大盘面钟系统研制

　　近年来,随着城市建设的迅速发展,在宾馆、车站、码头、公园等公共场所或建筑物内越来越多地采用大盘面钟(幅面为0.8~2m2)进行装饰,一方面可为人们提供准确的时间,合理安排工作;另一方面因其美观大方的艺术造型既美化了城市又使人们得到美的享受.目前国内大盘面钟多采用石英钟机芯放大的办法增加输出力矩,满足大盘面钟的需要.这种机芯的主要不足表现为:轮系多使得传动结构复杂,噪声大,指针不能反转调整时间,机芯传动方式为开式传动,而机芯一年四季又在高空室外运转,环境恶劣.为解决这些问题专门研制了新型大盘面钟机芯,其传动方式为闭式传动液体润滑,其主要优点是降低了机械传动噪声、增大了分时针输出力矩、提高了机芯运行的稳定性、延长了机芯使用寿命.

　　1　机芯传动原理

　　1.1　传动原理如图1传动原理图所示,图中蜗杆线数为1,蜗轮齿数为60,蜗轮固定在分针轴上,步进电机旋转一圈,蜗轮转过一个齿,也就是分针走过1min.步进电机到分针轴的传动比为i=60.时针是通过两对齿轮传动,分针轴到时针轴的传动比为i=12,即分针轴旋转一圈(60min),时针轴旋转30度,也就是时针走1h.机芯外壳采用铸铝箱式结构,完全解决了机芯密封问题,满足了在高空室外工作环境的要求.

　　1.2　步进电机选取

　　大盘面钟指针许多裸露在盘面之外,为了抵御大风引起的阻力要求机芯有足够的输出力矩.为此选用了型号为86BYG019感应子式功率步进电机,其最大静转矩为3·6N·m,最大相电流为2.8A/相.将该电机安装于上述传动方案,由控制系统带动机芯运转,实测机芯分针轴最大输出力矩为170N·m,足以满足幅面为2m2的大盘面钟的使用要求.

　　1.3　蜗轮与蜗杆结构特点

　　鉴于大盘面钟的使用特点,传动方案中采用了蜗杆蜗轮传动,主要有以下优点:第一,传动比大(i=60).这样就简化了步进电机到分针轴之间的传动结构,缩小了机芯体积,降低了成本.第二,传动平稳无噪音.第三,解决了停电后指针滑落的问题.

　　1.4　步进电机同蜗杆轴联接方式

　　如图1所示,步进电机与蜗杆轴直接固联,这种联接方式非常简单,但是对电机轴与蜗杆轴之间的同轴度要求很高,显然提高了机芯的制造精度和安装精度.其主要优点是大幅度降低了机械传动噪声.如在蜗杆轴与电机轴之间增加一对齿轮传动或十字滑块联轴器,这对电机的安装调试非常方便,可是步进电机运转方式为间歇式(即每隔15s或30s使步进电机转过确定的角度),步进电机启停时间短,齿轮的齿隙和齿面的线接触或滑块的间隙引起了较大的传动噪音.经过多次试制去掉了步进电机与蜗杆轴之间的齿轮传动,大大降低了机芯传动噪音,取得了满意的结果.