موضوع مقاله: شاه‌فنر (ساعت) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # شاه‌فنر (ساعت) | مقدمه: یکی از فنرها چرخ‌دنده زمان‌سنجی را تغذیه می‌کند در حالی که دیگری چرخ‌دنده زنگ‌دار را تغذیه می‌کند. | ## بخش 1: شاه‌فنر (ساعت) | یک فنر پیچشی مارپیچی از جنس روبان فلزی - معمولاً فولاد فنری - است که به عنوان منبع انرژی در ساعت‌های مکانیکی، برخی ساعت‌ها و سایر مکانیسم‌های ساعت استفاده می‌شود. کوک کردن ساعت، با چرخاندن یک دستگیره یا کلید، انرژی را در فنر اصلی با پیچاندن مارپیچ سفت‌تر ذخیره می‌کند. نیروی شاه‌فنر سپس چرخ‌های ساعت را در حین باز شدن می‌چرخاند تا زمانی که به کوک کردن بعدی نیاز باشد. صفت‌های کوکی و فنری به سازوکارهایی اطلاق می‌شود که توسط شاه‌فنر تغذیه می‌شوند، که شامل زمان‌سنج‌های آشپزخانه، مترونوم، جعبه‌های موسیقی، اسباب‌بازی‌های کوکی و رادیوهای کوکی نیز می‌شود. شاه‌فنرهای امروزی شاه‌فنر مدرن ساعت، یک نوار بلند از فولاد سخت و آبی یا آلیاژ فولادی تخصصی است که ۲۰ تا ۳۰ سانتی‌متر طول و ۰٫۰۵–۰٫۲ میلی‌متر ضخامت دارد. شاه‌فنر در حرکت رایج یک روزه به گونه‌ای محاسبه می‌شود که ساعت را قادر می‌سازد ۳۶ تا ۴۰ ساعت کار کند، یعنی ۲۴ ساعت بین کوک‌های روزانه با ذخیره انرژی ۱۲ تا ۱۶ ساعت، در صورتی که صاحب ساعت دیرتر آن را کوک کند. موتورهای ۸ روزه، که در ساعت‌هایی که قرار است هفتگی کوک شوند استفاده می‌شود، حداقل ۱۹۲ ساعت انرژی را تأمین می‌کنند اما از شاه‌فنرهای بلندتر و بشکه‌های بزرگتر استفاده می‌کنند. از سال ۱۹۴۵، آلیاژهای فولاد کربنی به‌طور فزاینده‌ای با آلیاژهای ویژه جدیدتر (آهن، نیکل و کروم با افزودن کبالت، مولیبدن یا بریلیم) و همچنین آلیاژهای نورد سرد (سخت شدن ساختاری) جایگزین شده‌اند. این فنرها که به عنوان فنرهای «فلزی سفید» (در مقابل فولاد کربنی آبی) برای ساعت‌سازان شناخته می‌شوند، از جنس فولاد زنگ‌نزن هستند و دارای حد کشسانی بالاتری هستند. آنها کمتر در معرض خم شدن دائمی (خسته شدن) هستند و به سختی خطر شکستن آنها وجود دارد. در شکل آرام خود، شاه‌فنرها در سه شکل متمایز ساخته می‌شوند: مارپیچ حلقه‌ای: اینها در یک جهت در یک مارپیچ ساده پیچیده می‌شوند. نیمه‌معکوس: انتهای بیرونی فنر در جهت معکوس کمتر از یک دور (کمتر از ۳۶۰ درجه) پیچیده می‌شود. معکوس (مقاوم): انتهای بیرونی فنر در جهت معکوس برای یک یا چند دور (بیش از ۳۶۰ درجه) پیچیده می‌شود. انواع نیمه‌معکوس و معکوس نیروی بیشتری را در پایان دوره اجرا، زمانی که فنر تقریباً تمام انرژی خود را از دست داده است، فراهم می‌کنند تا ساعت را با سرعت ثابت تا انتها کار کند. | ## بخش 2: شاه‌فنر (ساعت) | با چرخاندن آربور، فنر کوک می‌شود و پس از کوک شدن، نیروی آن آربور را در جهت مخالف می‌چرخاند تا ساعت کار کند. عیب این طراحی فنر باز این است که هنگام کوک کردن، نیروی محرکه از سازوکار ساعت قطع می‌شود و ممکن است ساعت از کار بیفتد. این نوع فنر اغلب در ساعت‌های زنگ‌دار، جعبه‌های موسیقی و تایمرهای آشپزخانه استفاده می‌شود که توقف سازوکار در حین کوک شدن مشکلی ایجاد نمی‌کند. سازوکار کوک همیشه یک چرخ جغجغه با یک ضامن (که ساعت‌سازان آن را کلیک می‌نامند) دارد تا از باز شدن فنر جلوگیری کند. در ساعت‌های مدرن، شاه‌فنر به دور آربور پیچیده شده و درون یک جعبه استوانه‌ای به نام بشکه قرار می‌گیرد که می‌تواند آزادانه بچرخد. این اتصالات با قلاب‌ها یا زبانه‌های کوچک و سوراخ‌های مربعی در انتهای فنر ایجاد می‌شوند تا تعویض آن آسان باشد. کوک کردن ساعت باعث چرخش آربور و سفت شدن فنر اصلی می‌شود و آن را محکم‌تر به دور آربور می‌پیچد. آربور یک چرخ جغجغه با یک ضامن دارد که از چرخش معکوس آربور و باز شدن فنر جلوگیری می‌کند. پس از کوک شدن، آربور ثابت می‌ماند و کشش شاه‌فنر، بشکه را که حلقه‌ای از دندانه‌های چرخ‌دنده در اطراف آن قرار دارد، می‌چرخاند. این دندانه‌ها با یکی از چرخ‌دنده‌های ساعت، معمولاً چرخ‌دنده مرکزی، درگیر می‌شوند و چرخ دنده‌ها را به حرکت درمی‌آورند. بشکه معمولاً هر ۸ ساعت یک بار می‌چرخد، بنابراین یک فنر معمولی ۴۰ ساعته برای باز شدن کامل به ۵ دور چرخش نیاز دارد. اگر هنگام باز کردن اجزای ساعت احتیاط نشود، فنر می‌تواند ناگهان آزاد شود و باعث آسیب جدی شود. قبل از سرویس، شاه‌فنرها را با کشیدن ضامن به عقب در حالی که کلید کوک را نگه داشته‌اید، به آرامی «شل» می‌کنند تا فنر به آرامی باز شود. ساعت‌سازان از ابزاری به نام «کوک‌کننده فنر اصلی» برای نصب و برداشتن ایمن آنها استفاده می‌کنند. | ## بخش 3: شاه‌فنر (ساعت) | این جایگزین وزنه‌ای شد که از طنابی که به دور قرقره پیچیده شده بود آویزان بود، که منبع انرژی مورد استفاده در تمام ساعت‌های مکانیکی قبلی بود. حدود سال ۱۴۰۰، فنرهای مارپیچی در قفل‌ها مورد استفاده قرار گرفتند و بسیاری از ساعت‌سازان اولیه نیز قفل‌ساز بودند. فنرها در ساعت‌ها به کار گرفته شدند تا آنها را کوچک‌تر و قابل حمل‌تر از ساعت‌های وزنه‌ای قبلی کنند که تا سال ۱۶۰۰ به اولین ساعت‌های جیبی تبدیل شدند. قدیمی‌ترین ساعت باقی مانده که با شاه‌فنر کار می‌کند، بورگوندروه (ساعت بورگوندی) است، یک ساعت مجلسی طلاکاری شده و مزین، که در حال حاضر در موزه ملی ژرمنی در نورنبرگ قرار دارد، که شمایل‌نگاری آن نشان می‌دهد که در حدود سال ۱۴۳۰ برای فیلیپ خوب، دوک بورگوندی ساخته شده است. روش‌های ساخت شاه‌فنر در قرن هجدهم توسط [b] توضیح داده شده است: مشکلی در طول تاریخ ساعت‌ها و ساعت‌های فنردار این است که نیروی (گشتاور) ارائه شده توسط یک فنر ثابت نیست، بلکه با باز شدن فنر کاهش می‌یابد (نمودار را ببینید). سازوکارهای زمان‌سنجی هرگز کاملاً همزمان نیستند، به این معنی که سرعت آنها تحت تأثیر تغییرات نیروی محرکه قرار می‌گیرد. این امر به ویژه در مورد چرخ‌دنگ میله‌ای اولیه که قبل از ظهور فنر رقاصک در سال ۱۶۵۷ استفاده می‌شد، صادق بود؛ بنابراین ساعت‌های اولیه در طول دوره کار خود با کم شدن نیروی شاه‌فنر، کند می‌شدند و باعث زمان‌سنجی نادرست می‌شدند. دو راه‌حل برای این مشکل در ساعت‌های اولیه فنردار در قرن پانزدهم ظاهر شد: ترمز فنر و فوزه: ترمز فنر ترمز فنر یا استک‌فرید (Stackfreed) یک بادامک خارج از مرکز بود که بر روی آربور فنر اصلی نصب شده بود، با یک غلتک فنری که به آن فشار می‌آورد. بادامک شکلی شبیه «حلزون» داشت، بنابراین در اوایل دوره کار، زمانی که شاه‌فنر به شدت فشار می‌آورد، فنر به قسمت پهن بادامک فشار می‌آورد و نیروی مخالف قوی را فراهم می‌کرد، در حالی که بعداً در دوره کار با کاهش نیروی فنر اصلی، فنر به قسمت باریک‌تر بادامک فشار می‌آورد و نیروی مخالف نیز کاهش می‌یافت. ترمز فنر اصطکاک زیادی را اضافه کرد و احتمالاً زمان کارکرد ساعت را به میزان قابل توجهی کاهش داد. این فقط در برخی از ساعت‌های آلمانی استفاده می‌شد و پس از حدود یک قرن کنار گذاشته شد. این یک قرقره مخروطی شکل بود که توسط یک زنجیر پیچیده شده به دور بشکه فنر اصلی چرخانده می‌شد. شکل منحنی آن به‌طور مداوم مزیت مکانیکی پیوند را برای یکنواخت کردن نیروی فنر اصلی در هنگام پایین آمدن تغییر می‌داد. قرقره‌های حلزونی به روش استاندارد برای به دست آوردن گشتاور ثابت از یک فنر اصلی تبدیل شدند. | ## جمع‌بندی | آنها از اولین حضورشان تا قرن نوزدهم که بشکه کوکی به دست گرفت، در بیشتر ساعت‌ها و ساعت‌های فنردار و در زمان‌سنج‌های دریایی تا دهه ۱۹۷۰ استفاده می‌شدند.