על תזמון מערכת גלגלי השיניים בתכנית CAD לעומת התזמון בשעון אמיתי

לאחרונה אני נמצא בין שני עולמות: האחד מדומה ושם אני יוצר שעון בתכנית CAD, השני נמצא בסדנה הקטנה שם אנחנו בונים שעון מעץ מייפל עם מסגרת מאגוז אמריקאי. השעון המדומה מציב אתגרי בנייה ודיוק הדורשים סבלנות ליד המקלדת, תיקוני מיקומים ועיצוב שיניים בגלגל השיניים, השעון האמיתי בסדנה מציג בעיות של חיכוך בעולם האמתי, שיוף פינות מחוספסות וסבלנות אחרת. את האחד אני יוצר כאשר בני הבית ישנים, ברכבת בדרכי לאוניברסיטה, את השעון השני אני בונה עם רון בימי א' בין השעות שמונה בבוקר לצהרי היום ובינות כוסות הקפה והאורחים המזדמנים לסדנה. אז התקדמתי קצת בתיאום גלגלי השיניים ובתיזמונם בשעון המדומה, בשעון האמיתי אני יודע לעשות זאת כבר זמן מה...
סרטון קצרצר

מערכת התמסורת בשעון עץ

ברשומה זו, אנסה להבהיר את מערכת התמסורת וסדר העברות הכוח של שעוני העץ שאנחנו בונים בסדנה. מטרתה היא הסבר פשוט עבור כל אילו ששואלים אותי: "..איך זה פועל?...". השעון השלם בפעולתו הוא מראה מתעתע עיניים ממש, קשה לתפוס מה מניע את מה, גלגלי השיניים מסתובבים בכיוונים הפוכים, והקשר למטוטלת וגלגל התזמון לא ברור.
כדי להקל את העניין אסדר את הקשרים לפי סדר העברת הכוח בתמסורת השעון.

1. מקור הכוח: מקור האנרגיה הקינטית של השעות הוא משקולת השעון. משקולת זו תלויה על כבל המלופף על גלגלת המחוברת לתמסורת.

2. כבל המשקולת מלופף באופן סדור על גלגלת השעון ומעביר את האנרגיה הגלומה במסת המשקולת אל הגלגלת. 

3. גלגלת השעון מחוברת לגלגל שיניים שנקרא רצ'ט. עליו מורכבת ציפורן חוגרת ובכיוון אחד מעביר את הכוח מהגלגלת, בכיוון השני הוא רק מאפשר הרמת המשקולת לאחר שהגיעה לתום מסלולה. 

סיכום ביניים: בעצם המשקולת, הכבל, הגלגלת והרצ'ט מעבירים תנועה קווית לסיבובית.

4. מערך הגלגלת/רצ'ט/ משקולת מניע סיבובית גלגל 60 שיניים. גלגל זה הוא חשוב כי הוא מורכב ישירות על ציר הדקות (ציר מס' 3) של השעון ומניע בו זמנית שני אלמנטים: גלגל 15 שיניים ואת מערך גלגלי השיניים בחזית השעון היוצר חלוקת דקות /שעות.

5. גלגל 60 השיניים המורכב על ציר מס' 3 מניע גלגל 15 שניים המורכב על ציר מס' 4 ממש מתחתיו. עכשיו התנועה נמסרת מציר לציר. גלגל 15 השיניים המורכב על ציר מס' 4 מורכב על צינור ולא ישירות על הציר ויחד איתו ומאחוריו מורכב גלגל 60 שיניים על אותו צינור, כך יוצא שבעת שהוא מסתובב מסתובב איתו יחד גלגל 60 שיניים.




6. גלגל 60 השיניים המורכב על צינור על ציר מס' 4 מניע גלגל 15 שיניים המורכב על צינור המורכב על ציר מס' 3. כך יוצא שגלגל זה מסתובב על צינור המורכב על ציר המסתובב בתוכו בקצב עצמאי. על הצינור עליו מורכב גלגל 15 שיניים מורכב גלגל נוסף מאחוריו בן 60 שיניים.

7. גלגל 60 השיניים על ציר מס' 3 מניע גלגל 16 שיניים המורכב על ציר מס' 2. גם גלגל שיניים זה מורכב על צינור ומאחוריו גלגל התיזמון. כך יוצא שגלגל 16 השיניים מניע את גלגל התזמון בהיות שניהם מורכבים על צינור אחד ועל אותו ציר.

8. גלגל התיזמון בנוי עם סדרת שיניים דמויות מנוף הדוחפות מחגר. המרווח בין השיניים מחושב כך שבעת דחיפת ציפורן המחגר בצד אחד יורדת הציפורן המקבילה ומונעת תנועת יתר מגלגל התזמון, באופן זה מניע גלגל התיזמון את נדנדת המחגר וגם חוסם אותה באותה תנועה.

9. המחגר מורכב על ציר מס' 1 מעל גלגל התיזמון או מתחתיו תלוי בעיצוב השעון. יחד איתו על אותו ציר מורכבת המטוטלת  (לפעמים רק מנוף המטוטלת והמטוטלת עצמה מורכב על ציר עצמאי משלה). כל תנודה בנדנדת המחגר מהווה תנודה במטוטלת. את קצב התנודות קובעת המטוטלת את עצמת הדחיפה קובעת התמסורת ומסת המשקולת. גלגל התזמון תורם למחגר דחיפה שעצמתה קטנה אבל משלימה את האנרגיה שאיבדה המטוטלת מסיבות של חיכוך ונוצרת תנודה קבועה. השעון מפסיק פעולתו כאשר המשקולת מגיעה לקרקע או מסיימת פעולתה ואינה תורמת יותר את הכוח הנדרש לפעולתו.

קיים מספר עצום של עיצובים לשעוני מטוטלת. כשאני כותב כאן עיצוב איני מתכוון לצד האסתטי של השעון אלא לצד ההנדסי. בחלק זה מעצב בונה השעונים את אופן פעולתו של  השעון, סידור גלגלי השיניים, מבנה השיניים תכנון קטרי גלגלי השיניים, תכנון ועיצוב המחגר וגלגל התזמון ועוד מאות גופים הבונים את השעון. כל זה נכון כשאנו עוסקים בשעונים באופן כללי, אבל, כאשר השעון בנוי עץ, בונה השעונים נכנס לדילמות חדשות הנוגעות לעמידות וחוזק חומרים, שיטות ליטוש ומירוק של גלגלי השיניים ומה לא...  על כך ברשומות הבאות..

בניית שעון בתכנית CAD

אני נמצא בימים אילו בעיצומו של לימוד תכנת CAD. האפשרויות הגלומות בתכנה כזו מבחינה תיכנונית הן עצומות. האפשרות לתכנן חלק אחר חלק של השעון, ליצור הדגמות מסודרות עבור חובבים אחרים, לאתר נקודות תורפה ולעשות ניסויים מקדימים בעלות נמוכה, הופכים את תכנת התיכנון לאמצעי נפלא שלא יסולא בפז. יותר מכך, לא תמיד אני יכול לצאת לסדנה בשל אילוצי מזג אוויר, שעות לא נוחות לעבודה או כל אילוץ אחר, אני עדיין יכול לבנות ולתכנן. בשלב זה אני בונה גם שעון אמיתי וגם שעון וירטואלי. אז זה הזמן להציג שלב בהתקדמות בבניית השעון הוירטואלי.
תכנת הCAD שאני משתמש בה מאפשרת תמונות מצולמות של הפרוייקט:

מבט כללי - עדיין לא נבנתה תמסורת המחוגים, המחגר והמטוטלת, המשקולת והרצ'ט. אני חושב שעשיתי שגיאה בתכנון המסגרת הקידמית שהיא שקופה - נראה ששכחתי ליצור עבורה חיבור למסגרת האחורית זה בסדר בתכנית מחשב אבל במציאות השעון יהיה חייב לשתי מסגרות נעולות היטב.

מבט מקרוב

את עיצוב גלגל התזמון לקחתי מBRIAN LAW שבעקבות גישתו ועבודתו אני הולך. את תכניות השעונים הראשונים שבניתי לקחתי מפרסומים חופשיים שהוא העלה כקבצי PDF. גם המבנה הכללי שייך לעיצוב שלו. בשעון הנוכחי אני נפרד מבריאן ומכניס רעיונות שלי ושל רון: 1. העלאת משקולת השעון תבוצע ע"י צמד גלגלות מנוגדות כיוון כך שמשיכת האחת תעלה את המשקולת. שינוי זה מבטל את הצורך בבניית מפתח הרמה וגלגלי שיניים - דבר המגדיל את החיכוך במערכת התמסורת. שנוי אחר הוא עיצוב המסגרת שעדיין שומר על הצלב ההפוך של BRIAN LAW אבל פונה לעיטור אחר, ואני מוסיף כאן גם סרטון הדגמה ראשוני שגם הוא חלק מהלמידה  - איך הופכים הכל לאנימציה...

  

מתי זה יותר מדי?

אני חותך גלגל תזמון לשעון מעץ אשור (בוק או Beech באנגלית) מודד את דיוק ההיקף עליו ממוקמות השיניים ביחס למרכז יותר מילימטר, פחות מילימטר..חצי מילימטר, אני עובר לבדיקה עצמית בעזרת מחוגה מדויקת וקליבר, מנסה את הסיבוב על ציר ומשרטט חריגות...  אין ספק שמושג הדיוק הולך ומשתנה עבורי כמי שעובד בעץ ואני מגלה רמת ביצוע חדשה. גלגל תזמון הסובל מאי דיוק קל יתבטא בחריגות קשות לפעמים בעת פעולת השעון. ואני משייף... נייר 220, אחר כך נייר 400 ואז נייר 1000, (צריך להזמין נייר 2000 כנראה..) לאט לאט אני חוזר בזמן ותמונות מתרוצצות בראשי, אני תוהה איך הם עשו זאת בימים ההם? אבל אני נצמד למשימה של לדייק את היחסים בין ההיקף למרכז ציר גלגל התזמון. למזלי מדובר בשטח ליטוש קטן יחסית, אבל, השיניים של גלגל התזמון עדינות וקל מאוד לשבור אותן בתנועה גסה ולא רצונית אז..נזהרים ולאט לאט...   לאחר שאסיים את גלגל התזמון יבוא תורו של המחגר, קביעת המרחק המדויק בין ציר המחגר וציר גלגל התזמון היא כאב ראש לא קטן, עולה בדעתי לבנות ג'יג/טריק שיאפשר לי לדייק בעלות זמן נמוכה יותר. גם בחירת המחגר היא שאלה טובה ועל כך בפעם אחרת....

חיתוך גלגל תזמון במסור נימה

היום בסדנה שעון עץ מייפל 4-3-14

היום הייתי לבד בסדנה, רון עדיין חולה ואני מקווה שיבריא מהר - הוא חסר לי. עבדתי עוד קצת על השעון והתקדמתי עוד קצת, שייפתי שיניים סוררות וחיפשתי חומר למשקולות עבור משקולת השעון והמטוטלת, עדיין לא חתכתי מחוגים ואיזה בורג 6 מ"מ משמש אותי כמחוג שניות ואין ספק שהשעון לא מכוון כי אני עדיין שומע קפיצות ודילוגים בין שיני גלגל התזמון והמחגר. אבל... זה ממש ממכר, אני פשוט נהנה מכל הישג קטן, מכל רגע של התקדמות, אפילו מרגעים של משימות משעממות לכאורה כמו ליטוש הצירים (פלדה 6 מ"מ). כדי לסבך את העניינים, נשברה אחת השיניים של גלגל התזמון, למזלי רק מחציתה, ואילו מחציתה שלמה ועדיין ניתן לשמוע את התקתוק העולה מגלגל התזמון. אין ספק שהגעתי לשלב התקתוק הרבה יותר מהר ממה שקרה בבניית השעון הקודם, אני מקווה להשתפר עם השעונים הבאים - לא לפני שאסיים את הנוכחי כי עלי להשלים את כל הדרוש ללימוד בסיסי בבניית שעון עץ.
קצת תמונות וסרטון מעוללות היום...

מבט כללי

מלפנים

גלגל התיזמון

משקולות זמניות

משקולת מטוטלת זמנית

היום בסדנה שעון עץ2 2-3-14

היום המשכתי לעבוד על שעון העץ גרסה 2. השעון עשוי בעיקרו מייפל וחלקו ספלי מהגוני משאריות עמודי תווים שיש לנו בסדנה. רון חולה ולא בא היום, אבל אדר הגיע ובעוד אדר מתפתל עם מסור הנימה על שעון אחר עשוי לביד 17 מ"מ - אני התפתלתי עם שעון המייפל. שברתי את גלגל התיזמון שהיה עשוי ספלי והחלפתי אותו בגלגל חדש עשוי מייפל וכעת הקרה הוא גילגול חלק של גלגלי השעות וגלגל התיזמון גם כיוון המחגר לוקח זמן בקיצור...נהנים.
הנה קצת תמונות וסרטון מעוללות היום...

חיתוך של גלגל תמסורת במסור נימה. גלגל זה מעביר תנועה אל גלגל התיזמון המניע את המטוטלת

חיתוך גלגל תיזמון

3 גלגלי השעות בבדיקת תנועה 60 שיניים בכל גלגל

חיתוך גלגל תיזמון

מבט נוסף

ועוד מבט

שאריות לאחר חיתוך

הרכבת גלגל תיזמון

חריטת שרוולים

חיתוך גלגל 60 שיניים - יש 3 כאילו

שיוף השיניים על מסור הנימה - שן שן...

המכלול ללא מחוגים, משקולת ושאר ירקות - עוד הרבה עבודה לפני והמון מבחני תנועה

שעון מעץ

זה התחיל אצלי מקריאה על חישוב קוי האורך על הגלובוס והשעונים של ג'ון הריסון. חריש קצר ברשת גילה לי שאנשים רבים בונים שעוני עץ  קרי: כל גלגלי השיניים עשויים עץ. נכנסתי לאתרים וצפיתי ביוטיוב והחלטתי לבנות שעון עץ ראשון. שעון העץ הראשון מבחינתי הוא תרגיל לתלמיד. וכתלמיד ראיתי לעצמי החובה ללמוד את כל הניואנסים הקשורים בבניית שעון עץ. הלימוד הוא אדיר כי מעורבים המון שיקולים של דיוק הקשורים לפעולתם של גלגלי שיניים ומדידת זמן. אין לי מילים לתאר את ההתרגשות שאוחזת בך כשאתה רואה את כל העסק מתקתק זה לא יאמן.  עכשיו אני נכנס יחד עם רון לבניית השעון השני. השעון יהיה עשוי מספלי, מייפל ואלון. ואני מקווה שנפתח את המיומנות הדרושה. אעלה לבלוג תמונות, סרטונים והסברים.
אני ממליץ על האתר של BRIAN LAW
תכנית השעון ששימשה אותי שייכת גם היא למחבר לעיל ומופיעה באתר שלו והרי הקישור שעון מס 1
השעון בסרטון עשוי סנדביץ' 8 מ"מ. העבודה בעיקר במסור נימה, כאמור הוא תרגיל להתחלה. 

קישורים נוספים
https://www.youtube.com/playlist?list=PLB0F795E8A7E489B2

https://www.youtube.com/playlist?list=PL197A7C96A633413D