Деревянные часы-шестеренки: 9 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Я добавил видео часов. Я буду работать над вырезанием окон перед циферблатом часов. Я загружу фотографии и / или видео об этом, когда закончу. Я занимаюсь деревообработкой уже несколько лет. Мне нравится идея создавать вещи, которые я могу использовать. Несколько лет назад я наткнулся на часы, сделанные из дерева. Лицо, руки, рама и шестерни - все из дерева. Это действительно произвело на меня впечатление, и я запомнил это для будущего проекта. Я решил взять на себя деревянные часы в этом Руководстве и, надеюсь, поделиться тем, что я узнал, чтобы помочь другим со схожими интересами. Одной из моих целей было использовать общие инструменты, которые более широко доступны для большинства людей. При разработке я не использовал дорогостоящие станки для обработки дерева или дорогостоящие программные пакеты. Используемое программное обеспечение либо с открытым исходным кодом, либо бесплатное, а используемые машины являются одними из самых распространенных, которые есть у большинства плотников.

Шаг 1. Что вам понадобится

Вот список вещей, которые вам понадобятся для проектирования: OpenOffice Calc - для расчета передаточных чиселfree2Design - для проектирования передач - Вы, вероятно, можете использовать Blender для выполнения всего проектирования, но мои навыки работы с Blender не соответствуют скорости. Было проще нарисовать их с точными размерами в 2D-пакете и импортировать их в блендер.

Шаг 2: как это работает?

Часы, которые я разработал, представляют собой простые маятниковые часы. Они существуют с середины 1600-х годов. Он использует вес в качестве источника энергии и маятник, чтобы регулировать, насколько быстро эта энергия уходит.

Груз наматывается на одну из осей. При опускании он вращает шестерни, заставляя вращаться минутная и часовая стрелки. Если бы это был только вес и шестерни, когда груз был сброшен, шестерни вращались бы в течение нескольких секунд, и груз упал бы на пол. Это не очень практично, если вы не хотите представить, что находитесь в машине времени. Размещение груза и шнура немного критично. Вы хотите, чтобы он располагался дальше по зубчатой передаче, чтобы часы не заводились каждые 4 часа. Один или два раза в день неплохо. Чем ниже зубчатая передача, тем медленнее она раскручивается. Если его поместить на часовую стрелку, вы можете легко обойтись заводом один раз в день. Нам нужен какой-то способ позволить этой энергии медленно уйти. Вот здесь-то и появляется «Побег». От слова «побег», он позволяет энергии веса ускользать медленно, чтобы не израсходовать энергию сразу. Этот механизм выхода также создает «Tick Tock», который вы слышите от часов. Спуск состоит из спускового механизма, спускового рычага и маятника. Маятник раскачивается вперед и назад, перемещая спусковой рычаг внутрь и наружу спускового механизма, в результате чего шестерня перестает вращаться. Это позволяет распределить энергию веса в течение определенного периода времени, поэтому вы не заводите часы каждые 2 минуты.

Шаг 3: маятник

Маятники - интересный механизм. Они представляют собой гирю на конце веревки или шеста с осью на противоположном конце гири. Период маятника - это время, необходимое для перехода из одной стороны в другую и обратно. Самое интересное в маятниках заключается в том, что это время или период не зависят от веса или длины дуги, это зависит от длины маятника. Итак, если бы у вас был маятник длиной 2 фута с грузом 5 фунтов, тянущий вправо под углом 90 градусов, то на то, чтобы повернуться поперек и назад, потребовалось бы такое же количество времени, как у маятника длиной 2 фута с весом 2 фунта, тянущим на себя. вправо под углом 30 градусов. Вес на конце маятника влияет на то, сколько раз маятник будет качаться. Таким образом, маятник с гири в 5 фунтов будет качаться дольше, чем гиря в 2 фунта. Это полезно, потому что мы хотим, чтобы маятник качался. Однако вы можете набрать слишком много веса. Как мы увидим дальше, спусковой механизм помогает маятнику толкать. Если у вас слишком большой вес, у вас не будет достаточно энергии, чтобы держать его в движении.

Для наших часов мы хотим иметь период в 2 секунды. Таким образом, маятнику потребуется 1 секунда, чтобы повернуться в одну сторону. При каждом повороте спусковой механизм позволяет спусковому механизму поворачиваться по одному зубцу за раз. Если период равен 2 секундам, это в основном сделает спусковое устройство нашей секундной стрелкой, поскольку оно вращает один зуб каждую секунду. На период 2 секунды нам нужно, чтобы он имел длину 1 метр. Поскольку у нашего спускового рычага будет 2 зубца, по одному для остановки спускового механизма на каждом конце качания маятника, нашему маятнику потребуется 30 зубцов. Он будет делать один оборот каждые 60 секунд. Многие маятниковые часы имеют спусковой механизм на оси секундной стрелки. Вот что мы собираемся делать. По мере того как маятник раскачивается вперед и назад, он поворачивает спусковой рычаг в спусковом механизме и из него. Это заставляет часовые механизмы останавливаться и начинать вращаться каждую секунду. Рычаг сконструирован таким образом, что при выходе из спускового механизма шестерня слегка толкает его. Этого толчка достаточно, чтобы маятник продолжал раскачиваться.

Шаг 4: зубчатая передача

Поскольку спусковой механизм вращается каждые 60 секунд, мы можем заставить другую ось вращаться каждые 3 600 секунд. Это будет наша минутная стрелка. Затем мы можем заставить другую ось вращаться каждые 43 200 секунд (12 часов). Это будет наша часовая стрелка. Когда мы рассчитаем это, у нас будут работающие часы на бумаге.

В таблице показаны расчеты необходимых передаточных чисел. Я начал с трехосной минутной стрелки, но перешел на четырехосную, чтобы уменьшить размер шестерен. Чтобы сделать минутную стрелку, вам потребуется передаточное число 60 между осью Escapement и осью Minute Hand. Для часовой стрелки вам потребуется передаточное число 12 от минутной стрелки к часовой. В таблице показаны формула и расчеты, позволяющие получить количество зубьев для каждой шестерни. Используя электронную таблицу, я смог вставить разное количество зубьев для каждой шестерни и шестерни, чтобы попытаться получить необходимое передаточное число.

Шаг 5: проектирование шестеренок

При проектировании шестерен существует множество параметров, которые могут повлиять на размер. При расчетах я взял некоторые из стандартных значений переменных. Я использовал угол давления 20 градусов и диаметр диаметра 8. В сочетании с количеством зубьев каждой шестерни я смог рассчитать диаметр шага, диаметр корня, внешний диаметр и диаметр базовой окружности.

Теперь, когда у меня есть диаметры шестерен, я могу начать их рисовать. Я нашел инструкции по рисованию шестеренок с помощью САПР и, следуя им, нарисовал эти шестеренки. Его написал Ник Картер. Ссылка на его страницу находится на последнем шаге в разделе «Ссылки». В файле free2Design есть шестерни и шестерни со слоем, который показывает линии, нарисованные для создания зубьев. Исследуя часы, я наткнулся на часы Gary's Clocks. Он упомянул, что существует большая разница в том, что вы можете рисовать с помощью CAD, а что вы можете вырезать с помощью пилы для прокрутки. Я усвоил это на собственном горьком опыте. Перерезать пищевод между зубами немного утомительно. Чтобы ускорить процесс, я решил добавить круги между зубьями, которые нужно просверлить с помощью сверлильного станка. Это сэкономило время, пытаясь округлить впадину между зубами, но я думаю, что это вызвало некоторые проблемы с зацеплением зубов друг с другом. Наряду с шестернями находятся спусковой механизм и трещоточный механизм. Как указывалось ранее, Escapement - это механизм, который позволяет энергии уходить медленно. Это делается с помощью шестеренки, рычага и маятника. О чем еще не говорилось, так это о Ratchet. Мы сказали, что груз на веревке оборачивается вокруг оси и медленно отпускается, чтобы привести часы в движение. Нам нужен способ переустановить это или завести часы. Ratchet позволит нам это сделать. Он свободно надевается на ось одной из шестерен и прижимается к шестерне штифтом и рычагом. Когда необходимо завести часы, храповик можно повернуть против часовой стрелки, не перемещая шестеренку. Затем, когда вес снова тянет его по часовой стрелке, он цепляется за штифт, прикрепленный к шестерне, и продолжает приводить в действие часы.

Шаг 6: Обрезка шестерен

Теперь пришло время испытать сложный процесс проектирования. Нарезка шестерен. Распечатав чертежи в натуральную величину, я вырезал их и приклеил к дереву. Клей-спрей отлично работает. Я использую 3M Super77, и он довольно быстро сохнет. По крайней мере, через несколько минут после приклеивания я готов приступить к резке, не отклеиваясь.

Сначала просверливаю все дырочки. Легче обрабатывать полноразмерную доску с помощью сверлильного станка, чем пытаться зажать заготовку шестерни диаметром всего 1,5 дюйма, не раскалывая ее. Кроме того, если что-то пойдет не так, вы не потратили все это время на то, чтобы вырезать его только для того, чтобы доска раскололась. Просверлив отверстия, я вырезаю шестерни по внешнему диаметру, затем начинаю нарезать зубья.

Шаг 7: Размещение снаряжения

Я нарисовал грубые шестерни в Blender с помощью внешнего диаметра и диаметра шага, чтобы определить расположение в кадре. Это сказало мне, возникнет ли у меня столкновение между шестерней и осью, и дало мне приблизительное представление о том, где будут размещены мои оси. Создав «шаблон» для того, где просверлить отверстия, я просверлил первый, начиная с оси спуска. После того, как это было просверлено, я надвинул шестерню на ось, поместил ее в отверстие, поместил ответную шестерню на ось и удерживал ее в приблизительном месте. Затем я изменил расположение следующей шестерни, пометил ее и просверлил отверстие. Затем я повторно проверял посадку с обеими шестернями на оси, вставленной в отверстие. Если он подходил, я должен был сделать это снова на следующей передаче. Это продолжалось до тех пор, пока все отверстия не были вырезаны и шестерни не подошли.

Три оси будут проходить через раму, а три оси будут иметь глухие отверстия. Теперь у меня просверливается одна сторона рамы, но мне нужна подходящая рама. Чтобы получить зеркальное отображение отверстий, я вырезал дюбель длиной полдюйма 1/2 дюйма, чтобы вставить его в каждое отверстие. Я вбил гвоздь в центр каждого куска дюбеля и отрезал конец гвоздя. Я поместил стыковочную доску поверх гвоздей и плотно прижал ее. Это оставило углубление, в котором нужно просверлить каждый из центров отверстий. После того, как отверстия были просверлены, пришло время собрать часы.

Шаг 8: Сборка и обработка часов

Я сдвигаю шестерни на осях и вставляю их в пазы. Поместите лицевую часть на оси и закрепите ее дюбелями 1/4 дюйма. Спасательное устройство и рычаги находятся сзади с маятником. Я создал 2 квадратных стержня поперек спины, чтобы повесить его на стену. Они приподняты в сторону от на заднюю часть часов с помощью дюбелей 1/4 дюйма и оставьте место для крепления маятника.

Ну вот и фото собранных часов. Мне нужно немного отшлифовать кое-где и добавить отделку, а также цифры, но по большей части это закончено. Поскольку это были мои первые часы, я не стал слишком усложнять и оставил часовую и минутную стрелки на отдельной оси. Чтобы объединить их, как и в большинстве часов, было бы больше зубчатых колес и осей, которые скользят по одной и другой. Есть несколько вещей, которые я планирую улучшить. Во-первых, это взгляд. Я знаю, что это не самые привлекательные часы, но я был больше сосредоточен на функциональности. Одна из идей - замена лицевой панели на оргстекло. Шестерни выглядят великолепно, и я бы хотел их еще раз продемонстрировать. Еще я хотел бы улучшить свои навыки пилы для свитков. Я вырезал МНОГО шестеренок, которые попали в коробку для растопки.

Шаг 9: Заключительные мысли и ссылки

Мне всегда нравится начинать проекты, которые требуют от меня исследования, изучения нового или улучшения моих навыков и способностей. Я затронул несколько областей с этими проектами. Когда я увидел свои первые деревянные часы много лет назад. Я никогда не понимал, что когда начну создавать их, я так много узнаю о том, как они работают. Теперь я смотрю на часы с новой точки зрения. Теперь я начинаю искать спусковой механизм и прослеживаю шестеренки. Как я уже сказал, я многому научился и хотел поделиться сайтами, на которых у меня возникли некоторые идеи. Я полагаю, они помогли мне, и они могли бы помочь другим. Деревянные часы Гэри - очень полезный сайт с несколькими классными дизайнами, представленными разными людьми. How Stuff Works - достойный обзор частей маятниковых часов Ник Картер - подробная инструкция о том, как рисовать шестеренки в программе САПР. Приятно то, что это не относится ни к одной программе. Он достаточно универсален, чтобы работать с любой программой САПР. И, наконец, работа с шестернями не была бы полной без использования 24-го издания удобного dandy Machinery's Handbook. Это источник моих формул и расчетов.