|
Часы из бумаги
|
|
| nothings | Дата: Понедельник, 03.06.2024, 06:30 | Сообщение # 1 |
Группа: Мастера
Сообщений: 500
Репутация: 1853
Награды: 2
Статус: Offline
| Доброго всем времени суток.
Как-то несколько лет назад мне попались на глаза тут на сайте пара сборок настенных часов, и сама идея мне очень зашла, но т.к. мне такую большую модель некуда пристроить, я тогда подумал а можно ли сделать действующую модель часов поменьше.
И вот где-то в 2017-м у меня был первый этап изучения вопроса. В бумажном исполнении мне показалось что самыми сложными будут спусковой механизм (т.к. он должен быть довольно точно сделан), основная пружина (должна обеспечивать относительно большое усилие чтобы приводить в движение спусковой механизм и маятник), и "передаточный" механизм, т.к. это несколько последовательных пар зубчатых колёс повышающих скорость вращения, и на каждой паре пропорционально уменьшается усилие которое вращает следующую пару.
Первым делом я решил протестить можно ли сделать самую сложную на мой взгляд часть - спусковой механизм. И недолго думая, нашел какой-то чертеж, сделал на его основе прототип мелкого размера, и он (естественно) не заработал, поэтому я тогда в принципе забросил всю идею.
Однако прошлой осенью я решил еще раз попробовать, и начал с того что погуглил какие в принципе бывают спусковые механизмы. Оказалось что их довольно много, и тот что я выбрал изначально (lever, или рычажный) изобрели одним из самых последних, и он один из самых требовательных к точности исполнения. А кроме него есть еще около десятка других (вот тут есть анимации https://www.abbeyclock.com/escapement.html ), и я начал экспериментировать. За несколько месяцев попробовал сделать 6 разных типов бумажных спусковых механизмов - detent, или хронометр; цилиндрический; дуплексный(а также его упрощенную версию с одним колесом); verge, или шпиндельный; рычажный:
Также экспериментировал с различными зубчатыми колёсами, об этом чуть позже:
Пытался расчитывать период колебаний маятника и экспериментировал с разными спиралями (hair-spring), и даже сделал небольшое приспособление для навивки такой маленькой пружины шириной 0.5 или 1мм:
По результатам всего вышеописанного, самым перспективным показался дуплексный спусковой механизм, и я на его основе попытался запилить что-то уже более-менее похожее на часы. Снова озадачился размерами модели, и так прикинул что минимальный корпус в который я смогу впихнуть механизм будет где-то 5 см в диаметре и 1.5см толщиной.
Кстати в ходе изучения вопроса оказалось что есть вполне себе серийные "наручные" часы 7см в диаметре, а самые большие вроде 9см, и весят что-то около полкило  Сложно конечно представить как такое носить на руке, скорее для рекорда делали.
В общем попытался сваять модель вот по такому "чертёжику", тут попытался сразу все компоненты учесть, включая механизм подзавода, регулировки спирали, доп. шестерни для часовой/минутной стрелок и т.д.:
После того как по этой схеме сделал маятник, спусковой механизм и пару зубчатых колёс, обнаружилось что не очень-то эти колёса хотят вращаться. Покопался еще в инете, и выяснил что вроде как в таких передаточных механизмах для часов используют шестерни не с эвольвентным контуром зубьев (на рисунки ниже слева), а с циклоидальным (вроде так называется, на рисунке справа):
С таким профилем действительно дело пошло получше, переделал три колеса:
с ними даже иногда удавалось добиться цикличной работы спускового механизма, но работало это всё только "от руки", и усилие нужно было довольно большое, соответственно когда доделал основную пружину с механизмом подзавода, её усилия не хватало от слова совсем.
Тогда во второй раз подумал что все-таки сделать автономно работающую модель наверное не выйдет, либо нужно будет увеличивать размеры, например до настольных часов, типа будильника. Но как-то после пересмотра спусковых механизмов нашел еще один вид - называется pin-pallet, или упрощенный рычажный. Там импульсы передаются не только когда маятник закручивает спираль (как в дуплексном), но и на "обратном" ходе, т.е. эффективность вроде как выше должна быть, а изготовление попроще чем у обычного рычажного.
Короче, решил попробовать запилить такой, и переюзать всё что можно готовое, поэтому встроил кое-как рычаг в "изогнутом" виде в существующую схему, и конечно зубчатое колесо и маятник пришлось переделать. Также, у циклоидальных колёс общий диаметр получается немного больше по сравнению с такими же парами эвольвентных, поэтому кое-где они цепляли за корпус, и пришлось его немного покромсать местами.
Составляющие механизма выглядели так:
И вот так в "полусобранном" виде (без "крышки"):
И хоть в целом ситуация немного улучшилась (при полном заводе пружины несколько "тиков" можно было добиться), это явно не похоже на действующую модель. Поэтому я решил перепроектировать с учетом текущих результатов всю схему, и пересобрать "с нуля", уже с обычным видом рычага и "адаптированными" размерами зубчатых колёс. Также поменял механизм подзавода, т.к. в предыдущем "заводная" шестерня не выдержала нагрузок и несколько зубьев сломались.
Обновленный "чертёж":
И уже есть детали для нового корпуса, начало "очередной главы эпопеи":
Далее нужно пилить механизмы и надеятся что обновленная схема все-таки окажется получше, либо надо будет уже все-таки настольные часы пилить, ну или никакие )
Коллекция моих моделей
Сообщение отредактировал nothings - Понедельник, 03.06.2024, 06:42 |
| |
|
|
| Kirill102 | Дата: Понедельник, 03.06.2024, 09:09 | Сообщение # 2 |
Группа: Опытные
Сообщений: 895
Репутация: 10736
Награды: 0
Статус: Offline
| Прочитал с удовольствием. Инженерия высшего уровня, не смотри что из бумаги!
Наблюдаю и верю в успех!
|
| |
|
|
| belik | Дата: Вторник, 04.06.2024, 04:11 | Сообщение # 3 |
Группа: Мастера
Сообщений: 2897
Репутация: 562
Награды: 2
Статус: Offline
| Цитата nothings (  ) с циклоидальным (вроде так называется, на рисунке справа):
Это назвается коррегирование зубчатой передачи. При количестве зубьев в шестерне меньше 17 происходит "упор" вершины зуба в основание "ответного" зуба. Появляется так называемое "подрезание". Если не изменять профиль зубьев как ты показал, происходит заклинивание шестерён.
О блин, не зря вникал в теоретическую механику и детали машин. 
Хоть и было это 30 лет назад.
Удачи в построении "машины времени".
Тот, что в центре, это я.
Мы не ищем лёгких путей.
Да пребудет с Вами СИЛА.
Отец Героин. Нас уже немного больше.
https://only-paper.ru/forum/70-6765-1
|
| |
|
|
| Dimkazz | Дата: Среда, 05.06.2024, 05:55 | Сообщение # 4 |
Группа: Пользователи
Сообщений: 956
Репутация: -27
Награды: 0
Статус: Offline
| nothings, Моё Уважение! Точность и аккуратность! Сам попытался сделать редуктор соосного винта для Spitfire F.Mk.21 Contraprop из картона всего 3 шестерни и понял, что микроскоп уже не поможет ибо"лапки"((( По-белому завидую!
Chance Vought F4U-4 Corsair (Перекрас)
[url=https://only-paper.ru/forum/94-28500-1#682435Chance Vought F4U-4B Corsair (Перекрас)[/url]
|
| |
|
|
| nothings | Дата: Пятница, 07.06.2024, 19:53 | Сообщение # 5 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 500
Репутация: 1853
Награды: 2
Статус: Offline
| Kirill102, belik, Dimkazz, спасибо!
belik, я конечно в таких тонкостях теории не силен ) мне скорее на вид изначально показалось что эвольвентные шестерни "как-то не так" выглядят по сравнению с теми что я видел в часах, после этого и стал искать как их переделывать
Dimkazz, у меня к сожалению и точность и аккуратность не совсем на "часовом" уровне, стараюсь только делать чтобы допуски в пределах работоспособности были. И кстати использую увеличение - не микроскоп, а полусамодельного франкенштейна (т.н. "третья рука" + самодельная подставка с линзой), кратность хз какая, может x3, но вырезать мелкие детали так сильно удобнее:
 
Шо имеем по прогрессу:
Начал с механизма подзавода - это сама ручка которую нужно будет крутить, с шестернёй, она будет вращать малую шестерню, которая уже будет вращать барабан с осн. пружиной:
собсно сама эта "малая шестерня" с осью:
 
стопор(или храповик) для этой шестерни, чтобы она вращалась только в одном направлении. Он крепится на бумажную полоску к корпусу, пока пружин никаких не делаю, надеюсь и без них будет работать:
И барабан с основной пружиной и зубчатыми колесами для подзавода и передачи вращения уже на первое колесо:
   
Коллекция моих моделей
Сообщение отредактировал nothings - Пятница, 07.06.2024, 19:57 |
| |
|
|
| alexlut | Дата: Пятница, 07.06.2024, 20:04 | Сообщение # 6 |
Группа: Мастера
Сообщений: 4749
Репутация: 2853
Награды: 2
Статус: Offline
| nothings, много лет слежу за твоим творчеством, и хочу заметить: ты реально больной! И хочу пожелать: не выздоравливай! Мир жив, пока есть ты и подобные тебе! Дайбо здоровья! Браво!
Быстро, качественно и недорого — из этих трех вещей вы можете выбрать любые две.
|
| |
|
|
| Rada | Дата: Суббота, 08.06.2024, 01:19 | Сообщение # 7 |
Группа: Мастера
Сообщений: 479
Репутация: 22276
Награды: 3
Статус: Offline
| nothings, я удивляюсь, как Вам приходят такие идеи и даже не сомневаюсь что в вашем исполнении и эта конструкция заработает. И всё думаю - что будет следующее? А Вы не перестаёте удивлять)))
Визитная карточка
Пусть у вас всё будет хорошо https://www.youtube.com/watch?v=TYK3uECr3hg
|
| |
|
|
| nothings | Дата: Воскресенье, 09.06.2024, 21:27 | Сообщение # 8 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 500
Репутация: 1853
Награды: 2
Статус: Offline
| alexlut, Rada, спасибо! Есть, есть еще куда "болеть" :
По модели дела следующие - решил дать шанс лазерному граверу, чтобы сэкономить немного времени/здоровья, ибо на изготовление одного колеса например с 40 зубцами и толщиной 0.5мм нужно вырубить 4 заготовки, и в каждой заготовке на каждый зубец минимум 5 надрезов, плюс центральные отверстия, плюс вырезы для "спиц" - всего под тысячу микроопераций.
С лазером конечно тоже свои нюансы - нужно готовить файлы в спец. формате, настраивать фокус, следить за ходом процесса, да и толщина реза великовата, диаметр сфокусированного "пятна" заявлен 0.05мм, но при резке на офиске 80г/м2 лучшее чего я добился (когда и не пережигается бумага, но и деталь практически вырезана) это что-то около 0.1 - 0.15мм :
мелкие шестерни таким образом у меня не получилось сделать, слишком тонкие зубцы, пережигаются даже при уменьшенной мощности:
Может быть дорогим CO2 лазером можно было бы получше вырезать (хотя я помню как-то заказывал резку на CO2 лазере, и там толщина реза тоже далеко не нулевая была), но в принципе для вырезания больших колёс где больше всего зубьев более-менее получилось гравер заюзать. Вот пример колеса вырезанного лазером (слева), и вручную (справа):
Видно что в некоторых моментах, видимо когда движение "по диагонали" идет, т.е. оба сервомотора работают, может как-то резонируют, линия становится "плавающей". Я пробовал и скорость резки снижать - не особо помогает. Но по итогу это нивелируется, т.к. далее 4 таких заготовки склеиваются воедино, и потом дорабатываются суперточным швейцарским инструментом (пилкой для ногтей за 1 бакс и шлифшкуркой)
Маленькие же шестерни приходится пилить вручную, примерно так выглядит процесс:
В итоге, собраны первое
второе
 
и третье
 
колёса.
Занятно, что по-английски второе колесо это "second wheel", что также можно перевести как "секундное колесо", а оно как раз по идее должно оборот за минуту делать, т.е. на нём бы хорошо разместилась секундная стрелка ) Название секунд конечно не от этого пошло, но факт забавный
Коллекция моих моделей
Сообщение отредактировал nothings - Воскресенье, 09.06.2024, 22:44 |
| |
|
|
| alexlut | Дата: Понедельник, 10.06.2024, 01:38 | Сообщение # 9 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 4749
Репутация: 2853
Награды: 2
Статус: Offline
| Стало интересно. Почитал за этимологию слова секунда. Оказывается, это "вторая маленькая часть часа". А "первая маленькая часть" - это минута. От такая от популярная латынь для престарелых школьников... Спасибо!
Быстро, качественно и недорого — из этих трех вещей вы можете выбрать любые две.
|
| |
|
|
| nothings | Дата: Среда, 12.06.2024, 04:08 | Сообщение # 10 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 500
Репутация: 1853
Награды: 2
Статус: Offline
| Небольшое (но дико важное как показывает практика) обновление - части спускового механизма, а именно, само спусковое (или анкерное) колесо:
 
и вилка:
 
также нарублены полоски для скручивания "тела" будущего маятника:
Коллекция моих моделей
|
| |
|
|
| alexlut | Дата: Среда, 12.06.2024, 20:04 | Сообщение # 11 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 4749
Репутация: 2853
Награды: 2
Статус: Offline
| Цитата nothings ( ) само спусковое (или анкерное) колесо
Ну все, есть чем делать тик-так. Теперь это не просто редуктор, а нормальный часовой механизм! Осталось маятник риегулирэн, и можно секундомер и бонбу прилаживать. Фих чем засекёшь.
Быстро, качественно и недорого — из этих трех вещей вы можете выбрать любые две.
|
| |
|
|
| belik | Дата: Четверг, 13.06.2024, 04:07 | Сообщение # 12 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 2897
Репутация: 562
Награды: 2
Статус: Offline
| alexlut, д. Саня не пали контору.)))
nothings, удачи.
Тот, что в центре, это я.
Мы не ищем лёгких путей.
Да пребудет с Вами СИЛА.
Отец Героин. Нас уже немного больше.
https://only-paper.ru/forum/70-6765-1
|
| |
|
|
| Dimkazz | Дата: Четверг, 13.06.2024, 16:52 | Сообщение # 13 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 956
Репутация: -27
Награды: 0
Статус: Offline
| alexlut,Картон пропитаный селитрой превращается, превращается...в ауенные шорты!)))
Chance Vought F4U-4 Corsair (Перекрас)
[url=https://only-paper.ru/forum/94-28500-1#682435Chance Vought F4U-4B Corsair (Перекрас)[/url]
|
| |
|
|
| nothings | Дата: Суббота, 15.06.2024, 03:53 | Сообщение # 14 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 500
Репутация: 1853
Награды: 2
Статус: Offline
| не-не, господа, не разбредаемся, тут субуго  гражданская разработка
а по той разработке маем следующее: маховик маятника скручен в свою целевую цилиндрическую форму
для "волосковой пружины" (hairspring), или "спирали", собран эдакий "балкон", позволяющий регулировать угловое положение всего маятника (т.к. пружина бумажная, она деформируется от времени, влажности и т.д., с этим я уже в ходе прошлых испытаний намучился), а также регулировать немного длину спирали участвующей в колебаниях (в настоящих часах такое тоже есть, но там регулировка изначально более точная, поэтому сектор "подстройки" спирали меньший, у меня же почти полный оборот):
 
от так от "балкон" сидит в корпусе:
и от так от все компоненты выглядят если собрать всё в кучу:
Собсно выглядит (как по мне) довольно хорошо, а вот работает не очень. Во-первых, мощности основной пружины при полном заводе хватает буквально на несколько секунд работы, а во-вторых сама "работа" нестабильная, типа аритмии сердца. Сложновато сказать почему так, пытался в замедленном виде видос снимать чтобы разобраться, в общем предположение такое что из-за неточности исполнения штифты которые на вилке в крайних положениях вилки иногда попадают не на "стопорящую" поверхность спускового колеса (оранжевая на картинке ниже), а на "ударную" (выделена синим на картинке):
штош, будем думать...
Коллекция моих моделей
Сообщение отредактировал nothings - Суббота, 15.06.2024, 03:54 |
| |
|
|
| nothings | Дата: Четверг, 20.06.2024, 06:46 | Сообщение # 15 |
|
Группа: Мастера
Сообщений: 500
Репутация: 1853
Награды: 2
Статус: Offline
| Такс, дело хоть и туго, но продвинулось немного. По спусковому механизму:
Сначала хотел сделать чтобы маятник автоматически при качании ограничивал крайние положения вилки с помощью добавления небольшого сектора на самом маятнике и "рогов" на вилке:
 
Не помогло. Вернулся к идее что проблема с неровным ходом может быть из-за неточного попадания штифтов вилки на "нужные" поверхности спускового колеса. Подумал что будет лучше если вместо штифтов (которые круглые в сечении) будут пластинки - их можно и потоньше сделать (например 2 слоя офиски дают где-то 0.2мм толщины, а штифты 0.5мм диаметром), и две плоские поверхности по идее должны меньше норовить соскользнуть. Соответственно срезал штифты и вклеил на их места пластинки. Стало чуть лучше, но в целом тоже не особо помогло. Потом решил что если не получается достаточно точно сделать, нужно заложить в конструкцию возможность бОльшей неточности, уменьшив количество зубъев на спусковом колесе с 12 до 10. Пришлось перерисовать весь узел:
При таком уменьшении остальная часть передаточного механизма и осн. пружина конечно быстрее вращаются, но в целом, поставив более слабую спираль, можно еще "уложится" в скорость когда "секундное" колесо проходит один оборот не меньше минуты.
В общем вот такая примерно была "эволюция" вилок и спусковых колёс:
И вот текущий вариант, который более стабильно работает:
 
Еще заметил в процессе что как-то "тяжеловато" спусковой механизм раскачивает маятник. Он у меня был 3мм толщиной, я попробовал сначала сделать 2мм, а потом еще "ужал" его, сейчас вот такой будет, толщиной 1мм:
В принципе, с самой тонкой спиралью из одного слоя офиски и 0.5мм ширины укладываюсь в запланированный период колебаний
Ещё в процессе "испытаний" сломалась основная пружина  Т.к. она должна быть и упругой и гибкой одновременно (в идеале стальной), я ее делаю из нескольких слоёв бумаги склеенных суперклеем, после чего она становится ближе к пластмассе по характеристикам, и собственно при сильном скручиванни переломилась. Пришлось переделать весь барабан с новой пружиной, т.к. эта деталь у меня неразборная, но тут на больших шестернях хотя бы получилось заюзать лазерную резку:
В новой версии барабана я еще увеличил диаметр внутреннего шкива на который приклеена пружина в центре, чтобы минимальный радиус закругления пружины при полном заводе был побольше, а вероятность переломов соответственно - поменьше. Но не расчитал с уменьшением общей длины пружины, теперь ей там маловато места, и можно только на один оборот завести барабан. Чувствую придется еще раз наверное переделывать (
А это так, случайно заметил как запчасти занятно выглядят если положить на белом фоне с тенями ) :
Коллекция моих моделей
Сообщение отредактировал nothings - Четверг, 20.06.2024, 06:52 |
| |
|
|
