Как выбрать и собрать часовой механизм для настенных часов
Всегда приятно, когда вещь, которую вы декорируете, может принести пользу и найти применение в хозяйстве. Именно поэтому мастера и мастерицы всех мастей любят выбирать заготовки для часов в качестве основы для творчества. После того, как процесс декора закончен, остаётся лишь выбрать часовой механизм, собрать его и вуаля! — стрелки пошли в ход и начали отсчитывать секунды, минуты, часы…
Однако именно этот момент может создать трудности для начинающего творца. Ассортимент часовых механизмов велик и в первый раз довольно сложно разобраться, что такое шток, как выбрать подходящий диаметр и высоту резьбы, чем отличаются простые механизмы от усиленных, и, самое главное, — в каком же порядке собирать все эти гайки и стрелки?..
Начинаем разбираться!
Большинство механизмов (практически все), представленных в различных хоббийных магазинах — это кварцевые часовые механизмы. Они ведут свою историю с 1957 года, обладают высокой точностью (плюс/минус одна секунда в сутки) и прекрасно подходят для использования в быту. Такой механизм можно назвать электромеханическим типом. Раз в секунду кварцевый кристалл передаёт импульс в электронный блок. Оттуда он передаётся двигателю, который и толкает стрелки. В качестве питания электронного блока используется обычная пальчиковая батарейка (батарейка АА).
Из недостатков такого механизма можно выделить то, что через несколько лет использования кристалл утрачивает свои свойства, и часы начинают спешить. Однако эта проблема легко решается покупкой нового механизма (так как основным плюсом кварцевых часовых механизмов является их недорогая цена) или заменой кристалла в часовой мастерской.
Высота штока и резьбы
Чтобы правильно подобрать часовой механизм, нужно отталкиваться в первую очередь от толщины заготовки.
Основные параметры, которые указываются в часовом механизме — это общая высота штока и высота резьбы. После того, как вы наденете на шток основу для часов, резьба должна возвышаться над основой ещё на несколько витков (где-то 2-3 мм), чтобы её высоты хватило на то, чтобы положить металлическую шайбу и закрутить гайку.
В названии часового механизма первая цифра — это высота штока, а вторая — высота резьбы (16/9, 18/12, 20/14 и пр.).
При покупке часового механизма лучше заранее знать толщину заготовки, которую вы будете декорировать, чтобы подобрать часовой механизм с подходящей высотой штока. Кстати, не забывайте учитывать и сам декор! Количество слоёв грунта, краски, лаков и особенно рельефных элементов могут сильно увеличить общую толщину заготовки.
Пример. У нас есть часовой механизм 15/6,7. Это значит, что нам нужно вычесть из высоты 6,7 два миллиметра (для закрепления гайки). Получается, что для такого механизма мы можем использовать заготовку не толще, чем 4,7 мм.
Простые и усиленные часовые механизмы и стрелки
Часовые механизмы бывают простые и усиленные.
В усиленных часовых механизмах реализован повышенный крутящий момент, использованы детали из материалов более высокого качества. Такие механизмы обладают большей надежностью и рассчитаны на то, чтобы хорошо взаимодействовать с большими стрелками (до 35 см, до 50 см, а у некоторых производителей даже до 1 метра) и основами большого диаметра. Выбирая стрелки к часовому механизму, важно, чтобы они соответствовали друг другу! Стрелки для обычных и усиленных механизмов различаются, и не являются взаимозаменяемыми.
Если вы собираетесь декорировать заготовку довольно большого диаметра, вам логичнее будет присмотреться именно к усиленным часовым механизмам и стрелкам.
Бесшумность: дискретный и плавный ход
Часовые механизмы различаются по типу хода секундной стрелки:
• часовые механизмы с дискретным ходом — секундная стрелка делает 60 движений в минуту, издавая характерный звук при смене каждого деления, часы тикают. Однако существуют так называемые «бесшумные» модели, звук которых практически незаметен. Лучше всего проверять часовой механизм при покупке, чтобы оценить степень его бесшумности. У нас в шоу-руме всегда можно попросить батарейку и проверить часовой механизм 🙂
• часовые механизмы с плавным ходом — секундная стрелка совершает 360 движений в минуту и визуально кажется, что она гладко «плывёт». Такие модели называются бесшумными, но какой-то звук они всё же издают и это тоже надо учитывать. Кроме того, механизмы такого типа стоят как минимум в два раза дороже дискретных, а за счет того, что количество импульсов в минуту больше в шесть раз, батарейки в них садятся гораздо быстрее.
Выбираем стрелки для часовых механизмов
Как и механизмы, стрелки для часов бывают простые и усиленные. Простые стрелки подходят к механизмам простого типа, а усиленные стрелки специально предназначены для усиленных механизмов. Стрелки можно покупать по отдельности, а можно — в наборах.
Стрелки традиционно бывает часовые, минутные и секундные. Однако секундной стрелкой можно пренебречь, а вместо неё поставить гвоздик-заглушку.
Стрелки бывают самых разнообразных форм, цветов и размеров. Длина стрелки указывается от центра отверстия до кончика стрелки.
Иногда на стрелках наклеена защитная прозрачная плёнка — не забудьте снять её перед использованием стрелок.
После того, как плёнка снята, стрелки тоже можно подвергнуть декору, например, состарить битумом или покрасить в другой цвет.
Порядок сборки часового механизма
Пошагово с фотографиями рассмотрим процесс сборки часового механизма.
1. Берём часовой механизм.
2. Надеваем металлическую петельку. Если вы будете использовать часы как-то иначе, а не вешать на гвоздик в стене, то этот шаг можно пропустить.
3. Надеваем резиновую шайбу-прокладку.
4. Надеваем основу для часов! Хорошенько прокручиваем всю резьбу. Иногда из-за слоёв грунта, лака и краски отверстие в заготовке забивается и шток с резьбой не пролезает в него. В таком случае прочистите отверстие чем-нибудь острым, или сошкурьте лишнее наждачной бумагой, свёрнутой в трубочку.
5. Надеваем металлическую шайбу.
6. И закрепляем механизм, закручивая металлическую гайку.
7. Надеваем часовую стрелку.
8. Теперь надеваем минутную стрелку.
9. Надеваем секундную стрелку или гвоздик-заглушку.
10. Переворачиваем наши часы и вставляем батарейку в часовой механизм. Готово!
Теперь вы знаете, как выбирать и собирать часовые механизмы и стрелки. Самое время заняться декором часов!
Кстати, в разделе мастер-классов на нашем сайте можно найти много уроков по декупажу часов :)
Устройство кварцевого часового механизма | Статьи
Устройство кварцевого часового механизма
Устройство кварцевого часового механизма, как и всякой зрелой технической разработки, отличается простотой принципа и сравнительной легкостью промышленного массового производства. Именно это обеспечило низкую цену и широчайшее распространение кварцевых часов в последние десятилетия.
Практические все современные кварцевые часовые механизмы состоят из следующих частей:
- электронный блок
- шаговый электродвигатель
- колесная передача и стрелочная или цифровая индикация
Не исключение и часовые механизмы «GRANDTIME». Рассмотрим их поподробнее.
Общий вид механизма плавного хода.
На фотографиях хорошо видна колесная система механизма — система редуктора, передающая вращательное движение на каждую из стрелок и позволяющая вручную корректировать время. Обычно у механизмов дискретного хода (тикающих) на одну шестеренку меньше.
Электронный блок и шаговый двигатель
Электронный блок состоит из генератора частоты (кристалл кварца вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду) и схемы с делителем, которая даёт импульсы шаговому двигателю уже 6 раз в секунду для плавного хода и 1 раз в секунду для дискретного.
Шаговый двигатель образован статором из штампованных стальных пластин, установленной на нем обмоткой возбуждения (индукционной катушкой) и ротором. Электрический импульс, проходя через обмотку, создает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Вращение ротора по колесной системе передается на стрелки.
В целом, длина и количество витков обмотки говорит о высоком КПД, пониженном энергопотреблении и, следовательно, высоком качестве механизма. Но, учитывая, что обмотка один из самых дорогих элементов механизма, производители пытаются на нем экономить.
В наших механизмах найдено оптимальное соотношение качества и цены.
Неравномерно идущие часы / Habr
Идея этих часов состоит в том, что стрелки на них двигаются неравномерно, то ускоряясь, то отставая, но тем не менее, в среднем, часы показывают правильное время. Сейчас расскажу, как такие сделать.
За основу взяты настенные стрелочные кварцевые часы. Они могут быть оформлены как угодно, но в 99% случаев внутри стоит стандартный китайский механизм с пластмассовыми деталями. Вот такой:
Вскрываем корпус, попутно отмечая наличие свободного места, что нам очень на руку.
Аккуратно разбираем механизм, стараясь не забыть, какая шестеренка куда ставится.
Часы приводятся в движение шаговым двигателем, который состоит из статора с обмоткой и ротора с постоянным магнитом. На обмотку раз в секунду подаются электрические импульсы, и с каждым импульсом ротор поворачивается на 180°. Вот двигатель в разобранном виде:
Плата часового генератора закреплена с обратной стороны обмотки. Вот как она выглядит:
Управлять часовым механизмом будет микроконтроллер ATtiny13A, выбранный, в основном, по принципу «ставим, что есть». На двигатель нужно подавать импульсы чередующейся полярности длительностью примерно 100 мс. Каждый импульс перемещает секундную стрелку на одну отметку.
Как видим, все очень просто: подключаем контроллер двумя выводами к обмотке, подаем питание… Стоп! Но ведь часы питаются от одной полуторавольтовой батарейки, а минимальное рабочее напряжение для ATtiny13A — 1,8 вольт. Как быть? На самом деле, контроллеры AVR могут работать и при напряжении питания 1 вольт и даже ниже (например), но при выполнении двух условий. Во-первых, тактовая частота должна быть низкой, в районе десятков килогерц. Во-вторых, тактирование должно осуществляться от внешнего источника.
Где взять внешний тактовый сигнал? Решение очевидно: от штатного часового генератора. Он вырабатывает сигнал частотой 32 768 Гц (215 Гц), снять который можно с одного из выводов кварца (с какого именно — определяется экспериментально). Берем нашу плату и припаиваем к ней провода для снятия питания, тактового сигнала, а также для управления двигателем. Нужно также перерезать дорожки от родного генератора к выводам обмотки.
Схема подключения микроконтроллера проста, как две копейки:
Только прошу обратить внимание на два момента. Во-первых, при сверхнизком напряжении питания выходные ключи портов открываются не полностью, поэтому, для уменьшения сопротивления, выводы запараллелены попарно (PB0 с PB1, и PB2 с PB4). Во-вторых, конденсатор в цепи питания следует поставить танталовый, с минимальным током утечки.
Контроллер смонтирован на обрезке макетной платы и прекрасно расположился в свободном пространстве в углу корпуса:
Поскольку перепрошить МК непосредственно в схеме не удастся, настоятельно советую не припаивать его намерво, а установить в панельку.
Логика работы часов следующая: интервалы между шагами секундной стрелки имеют случайную длительность, но полный оборот она должна проходить ровно за минуту, чтобы не нарушалась точность хода. Экспериментальным путем было установлено, что минимальный интервал между импульсами составляет 1/4 секунды, попытка двигать стрелку быстрее приводит к пропуску шагов. От этого и будем отталкиваться, пусть длительность каждого интервала будет кратна этому минимальному значению. Удобно будет разделить минуту на 240 «тиков» по четверти секунды каждый.
Главная проблема, возникшая при написании прошивки, состояла в том, как случайным образом разбить минуту на 60 интервалов. Потратив пару часов и исписав несколько листов бумаги, я составил два алгоритма. Первый заключался в формировании массива из 240 элементов, в который помещались номера всех «тиков». Затем из массива случайным образом выбирались 59 элементов, каждый из которых представлял собой номер «тика», на котором происходило бы движение стрелки. Второй алгоритм заключался в делении четырехсекундного интервала (16 «тиков») случайным образом на две части, каждая из которых затем также делилась надвое. После выполнения этих операций над 15 интервалами, получалось 60 значений в диапазоне от 1 до 13 «тиков», причем сумма всех этих значений составляла ровно 240.
К сожалению, ни первый, ни второй алгоритмы мне не удалось реализовать на ATtiny13 ввиду крайне малого объема памяти этого МК (1 КБ FLASH и всего 64 байта SRAM). Наверное, какой-нибудь гуру ассемблера смог бы это сделать, но я поступил проще и жестко забил в код одну таблицу длительностей интервалов. То, что ритм движения стрелки будет повторяться каждую минуту, не должно сразу броситься в глаза.
Программа устроена следующим образом. Каждый «тик» (1/4 секунды) по таймеру генерируется прерывание, во время которого проверяется номер «тика», и, если нужно, подается напряжение на обмотку двигателя, а также из таблицы извлекается длительность следующего интервала. Через 100 мс генерируется второе прерывание, по которому напряжение, подаваемое на обмотку, отключается. Всё остальное время контроллер находится в спящем режиме для уменьшения энергопотребления. Ссылка на полный исходный код приведена в конце статьи.
Необходимо также прошить Fuse-биты контроллера для того, чтобы включить режим внешнего тактирования (значения, отличные от заводских, выделены):
SELFPRGEN = 1
DWEN = 1
BODLEVEL1 = 1
BODLEVEL0 = 1
RSTDISBL = 1
SPIEN = 0
EESAVE = 1
WDTON = 1
CKDIV8 = 1
SUT1 = 1
SUT0 = 0
CKSEL1 = 0
CKSEL0 = 0
Спешу заметить, что после установки фьюзов данным образом контроллер нельзя будет перепрошить без внешнего источника тактирования.
Итак, контроллер запрограммирован, установлен на плату, котрая, в свою очередь, закреплена в корпусе каплей клея. Можно собирать механизм обратно, крепить стрелки и радоваться полученному результату:
Да, мои часы еще и идут в обратную сторону, что дополнительно сводит с ума случайного наблюдателя.
Ссылки
- Исходный код прошивки: http://pastebin.com/P3y6wBUh
- Аналогичный проект: Vetinari’s Clock
- Работа AVR при сверхнизком напряжении питания: Using an AVR as an RFID tag
«Бесшумный» часовой механизм
Достали одни настенные часы тиканьем, захотелось привести их к более удобоваримому состоянию.Упаковку не выдержала общения с почтой, механизм проткнул пупырку внешнего пакета, но обошлось без повреждений:
Стрелки запакованы в жестком чехле:
Комплект:
Стрелки кривоваты, но почта тут не причем:
на выбор бывает еще десятка полтора вариантов.
Стрелки покрупнее и в темноте:
Предварительно собранный механизм:
В сравнении с заменяемым:
основное отличие — ось секундной стрелки у старого прикреплена к стрелке, у нового — к механизму оказалось, что у старого ось выдернулась вместе с секундной стрелкой. Минутная и часовая совместимы, резьба крепления тоже.
Информация о модели на корпусе:
Собранные часы:
p.s. пока для проверки механизм лежал включенный — выяснилось что он неплохо уезжает.
Точность долговременно не проверялась, так что могу сказать лишь что явных проблем нет, за неделю уход в пределах минуты.
Работает достаточно тихо (встречались более громкие экземпляры), хотя что будет при почти разряженной батарейке — фиг знает, до этого еще далеко.
upd. 8.10.2018:
по случаю заснял синхронизированным по gps телефоном по прошествии 2 месяцев. время из exif наложено на кадр:
но ставил ли я секунды точно — не помню. так что все одно «в пределах минуты», но уже за 2 с небольшим месяца.
