Đồng hồ quả lắc cơ học (Pendulum Clock)

Mục tiêu của tôi là tạo ra một chiếc đồng hồ cơ học nhỏ gọn, tin cậy, chính xác và dễ lắp ráp mà không cần bất kỳ thiết kế hay hình dáng hiện đại, tương lai nào quá mức. Chiếc đồng hồ này vừa đẹp mắt lại vừa dễ xem giờ, rất thích hợp làm đồng hồ treo tường cho phòng khách nhà bạn.

Tôi thiết kế chiếc đồng hồ này dựa trên khái niệm cổ điển của đồng hồ quả lắc: thời gian chạy 8 ngày, quả lắc treo trên lò xo, bánh răng cycloid, cơ chế Harrison, cùng số lượng bánh răng và tỷ lệ chuẩn. Nhiều khía cạnh trong thiết kế này được đúc kết từ một cuốn sách đã hơn 60 năm tuổi.

Các chi tiết đều được tối ưu để dễ in 3D nhất có thể. Nếu có linh kiện không thể in (như vòng bi và lò xo), tôi đã chọn loại thông dụng và rẻ tiền.

Đặc điểm

• Quả lắc giây
• Bộ thoát Graham
• Thời gian chạy một tuần với hành trình 79 cm (11.3 cm mỗi ngày); thiết kế chuẩn là 8 ngày
• Thiết kế bánh răng Cycloidal (xấp xỉ mức chính xác): đây là tiêu chuẩn trong hầu hết các đồng hồ thông thường (lưu ý rằng hầu hết các đồng hồ trên mạng sử dụng bánh răng thân khai - involute, vốn không tối ưu cho đồng hồ).
• Cơ chế Harrison: không cần dừng quả lắc khi lên dây.
• Thời gian chính xác: sai số lên tới 30 giây mỗi tuần hoặc tốt hơn.
• Mặt đồng hồ có thể tùy chỉnh.

Trước khi in

Công cụ và linh kiện cần thiết

Nếu bạn có một xưởng nhỏ tại nhà thì hoàn toàn có thể làm được.

• Máy in 3D - vùng in tối thiểu 200×200 mm
• Nhựa in - PLA
• Ê tô/máy ép/búa đặc biệt để ép vòng bi vào vị trí
• Kìm
• Dũa để làm mịn các chi tiết (thường chỉ cần cho bộ thoát, nhưng đôi khi cũng cần dùng đến ở những chỗ khác...)
• Máy in thường và keo dán (như Kores) để in mặt đồng hồ
• Quả nặng (khoảng 1.5 kg + vài trăm gram cho quả lắc) - bi thép, bu lông...
• Máy khoan và keo nếu dung sai của tôi không khớp với máy của bạn...
• Cưa sắt, dũa hoặc máy tiện/phay nếu bạn tự chế trục chính bằng thép
• Sự kiên nhẫn :)

Linh kiện cần thiết

• Trục thép Ø1.4mm hoặc đinh (32mm) (hoặc 1.5mm nếu có mũi khoan phù hợp...)
• Dây câu nylon Ø0.6mm (hoặc loại mỏng hơn một chút)
• 3x vòng bi 608
• Thanh gỗ Ø6mm (1m)
• 7 lò xo bút bi (~Ø4.5 mm × 20 mm): 6 cái cho cơ chế Harrison (vẫn hoạt động tốt với 4-5 cái) và 1 cái cho cơ chế kim đồng hồ.
• Móc treo nhỏ (bằng thép) làm từ thanh thép (~Ø3mm) để treo quả nặng (không bắt buộc, bạn có thể treo quả nặng trực tiếp bằng dây)

Cắt đinh (hoặc thanh thép) theo bảng sau:

*3 trục bánh răng có thể làm thành một thanh dài 36 mm.

Dây câu: khoảng 2 m để lên dây và khoảng 50 cm cho quả nặng (có thể dùng dây thừng/dây dù thường). Tôi khuyên dùng nút thắt “số tám” bất cứ khi nào cần tạo nút hoặc vòng lặp.

Vòng bi: Đảm bảo chúng sạch, không có quá nhiều dầu mỡ (thường không cần dầu mỡ vẫn ổn).

Thanh gỗ: Cắt khoảng 98 cm, chiều dài này phụ thuộc nhiều vào trọng lượng quả lắc của bạn. Tốt nhất nên cắt khúc dài hơn (hoặc để nguyên 1m nếu đã mua sẵn). Chỉ khi cơ chế trượt không cho phép bạn chỉnh vị trí quả lắc, hãy cắt ngắn thanh gỗ hơn nữa.

In ấn

Tôi thiết kế đồng hồ này để in với đầu phun 0.4mm tiêu chuẩn. Tuy nhiên, in các chi tiết nhỏ bằng đầu phun nhỏ hơn sẽ tốt hơn. Dùng cài đặt tiêu chuẩn, không nên in quá nhanh. In bánh răng và chi tiết nhỏ ở chiều cao lớp (layer height) thấp (0.12 hoặc 0.1 mm).

Tất cả file STL đều tính bằng mm.

Bạn có thể chọn giữa nhiều phiên bản mặt số khác nhau.

(cid:image_1) (cid:image_2) (cid:image_3) (cid:image_4)

Hoặc tự tạo phiên bản cá nhân bằng cách chỉnh sửa các file này (tương tự với số và kim đồng hồ).

Bạn cũng có thể chọn phối màu tùy ý, cá nhân tôi thích dùng một màu cho bánh răng và màu khác cho các phần còn lại.

(Phần liệt kê chi tiết các tệp STL - lược bỏ để tiết kiệm không gian)

Lưu ý khi cắt lớp bánh răng (Slicing): Luôn kiểm tra đường chạy in! Nếu trông như hình minh họa, hãy chọn “avoid crossing perimeters” (tránh cắt qua chu vi) trong PrusaSlicer. Điều này giúp hạn chế tình trạng kéo sợi (stringing) và bề mặt xấu.

Cũng nên tắt tính năng nhận diện thành mỏng (thin wall detection) nếu thấy lỗi. Ngoài ra, hãy cẩn thận với lỗi “voi chân” (elephant foot) vì nó làm sai hình học răng bánh răng và tăng ma sát.

Cắt lớp phần khung (Skeleton): Sử dụng ít nhất 4-5 lớp chu vi (perimeters) trở lên để đảm bảo độ cứng vững.

Xử lý sau in

Chỉ cần xử lý phần Pallet (trừ khi bạn in bằng máy SLA). Tôi đã thiết kế một công cụ đi kèm với kích thước chính xác để làm mịn các bề mặt. Không được để lại ba-via (bavia).

Lắp ráp

(Hướng dẫn từng bước lắp đặt từ khung, trục chính, các bộ truyền động, đến quả lắc và quả nặng)

Thiết lập đồng hồ

• Treo đồng hồ: Sử dụng lỗ treo phía sau như đồng hồ thông thường.
• Thời gian: Nhẹ nhàng xoay kim phút. Chỉ nên xoay theo chiều kim đồng hồ.
• Nhịp đập (Tiếng Tích-Tắc): Quan trọng nhất là nghe tiếng kêu đều đặn. Nếu nghe thấy tiếng "tích-tắc-nghỉ-tích-tắc-nghỉ", hãy xoay nhẹ đồng hồ cho đến khi tiếng kêu đều.
• Chỉnh chính xác: Sử dụng đai ốc ở dưới quả lắc để thay đổi chiều dài, từ đó chỉnh nhanh chậm.

Kết luận

Đó là tất cả! Hy vọng bạn thích thiết kế này. Nếu bạn thích, hãy cân nhắc ủng hộ tác giả tại paypal.me/tomasdro.