นาฬิกาเฟืองไม้: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:08

ฉันได้เพิ่มวิดีโอของนาฬิกา ฉันจะแกะสลักหน้าต่างหน้านาฬิกา ฉันจะอัปโหลดรูปภาพและ/หรือวิดีโอของสิ่งนั้นเมื่อฉันทำเสร็จแล้ว ฉันทำงานเกี่ยวกับไม้มาสองสามปีแล้ว ฉันชอบความคิดที่จะทำสิ่งต่าง ๆ ที่ฉันสามารถใช้ได้ เมื่อสองสามปีก่อน ฉันบังเอิญไปเจอนาฬิกาที่ทำจากไม้ ใบหน้า แขน โครง และเฟืองเป็นไม้ทั้งหมด มันทำให้ฉันประทับใจมาก และฉันก็นึกถึงมันสำหรับโครงการในอนาคต ฉันได้ตัดสินใจใช้นาฬิกาไม้ในคำแนะนำนี้ และหวังว่าจะแบ่งปันสิ่งที่ฉันได้เรียนรู้เพื่อช่วยเหลือผู้อื่นที่มีความสนใจคล้ายกัน หนึ่งในเป้าหมายของฉันในเรื่องนี้คือการใช้เครื่องมือทั่วไปที่เข้าถึงได้ทั่วไปสำหรับคนส่วนใหญ่ ฉันไม่ได้ใช้เครื่องจักรงานไม้ราคาแพงๆ ราคาแพงๆ เลย หรือซอฟต์แวร์แพกเกจราคาแพงเมื่อออกแบบสิ่งนี้ ซอฟต์แวร์ที่ใช้เป็นโอเพ่นซอร์สหรือฟรี และเครื่องจักรที่ใช้ก็เป็นซอฟต์แวร์ทั่วไปที่ช่างไม้ส่วนใหญ่น่าจะมี

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่คุณต้องการ

ต่อไปนี้คือรายการสิ่งที่คุณต้องมีสำหรับการออกแบบ:OpenOffice Calc - สำหรับการคำนวณอัตราทดเกียร์free2Design - สำหรับการออกแบบเฟืองGimp- การดัดแปลงและแก้ไขภาพเครื่องปั่น - สำหรับเฟืองแบบจำลองคร่าวๆ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการรบกวนใดๆ ระหว่างเฟืองและเพลา*หมายเหตุ - คุณอาจใช้ Blender ในการออกแบบทั้งหมดได้ แต่ทักษะ Blender ของฉันยังไม่เร็ว มันง่ายกว่าที่จะวาดให้ถูกต้องตามขนาดในแพ็คเกจ 2D และนำเข้าไปยังเครื่องปั่น สำหรับงานไม้:Scroll SawDrill PressMiter Saw (โต๊ะหรือเลื่อยสายพานก็ใช้งานได้เช่นกัน)Hand SawClampsSpray Adhesive (3M Super77)

ขั้นตอนที่ 2: มันทำงานอย่างไร

นาฬิกาที่ฉันออกแบบเป็นนาฬิกาลูกตุ้มพื้นฐาน สิ่งเหล่านี้มีอยู่ตั้งแต่กลางปี 1600 มันใช้น้ำหนักเป็นแหล่งพลังงาน และลูกตุ้มเพื่อควบคุมความเร็วที่พลังงานนี้จะหลบหนี

น้ำหนักถูกพันรอบเพลาข้อใดข้อหนึ่ง เมื่อดึงลง มันจะหมุนเฟืองทำให้เข็มนาทีและเข็มชั่วโมงหมุน ถ้านี่เป็นเพียงน้ำหนักและเฟือง เมื่อปล่อยน้ำหนัก เกียร์จะหมุนเป็นเวลาสองสามวินาทีและน้ำหนักจะตกลงพื้น สิ่งนี้ใช้ไม่ได้จริงเว้นแต่คุณต้องการแกล้งทำเป็นว่าคุณอยู่ในไทม์แมชชีน การวางตุ้มน้ำหนักและสายไฟมีความสำคัญเล็กน้อย คุณต้องการให้มันอยู่ไกลออกไปตามขบวนเกียร์ คุณจะได้ไม่ต้องไขลานทุก 4 ชั่วโมง วันละครั้งหรือสองครั้งก็ไม่เลว ยิ่งอยู่บนรถไฟเกียร์มากเท่าไหร่ มันก็จะยิ่งคลายตัวช้าลงเท่านั้น หากวางไว้บนเข็มชั่วโมง คุณสามารถไขลานได้ง่ายๆ วันละครั้ง เราต้องการวิธีที่จะปล่อยให้พลังงานนี้หลุดออกไปอย่างช้าๆ นี่คือที่มาของ "การหนี" จากคำว่า หนี ยอมให้พลังงานของตุ้มน้ำหนักหลบหนีไปอย่างช้าๆ เพื่อไม่ให้ใช้พลังงานหมดในคราวเดียว กลไกการหลบหนีนี้ยังสร้าง "Tick Tock" ที่คุณได้ยินจากนาฬิกา บันไดหนีภัยถูกสร้างขึ้นจากชุดหนีภัย คานหนีภัย และลูกตุ้ม ลูกตุ้มแกว่งไปมาเพื่อขยับคันโยกหนีเข้าและออกจากเกียร์หนีภัย ทำให้เกียร์หยุดหมุน วิธีนี้จะช่วยให้พลังงานของน้ำหนักกระจายไปในช่วงเวลาหนึ่ง คุณจึงไม่ต้องไขลานทุก 2 นาที

ขั้นตอนที่ 3: ลูกตุ้ม

ลูกตุ้มเป็นกลไกที่น่าสนใจ พวกมันคือน้ำหนักที่ปลายเชือกหรือเสา โดยมีเดือยอยู่ที่ปลายด้านตรงข้ามของตุ้มน้ำหนัก คาบของลูกตุ้มคือเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งแล้วย้อนกลับมาอีกครั้ง สิ่งที่เรียบร้อยเกี่ยวกับลูกตุ้มคือเวลานี้หรือคาบไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณของน้ำหนักหรือความยาวของส่วนโค้ง มันขึ้นอยู่กับความยาวของลูกตุ้ม ดังนั้น หากคุณมีลูกตุ้มยาว 2 ฟุตที่มีน้ำหนัก 5 ปอนด์ ดึงไปทางขวาที่ 90 องศา จะต้องใช้เวลาเท่ากันในการแกว่งไปมาเหมือนลูกตุ้มยาว 2 ฟุตโดยดึงน้ำหนัก 2 ปอนด์ไปที่ ด้านขวา 30 องศา น้ำหนักที่ส่วนท้ายของลูกตุ้มส่งผลต่อจำนวนครั้งที่ลูกตุ้มจะแกว่ง ดังนั้นลูกตุ้มที่มีน้ำหนัก 5 ปอนด์จะแกว่งเป็นเวลานานกว่าน้ำหนัก 2 ปอนด์ สิ่งนี้มีประโยชน์เพราะเราต้องการให้ลูกตุ้มแกว่ง อย่างไรก็ตาม คุณสามารถมีน้ำหนักมากเกินไป ดังที่เราจะได้เห็นกันต่อไป ทางหนีไฟจะช่วยให้ลูกตุ้มกด หากคุณมีน้ำหนักมากเกินไป คุณจะไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้มันแกว่ง

สำหรับนาฬิกาของเรา เราต้องการช่วงเวลา 2 วินาที วิธีนั้นจะใช้เวลา 1 วินาทีในการแกว่งลูกตุ้มไปด้านใดด้านหนึ่ง ในการสวิงแต่ละครั้ง ทางหนีจะช่วยให้เฟืองหนีภัยสามารถหมุนฟันได้ครั้งละหนึ่งซี่ หากช่วงเวลาคือ 2 วินาที โดยทั่วไปจะทำให้เกียร์หนีภัยของเราเป็นมือสอง เนื่องจากฟันจะหมุนหนึ่งซี่ทุกวินาที เป็นระยะเวลา 2 วินาที เราต้องมีความยาว 1 เมตร เนื่องจากคันโยกหนีภัยของเราจะมีฟัน 2 ซี่ ซี่หนึ่งเพื่อหยุดเกียร์หนีภัยที่ปลายแต่ละด้านของการแกว่งลูกตุ้ม ลูกตุ้มของเราจะต้องมีฟัน 30 ซี่ มันจะหมุนหนึ่งครั้งทุกๆ 60 วินาที นาฬิกาลูกตุ้มจำนวนมากมีเฟืองขับบนเพลามือสอง นั่นคือสิ่งที่เรากำลังจะทำ ขณะที่ลูกตุ้มแกว่งไปมา มันจะหมุนคันโยกหนีเข้าและออกจากเกียร์หนีภัย ทำให้เกียร์นาฬิกาหยุดและเริ่มหมุนทุกวินาที คันโยกได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เคลื่อนออกจากเฟืองขับ เกียร์จะดันเล็กน้อย แรงกดนี้เพียงพอที่จะทำให้ลูกตุ้มแกว่งไปมา

ขั้นตอนที่ 4: รถไฟเกียร์

เนื่องจากเกียร์หนีภัยจะหมุนทุกๆ 60 วินาที เราจึงทำให้เพลาอีกอันหมุนได้ทุกๆ 3, 600 วินาที นี่จะเป็นเข็มนาทีของเรา จากนั้นเราสามารถทำให้เพลาอีกอันหมุนได้ทุกๆ 43, 200 วินาที (12 ชั่วโมง) นี่จะเป็นเข็มชั่วโมงของเรา เมื่อเราคำนวณสิ่งนี้ เราจะมีนาฬิกาทำงานบนกระดาษ

สเปรดชีตแสดงการคำนวณอัตราทดเกียร์ที่ต้องการ ฉันเริ่มต้นด้วยเข็มนาที 3 เพลา แต่ย้ายไปที่ 4 เพลาเพื่อลดขนาดของเกียร์ลง ในการสร้างเข็มนาที คุณต้องมีอัตราทดเกียร์ 60 ระหว่างเพลา Escapement และเพลาเข็มนาที สำหรับเข็มชั่วโมง คุณจะต้องมีอัตราทดเกียร์ 12 จากเข็มนาทีถึงเข็มชั่วโมง สเปรดชีตแสดงสูตรและการคำนวณเพื่อรับจำนวนฟันสำหรับแต่ละเกียร์ ด้วยการใช้สเปรดชีต ฉันสามารถเสียบฟันจำนวนต่างๆ สำหรับแต่ละเฟืองและเฟืองเพื่อพยายามให้ได้อัตราส่วนเกียร์ที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 5: การออกแบบ Gears

เมื่อออกแบบเฟือง มีหลายพารามิเตอร์ที่อาจส่งผลต่อขนาดได้ ฉันใช้ค่ามาตรฐานบางอย่างสำหรับตัวแปรเมื่อทำการคำนวณ ฉันใช้มุมแรงดัน 20 องศา และ Diametral Pitch เท่ากับ 8 เมื่อรวมกับจำนวนฟันของเฟืองแต่ละเฟือง ฉันก็คำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์ เส้นผ่านศูนย์กลางราก เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมฐานได้

ตอนนี้ฉันมีเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองแล้ว ฉันสามารถเริ่มวาดมันได้ ฉันพบคำแนะนำในการวาดเฟืองด้วย CAD และปฏิบัติตามนั้นเพื่อวาดเฟืองเหล่านี้ มันเขียนโดยนิคคาร์เตอร์ ลิงก์ไปยังหน้าของเขาอยู่ในขั้นตอนสุดท้ายในส่วนอ้างอิง ไฟล์ free2Design มี Gears และ Pinions พร้อมเลเยอร์ที่แสดงเส้นที่วาดเพื่อสร้างฟัน ขณะค้นหานาฬิกา ฉันเจอนาฬิกาของแกรี่ เขากล่าวว่ามีความแตกต่างอย่างมากในสิ่งที่คุณสามารถวาดด้วย CAD และสิ่งที่คุณสามารถตัดได้จริงโดยใช้เลื่อยเลื่อน ฉันได้เรียนรู้สิ่งนี้อย่างยากลำบาก การตัดหลอดอาหารระหว่างฟันค่อนข้างน่าเบื่อ เพื่อพยายามเร่งความเร็ว ฉันตัดสินใจเพิ่มวงกลมระหว่างฟันแต่ละซี่เพื่อเจาะด้วยสว่าน ซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการพยายามปัดเศษช่องว่างระหว่างฟัน แต่ฉันคิดว่ามันทำให้เกิดปัญหากับฟันที่เกยเข้าหากัน นอกจากเกียร์แล้วยังมี Escapement และกลไก Ratchet ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ Escapement เป็นกลไกที่ช่วยให้พลังงานหลบหนีอย่างช้าๆ ทำได้โดยใช้เกียร์ คันโยก และลูกตุ้ม สิ่งที่ยังไม่ได้พูดถึงคือวงล้อ เรากล่าวว่าน้ำหนักถูกพันรอบเพลาด้วยเชือก และค่อยๆ ปล่อยออกเพื่อขับเคลื่อนนาฬิกา เราต้องการวิธีตั้งค่าใหม่หรือไขนาฬิกา วงล้อจะทำให้เราทำอย่างนั้นได้ มันพอดีกับเพลาของเฟืองตัวใดตัวหนึ่งอย่างหลวม ๆ และดันเข้ากับเฟืองด้วยหมุดและคันโยก เมื่อจำเป็นต้องหมุนนาฬิกา วงล้อสามารถหมุนทวนเข็มนาฬิกาได้โดยไม่ต้องขยับเกียร์ จากนั้นเมื่อตุ้มน้ำหนักดึงตามเข็มนาฬิกาอีกครั้ง น้ำหนักก็จะไปเกาะกับหมุดที่ยึดกับเฟืองเกียร์ และยังคงส่งกำลังนาฬิกาต่อไป

ขั้นตอนที่ 6: การตัด Gears

ถึงเวลาทดสอบกระบวนการออกแบบที่เข้มงวดแล้ว ตัดเกียร์. หลังจากพิมพ์ภาพวาดขนาดเต็มแล้ว ฉันก็ตัดออกแล้วติดกาวเข้ากับไม้ กาวสเปรย์ใช้งานได้ดี ฉันใช้ 3M Super77 และแห้งค่อนข้างเร็ว อย่างน้อยภายในไม่กี่นาทีหลังจากติดกาว ฉันก็พร้อมที่จะเริ่มตัดโดยไม่หลุดลอกออก

ฉันเจาะรูทั้งหมดก่อน การจัดการบอร์ดขนาดเต็มด้วยแท่นเจาะง่ายกว่าการพยายามยึดเฟืองเกียร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 1.5 นิ้วโดยไม่ทำให้แตก นอกจากนี้ หากมีอะไรผิดพลาด คุณไม่ได้เสียเวลาทั้งหมดไปกับการตัดมันออกเพื่อแยกกระดาน หลังจากเจาะรูแล้ว ฉันตัดเฟืองรอบเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก จากนั้นจึงเริ่มตัดฟัน

ขั้นตอนที่ 7: การจัดตำแหน่งเกียร์

ฉันวาดเฟืองหยาบใน Blender ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์เพื่อหาตำแหน่งในเฟรม สิ่งนี้บอกฉันว่าฉันจะมีสิ่งกีดขวางระหว่างเฟืองกับเพลาหรือไม่ และให้แนวคิดคร่าวๆ แก่ฉันว่าเพลาของฉันจะอยู่ที่ใด หลังจากสร้าง 'แม่แบบ' เกี่ยวกับตำแหน่งที่จะเจาะรูแล้ว ฉันก็เจาะอันแรกโดยเริ่มจาก Escapement Axle เมื่อเจาะแล้ว ฉันเลื่อนเฟืองบนเพลา วางลงในรู วางเฟืองผสมพันธุ์ไว้บนเพลา และถือไว้ในตำแหน่งโดยประมาณ จากนั้นฉันก็แก้ไขตำแหน่งของเกียร์ถัดไป ทำเครื่องหมาย และเจาะรู จากนั้นฉันจะตรวจสอบความพอดีอีกครั้งด้วยเกียร์ทั้งสองบนเพลาที่พอดีในรู ถ้ามันพอดีฉันก็จะทำสิ่งนี้อีกครั้งกับเกียร์ถัดไป สิ่งนี้ดำเนินต่อไปจนกว่ารูทั้งหมดจะถูกตัดและเข้าเกียร์พอดี

สามเพลาจะทะลุกรอบไปจนสุด และสามเพลาจะมีรูตัน ตอนนี้ฉันมีการเจาะเฟรมด้านหนึ่งแล้ว แต่ฉันต้องการเฟรมที่เข้าชุดกัน เพื่อให้ได้ภาพสะท้อนในกระจกของรูนั้น ฉันตัดเดือยยาวครึ่งนิ้วครึ่งนิ้วครึ่งเพื่อใส่ในแต่ละรู ฉันตอกตะปูแบรดเข้าไปที่กึ่งกลางของเดือยแต่ละชิ้นแล้วตัดปลายตะปู ด้วยคีมหนีบ ฉันวางกระดานผสมพันธุ์ไว้บนตะปูแล้วกดให้แน่น เหลือเพียงรอยหยักที่ควรเจาะแต่ละจุดศูนย์กลางของรู หลังจากเจาะรูแล้ว ก็ถึงเวลาประกอบนาฬิกา

ขั้นตอนที่ 8: การประกอบและตกแต่งนาฬิกา

ฉันเลื่อนเฟืองบนเพลาแล้ววางลงในช่อง วางใบหน้าไว้เหนือเพลาและขันให้แน่นด้วยเดือย 1/4" Escape Gear และ Levers อยู่ด้านหลังด้วย Pendulum ฉันสร้างแท่งสี่เหลี่ยม 2 อันที่ด้านหลังเพื่อแขวนไว้บนผนัง โดยยกเหล่านี้ออก ด้านหลังของนาฬิกาโดยใช้เดือย 1/4" และอนุญาตให้มีที่สำหรับติดลูกตุ้ม

นี่คือภาพบางส่วนของนาฬิกาประกอบ ฉันต้องการขัดเล็กน้อยที่นี่และที่นั่นและเพิ่มความสมบูรณ์พร้อมตัวเลข แต่ส่วนใหญ่เสร็จแล้ว เนื่องจากนี่เป็นนาฬิกาเรือนแรกของฉัน ฉันไม่ซับซ้อนเกินไปและทิ้งเข็มชั่วโมงและนาทีไว้บนแกนแยกจากกัน ในการรวมพวกมันเข้าด้วยกัน เช่นเดียวกับนาฬิกาส่วนใหญ่ จะต้องมีเฟืองและเพลาที่ลื่นไถลมากกว่าอันใดอันหนึ่ง มีบางสิ่งที่ฉันวางแผนจะปรับปรุง อย่างแรกคือรูปลักษณ์ ฉันรู้ว่านาฬิกาไม่ใช่นาฬิกาที่ดึงดูดใจที่สุด แต่ฉันเน้นที่ฟังก์ชันมากกว่า การเปลี่ยนแผงด้านหน้าด้วย Plexiglas เป็นแนวคิดหนึ่ง เกียร์ดูดีและฉันต้องการแสดงให้พวกเขาเห็นมากขึ้น อีกสิ่งหนึ่งที่ฉันต้องการปรับปรุงคือทักษะการเลื่อยเลื่อนของฉัน ฉันตัดเกียร์จำนวนมากที่ทำให้มันกลายเป็นกล่องไฟ

ขั้นตอนที่ 9: ความคิดสุดท้ายและการอ้างอิง

ฉันมักจะชอบเริ่มโครงการที่ทำให้ฉันต้องทำวิจัย และเรียนรู้ใหม่หรือพัฒนาทักษะและความสามารถของฉัน ฉันตีหลายพื้นที่กับโครงการนี้ เมื่อฉันเห็นนาฬิกาไม้เรือนแรกเมื่อหลายปีก่อน ฉันไม่เคยรู้เลยว่าเมื่อฉันเริ่มสร้างมัน ฉันจะได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของมัน ตอนนี้ฉันมองนาฬิกาและนาฬิกาจากมุมมองใหม่ ตอนนี้ฉันเริ่มมองหาทางหนี และเดินตามเกียร์ อย่างที่ฉันบอกว่าฉันได้เรียนรู้อะไรมากมาย และฉันต้องการแบ่งปันไซต์ที่ฉันมีความคิดบางอย่าง ฉันคิดว่าพวกเขาช่วยฉัน และพวกเขาอาจจะสามารถช่วยคนอื่นๆ ได้ นาฬิกาไม้ของแกรี่ - ไซต์ที่มีประโยชน์มากพร้อมดีไซน์เจ๋ง ๆ มากมายที่ส่งมาจากหลาย ๆ คน How Stuff Works - ภาพรวมที่ดีของชิ้นส่วนต่างๆ ของ Pendulum ClockNick Carter - คำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการวาดเฟืองในโปรแกรม CAD สิ่งที่ดีคือมันไม่เฉพาะเจาะจงกับโปรแกรมใดโปรแกรมหนึ่ง เป็นเรื่องปกติเพียงพอที่โปรแกรม CAD ใดๆ จะทำงาน และสุดท้าย การทำงานกับเกียร์จะไม่สมบูรณ์หากไม่มี Handbook ฉบับที่ 24 ของ dandy Machinery นี่คือที่มาของสูตรและการคำนวณของฉัน