, magas, szabadon álló órákat, 1 méteres (39 hüvelyk) ingakkal, amelyek egy hosszú, keskeny óraházban találhatók, és amelyeket hosszú hátizsáknak vagy „nagyapa” órának neveztek . A horgony növelte a pontosságot órák annyira, hogy körülbelül 1680-1690 használata a percmutató , korábban a kivétel órák lett a szabály.

A horgony menekülése körülbelül ötven éven belül felváltotta az ingaórák határát, bár a francia óragyártók körülbelül 1800 -ig továbbra is használták a peremeket. Sok szélső órát horgonyokkal építettek át. A 18. században a menekülés pontosabb holtütéses formája helyettesítette a horgonyt a precíziós szabályozókban, de a horgony továbbra is a ló volt az otthoni ingaórákban. A 19. század folyamán a legtöbb minőségi órában a holtütéses forma fokozatosan átvette a hatalmat, de a horgonyformát ma is használják néhány ingaórában.

Hátrányok

A horgony menekülése megbízható és tolerálja a nagy geometriai hibákat a felépítésében, de működése hasonló a régi perem meneküléshez , és megtartja a perem két fő hátrányát:

  • Ez súrlódó menekülés; az inga ciklusa során mindig egy menekülő kerék foga által tolódik, és soha nem szabad szabadon lengni. Ezáltal az óra sebessége érzékeny a hajtóerő változásaira. A raklapokra ható erő minden apró változása, például az olaj elöregedése miatti kenésváltozás vagy az óra főrugójának lecsökkenő ereje miatt megváltozik az inga lengésének időtartama . A főrugó által hajtott horgonyzó menekülőórákhoz biztosítékra volt szükség, hogy kiegyenlítse a főrugó erejét.
  • Ez egy visszarúgás, mint fentebb említettük; az inga lendülete a ciklus egy részében hátrafelé tolja a menekülő kereket. Ez extra kopást okoz a mozgásban, és változó erőt fejt ki az inga, ami pontatlanságot okoz.

Deadbeat menekülés

Holtveréses menekülés, amely a következőket mutatja: a) menekülő kerék, b) koncentrikus reteszelőlapokat tartalmazó raklapok, c) mankó.

A fenti két hátrány kiküszöbölésre került a horgony menekülés továbbfejlesztett változatának feltalálásával: a deadbeat vagy a Graham menekülés. Ezt gyakran tévesen jóváírják George Graham angol óragyártónak, aki 1715 körül bevezette precíziós szabályozóóráiban. Valójában azonban 1675 körül Richard Towneley csillagász találta fel , és először Graham mentora, Thomas Tompion használta Sir Jonas Moore számára készített órában , és a két precíziós szabályozóban, amelyeket 1676 -ban készített az új Greenwich -i Obszervatórium számára , amelyet a csillagász közölt leveleiben említettek. Royal John Flamsteed és Towneley

A horgony menekülési formája kevésbé tolerálja a gyártás vagy a működés közbeni kopás pontatlanságát, és kezdetben csak precíziós órákban használták, de használata a 19. század folyamán terjedt el a legtöbb minőségi ingaórára. Szinte minden ma gyártott ingaóra ezt használja.

A toronyórák egyike azon kevés ingaóráknak, amelyeket a horgony menekülés nem uralt. A szélső, hó- és jégterhelésnek kitett, nagy külső kezek által a kerekes vonatra kifejtett változó erőt a gravitációs menekülések jobban bírták .

Hogyan működik

A holt ütemű menekülésnek két oldala van a raklapokhoz, egy „reteszelő” vagy „halott” felület, ívelt felülettel, amely koncentrikus a tengelyre, amelyen a horgony forog, és egy ferde „impulzus” oldalra. Amikor a menekülő kerék foga az egyik halott oldalnak támaszkodik, annak ereje a horgony forgástengelyén keresztül irányul, így nem ad impulzust az inga számára, lehetővé téve annak szabad lengését. Amikor a másik oldalon lévő raklap elengedi a menekülőkereket, egy fog fog először leereszkedni erre a "halott" arcra, és továbbra is neki támaszkodva marad az inga kifelé történő lengésének és visszatérésének nagy részében. Ebben az időszakban a menekülő kerék "reteszelve" van, és nem tud elfordulni. Az inga lengésének alja közelében a fog lecsúszik a halott felületről a raklap ferde „impulzusos” felületére, lehetővé téve a menekülő kerék elfordulását és az inga lökését, mielőtt leejti a raklapot. Ez még mindig súrlódó pihenő menekülés, mert a menekülőfog elcsúszása a holt felületen súrlódást kölcsönöz az inga lengésének, de kisebb a súrlódása, mint a visszarúgásnak, mert nincs visszarúgó erő.

A horgony menekülő kerék fogainak hátra dőlésével ellentétben a holt ütésű menekülőkorongok sugárirányban vagy előre dőlve biztosítják, hogy a fog érintkezzen a raklap „holt” felületével, megakadályozva a visszacsapódást.

A levegős állapot

Az óragyártók az 1700 -as években felfedezték, hogy a pontosság kedvéért az inga lengésének megtartására a legjobb hely a lengés alján volt, amikor áthalad az egyensúlyi helyzetén. Ha az impulzust az inga lecsapódása közben alkalmazzák, mielőtt az alját elérné, az impulzuserő hajlamos lerövidíteni a lengés időszakát, így a hajtóerő növekedése az óra időnyerését eredményezi. Ha az impulzust az inga felemelkedése során alkalmazzák, miután elérte az alját, az impulzuserő megnöveli a lengés időszakát, így a hajtóerő növekedése miatt az óra időt veszít.

1826 -ban George Airy brit csillagász bizonyította ezt; kifejezetten bebizonyította, hogy az inga, amelyet az alsó egyensúlyi helyzetére szimmetrikus hajtási impulzus hajt, izokron a különböző hajtóerőkre, figyelmen kívül hagyva a súrlódást, és hogy a holtütéses menekülés nagyjából megfelel ennek a feltételnek. Pontosan elégedett lenne, ha a menekülő kerék fogait pontosan a két raklaplap közötti sarokra esnék, de ahhoz, hogy a menekülés megbízhatóan működjön, a fogakat a sarok fölé, a „halott” felületre kell esni.

Mozgás összehasonlítása horgonyban és holtütésben

Az órák hibájának egyik fő oka a menekülőre ható hajtóerő változása, amelyet a fogaskerekek vagy a raklapok súrlódásában bekövetkező kisebb változások, vagy a főrugó csökkenő ereje okoz . Izokronnak nevezzük azt a menekülést, amelyben a hajtóerő változása nem befolyásolja a sebességet. A holtütés kiemelkedő teljesítménye a visszarúgással szemben a jobb izokronizmusnak köszönhető. Ez annak köszönhető, hogy a hajtóerő változása különböző módon befolyásolja az inga lengését a két menekülésben:

  • A horgony menekülésnél a hajtóerő növekedése hatására az inga gyorsabban előre -hátra lendül, de nem növeli sokat az inga amplitúdóját , lengésének hosszát. A megnövekedett erő a menekülési kerék fog a raklapon során visszahatás része a ciklus általában csökken az inga hinta, míg az erő a foga alatt előre impulzus ciklus részeként növeli az inga hinta. Ezek hajlamosak megszüntetni egymást, változatlanul hagyva a lengést. De mindkét hatás csökkenti a lengés idejét. Más szóval, a megnövelt erő gyorsabban kopogtatja az inga előre -hátra rögzített ívben.
  • A holtversenyes menekülésben nincs visszarúgás, és a megnövelt hajtóerő hatására az inga szélesebb ívben lendül, valamint gyorsabban mozog. Az extra távolság megtételéhez szükséges idő pontosan kompenzálja az inga megnövekedett sebességét, így a lengési időszak változatlan marad. A szélesebb lengés azonban kismértékű növekedést okoz a körkörös hiba miatt . A háztartási órák esetében ez a hatás elhanyagolható, de korlátozza a pontosságot, amelyet el lehet érni a precíz szabályozó órákkal és a holtversenyekkel.

Amikor a holtütést feltalálták, az óragyártók kezdetben úgy vélték, hogy alacsonyabb izokronizmusa van, mint a horgonynak, mivel az inga amplitúdójára gyakorolt ​​hatások nagyobb hatással vannak. A legújabb elemzések rámutatnak, hogy a horgony nonizokronizmusa megszüntetheti az inga körkörös hibáját. Vagyis a lengés amplitúdójának növekedése keringési hiba miatt kismértékben megnöveli az inga periódusát , és ez kompenzálhatja az izokronizmus miatt csökkent időszakot. Ebből kifolyólag a gondosan beállított horgonyszökés csiszolt raklapokkal pontosabb lehet, mint egy holtütés. Ezt legalább egy modern kísérlet is megerősítette.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek