Необычные часы из бумаги.

[terry82]

Всем доброго времени суток. Когда-то краем уха я слышал о часах из бумаги, но дальше отдаленных отголосков дело не дошло, пока однажды мне не позвонил мой старинный приятель из Минска. Рассказал о своем хобби (каюсь, не знал об этом увлечении. Все наше общение было о наручных часах) и предложил посмотреть на результат его деятельности.
Я долго не раздумывал и в скором времени оказался в столице Беларуси.
- Егор, я же знаю, что у тебя очень неплохая коллекция электромеханических часов, а тут еще и такое хобби. Как так вышло? С чего все начиналось?
-Да, наручные часы - не единственное моё хобби. Мне нравится делать что-то своими руками, это помогает отвлечься от работы за компьютером, увидеть конкретный, осязаемый результат своего труда. Я делал мебель для дома и дачи, игрушки для дочери, вещи на заказ.
Но из городской квартиры не сделаешь столярную мастерскую. Поэтому я увлёкся бумажным моделированием. Нет шума и грязи, не требуется большое пространство и специализированный инструмент. Достаточно несколько листов плотной бумаги, ножниц и клея. В интернете можно найти и скачать проект для сборки на любой вкус и любого уровня сложности.
Два года назад я нашёл в сети инструкцию по сборке бумажных настенных часов. Она была издана в виде книжки ещё в 1983 году (автор James Smith Rudolph), а предисловие к ней написал Айзек Азимов (родился он кстати, на территории нынешней Гомельской области Беларуси). Это были настоящие механические часы, с маятником и гирей (таких, наверное, уже почти не осталось в домах, только в магазинах антиквариата), но из бумаги.



Мне очень понравилась идея собрать такие часы, но сам процесс принёс намного меньше радости, чем я рассчитывал. Модель была очень сложной и неудобной для вырезания и склеивания, отняла много времени и сил. Мне постоянно казалось, что это можно сделать по-другому, лучше.







Вкратце обрисую, с чем связано моё недовольство. Фактически, если посмотреть внимательно на конструкцию, автор повторил обычные настенные часы, сделав лишь минимальные поправки на то, что бумага очень сильно отличается от железа, а руки моделиста - от токарного станка и штамповочного пресса. Допустимая погрешность при вырезании и склеивании запредельно низкая.
Надо, например, вырезать из бумаги небольшое колесо с 70 зубцами, где все зубцы должны быть совершенно одинаковыми, иначе при сцеплении с другой шестернёй они будут заедать. При этом такое колесо ещё и “водит” в другой плоскости, поскольку бумага гнётся намного легче, чем аналогичный лист жести. Чтобы решить эту проблему, предлагается просто склеить вместе несколько слоёв, что нельзя назвать очень элегантным решением (часы в итоге скорее “картонные” чем “бумажные”), да и не очень-то помогает. Более того, профили рассчитаны на гладкий металл, а трение бумаги значительно сильнее (кстати, модель таки не была на сто процентов бумажной, оси делаются из проволоки, есть нитка и резинка).
В результате, даже после нескольких переделок, когда я заменял неудавшиеся детали на другие, более тщательно исполненные, модель всё равно могла пройти всего несколько минут. На этом я остановился. Я много узнал об устройстве механизма часов, лучше понял основные принципы работы и конструкции. Даже если бы я добился уверенного хода, использовать модель по назначению - как часы, всё равно было бы непрактично - они требуют постоянного завода несколько раз в день, а точность хода сами представляете какая.
Я попробовал найти другие модели бумажных часов, и нашёл модель японского мастера, более свежую (вроде как, разработанную в 2008 году), но даже более сложную. Конструктор лучше учёл особенности материала. Там стоит другой спусковой механизм, более пригодный для бумажного исполнения. Все шестерёнки стали объёмными, что позволяет им быть более устойчивыми к искривлениям.
Но требования к точности сборки всё равно остались невероятными. Чтобы понять, насколько всё плохо, представьте, что вам нужно склеить простую коробку, куб. Вы легко проклеите большинство граней, но когда придёт время закрывать крышку, у вас не будет возможности удобно прижать клапаны к стенкам. Даже если клеить последнюю сторону клапанами наружу, сложно добиться хорошего результата. А теперь представьте, что вы сталкиваетесь с этой проблемой на каждом из нескольких сотен крохотных зубцов шестеренок.
Дело дошло до того, что японский конструктор предлагает сперва вырезать форму для шестерёнки, а потом клеить шестерёнку внутри этой формы, чтобы добиться нужной точности. Есть и другие вопросы к его модели, но в любом случае, труд титанический.
Может быть позже я эту модель и соберу, но пока, изучив инструкции и схемы, я её отложил. К тому же, там остаётся главная проблема - не получится использовать их в качестве настоящих настенных часов, поскольку заводить их несколько раз в день - просто нереальный квест.
Есть и ещё одна модель японского автора, останавливаться на ней подробно не буду, поскольку косяки там такие же. В общей сложности я сумел найти в интернете только три варианта моделей бумажных часов.
Итак, изучив этот опыт, я решил, что сконструирую такую модель сам, с блэкджеком и прочими атрибутами.
Добиться этого оказалось непросто. Пришлось собрать множество прототипов для тестов. После того, как они заработали, я ещё много раз переделывал разные детали, чтобы модель стала ещё более удобной для сборки. Забегая вперёд, всё получилось, и один из прототипов проработал уже больше года. Собрать модель можно за один вечер.
Я обозначил для себя несколько принципов, которыми буду пользоваться при разработке:
Во-первых, максимально большой размер деталей: большие детали легче вырезать и клеить, да и результат потом солидно выглядит.
Во-вторых, максимальное упрощение конструкции и сокращение количества зубцов у шестерен.
В-третьих, акцент не на точности исполнения, а на возможности подстройки.
Ну и секретный ингредиент, обеспечивший мне огромную фору: я решил не делать полностью механические часы, а сделать для начала только часть механизма.
В моих часах нет маятника и гири, их заменил кварцевый механизм на батарейке. И весь ангренаж, соответственно, тоже не нужен. Фактически, я мог бы просто поместить такой механизм в бумажный корпус, обклеить стрелки бумагой, и назвать это “бумажными часами”.
Но, конечно же, простых путей мы не ищем. В механизме часов помимо двигателя и ангренажа, есть ещё ремонтуар и стрелочный механизм.
Вот стрелочный механизм я и попробовал воспроизвести. От кварцевого механизма идёт только минутная стрелка. Она соединена с минутным трибом. С помощью вексельного и часового колеса вращение минутной стрелки передается часовой стрелке с замедлением 1 к 12. Секундной стрелки нет.
Итого, эта часть механизма состоит из четырех шестерёнок на двух осях. Вполне посильный фронт работы, по сравнению с целым механизмом. Это отдельный функциональный элемент механизма, который можно использовать при дальнейшей разработке остальных элементов. В моих часах он работает точно так же, как и в обычных настенных или наручных.
Брать за основу стрелочный механизм часов Джеймса Рудольфа я не хотел, поскольку посчитал, что там слишком много зубцов. Обратился за опытом к моделям деревянных настенных часов. Такие модели активно разрабатывали в 90е, сейчас есть масса планов и чертежей.
Там, конечно, и зубцы более сложной формы, и возможности обработки материала другие, но всё ближе, чем металлические фабричные часы.
Я уяснил, что делать триб с меньшим количеством зубцов чем 8, не стоит. Он будет плохо сцепляться с соседней шестерней. Исходя из этого определились характеристики всех шестерен: 8, 10, 30 и 32 зуба.
Вспомнив тригонометрию, я рассчитал размеры, исходя из желания сделать так, чтобы не было граней меньше сантиметра в длину (иначе сборка превращается в мучение) и боковые сечения помещались на листы А4. Получилось, что я могу использовать только “острые” в профиле зубцы, которые уже не используют даже в деревянных часах.
У меня были определенные наработки в создании бумажных шестерен. Я подсмотрел в интернете, как коллега-моделист использовал для шестерён так называемую “складку Миуры” (Miura fold).
Этот достаточно простой в исполнении способ складывания бумаги в оригами стал известным, когда на его основе сделали схему раскладывания солнечных батарей у спутников. Сейчас он используется для ваз, абажуров и многого другого.





Он позволил мне обеспечить внутреннюю жесткость зубьям шестерен не за счёт склеивания с другими деталями раскройки, а за счёт складывания под определенными углами одной детали. Складывание, очевидно, намного более точно, чем склеивание (хотя есть свои нюансы, но это отдельная история).
На основе складок Миуры можно делать и более сложные профили зубцов, но в этом проекте они мне не понадобилось.



После решения этой проблемы осталось только организовать возможность подстроить оси при сборке, чтобы добиться стабильного зацепления. Для этого все свободные оси закреплены на движущихся полосках бумаги, продетых в прорези на корпусе. Сила трения удерживает полоски на месте, но если надо, их можно сдвинуть, регулируя тем самым зацепление шестерён.
Немного фото процесса сборки











Всё остальное достаточно банально, не буду ещё больше перегружать вас текстом. Отмечу только, что я сделал съёмный циферблат, чтобы его можно было легко заменить, если надоест.
Подытоживая, мои часы не только намного проще в сборке (вы даже можете собрать их вместе с вашим ребенком), но и практичнее, потому что показывают время намного точнее и без постоянного ручного подзавода.
Поскольку там есть настоящие функциональные шестерни, сделанные из бумаги, и участвующие в отображении времени, думаю, что имею право назвать мою модель “бумажными часами”.

Скажу честно, такие часы есть у меня дома. Тикают тихо, точно, вызывая интерес у приходящих в гости.





-Каковы планы на будущее?
- Сейчас я планирую сделать ещё несколько моделей часов с другой индикацией времени, а ещё кинетические скульптуры, бумажные игрушки-автоматы.
В более отдалённой перспективе я хочу сделать свою версию полностью механических часов, надёжных и удобных для сборки. Следующим этапом будет работа над маятником и спуском.

Мне остается пожелать Егору удачи!

Может кто-то из форумчан готов поделиться своими или не своими необычными часами?

[Alcohol Kills]

С такими часами я бы побоялся даже балкон открывать, чтобы от влажности не размокли детали.

[ssvukr]

Почему-то вспомнилось папье-маше
Интересно почему мастер для придания жесткости не попытался вскрыть получившиеся детальки каким-то подобием жидкой быстрозастывающей пластмассы?

[Vladimir Landau]

Титанический труд, вызывает уважение упорство и целеустремлённость
На самом деле такое увлечение в тысячу раз конструктивнее последних веяний по раскрашиванию картинок и вышиванию по трафарету. Тут реально надо включать голову, а не просто подбирать точную палитру.
Хорошо бы в продаже появились подобные журналы, может я бы себе такой и купил. Печатать всю эту красоту сам поленюсь, да и правильную бумагу лучше пусть автор проекта подберёт.

Ну и конечно, желательно, чтобы часы были без моторчиков и фабричных деталей, а то как то нечестно получается

[CapsLock]

Сообщение от Vladimir Landau

чтобы часы были без моторчиков и фабричных деталей

С полным циклом производства это уже мануфактура будет!

[Severum]

Респектос автору только так я и не понял, на какой фейхуа нужен был этот геморрой? У автора явно очень много свободного времени, не в обиду будет сказано. Каждый сходит с ума по-своему...

[Tabargan]

"А Ви не зовидуйте"

[Edisson1966]

Очень интересное и необычное хобби. Всё правильно, какая-то отдушина у человека должна быть)

[trxtr]

приветствую, я автор этих часов, здесь появляюсь редко, в основном на часовом клубе Онлайнера пишу. Спасибо
terry82 за текст и вам за интерес. отвечу на несколько комментариев.

в ванной, конечно, им не место, но открытого балкона, конечно, не боятся. Если что, всегда можно "отремонтировать" с помощью клея и ножниц. как я говорил, один из прототипов уже работает больше года

есть отработанная техника укрепления бумажных моделей - пропитка эпоксидкой, грунтовка и покраска акрилом. Но не делал ничего этого, и не планирую, потому что пропадёт "бумажность"

бумагу использовал 160 г.м2, из наборов бумаги для черчения

[fortress]

С такими часами я бы побоялся даже балкон открывать, чтобы от влажности не размокли детали.

Чушь. Это по сути дела гетинакс.Печатные платы на нем по 50 лет живут и не размокают.