Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_12270
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_394751.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=394751&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB394751A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Convention Dote (США): февраль. 13, 1931.
394J751 Приложение Dote (в Соединенном Королевстве): февраль. 12,1932. № 4284/32.
Завершено: 6 июля 1933 г.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в синхронных электрических устройствах для поддержания времени.
Мы, компания HAMMOND CLOCE, должным образом зарегистрированная в соответствии с законами штата
Делавэр, Соединенные Штаты Америки, по адресу: 2911, North Western Avenue, Chicago, Illinois, United States
of America, настоящим заявляем, что характер данного изобретения и способ его осуществления будут
подробно описаны и определены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится в целом к устройствам для измерения времени и, в частности, к механическим
средствам регулирования скорости, особенно применимым в сочетании с синхронными электрическими
часами, работающими от источника переменного тока в такт его частоте.
Такие синхронные электрические часы получили широкое распространение благодаря своей простоте,
долговечности, бесшумной работе и высокой точности. Эти часы, как правило, представляют собой обычную
часовую передачу, приводимую в движение синхронным двигателем, и, в том виде, в котором они
представлены на рынке в настоящее время, имеют существенный недостаток: они останавливаются при
прекращении подачи переменного тока. Было предложено несколько способов преодоления этого недостатка,
но они не получили широкого распространения из-за своей коммерческой нецелесообразности, несмотря на
то, что спрос на часы, которые не остановятся при прерывании подачи тока, очень велик. В некоторых
населенных пунктах перебои в электроснабжении происходят часто из-за гроз, остановок электростанций и
обрывов линий электропередачи, необходимых для ремонта и модернизации.
Даже в населенных пунктах, где подача электроэнергии потребителю прерывается крайне редко, подача
электроэнергии к индивидуальным часам часто прерывается из-за случайного отсоединения вилки от розетки,
через которую часы получают ток, перегорания предохранителя потребителя и преднамеренного отключения,
вызванного изменением местоположения часов в помещении владельца.
В одной из известных нам попыток преодолеть недостаток, заключающийся в остановке часов при
прерывании подачи тока, было предложено добавить к часам с самозапускающимся синхронным двигателем
[PTice 11-] полный пружинный часовой механизм, который служил в качестве резервного механизма для
привода стрелок часов при прерывании тока, при этом были предусмотрены соответствующие муфты и
стопорные устройства, позволяющие запускать часы с помощью резервного механизма при прерывании
подачи тока на синхронный двигатель. Предложенное решение проблемы сопряжено с трудностями в
производстве, значительно увеличивает стоимость часов и не является полностью успешным в эксплуатации,
поскольку при каждом переключении с синхронного двигателя на пружинный двигатель «теряется»
определенное количество времени. А0. Еще одно предложенное решение включало в себя использование
синхронного двигателя и пружинного двигателя, соединенных через дифференциальную передачу со
стрелками часов, при этом пружинный двигатель удерживался в неподвижном состоянии, пока работал
синхронный двигатель, и наоборот.
Предложенное решение имело те же недостатки, что и перечисленные выше, за исключением того, что
вместо «потери» времени часы 80 спешали. Причиной такой экономии времени было то, что для остановки
одного из механизмов и запуска другого всегда требовалось определенное время, и, следовательно,
существовало определенное перекрытие 85, в течение которого работали оба механизма, что позволяло
дифференциально подвижному элементу дифференциального механизма двигаться с удвоенной скоростью в
течение этого интервала. 901 В часах, описанных в данном изобретении, отсутствует вспомогательный
часовой механизм.
Как правило, часы состоят из индукционного механизма.
Двигатель с редуктором предназначен для завода спиральной часовой пружины, приводная сторона которой
соединена с синхронным электрическим тормозом (то есть, механизмом поглощения энергии, скорость
которого поддерживается синхронно с изменениями потенциала источника электрического тока), который
заменяет спусковой механизм обычных часов и предотвращает разматывание пружины со скоростью,
превышающей заданную. Вращающаяся часть синхронного электрического тормоза также соединена с
центробежным механическим механизмом регулирования скорости, храповым механизмом,
предотвращающим разматывание пружины и вращение асинхронного двигателя в обратном направлении при
прерывании подачи тока. Поскольку синхронный электрический тормоз неэффективен для регулирования
скорости вращения во время прерывания тока, центробежный регулирующий механизм сконструирован таким
образом, что он всегда способен взять на себя функцию регулирования скорости.
Следует понимать, что электростанции, предоставляющие так называемые услуги по расписанию, регулируют
частоту подаваемого тока таким образом, чтобы средняя частота в течение любого длительного периода
времени всегда точно равнялась номинальной частоте. Например, на электростанции, подающей ток с
номинальной частотой 60 циклов в секунду, частота может варьироваться от 0,57 до 6,3 циклов в секунду. На
крупной, хорошо регулируемой станции диапазон колебаний часто может быть уменьшен до 0,59,8–60,2
циклов в секунду. Иногда, особенно на небольших электростанциях, частота может постепенно падать до
очень низкого значения из-за внезапного добавления большой нагрузки на генератор, или, фактически,
частота может постепенно упасть с 60 до 0, если генератор замедляется из-за аварии или ремонта.
При использовании механического регулятора скорости в синхронных электрических часах или аналогичном
устройстве крайне важно, чтобы он не влиял на работу часов при таких нормальных колебаниях частоты
питающего тока, поскольку обычно компенсация таких колебаний производится путем увеличения или
уменьшения скорости генератора выше или ниже номинальной частоты на достаточный период времени,
чтобы вернуть среднюю частоту к номинальной. Дополнительное требование к механическому механизму
регулирования скорости, используемому для управления скоростью часов или аналогичного устройства во
время перебоев в подаче тока, особенно при использовании в связи с часами, которые не являются
самозапускающимися, заключается в том, что механический регулятор должен поддерживать скорость
настолько близкой к номинальной частоте, чтобы при возобновлении подачи тока синхронный двигатель
снова перешел в синхронный режим, или чтобы скорость работы периодически изменялась между частотами
выше и ниже номинальной частоты, так что через регулярные интервалы времени часы будут работать точно
на синхронной скорости и будут иметь возможность перейти в синхронный режим при возобновлении подачи
тока.
Механизм регулирования механической скорости, описанный в данном изобретении, работает на последнем
принципе, а именно, позволяет часам попеременно ускоряться и замедляться в пределах определенных
значений выше и ниже номинальной скорости.
Помимо указанных выше целей, дальнейшими целями данного изобретения являются создание
электрических синхронных часов, которые (1) будут работать с постоянной средней скоростью в течение
периодов действия тока.
прерывание; (2) не требует ручной перемотки; (3) использует синхронный электрический тормоз для
регулирования скорости работы при подаче тока; (4) имеет центробежный непрерывно вращающийся
механический механизм, автоматически точно управляемый для поддержания скорости работы часов на
заданной средней скорости в периоды прерывания тока; (5) имеет средства, являющиеся частью
центробежного механизма, которые предотвращают вибрацию и колебания центробежного элемента:
(6) центробежный механизм имеет средства для быстрого замедления, когда последний достигает заданной
максимальной скорости; (a имеет пружину для вращения синхронного тормоза и центробежного механизма;
(8) имеет средства для компенсации изменений приводной мощности спиральной пружины; (9) имеет
средства для обеспечения практически мгновенного замедления центробежного механизма и
предотвращения частичного замедления указанного механизма; (10) имеет средства для регулировки
центробежного механизма для изменения его максимальной скорости Ji5; (11) имеет упруго закрепленный
центробежный груз, который удерживается неподвижно относительно вращающейся опоры во время
нормальной работы; (10) (12) имеет усовершенствованные средства для фрикционного и упругого соединения
центробежного механизма с его опорным валом; (13) позволяет изменять скорость работы часов в
синхронизме с источником тока переменной частоты без влияния на центробежный механизм управления;
(14) имеет средства для облегчения перезапуска часов при возобновлении подачи тока i20; и (15) имеет
средства для предотвращения перезапуска часов при возобновлении подачи тока после того, как пружина
пружинного двигателя разрядилась. i25 Еще одна цель — обеспечить улучшенные механические средства
регулирования скорости.
Еще одна цель — обеспечить улучшенное центробежное регулирование скорости 130 391, с 1. Рис. 4 —
центральный вертикальный разрез, выполненный по линии 4-d на рис. 3; рис. 5 — фрагментарный
центральный вертикальный разрез центробежного регулятора, показывающий средства для его соединения с
валом ротора; рис. 5a — увеличенный вид, взятый справа от рис. 5 и иллюстрирующий различные
относительные положения пружины и вала; 75 рис. 6 — развернутый разрез, показывающий, в частности,
зубчатые передачи; рис. 7 — схематическое изображение рабочего механизма; рис. 8 — вид сзади на
центробежный механизм регулирования; рис. Рис. 9 представляет собой увеличенный фрагментарный вид
части центробежного механизма управления, показанного на рис. 8; рис. 9 — вертикальный разрез,
выполненный по линии 9-9 на рис. 8; рис. 10 — вид сзади модифицированной формы центробежного
механизма управления; рис. 11 — его разрез, выполненный по линии 11-11 на рис. 10; рис. 12, 13 и 14
показывают различные формы статорных пластин; и рис. 15 — график, показывающий скоростные
характеристики часов, в которых используется наше изобретение.
ОБЩИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ.
Для того чтобы подробное описание часов было более понятным, сначала будут представлены общие
особенности конструкции 100 и схема работы.
Часы состоят из трех в целом одинаковых рамочных пластин 20, 22 и 24. Шпильки 26, 28, 30 соединяют
пластины 20 и 22, а 105 шпилек 32, 34 и 36 соединяют пластины 22 и 24.
Часы, разумеется, установлены в подходящем корпусе (не показан на фото) и имеют циферблат 38, часовую
стрелку 40, минутную стрелку 42 и секундную стрелку 44. 110 Обращаясь к схеме на рис. 7, часы включают в
себя асинхронный двигатель с асинхронным ротором 64, который посредством зубчатой передачи 76, 86, 90,
92, 98, 100, 104, 106 и 112 вращает пружинный барабан 114. Пружина 115, 118, внешний конец которой
закреплен на барабане 114, имеет внутренний конец, закрепленный на валу 116, и через зубчатую передачу
120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136 и 138 приводит в движение вал 74. Ротор 70 с 120 зубьями образует
синхронный электрический тормоз в сочетании с зубчатыми полюсами, входящими в состав
соответствующего магнитного поля, и жестко закреплен на валу 74. К валу 125 74 также прикреплен
механический механизм регулирования скорости, показанный на фиг. 7 и включающий груз 372, упруго
соединенный с рамой 352, установленной на валу 74. Защелка 178 взаимодействует с храповым механизмом
13C, который приводит к тому, что вращающаяся часть попеременно ускоряется и замедляется в пределах
заданных максимальных и минимальных значений, поддерживая тем самым заданную среднюю скорость
вращения.
Ещё одной целью является обеспечение средств для быстрого замедления механизма регулирования
центробежной скорости от заданной максимальной скорости до заданной минимальной скорости.
Ещё одной целью является создание синхронных электрических часов, которые будут работать во время
перебоев в подаче тока, будут просты по конструкции и эксплуатации, а также могут быть экономично
изготовлены.
Для достижения вышеупомянутых целей, согласно настоящему изобретению, мы предлагаем устройство для
измерения времени, включающее механизм для использования функции измерения времени, средства для
привода указанного механизма, средства регулирования частоты переменного тока для ограничения скорости
работы указанного механизма, и механические средства регулирования скорости, соединенные с указанным
механизмом, причем указанные средства регулирования частоты переменного тока и механические средства
регулирования скорости вращаются одновременно с одинаковой приблизительной скоростью в течение
времени подачи тока и в периоды перерывов в подаче тока.
Предпочтительно, устройство для измерения времени включает в себя комбинацию двигателя, синхронного
электрического тормоза и механического регулятора скорости, причем последние два соединены таким
образом, чтобы непрерывно приводиться в движение указанным двигателем и быть приспособлены для
регулирования его рабочей скорости.
В одном из конструктивных вариантов устройство для отсчета времени включает вал, на котором жестко
закреплен ротор синхронного электрического тормоза, центробежный регулятор, вращательно установленный
на этом валу, и фрикционное и упругое приводное соединение между регулятором и валом. Скорость
вращения указанного вала удобно регулируется с помощью средств, включающих груз, упруго закрепленный
эксцентрично относительно указанного вала и ограниченный вращением вместе с ним, причем указанный груз
приспособлен для перемещения наружу от оси вала под действием центробежной силы, а также
предусмотрены подвижные средства приема импульсов, препятствующие вращательному движению
указанного груза, когда последний перемещается на заданное расстояние от оси указанного вала.
Другие конструктивные особенности изобретения описаны в последующем описании.
Рис. 1 — вид часов сбоку, часть циферблата отколота; рис. 2 — вид сверху; рис. 3 — вид часов сзади; 3 9A,1, l
колесо 176 для предотвращения вращения по часовой стрелке (рис. 4). Стрелки часов приводятся в движение
от зубчатой передачи, соединяющей ротор 70 синхронного тормоза и вал 116.
В процессе работы индукционный ротор 64, если ему ничто не мешает, будет вращаться со скоростью, в
несколько раз превышающей скорость вращения ротора -0 синхронного тормоза, и, таким образом, он сможет
эффективно наматывать пружину 118 и поддерживать ее в намотанном состоянии. Когда пружина таким
образом заводится, усилие передается на вал 116 и, следовательно, через зубчатую передачу 1 к
синхронному тормозу.
j5 Предполагая, что синхронный тормоз приведен в движение на синхронной скорости (что осуществляется
вручную), индукционный ротор будет, посредством двух зубчатых передач и пружины 118, продолжать
вращать синхронный тормоз, а также центробежный механизм, упруго соединенный с валом 74 и
вращающийся вместе с ним.
При прерывании подачи тока 2а пружина 118, разумеется, будет стремиться повернуть вал 116 в направлении
стрелки, то есть против часовой стрелки (рис.
7) и пружинный барабан 114 в противоположном направлении, то есть по часовой стрелке (рис. 7). Однако
такое движение пружинного барабана 114 будет быстро остановлено собачкой 178, так что вся оставшаяся
энергия, накопленная в пружине 118, будет рассеяна за счет привода зубчатой передачи Z6, показанной
справа на рис. 7, и вала 74 и всех вращающихся вместе с ним частей. В периоды перебоев в подаче тока
синхронный тормоз, разумеется, неэффективен для регулирования скорости вращения вала 74. Однако в этот
период центробежный механизм выполняет эту функцию: собачка 178 останавливает вращение храпового
колеса 176 по часовой стрелке (рис. 7), так что пружина 118 эффективно вращает вал 116 и через
соединительную зубчатую передачу вращает вал 74.
Как будет показано далее, центробежный механизм, включающий раму 3.52 и установленный на ней упругий
груз 372, регулирует скорость вращения вала 74 и выполняет все функции балансировочного колеса или
маятникового спускового механизма, а также ряд дополнительных функций:
ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И ТЕКУЩИЙ МЕХАНИЗМ. Катушка 50, предназначенная для подключения к
соответствующему источнику переменного тока через проводники 52 и вилку 54, намотана на выступающие
внутрь концы пластин 53, 55, 56, 58, 57 и 59 (рис. 3, 4, 12, 13 и 14), которые скреплены друг с другом
стержнями 60 и болтами 62, 63 к рамочной пластине 22. Пластины 56 и 58 имеют в основном Е-образную
форму, концы двух нижних горизонтальных частей этих пластин сформированы таким образом, чтобы
образовывать полюса возбуждения для твердого стального ротора 64 асинхронного двигателя, причем пара
этих полюсов, диаметр которых противоположен 70, экранирована множеством медных колец 66, прижатых к
ним. Ротор асинхронного двигателя может быть изготовлен из индукционных стержней или представлять
собой диск из холоднокатаной стали, но предпочтительнее использовать диск из закаленной стали из-за
большего крутящего момента, который он способен развивать. Термин «индукционный двигатель»
используется в описании и в формуле изобретения для того, чтобы отличить двигатель, включающий ротор 64
и пластины возбуждения 56, 58, от пружинного двигателя, и этот термин следует толковать широко, чтобы
определить любой самозапускающийся двигатель, способный развивать крутящий момент 85 в широком
диапазоне скоростей.
Ламинированные пластины незатененных опор предпочтительно закрепляются от вибрации болтами или
заклепками 68. Пластины 57, 59, которых имеется несколько пар, имеют диаметрально противоположные
выступающие внутрь части 571 и 591, которые образуют полюса для ротора 70 синхронного тормоза.
Эти полюса имеют зубья, совпадающие с зубьями, образованными на роторе 7 0, как показано на рис. 7 и
пунктирными линиями на рис. 3. Между пластинами 56, 58 и 57, 59 расположены несколько пар ламинатов 53,
55, образующих для них разделители. 100 (Ротор 70 может быть цельным или состоять из двух или более
одинаковых пластин, закрепленных на ступице 72, которая жестко закреплена на валу 74.) Ротор 64
асинхронного двигателя прижат к шестерне 76, которая свободно вращается на валу 74. Вал 74 установлен с
возможностью вращения в соответствующих подшипниках, выполненных в пластинах 78, 80, закрепленных на
рамной пластине 24, и подшипниковых пластинах 82', 84, закрепленных на рамной пластине 22. Эти опорные
пластины изготовлены из продукта конденсации фенола или подобного материала.
Зубчатые передачи TiH и пружинный двигатель.
Как лучше всего показано на фиг. 4, 6 и 7, шестерня 76 (15 зубьев) находится в зацеплении с зубчатым
колесом 86, которое закреплено на втулке 87 и свободно вращается на валу 88, к которому прикреплена
шестерня. Шестерня 90 соединена с зубчатым колесом 92, закрепленным на втулке 94, которая вращается на
валу 96. На противоположном конце втулки 94 закреплена шестерня 98, которая входит в зацепление с
зубчатым колесом 10', жестко закрепленным на валу 102. Шестерня 100 несет в себе зубчатое колесо 104,
которое зацепляется с шестерней 106, причем последняя свободно вращается на валу 108 и несет зубчатое
колесо 110. Шестерня зацепляется с зубчатым колесом 112, сформированным на пружинном барабане 114,
который установлен на 13(1 394:,751 минуте, и поэтому секундная стрелка 44 может быть закреплена на конце
этого вала. На валу 108 закреплена шестерня 140, которая входит в зацепление с зубчатым колесом 142,
вращательно установленным на валу 144. 70 Шестерня 142 жестко соединена с зубчатым колесом 146,
которое входит в зацепление с шестерней 148, вращательно установленной на валу 108. Последняя
шестерня жестко соединена со втулкой, окружающей вал 108, и на ее конце закреплена минутная стрелка 42.
Шестерня 148 вращается за счет трения с валом 108 благодаря пружине 149, сжатой между шестерней 140 и
боковой стороной шестерни 148. Шестерня 152 80, закрепленная на зубчатом колесе 148, входит в
зацепление с зубчатым колесом 154, закрепленным на валу 144. К шестерне 1-5 прикреплена шестерня 156,
выступающая наружу через раму 20, при этом шестерня 156 входит в зацепление с шестерней 85 158,
закрепленной на втулке часовой стрелки 160.
Таким образом, будет казаться, что время на часах определяется вращением вала 108.
Стрелки часов можно установить в положение 90 обычным способом, вращая гайку-барашек 162,
закрепленную на штоке 164, который вращательно установлен в пластинах корпуса часов и имеет
прикрепленную к нему шестерню 166, зацепляющуюся с шестерней 154. 9$ A. Рифленый пусковой упор 168
закреплен на валу 170, который установлен для вращения и осевого перемещения в пластинах рамы 22 и 24 и
несет шестерню 172, предназначенную для зацепления с шестерней 132 при нажатии упора 168 внутрь.
Пружина 174 обычно удерживает шестерню 172 в разъединенном состоянии от зубчатого колеса 132. Этот
контакт для большого пальца используется только для запуска часов, как это будет показано далее (io0).
Барабан 114 пружинного двигателя имеет закрепленное на нем или выполненное в его составной части
храповое колесо 176. Подпружиненная собачка 178 входит в зацепление с зубьями храпового колеса 176,
предотвращая его вращение по часовой стрелке (рис. 7). При желании подпружиненную собачку 178 можно
заменить так называемой «бесшумной собачкой». 115 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ТОРМОЗНОЙ МЕХАНИЗМ.
Центробежный тормозной механизм, показанный на фиг. 4, 5, 7, 8 и 9, включает в себя ступицу 354, которая
свободно вращается на валу 74 и жестко закреплена в 120.
кадр 352. Рама 352 предпочтительно изготовлена из легкого металла, такого как алюминий, и включает в себя
рычаги 356 и 358, соединенные на концах поперечной перекладиной 360, а также рычаги 362 и 364,
соединенные на концах дугообразным сечением 366. Конец рычага 356 изогнут наружу, образуя выступ 368. У
листовой рессоры 370 один конец приклепан к выступу 368, а на противоположном конце закреплен
небольшой грузик 372 130 для свободного вращения на валу рессоры 116. Спиральная часовая пружина 118
имеет свой внешний конец, закрепленный на пружинном барабане, а внутренний конец — на валу 116.
Таким образом, описанная выше зубчатая передача предназначена для передачи мощности от индукционного
ротора 64 к пружинному барабану для намотки пружины, или, точнее, в нормальном режиме работы, для
поддержания намотанного состояния. Аналогичная зубчатая передача используется для передачи мощности
пружины на синхронный тормоз. Данная зубчатая передача включает в себя шестерню 120, закрепленную на
валу 116 и зацепляющуюся с зубчатым колесом 122, закрепленным на валу 108. Шестерня 122 жестко
соединена с зубчатым колесом 124, которое зацепляется с шестерней 126 и свободно вращается на валу 102.
Шестерня 128 закреплена на шестерне 126 и входит в зацепление с шестерней 130, которая закреплена на
валу 96. На противоположном конце вала 96 закреплена шестерня 13'2, которая входит в зацепление с
зубчатым колесом 134, закрепленным на валу 88. Шестерня 136, жестко соединенная с шестерней 134,
приводит в движение шестерню 138, закрепленную на валу 74. Как уже говорилось ранее, ротор 70 жестко
закреплен на валу 74.
Таким образом, описанная последняя зубчатая передача предназначена для передачи энергии вращения
пружины 118 на роторный узел синхронного тормоза. Ротор 640 асинхронного двигателя и ротор 70
синхронного тормоза вращаются в одном направлении, и следует отметить, что соответствующие шестерни
двух передач в каждом случае установлены на одной оси, и поскольку передаточные числа идентичны,
каждая шестерня, вращающаяся на валу, во время нормальной работы часов будет вращаться в том же
направлении и практически с той же скоростью, что и вал, на котором она установлена. Таким образом, износ
подшипников шестерен и зубчатых колес, вращающихся на валах, будет крайне незначительным, поскольку
единственными подшипниками, постоянно подвергающимися износу, будут подшипники вращающихся валов.
Благодаря такой конструкции зубчатой передачи мы фактически исключили половину подшипников, которые в
противном случае были бы необходимы.
Благодаря усовершенствованным подшипникам, установленным на концах валов, износ подшипников
значительно снизился, а часовой механизм стал более долговечным. Следует понимать, что шестерни,
установленные на валу с возможностью вращения, совершают заметное вращение относительно вала только
в периоды прерывания тока, когда зубчатая передача между ротором 64 асинхронного двигателя и
пружинным барабаном 114 неподвижна, и после прерывания тока, когда пружина перематывается.
Передаточное отношение таково, что вал 108 будет вращаться со скоростью один оборот на каждые 394 751
оборот.
Регулировочный винт 374 свободно проходит через соответствующее отверстие в пружине 370 и
ввинчивается в выступ 376, выступающий наружу со стороны поперечной планки 360. Головка винта обычно
удерживает пружину в положении, показанном на рис. 8, при этом груз 3722 упруго прижимается к упорному
выступу 378, который изогнут наружу на конце рычага 358. Внешнее перемещение груза 372 под действием
центробежной силы ограничивается упором 380, изогнутым наружу от поперечной планки 360 и
взаимодействующим с пружиной 370, расположенной рядом с грузом 372.
Рама защищена от вращения относительно вала 74 на величину, превышающую определенный предел, с
помощью проволочной пружины 382.
Эта пружина проходит через соответствующее отверстие, образованное в выступе 384, выступающем из
рычага 356, через относительно большое отверстие 386, образованное в валу 74, и имеет другой конец,
расположенный в фигурной выемке 388, образованной в выступе 390, выступающем из рычага 362. Пружина
удерживается от продольного перемещения выступом 368 и выступом 392, выступающим из рычага 362.
Пружина изогнута таким образом, что обычно она тянет раму 352 вправо (рис. 4 и 5), так что ступица 354
прижимается к шайбе 394, установленной на валу 74. Шайба 394 предпочтительно изготавливается из
продукта конденсации фенола или аналогичного вещества.
Следует отметить, что отверстие 386 в валу 74 имеет значительно больший диаметр, чем отверстие
пружинной проволоки 382, так что последняя, а следовательно, и рама 352, может поворачиваться на
ограниченный угол 40° относительно вала 74, как показано на рис. 5а. Разумеется, рама 352 может
перемещаться на несколько больший угол относительно вала 74, чем пружинная проволока 82, поскольку
последняя будет слегка изгибаться, чтобы предотвратить такое дополнительное перемещение рамы. Таким
образом, пружина 382 служит средством для создания определенного трения между рамой 352 и валом 74, а
также обеспечивает упругое приводное соединение между валом и рамой. Рама статически и динамически
сбалансирована для вращения с нормальной скоростью; для этой цели предусмотрен соответствующий
противовес 396, закрепленный на дугообразном участке 366.
Следует отметить, что пружина 370 немного выступает за пределы веса 372. Это конечное положение
пружины, когда рама 352 вращается со скоростью, превышающей ее нормальную синхронную скорость,
обеспечивает ее контакт с рычагом 398, который закреплен на втулке 400, установленной на конце вала 402.
Вал 402 установлен с возможностью вращения в пластинах рамы 22 и 24, но может вращаться против часовой
стрелки (рис. 8) с помощью торсионной пружины 404, один конец которой закреплен на валу, а другой — на
раме 22, при этом пружина удерживает рычаг 398 у соответствующего упора 406, установленного на пластине
рамы 24. Рычаг 398 закален, а его конец заточен, как показано на рис. 8а. Желательно, чтобы этот край был
очень острым и твердым, чтобы, если конец 3'7:3 пружины 37 Q вращается по траектории, направленной на
удар по наконечнику 408 рычага 398, наконечник 408 был бы зацеплен концом 373, тем самым перемещая
рычаг 398 вместо того, чтобы наносить по нему скользящий удар.
715 ПРИНЦИП РАБОТЫ Предполагая, что штекер 54 подключен к источнику переменного тока регулируемой
частоты, работа часов 85 осуществляется следующим образом: Как только установлено соединение с
источником, ротор 64 асинхронного двигателя, благодаря вращающемуся полю, образованному
экранированными полюсами пластин 56, 58, начинает вращаться, и через зубчатую передачу между ним и
пружинным барабаном 114 начинает наматывать пружину 118. Ротор 70 синхронного тормоза будет
удерживаться в неподвижном состоянии магнитным потоком, поскольку его поле не вращается, а, наоборот,
его полюсные наконечники имеют зубья, которые совпадают с зубьями ротора и притягивают их. Даже в
полностью затянутом состоянии пружина недостаточно сильна, чтобы на 100% вывести ротор 70 синхронного
тормоза из его магнитно «заблокированного» положения. Таким образом, если синхронный тормоз не будет
выведен из заблокированного положения, асинхронный ротор 64 будет продолжать работать до тех пор, пока
пружина 118 не будет полностью заведена.
После подключения штекера 54 к подходящей розетке пользователю необходимо нажать и повернуть
накладку 168 110 по часовой стрелке. Когда рычаг нажимается, шестерня 172, соединенная с его штоком 170,
входит в зацепление с зубчатым колесом 132, так что при ручном вращении рычага вал 74 и все соединенные
с ним детали вращаются, при этом ротор 70 синхронного тормоза принудительно выводится из своего
магнитно заблокированного положения. Как только ротор начинает вращаться с какой-либо значительной
скоростью, полюса синхронного тормоза не оказывают сильного магнитного притяжения. Это состояние
сохраняется до тех пор, пока ротор не достигнет синхронной скорости. Ручное вращение вала 74 со
скоростью, значительно превышающей синхронную, затруднено зацеплением 125 конца 373 утяжеленной
пружины 370 с рычагом 398, поскольку при скоростях, существенно превышающих синхронную, центробежная
сила, действующая на груз 372, будет достаточной, чтобы перекрутить пружину до такой степени, что
крутящий момент от пружины, стремящийся повернуть ротор 64 в обратном направлении, будет точно равен
крутящему моменту, развиваемому ротором 64 при вращении с той же скоростью, что и ротор 70.
Пока часы работают, центробежный импульсный механизм будет работать вхолостую, при этом груз 372
удерживается у упора 378 листовой пружиной 370. 75 На рис. 15 представлена диаграмма зависимости
скорости от времени (угловая скорость определяется по вертикальной линии, а время — по горизонтальной),
на которой кривая от A до 80 B представляет скорость работы часов в нормальном режиме при активном
синхронном тормозе. Предполагая, что номинальная частота источника тока составляет 60 циклов в секунду,
скорость вращения вала 74 часов будет незначительно изменяться выше и ниже своей синхронной скорости
для номинальной частоты в соответствии с незначительными колебаниями частоты источника тока 90. (Для
удобства угловая скорость вала 74 в дальнейшем будет выражаться в единицах такого значения, чтобы ее
числовое значение совпадало с частотой тока, которая, благодаря управлению синхронным тормозом,
заставляла бы его вращаться с такой скоростью — например, когда частота тока, подаваемого на синхронный
тормоз, составляет 60 циклов в секунду, вал 74 будет иметь угловую скорость, или скорость вращения,
равную 60.)
Хотя частота тока, подаваемого хорошо регулируемыми электростанциями, редко изменяется более чем на
1% выше или ниже номинальной частоты, случайное внезапное включение больших нагрузок или поломка
одного из генераторов на станции могут привести к значительному падению частоты ниже нормы, как
показано падением в точке С на диаграмме на рис. 15. Однако такое падение частоты не повлияет на
центробежный регулятор, и, если ток не будет прерван, регулятор не будет препятствовать последующей
работе на сверхсинхронной скорости, необходимой для «восстановления времени, потерянного» в результате
падения частоты. Хотя частота может иногда значительно опускаться ниже номинальной, она редко, если
вообще когда-либо, значительно превышает номинальную частоту 120 Гц, поскольку скорость вращения
генераторов, значительно превышающая нормальную, может легко привести к повреждению первичных
двигателей, генераторов и другого оборудования электростанции. 125 Предполагается, что генераторы
оснащены регуляторами или другими предохранительными устройствами, которые абсолютно исключают
возможность их вращения со скоростью, превышающей необходимую для того, чтобы генератор 65 циклов
130 преодолел силу пружины 370 и заставил последнюю двигаться к своему упору 380.
По мере приближения ротора к синхронной скорости его магнитное поле оказывает на него мощный крутящий
момент, но если зубья ротора не находятся в точной фазе с переменным током, он будет стремиться пройти
через синхронизм. Однако, если зубья ротора находятся в точном фазовом соответствии с jO переменным
током в момент, когда ротор вращается с синхронной скоростью, то он продолжит работать в синхронизме.
Если не будут предусмотрены средства для рассеивания энергии в момент достижения ротором 70
синхронной скорости, существует вероятность того, что ротор не "войдет в синхронный режим". Теория и
принципы о! Принцип работы ротора относительно его синхронизации в основном аналогичен принципу
работы аналогичного ротора синхронного двигателя, например, такого, как описано в нашей британской
спецификации № 355730. В данной конструкции рама 352 и все ее детали образуют инерционный элемент и
соответствуют инерционной шайбе, описанной в указанной спецификации.
Следует отметить, что рама 352 соединена с валом 74 посредством трения, обычно вращающимся вместе с
ним, за счет трения между втулкой 354 и фрикционной шайбой 394, вызванного изогнутой пружиной 382.
Трение между этими частями должно быть значительным, но достаточно малым, чтобы допускать
относительное движение между ними, когда ротор приходит в синхронное движение. Пружина 382 имеет
достаточный люфт в отверстии 386 и достаточно податлива, чтобы не оказывать существенного влияния на
функциональность рамы 352 и установленных на ней деталей в качестве инерционного средства,
обеспечивающего синхронизацию ротора 70 синхронного тормоза, но, конечно, вызывает вращение рамы 352
и связанных с ней деталей вместе с валом 74, за исключением таких незначительных относительных
перемещений, которые желательны для обеспечения быстрой синхронизации ротора синхронного тормоза и
предотвращения его колебаний.
- o Доведя ротор синхронного тормоза 70 до синхронной скорости, он продолжит приводиться в движение
пружиной 118 и будет действовать как почти идеальный регулятор, управляющий скоростью разматывания
пружины в синхронизме с частотой 6f переменного тока. Ротор 64 представляет собой асинхронный двигатель
с регулируемой скоростью вращения. Однако он способен работать со скоростью, в несколько раз
превышающей синхронную скорость ротора 70, так что даже если ротор запускается практически
одновременно с подключением часов к источнику переменного тока, он в течение короткого времени
полностью намотает пружину 118, или 1394,77D1 394,7751 тока. В таких условиях, которые в основном
являются обычно встречающимися, желательно предусмотреть механическое средство регулирования
скорости часов, которое не мешало бы нормальной работе часов под управлением синхронного тормоза в
диапазоне от 0 до 6,5 циклов, но которое при прерывании тока 0 точно регулировало бы скорость вала 74 так,
чтобы его средняя скорость составляла 60.
Разумеется, желательно добиться этого без использования сложных электромагнитных тормозов, сцеплений
и т. д., поскольку подобные сложности в аппарате приводят к неточностям и неопределенностям в работе.
Описанный ранее центробежный импульсный регулятор обладает следующими желаемыми
характеристиками.
2
) Центробежный импульсный регулятор работает по принципу, согласно которому тело, начинающее
движение с заданной минимальной скоростью, ускоряющееся с постоянной скоростью до заранее
определенной максимальной скорости и замедляющееся с постоянной скоростью до указанной минимальной
скорости, будет иметь среднюю скорость, равную среднему значению между максимальной и минимальной
скоростями, независимо от скорости ускорения и замедления.
Обращаясь к диаграмме на рис. 1.5, средняя угловая скорость T вала 74 будет поддерживаться на уровне 60°
при вращении, как показано пунктирной линией BD, даже несмотря на то, что скорости ускорения для
отдельных циклов ускорения и замедления могут различаться.
Таким образом, средняя угловая скорость в течение цикла EFGIE[ будет такой же, как и в течение цикла IJKL,
хотя, как очевидно, темпы ускорения в этих двух циклах работы значительно различаются.
При прерывании подачи топлива к синхронному двигателю! «В этом случае главная пружина 118 будет
передавать свою мощность через зубчатую передачу на вал 74 и, поскольку пружина способна создавать
крутящий момент, превышающий противодействующий крутящий момент, обусловленный трением в зубчатой
передаче, будет ускорять вал 74 и все детали, функционально связанные с ним.» Предполагая, что ток был
прерван в точке B (рис. 15), вал будет ускоряться до тех пор, пока не достигнет скорости 65°, представленной
точкой M (рис. 15).
Когда рама 352 достигает максимальной скорости 65, пружина 370 изгибается наружу до положения,
обозначенного пунктирной линией (рис. 8), под действием центробежной силы, действующей на груз 372, а ее
конец 373 вращается по траектории, обозначенной пунктирным кругом 375. При движении по этой траектории
конечность будет ударяться о крайний край рычага 398. Этот подпружиненный рычаг и соединенные с ним
части обладают достаточной инерцией и достаточным натяжением пружины 404, так что при ударе по рычагу
концом пружины 370 кинетическая энергия будет передаваться от пружины 370 (и связанных с ней частей) к
рычагу 398 (и связанным с ним частям) в количестве, точно равном тому, которое необходимо для снижения
скорости вращения вала до 0,50, минимальной скорости. Передача энергии происходит практически
мгновенно в момент удара, аналогично тому, как это происходит, когда бильярдный шар ударяется о другой
шар, расположенный точно на одной линии с его центром тяжести.
Таким образом, пружина 404 действует главным образом как средство для приема кинетической энергии 80 от
рычага 398 и его вала 400 и, после удара, для возвращения этих частей в нормальное положение, при
котором рычаг 398 упирается в упор 406, прежде чем вал 74 совершит полный оборот.
Рычаг 398 имеет такую форму и так расположен относительно траектории вращения конца 373 пружины 370,
что практически невозможно, чтобы последний 90 нанес первый скользящий «удар». Если указанный конец
соприкасается только с крайним кромкой рычага 398, то результирующие силы таковы, что пружина будет
изгибаться наружу (от оси вала 95 74) и, таким образом, перемещаться в положение, где она будет
соприкасаться с рычагом 398, расположенным дальше от его торцевой кромки. Таким образом, конечность
373 либо точно попадает в руку 398, либо полностью промахивается мимо неё. 100 Когда крайняя часть 373
ударяется о рычаг 398, упор 380 ограничивает ее движение наружу, тем самым исключая возможность изгиба
пружины 370 за пределы ее предела упругости. После удара по рычагу 398 105 пружина 370 и груз 377 2
имели бы тенденцию вибрировать относительно рамы 3,52, если бы не наличие упорного выступа 378,
который действует как демпфер. Энергия, которая в противном случае вызвала бы вибрацию 110, быстро
рассеивается при ударе груза 372 о упорный выступ 378.
Таким образом, исключается возможность удара конечности 373 о рычаг 398, когда рама 3.52 не вращается с
заданной максимальной скоростью 115.
Заранее заданная максимальная скорость v (при которой будет нанесен удар по рычагу 398) может быть
изменена с очень высокой степенью точности путем регулировки винта 374, 120. Изменение максимальной
скорости, конечно же, приведет к соответствующему изменению средней скорости.
Было замечено, что по мере разматывания основной пружины 118 ее мощность 125 уменьшается, и,
соответственно, скорость, с которой она может разгонять центробежный механизм, также уменьшается, но это
никак не влияет на его регулирующие или хронометрические свойства. Поскольку 130 листовых рессор имеют
плотность 196C и, таким образом, удерживают груз 2000 наружу на небольшом расстоянии, превышающем то,
которое они заняли бы из-за центробежной силы, когда стержень, к которому они прикреплены, вращается с
нормальной синхронной скоростью 70. Таким образом, рычаги выполняют ту же функцию, что и упор 378 в
ранее описанном варианте осуществления, и служат средством рассеивания энергии для гашения
вибрационных движений грузов.75 Следует понимать, что механизм, показанный на фиг. 10 и 11,
предназначен для замены механизма, показанного на фиг. 1 и 9, и что вал 740 соответствует.
Соседние файлы в папке патенты