Wymykanie się pobocza - Verge escapement

Skrajny wymyk i koło balansowe z wczesnego zegarka kieszonkowego
Ucieczka krawędziowa i foliowa z zegara wieżowego De Vick , zbudowanego w Paryżu, 1379, przez Henri de Vick

Poboczy (lub koło korona ) wychwyt jest najwcześniejszym znanym rodzajem mechanicznego spływających mechanizm w mechanicznym zegarem , który steruje jego tempo, pozwalając przekładnię zębatą wyprzedzeniem w regularnych odstępach czasu lub „kleszcze”. Jego pochodzenie jest nieznane. Wychwyty skrajne były używane od końca XIII do połowy XIX wieku w zegarach i zegarkach kieszonkowych . Nazwa verge pochodzi od łacińskiego virga , co oznacza kij lub pręt.

Jego wynalezienie jest ważne w historii techniki , ponieważ umożliwiło rozwój zegarów całkowicie mechanicznych. Spowodowało to przejście od mierzenia czasu za pomocą procesów ciągłych , takich jak przepływ cieczy w zegarach wodnych , do powtarzalnych procesów oscylacyjnych , takich jak wahania wahadeł , które potencjalnie mogły być bardziej dokładne. Oscylacyjne chronometrażery są stosowane we wszystkich nowoczesnych zegarkach.

Zegary krawędziowe i foliowe

Jednym z najwcześniejszych istniejącymi rysunkami spływających poboczy, w Giovanni de Dondi „s zegar astronomiczny , w Astrarium, zbudowany 1364, Padwa, Włochy. Miał on koło balansowe (kształt korony na górze) zamiast foliota. Wychwyt jest tuż pod nim. Z jego traktatu zegarowego z 1364 r., Il Tractatus Astrarii .

Wychwyt poboczowy pochodzi z XIII-wiecznej Europy, gdzie jego wynalezienie doprowadziło do powstania pierwszych zegarów całkowicie mechanicznych. Od XIII wieku na europejskich placach miejskich, w katedrach i klasztorach budowano duże zegary wieżowe . Utrzymywali czas, używając wychwytu poboczowego do prowadzenia foliota , prymitywnego rodzaju balansu . Foliot był poziomym prętem z ciężarkami w pobliżu jego końców przymocowanymi do pionowego pręta zwanego krawędzią, który był zawieszony swobodnie i mógł się obracać. Wychwyt krawędziowy powodował, że foliat oscylował tam i z powrotem wokół swojej osi pionowej. Szybkość zegara można regulować, przesuwając ciężarki do lub z foliotu.

Wyciek poboczowy prawdopodobnie wyewoluował z alarum , które wykorzystywało ten sam mechanizm do dzwonienia w dzwon i pojawiło się przed wiekami. Spekulowano, że Villard de Honnecourt wynalazł wychwyt poboczny w 1237 roku z ilustracją dziwnego mechanizmu obracania posągu anioła, aby podążał za słońcem palcem, ale konsensus jest taki, że nie był to wychwyt.

Uważa się, że pod koniec XIII wieku zastosowano mechanizm wychwytowy krawędziowy do zegarów wieżowych , tworząc pierwszy mechaniczny zegar wychwytowy. Pomimo faktu, że zegary te były celebrowanymi obiektami dumy obywatelskiej, o których pisano w tamtym czasie, nigdy nie wiadomo, kiedy nowy wychwyt został po raz pierwszy użyty. Dzieje się tak, ponieważ okazało się, że trudno odróżnić od skąpej pisemnej dokumentacji, które z tych wczesnych zegarów wieżowych były mechaniczne, a które były zegarami wodnymi ; w obu przypadkach użyto tego samego łacińskiego słowa horologe . Żaden z oryginalnych mechanizmów nie przetrwał bez zmian. Źródła różnią się co do tego, który z zegarów, o których wiadomo, że jest mechaniczny, zależy od tego, które dowody rękopisów uznają za rozstrzygające. Jednym z kandydatów jest zegar Dunstable Priory w Bedfordshire w Anglii, zbudowany w 1283 roku, ponieważ według relacji był zainstalowany nad ekranem lekarskim , gdzie trudno byłoby uzupełnić wodę potrzebną do zegara wodnego. Innym jest zegar zbudowany w Pałacu Visconti w Mediolanie we Włoszech w 1335 roku. Astronom Robertus Anglicus napisał w 1271 roku, że zegarmistrzowie próbowali wynaleźć wychwyt, ale to się nie powiodło. Istnieje jednak zgoda, że ​​pod koniec XIII wieku istniały zegary mechaniczne.

Zegar katedralny w Salisbury , 1386?, Anglia, pokazuje, jak wyglądały pierwsze zegary z krawędzi. Nie miał tarczy zegara, ale został zbudowany tak, aby dzwonił godzinami. Nieliczne oryginalne mechanizmy zegarowe, takie jak ten, które przetrwały do ​​czasów średniowiecza, zostały gruntownie zmodyfikowane. Ten przykład, podobnie jak inne, został znaleziony z oryginalną krawędzią i folią zastąpioną przez wahadło; w 1956 r. dodano obrzeże i folio reprodukcji pokazane na zdjęciu po prawej stronie.

Najwcześniejszy opis wychwytu, zawarty w rękopisie Richarda z Wallingford z 1327 r. Tractatus Horologii Astronomici o zegarze, który zbudował w opactwie św. Albansa , nie był poboczem, lecz odmianą zwaną „strobowym” wychwytem. Składał się z pary kół ratunkowych na tej samej osi, z naprzemiennymi promieniowymi zębami. Pomiędzy nimi zawieszono pręt krawędziowy, z krótką poprzeczką, która obracała się najpierw w jednym kierunku, a potem w drugim, gdy przesunięte zęby przepychały się obok. Chociaż nie jest znany żaden inny przykład, możliwe, że ten projekt poprzedził bardziej rozpowszechnioną w zegarkach granicę.

Przez pierwsze dwieście lat istnienia zegara mechanicznego krawędź z folią lub kołem balansowym była jedynym wychwytem używanym w zegarach mechanicznych. W XVI wieku zaczęły pojawiać się alternatywne wychwyty, ale pobocze pozostawało najczęściej używanym wychwytem przez 350 lat, aż do połowy XVII wieku postęp w mechanice, zaowocował przyjęciem wahadła, a później wychwytu kotwicowego. Ponieważ zegary były cenne, po wynalezieniu wahadła wiele zegarów krawędziowych zostało przebudowanych w celu wykorzystania tej dokładniejszej technologii pomiaru czasu, więc bardzo niewiele wczesnych zegarów krawędziowych i foliowych przetrwało do dnia dzisiejszego.

To, jak dokładne były pierwsze zegary krawędziowe i foliowe, jest dyskusyjne, biorąc pod uwagę szacunki błędu od jednej do dwóch godzin dziennie, chociaż współczesne eksperymenty z zegarami tej konstrukcji pokazują, że dokładność minut dziennie była osiągalna przy wystarczającej staranności w projektowaniu i konserwacji. Wczesne zegary krawędziowe prawdopodobnie nie były dokładniejsze niż poprzednie zegary wodne , ale nie zamarzały zimą i były bardziej obiecującą technologią dla innowacji. W połowie XVII wieku, kiedy foliot zastąpiło wahadło, najlepsze zegary krawędziowe i foliotowe osiągały dokładność 15 minut dziennie.

Zegary wahadłowe pobocza

Większość rażących niedokładności wczesnych zegarów krawędziowych i foliota nie wynikała z samego wychwytu , ale z oscylatora foliota . Pierwsze użycie wahadeł w zegarach około 1656 roku nagle zwiększyło dokładność zegara skrajnego z godzin dziennie do minut dziennie. Większość zegarów została przebudowana, a ich folioty zastąpiono wahadłami, do tego stopnia, że ​​trudno dziś znaleźć oryginalne zegary krawędziowe i foliowe w nienaruszonym stanie. Podobny wzrost dokładności w zegarkach z krawędzią nastąpił po wprowadzeniu sprężyny balansu w 1658 roku.

Jak to działa

Wychwyt krawędziowy pokazujący ( c ) koło koronowe, ( v ) pobocze, ( p,q ) palety
Ucieczka pobocza w ruchu
Drugi zegar wahadłowy zbudowany przez Christiaana Huygensa , wynalazcę zegara wahadłowego, 1673. Huygens twierdził, że dokładność wynosi 10 sekund dziennie. W zegarze wahadłowym wychwyt krawędziowy jest obrócony o 90 stopni, tak aby koło koronowe było skierowane do góry (góra).

Wychwyt poboczowy składa się z koła w kształcie korony, zwanego kołem ucieczkowym, z zębami w kształcie zębów piłokształtnych wystającymi osiowo do przodu i osią zorientowaną poziomo. Przed nim jest pionowy pręt, krawędź, z dwiema metalowymi płytami, paletami, które zaczepiają się o zęby koła ewakuacyjnego po przeciwnych stronach. Palety nie są równoległe, ale ustawione pod takim kątem, że tylko jedna łapie zęby na raz. Na jej szczycie przymocowany jest oscylator bezwładnościowy, koło balansowe lub w najwcześniejszych zegarach foliat , pozioma belka z ciężarkami na obu końcach. To jest chronometrażysta zegara.

Gdy koła zębate zegara obracają koło koronowe (patrz animacja) , jeden z jego zębów zaczepia o paletę, popychając ją. Obraca to obrzeże i folię w jednym kierunku i obraca drugą paletę na ścieżce zębów po przeciwnej stronie koła, aż ząb ześlizgnie się z końca palety, zwalniając ją. Następnie koło koronowe obraca się swobodnie na niewielką odległość, aż ząb po przeciwnej stronie koła dotknie drugiej palety, popychając ją. To odwraca kierunek pręta krawędziowego i folii, obracając krawędź z powrotem w przeciwnym kierunku, aż ten ząb przesunie się przez drugą paletę. Następnie cykl się powtarza. Rezultatem jest zmiana ruchu obrotowego koła na ruch oscylacyjny pobocza i foliota. Każde przesunięcie koła balansowego pozwala więc na przejście jednego zęba koła ewakuacyjnego, przesuwając koło zegara o ustaloną wartość, przesuwając wskazówki do przodu ze stałą prędkością. Moment bezwładności tych foliot lub balansem reguluje szybkość oscylacji, decydujących o szybkości zegara. Ząb koła ewakuacyjnego, dociskający się do palety przy każdym zamachu, dostarcza impuls, który zamienia energię traconą przez folię na tarcie, utrzymując ją w ruchu w przód iw tył.

W zegarze z wahadłem skrajnym (patrz zdjęcie), który pojawił się po wynalezieniu wahadła w 1656 r., wychwyt był obrócony o 90°, dzięki czemu pręt pobocza był poziomy, a oś koła odpływowego była pionowa i znajdowała się pod prętem pobocza. W pierwszych zegarach wahadłowych wahadło było przymocowane do końca pręta krawędziowego zamiast balansu lub folii. W późniejszych zegarach wahadłowych wahadło zawieszone było na krótkiej, prostej sprężynie z metalowej wstęgi z ramy zegara, a pionowe ramię przymocowane do końca pręta obrzeża zakończonego widelcem obejmującym pręt wahadła; pozwoliło to uniknąć tarcia związanego z zawieszeniem wahadła bezpośrednio na obrotowym pręcie poboczowym. Każdy ruch wahadła uwalniał ząb koła ewakuacyjnego.

Aby wychwyt mógł działać, koło wychwytowe musi mieć nieparzystą liczbę zębów. Przy liczbie parzystej dwa przeciwstawne zęby będą jednocześnie stykać się z paletami, blokując wychwyt. Typowy kąt pomiędzy paletami wynosił od 90° do 105°, co skutkowało kołysaniem folii lub wahadła od około 80° do 100°. Aby zredukować kołysanie wahadła, aby uczynić je bardziej izochronicznym , Francuzi zastosowali większe kąty palet, w górę o 115°. Zmniejszyło to wahanie wahadła do około 50° i zmniejszyło odrzut (poniżej), ale wymagało umieszczenia krawędzi tak blisko koła koronowego, że zęby spadały na palety bardzo blisko osi, zmniejszając początkową dźwignię i zwiększając tarcie, co wymagało lżejszego wahadła.

Niedogodności

Jak można się było spodziewać po jego wczesnym wynalezieniu, pobocze jest najbardziej niedokładnym z powszechnie stosowanych wychwytów. Cierpi na te problemy:

  • Zegarki i zegary Verge są wrażliwe na zmiany siły napędowej; zwalniają, gdy sprężyna główna się rozwija. Nazywa się to brakiem izochronizmu. Znacznie gorzej było w zegarach krawędziowych i foliowych ze względu na brak sprężyny balansowej, ale jest problemem we wszystkich ruchach krawędziowych. W rzeczywistości standardową metodą regulacji szybkości zegarków z wczesnych progów była zmiana siły sprężyny głównej. Przyczyną tego problemu jest to, że zęby koła koronowego zawsze pchają palety, napędzając wahadło lub koło balansowe przez cały cykl; element pomiaru czasu nigdy nie może swobodnie się kołysać. W ten sposób zmniejszająca się siła napędowa powoduje, że wahadło lub koło balansowe obraca się wolniej do przodu i do tyłu. Wszystkie zegarki progowe i zegary sprężynowe wymagały bezpieczników, aby wyrównać siłę sprężyny, aby osiągnąć nawet minimalną dokładność.
  • Wychwyt ma „ odrzut ”, co oznacza, że ​​pęd foliota lub wahadła popycha na chwilę koło koronowe do tyłu, powodując ruch koła zegarowego do tyłu podczas części jego cyklu. Zwiększa to tarcie i zużycie, powodując niedokładność. Jednym ze sposobów stwierdzenia, czy zegarek antyczny ma wymyk krawędziowy, jest uważna obserwacja drugiej wskazówki; jeśli cofnie się trochę podczas każdego cyklu, zegarek jest na skraju. Niekoniecznie tak jest w przypadku zegarów, ponieważ istnieją inne wychwyty wahadłowe, które wykazują odrzut.
  • W zegarach wahadłowych, szerokie kąty wychylenia wahadła wynoszące 80°-100° wymagane przez pobocze powodują dodatkowy brak izochronizmu z powodu błędu kołowego .
  • Szerokie wahania wahadła powodują również duże tarcie powietrza , zmniejszając dokładność wahadła i wymagające dużej mocy, aby je utrzymać, zwiększając zużycie. Tak więc zegary wahadłowe pobocza miały lżejsze boki, co zmniejszało dokładność.
  • Zegarki Verge mają tendencję do przyspieszania, gdy koło koronowe i palety się zużywają. Jest to szczególnie widoczne w zegarkach z krawędzią od połowy XVIII wieku. Nie jest niczym niezwykłym, że te zegarki, kiedy są używane dzisiaj, zyskują wiele godzin dziennie lub po prostu kręcą się, jakby nie było równowagi. Powodem tego jest to, że gdy wynaleziono nowe wychwyty, modne stało się posiadanie cienkiego zegarka. Aby to osiągnąć w zegarku na krawędzi, konieczne jest wykonanie bardzo małego koła koronowego, co zwiększa skutki zużycia.
Nowoczesna reprodukcja wczesnego zegara progowego i foliowego. Widoczne jest spiczaste koło krawędziowe, nad którym znajduje się drewniany pręt foliowy i zawieszony ciężarek.

Spadek

Wychwyty brzegowe były używane w praktycznie wszystkich zegarach i zegarkach przez 400 lat. Następnie wzrost dokładności spowodowany wprowadzeniem wahadła i sprężyny balansowej w połowie XVII wieku zwrócił uwagę na błąd spowodowany wychwytem. W latach dwudziestych XIX wieku pobocze zostało zastąpione lepszymi wychwytami, chociaż niedrogie zegarki zbocza były produkowane przez cały XIX wiek.

W pocketwatches poza jego niedokładności, pionowego koła koronowego oraz potrzeba dużych rozmiarach ślimak się ruch krawędziowa unfashionably grubości. Francuscy zegarmistrzowie przyjęli cieńszy wychwyt cylindryczny , wynaleziony w 1695 roku. W Anglii wysokiej klasy zegarki trafiły do wychwytu duplex , opracowanego w 1782 roku, ale niedrogie zegarki z bezpiecznikiem bocznym były produkowane aż do połowy XIX wieku, kiedy przejął wychwyt dźwigniowy . Te późniejsze zegarki z pogranicza były potocznie nazywane „rzepą” z powodu ich masywnej budowy.

Pobocze było używane tylko przez krótki czas w zegarach wahadłowych , zanim zostało zastąpione przez wychwyt kotwicy , wynaleziony około 1660 roku prawdopodobnie przez Roberta Hooke'a i szeroko stosowany od 1680 roku . od 80° do 100°. Christiaan Huygens w 1674 roku wykazał, że wahadło kołyszące się w szerokim łuku jest niedokładnym chronometrażystą, ponieważ jego okres kołysania jest wrażliwy na niewielkie zmiany siły napędowej zapewnianej przez mechanizm zegara.

Chociaż krawędź nie jest znana z dokładności, jest do tego zdolna. Pierwsze udane chronometry morskie , H4 i H5 , wykonane przez Johna Harrisona w latach 1759 i 1770, wykorzystywały wychwyty brzegowe z diamentowymi paletami. W próbach były one dokładne z dokładnością do jednej piątej sekundy na dzień.

Dziś obrzeże widuje się jedynie w zabytkowych lub zabytkowych replikach czasomierzy. Wiele oryginalnych zegarów wspornikowych ma cofniętą konwersję wychwytu kotwicy z epoki wiktoriańskiej i przywrócono oryginalny styl wychwytu pobocza. Zegarmistrzowie nazywają to rewersją pobocza .

Zobacz też

Uwagi

Dalsza lektura

  • Gies, Frances; Gies, Józef (1994). Katedra, kuźnia i koło wodne: technika i wynalazek w średniowieczu . HarperCollins Publishers, Inc., str. 210-215. Numer ISBN 0060165901.

Zewnętrzne linki