Gräshoppa flykt
Gräshoppan escapement är en lågfriktions escapement för pendelur som uppfanns av den brittiske klockmakaren John Harrison omkring 1722. En escapement, en del av varje mekanisk klocka , är den mekanism som ger klockans pendel periodiska tryck för att hålla den i svängning, och varje sväng släpper klockans växlar för att röra sig framåt med en fast mängd, och därmed flytta visarna framåt i en jämn takt. Gräshoppan har använts i några få regulatorklockor byggda under Harrisons tid, och några andra under åren, men har aldrig sett någon stor användning. Termen " gräshoppa " i detta sammanhang, uppenbarligen från pallarnas sparkverkan, förekom först i Horological Journal i slutet av 1800-talet.
Historia
John Harrison använde gräshoppeescapement i sina regulatorklockor, och även för de tre första av sina marina tidtagare, H1 - H3. Att bestämma longitudinell position var ett stort problem i marin navigering; Newton hävdade att astronomisk positionering kunde användas, men en lättare teoretisk möjlighet var att använda exakt kunskap om tiden på en specifik basplats. Skillnaden i tid mellan lokal tid, som var lätt att mäta, och tiden vid basen ger skillnaden i longitud mellan basen och fartyget, eftersom 24 timmars tid motsvarar 360 graders longitud. Ett stort pris erbjöds för en lösning på problemet och Harrison ägnade sitt liv åt att utforma och bygga mycket exakta tidtagare. Precision och friktion var huvudproblemen. Två fördelar med gräshoppeflykten är repeterbarheten av dess funktion och att den inte behöver smörjas . Repeterbarheten av dess funktion är inneboende i dess design. En pall frigörs endast genom ingrepp med den andra; impulsen som ges till pendeln är alltså helt regelbunden i sin timing. Smörjmedel tillgängliga för Harrison var dåliga, röriga och kortlivade. Detta innebar att konventionella klockor måste stoppas ofta för rengöring och olja. Med hjälp av sin rena och absolut stabila gräshoppeflykt började Harrison en serie långtidsundersökningar av klockornas prestanda, vilket ledde till hans uppfinning av gallerpendeln som motverkade effekterna av expansion och sammandragning med växlande temperatur. Prestandan hos hans förbättrade klockor gav honom i sin tur en exakt, bekväm standard att testa sina marina tidtagare mot.
Drift
Harrison utvecklade gräshoppeflykten från en konventionell ankarescapement som han byggde för en tornklocka att gå i stallkvarteret vid Brocklesby Park i Lincolnshire . Detta visade sig vara opålitligt och behövde upprepad uppmärksamhet som Harrison blev besvärad av, så runt 1722 modifierade han flykten genom att sätta ett gångjärn i mitten av varje arm av ankaret. De gångjärnsförsedda pallarna pekade båda åt samma håll och motsatte sig utrymningshjulets rotation. När utrymningshjulet trycker på pallen, rör sig gångjärnet bort från utrymningshjulet. Pallen svänger runt sin kontaktpunkt med hjulet när den trycker på ankaret. Samtidigt närmar sig den andra pallen hjulet. När den kommer i kontakt med hjulet trycker den bakåt något och kontakten mellan hjulet och den första pallen bryts. Båda pallarna är något svanstunga så att de naturligt tenderar att flytta sig bort från hjulet. Den första pallen rör sig därför ut ur vägen för utrymningshjulet och jobbet med att impulsera pendeln går vidare till den andra pallen.
Den första pallen kommer att vila mot ett stopp som håller den i rätt läge så att när pendeln når slutet av sin färd, tryckt av den andra pallen, svänger den första pallen ner i hjulets bana igen. Den får kontakt med hjulet och, driven av pendelns rörelsemängd, skjuter den hjulet bakåt något. Detta frigör den andra pallen, som graciöst drar sig tillbaka till sitt stopp, efter att ha överfört uppgiften att impulsera pendeln till den första pallen igen. Den lilla rörelsen av pallen på dess gångjärn involverar mycket mindre friktion än glidkontakten i en konventionell utrymning; den behöver ingen smörjning och det är så lite slitage att Harrison kunde tillverka sina pallar av trä. En av de ursprungliga lastpallarna på Brocklesby Park fungerade fortfarande när klockan renoverades 2005, medan den andra endast ersattes efter en olycka 1880. Harrison modifierade senare layouten på utrymningen genom att låta en pall dra istället för att trycka, sätta lite haka i änden av den svängda armen för att komma i kontakt med utrymningshjulets tänder. Han satte också båda gångjärnsyxorna tillsammans på en gemensam tapp.
När pallen trycker utrymningshjulet bakåt körs den också hårt mot sitt anslag. För att förhindra slitage eller skador är stopperna utformade för att ge vika. Varje stopp är ledat runt samma axel som dess pall. Pallarna är svanstunga men anslagen är nostunga och tenderar att falla mot hjulet. Stoppen är tillräckligt nästunga för att kombinationen av pall plus stopp också tenderar att falla mot hjulet men detta förhindras av en fast tapp på ankaret. Detta innebär att stiftet håller stoppet som håller pallen på precis rätt ställe för att greppa rent med utrymningshjulet. När pallen möter hjulet skjuter den hjulet bakåt och samtidigt lyfter den stoppet från sin tapp. När hjulet sedan trycker på pallen kommer stoppet tillbaka ner på sin tapp och delar företaget med sin pall. Varje stopp lyfts också av sin tapp en gång i varje cykel med impulsen från den ankommande pallen.
Begränsningar
Pallarnas tendens att röra sig ur vägen för hjulet har några allvarliga konsekvenser. Den första är att varje gång drivningen till utrymningshjulet avbryts tappar pallarna kontakten och när drivningen återställs kanske utrymningshjulet inte spärras och kan accelerera snabbt och okontrollerat. För att förhindra att detta skulle hända medan klockan lindades upp, uppfann Harrison en av sina mest hållbara mekanismer, en underhållskraft som fortfarande används i stor utsträckning i klockor och klockor. I sin vanliga konstruktion består detta av ett spärrhjul inklämt mellan, och koaxiellt med, det första (och långsammast svängande) drivhjulet i rörelsen och den pipa som vikten (eller fjädern) är fäst vid. När klockan är lindad går pipan bakåt och en spärrhake på underhållshjulet glider över tänder som skärs på pipan. Första växeln körs dock fortfarande framåt eftersom det finns en fjäder mellan underhållshjulet och första växeln som trycker mot det. När den gör det försöker den skjuta underhållshjulet bakåt. Detta förhindras från att hända av en spärrhake som är fäst vid ramen på klockan och som griper in med tänder skurna runt kanten på underhållshjulet. När klockan är helt lindad släpps trycket på nyckeln och pipan driver underhållshjulet och första växeln på normalt sätt. Den rullar också tillbaka underhållsfjädern redo för nästa gång klockan rullas upp. Under normal drift glider spärrhaken som hindrar underhållshjulet från att gå bakåt helt enkelt över tänderna på underhållshjulet.
Den andra konsekvensen av pallarnas tendens att röra sig ur vägen för hjulet är att när klockan går ner och stannar återgår båda pallarna till sina stopp. Om inte ändarna på en eller båda pallarna är tillräckligt långa för att sitta i springan mellan utrymningshjulets tänder så kommer hjulet att löpa fritt så fort klockan är lindad. Samma problem kan uppstå om gångjärnen för stopparna blir smutsiga och fastnar i sitt upphöjda läge.
I likhet med andra mindre exakta escapements, trycker gräshoppan pendeln fram och tillbaka under hela sin cykel; det är aldrig tillåtet att svänga fritt. Detta stör pendelns naturliga rörelse som en harmonisk oscillator . Ungefär samtidigt som Harrison uppfann gräshoppan, George Graham en förbättrad version av deadbeat escapement , som ursprungligen uppfanns av Richard Towneley 1675, vilket gjorde att pendeln svängde praktiskt taget ostört under större delen av sin cykel. Denna exakta escapement blev standarden i precisionsregulatorklockor.
På grund av dessa olika idiosynkrasier användes aldrig gräshoppeflykten i stor utsträckning. Harrison använde den i sin prototyp av marina kronometrar , H1 - H3, och Justin och Benjamin Vulliamy gjorde ett litet antal regulatorer med hjälp av Harrisons design, men det förblir idag vad det var på Harrisons tid: en lysande, unik nyfikenhet.
John Taylors Corpus Clock
En unik offentlig klocka byggd som en hyllning till John Harrisons gräshoppeflykt, Corpus Clock , avtäcktes vid Corpus Christi College , Cambridge University , i Cambridge , England den 19 september 2008. Industrimannen John Taylor spenderade 1 miljon pund på att bygga den mekaniska klockan. I känslan av att Harrisons flykt inte var tillräckligt välkänd, exponeras klockans gräshoppeflykt på toppen av klockan, byggd i form av en demonisk gräshoppa som kallas "Chronophage" eller "time eater", som rytmiskt öppnar och stänger sina käkar, representerar tid som slukas.
Klockan, 1,5 meter i diameter, har många andra anmärkningsvärda egenskaper. Den har inga händer, utan använder snarare tre koncentriska par staplade ringformiga skivor - ett par vardera i timmar, minuter och sekunder - som är slitsade och linsförsedda för att tillåta selektivt utsläpp av ljus från en innesluten, kontinuerligt tänd uppsättning lysdioder . Arrangemanget av slitsar i varje skiva, tillsammans med rotationen av den främsta skivan i varje par, skapar en Vernier -effekt, som skapar en illusion av ljus som roterar med olika hastigheter omkring tre koncentriska omkretsar på klockans tavla.
Pendeln ökar hastigheten, saktar ner och stannar ibland, men återgår till rätt tid var femte minut. Taylor designade klockan för att påminna sig själv om sin egen dödlighet.
Parmigiani Senfine
En escapement av gräshoppatyp används [ citat behövs ] i en helt ny mekanism avsedd för armbandsur. Denna nya typ av mekanisk regulator använder flexibla strukturer både i escapement och oscillator. Ett silikonhjul svänger cirka 86 400 gånger i timmen, ungefär tre gånger snabbare än i konventionella armbandsur. Den första utvecklingen gjordes vid det schweiziska centret för elektronik och mikroteknologi (CSEM) med Pierre Genequand, en schweizisk fysiker, som huvuduppfinnare. Genom att eliminera friktionen så mycket som möjligt kan en sådan klocka gå i mer än en månad efter upplindning, en exceptionell kraftreserv. Prototypen av en sådan ny kaliber (rörelse) har ställts ut av Parmigiani Fleurier .
Burgess klocka B
En gräshoppa flykt är en viktig del av en skulpturell klocka av Martin Burgess , känd som Burgess Clock B. En i ett par baserad på teknologin från den sena regulatorklockan av John Harrison , den färdigställdes av Charles Frodsham & Company på begäran av dess ägare, Donald Saff . Efter framgångsrika tester där överfördes den till Royal Observatory, Greenwich för en detaljerad bedömning av dess långsiktiga prestanda. Detta övervakades av Worshipful Company of Clockmakers och National Physical Laboratory , vars representanter fäste manipuleringssäkra förseglingar på klockans hölje. Även om klockan är elektriskt lindad och därmed förhindrar alla störningar av klockan under bedömningen, är den i övrigt helt mekanisk. Vid slutet av en period på hundra dagar hade det maximala felet inte överskridit fem åttondelar av en sekund - ingen hänsyn till en konstant tidsavvikelse (hastighet) behövde tillämpas. Som ett resultat, den 18 april 2015, presenterade organisationen Guinness World Records ett världsrekordcertifikat till Martin Burgess för att ha gjort den mest exakta rent mekaniska klockan som arbetar i fri luft. Klockan står kvar på ROG; 2017 flyttades den till galleriet som innehåller Harrisons marina tidtagare där dess prestanda fortsätter att övervakas.
externa länkar
- Headrick, Mark. "Gräshoppa Escapement" . abbeyclock.com . Hämtad 2015-04-24 . Animerat diagram som visar drift.
- Benjamin Vulliamys regulatorklocka — Movement of 1780 regulator av Vulliamy, en av de få som anammade gräshoppeflykten
- på YouTube, en 3D-animation av varianten med två pivoter av gräshoppeflykten. Detta är mer symmetriskt och därmed lättare att följa, men används inte ofta.
- på YouTube, en 3D-animation av den mer kompakta en-pivot-formen av gräshoppeflykten.
- på YouTube: en fri vy av en bar gräshoppeflykt.
- på YouTube: en begränsad vy av en gräshoppeflykt i en fungerande klocka med hög precision.
- Burgess Clock B - en beskrivning av Clock B av Martin Burgess som använder gräshoppeloppet för att uppnå en noggrannhet bättre än en sekund på 100 dagar.