Bộ truyền bánh răng đồng hồ - Thiết kế và tính toán chi tiết

Đây là một dự án đang trong quá trình phát triển, là một phần quan trọng của toàn bộ dự án đồng hồ tập trung vào bộ truyền bánh răng.

Thiết kế bộ truyền bánh răng đồng hồ

Tôi muốn thiết kế cái này từ những nguyên lý cơ bản để hiểu rõ cách thức hoạt động và lắp ráp chúng lại với nhau. Sau khi đọc rất nhiều tài liệu, tôi quyết định thử tính toán trên bảng trắng và máy tính, và đây là kết quả của những gì tôi từng nghĩ là một giải pháp hoàn hảo.

Bộ thoát (escapement) có 30 răng cùng với con lắc tạo ra nhịp đập mỗi 2 giây với 30 răng, hoàn thành một vòng quay trong 30 giây. Vì vậy, vấn đề về giây đã được giải quyết một khi bạn đã căn chỉnh con lắc và bộ thoát chuẩn xác.

Thiết kế này hướng tới việc sử dụng tất cả các bánh răng pinion (bánh răng nhỏ) có 8 răng. Bánh răng đầu tiên và bánh răng lớn 60 răng cho tỷ lệ 7.5 (60/8=7.5). Bộ thứ hai là 64/8=8, tổng hai tỷ lệ là 7.5*8=60, giúp bánh răng phút hoàn thành một vòng quay sau mỗi 60 phút.

Từ đó, mục tiêu là để bánh răng tiếp theo hoàn thành một vòng quay trong 43.200 giây (tức là 12 giờ) để truyền động cho kim giờ.

Khi cuối cùng cũng tính toán xong, tôi tưởng là đã hoàn thành và chỉ việc vẽ ra thôi.

Các tỷ lệ bánh răng đều ổn nhưng lại bị lỗi lắp ráp. Vị trí chốt của bánh răng số 3 bị trùng với bề mặt bánh răng. Giải pháp rất rõ ràng, các bánh răng pinion cần có nhiều răng hơn để giữ đúng tỷ lệ. Tôi sẽ cập nhật điều này vào các tính toán và thiết kế tiếp theo.

Lần lặp thứ hai

Thiết kế lần lặp thứ hai với bán kính bánh răng giờ đã được tính toán lại như hình trên.

Bản vẽ thiết kế và các mô hình render trông như thế này:

Bạn có thể tải xuống mô hình Fusion 360 đầy đủ tại đây: https://a360.co/3S6jP9S. Các tệp STL để in đã có sẵn với tên: "drivetrain iteration 2 v2".

Bạn cần trục 4mm để lắp các bánh răng này.

Tôi dự định sẽ tích hợp bộ truyền này vào dự án đồng hồ của mình.

Tôi cũng đã thêm một bố cục gọn gàng hơn để làm nền tảng lắp đặt bộ thoát và các linh kiện truyền động cho kim giờ và kim phút.

Bố cục này mang lại thời gian chuẩn xác như mong đợi, nhưng cần thêm rất nhiều công sức để thiết kế hệ thống truyền động cho kim giờ và phút. Giải pháp lý tưởng là đặt bánh răng phút và bánh răng giờ trên cùng một trục, với tỷ lệ giữa bánh răng trung gian thứ hai và bánh răng giờ đạt mức giảm tốc 12, đồng thời tạo ra khoảng cách hình học hợp lý để căn chỉnh lại với trục phút.

Đến lúc này, tôi thực sự nể phục những nhà phát minh cách đây gần 400 năm, khi họ tạo ra các cỗ máy thời gian cơ khí mà không cần đến các công cụ CAD hay toán học hiện đại như chúng ta ngày nay.

Kế hoạch bố trí kim phút và kim giờ đồng trục

Tôi bắt đầu với các tỷ lệ bánh răng mới giúp tạo ra khoảng cách bằng nhau giữa bánh răng pinion và bánh răng dẫn động, trong khi vẫn duy trì tỷ lệ 1:4 và 1:3, kết hợp lại để giảm tốc bánh răng cuối cùng xuống 1:12.

Cột tỷ lệ là chìa khóa. Tỷ lệ được tính cho bánh răng thứ hai "Int 1" bằng cách lấy 60 răng chia cho 8 răng của "Esc", cho ra 7.5. Với 7.5x8 cho ra 60 (giảm tốc bánh răng phút) và 3x4 cho ra 12 (giảm tốc cho kim giờ).

Như vậy, giờ đây chúng ta có thể gắn kim phút trực tiếp vào trục của bánh răng phút và kim giờ vào một trục rỗng bao ngoài.

Mọi thứ đã sẵn sàng để mô hình hóa bộ truyền động.