ЧАСОВОЙ БАЛАНС
CLOCK BALANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к балансу часового механизма, содержащему жесткие части, в состав которых входят ступица, определяющая ось поворота баланса, обод и по меньшей мере одна спица, соединяющая обод со ступицей, а также содержащему по меньшей мере одно удерживающее средство для приема и захвата стержня инерционного элемента в требуемом положении.
Настоящее изобретение относится к области часовых осцилляторов, в частности к области часовых балансов, содержащих средства регулирования инерции и/или балансировки.
Уровень техники
Известно множество вариантов выполнения балансов со средствами регулирования инерции и/или балансировки. В частности, известны балансы с инерционными элементами, ввинчиваемыми или запрессованными в обод баланса. Также делались попытки создания баланса с удержанием инерционного элемента посредством захвата. Например, в документе CH 705 238 раскрывается баланс, имеющий по меньшей мере один паз для приема и удержания в требуемом положении стержня инерционного элемента, ограниченный с одной стороны указанной жесткой частью баланса, и с другой стороны - упругой лапкой, постоянно возвращаемой к указанной жесткой части указанного баланса, ограничивающей указанный паз для удержания инерционного элемента.
При вставке инерционных элементов происходит значительная пластическая деформация указанной упругой лапки вследствие ее раздвигания. Эта пластическая деформация впоследствии может приводить к возникновению дефектов материала, например трещин. Таким образом, это может оказывать отрицательное влияние на надежность баланса, или даже приводить к его повреждению, поскольку инерционный элемент больше не может правильно удерживаться упругой лапкой и смещается.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в устранении различных недостатков известных устройств.
Более конкретно, задача настоящего изобретения заключается в создании баланса, способного обеспечивать лучшее удержание инерционных элементов с помощью упругой лапки, способной оставаться при уровнях напряжений, не превышающих ее предела упругости, с целью минимизации риска ее повреждения.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание баланса с упругой лапкой, имеющей достаточно жесткую геометрию и обладающей достаточной нагрузочной способностью, позволяющей удерживать инерционный элемент в требуемом положении независимо от типа ударной нагрузки, которой подвергаются часы.
Эти задачи, а также другие задачи, более подробно описанные ниже, решены с помощью предлагаемого настоящим изобретением баланса для часового механизма согласно пункту 1 прилагаемой формулы изобретения.
Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления изобретения:
- свободный, дальний конец упругой лапки содержит плоский участок, расположенный напротив части баланса, жесткость которой больше или равна жесткости упругой лапки;
- упругая лапка содержит внутреннюю поверхность постоянной кривизны в пределах угла α, центрального для окружности с центром C, превышающего 240°;
- упругая лапка имеет постоянное поперечное сечение в пределах угла β, центрального для окружности с центром C, превышающего 150°;
- плоский участок проходит в пределах угла γ, центрального для окружности с центром C, составляющего от 20 до 50°;
- паз проходит параллельно радиальному лучу, проходящему от указанной оси поворота;
- упругая лапка имеет такую форму, что предельная величина ее пластической деформации остается ниже 0,3% на дне пространства при практически вертикальном подъеме упругой лапки относительно жесткой части баланса для установки стержня инерционного элемента;
- пространство имеет круглую форму с входом, образованным пазом, и дном, причем размер дна пространства больше размера входа пространства;
- упругая лапка обеспечивает создание удерживающего усилия величиной по меньшей мере 0,7 Н;
- жесткая часть имеет углубление для позиционирования инерционного элемента, причем ширина просвета меньше диаметра стержня инерционного элемента;
- упругая лапка выполнена за одно целое с ободом;
- упругая лапка выполнена за одно целое со ступицей;
- по меньшей мере одна упругая лапка выполнена за одно целое с балансом;
- баланс содержит несколько упругих лапок, расположенных симметрично относительно центра баланса.
Объектом изобретения является также часовой механизм, содержащий осциллятор «баланс - спираль» согласно настоящему изобретению.
Объектом изобретения являются также часы, содержащие часовой механизм согласно настоящему изобретению.
Объектом настоящего изобретения является также способ установки инерционного элемента на баланс согласно настоящему изобретению.
Таким образом, объект настоящего изобретения, благодаря своим различным функциональным и конструкционным качествам, описанным выше, позволяет получить более прочный баланс, в частности, благодаря устранению растягивающих напряжений на внутренней поверхности упругой лапки, что позволяет ограничить образование ослабленных участков.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более ясными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием частного варианта его осуществления, приводимым исключительно в качестве иллюстративного и неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан баланс согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, вид сверху;
на фиг. 2 - упругое зажимное средство баланса согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, вид сверху;
на фиг. 3 - баланс согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, вид сверху;
на фиг. 4A и 4B - инерционные элементы, которыми может оснащаться баланс согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Ниже со ссылками на фиг. 1, 2, 3, 4A и 4B будет подробно описан приводимый в качестве примера возможный вариант выполнения баланса согласно настоящему изобретению.
Объектом изобретения является баланс 1 для часового механизма. Баланс содержит жесткие части, в состав которых входят ступица 2, центр которой определяет ось D поворота баланса 1, обод 3 и по меньшей мере одна спица 4, соединяющая обод 3 со ступицей 2.
В зависимости от задач, стоящих в конкретном случае перед специалистом в данной области, баланс может быть изготовлен из меди или медного сплава, такого как нейзильбер. Баланс также может быть изготовлен из алюминия, алюминиевого сплава, титана или титанового сплава, золота или сплава золота, платины или платинового сплава.
Баланс 1 содержит также по меньшей мере одну упругую лапку 5, содержащую первый конец 5b, соединенный с ободом баланса 1, и второй, дальний конец 5a, свободный относительно ступицы 2, спицы 4 и сектора обода 3, причем свободный конец 5a может деформироваться в плоскости обода и зажимать инерционный элемент 6 на балансе. Баланс имеет также паз 7, в который может вставляться инерционный элемент 6; паз 7 ограничен с одной стороны свободным концом 5a упругой лапки, а с другой стороны - жесткой частью 8, соединенной с ободом и ступицей. Паз 7 имеет просвет 9, позволяющий свободному концу 5a упругой лапки смещаться перпендикулярно спице 4 и входить в контакт с инерционным элементом 6, чтобы прижать его к спице 4, когда он находится в пазу.
Согласно настоящему изобретению, упругая лапка 5 содержит крючковидную основную часть 5c, при этом свободный, дальний конец 5a крюка расположен параллельно части баланса, жесткость которой больше или равна жесткости упругой лапки 5, при этом такая крючковидная форма обеспечивает хорошее распределение напряжений, ограничивая их концентрацию в свободном пространстве между ободом и ступицей.
Кроме того, такая геометрия позволяет дну пространства, образованного упругой лапкой 5, а именно поверхностью S1, подвергаться сжатию, а не растяжению, как это бывает в известных устройствах. Основное преимущество работы на сжатие заключается в компенсации дефектов, таких как микротрещины, которые могут образовываться на этой поверхности, и, следовательно, в снижении отрицательного влияния таких дефектов.
Как показано на фиг. 2, свободный, дальний конец 5a упругой лапки 5 содержит плоский участок 50, расположенный напротив части баланса, жесткость которой больше или равна жесткости упругой лапки 5; указанной жесткой частью может быть спица 4 баланса или, например, другая упругая лапка 5.
Следует отметить, что внутренняя поверхность S1 упругой лапки 5 имеет постоянную кривизну в пределах угла α, центрального для окружности с центром C, превышающего 240°, и такая конфигурация позволяет внутренней поверхности S1 лапки работать на сжатие.
Упругая лапка 5 имеет также постоянное поперечное сечение в пределах угла β, центрального для окружности с центром C, превышающего 150°, и такая конфигурация позволяет большей части материала лапки находиться под напряжением.
Плоский участок 50 проходит в пределах угла γ, центрального для окружности с центром C, составляющего от 20 до 50°.
Предпочтительно, паз 7 проходит параллельно радиальному лучу R, проходящему от указанной оси D вращения, сообщен с пространством 10 и имеет углубление 11 для точного позиционирования инерционного элемента 6 и его удержания в требуемом положении. Ширина просвета 9 выбрана меньше диаметра инерционного элемента или стержня инерционного элемента для фиксации инерционного элемента в требуемом положении.
Инерционный элемент 6 содержит головку 61 с регулировочным шлицом 63 для соответствующего инструмента. Инерционный элемент 6 может содержать стержень 62, отходящий от указанной головки 61; диаметр головки 61 больше диаметра стержня 62.
В варианте осуществления изобретения, показанном на прилагаемых чертежах, инерционный элемент 6 содержит основание 65, которое соединено стержнем 62 с головкой 61; диаметр как головки 61, так и основания 65 больше диаметра стержня 62, что сделано с целью ограничения перемещения инерционного элемента 6 на упругой лапке 5 в направлении параллельно оси D вращения, или даже устранения возможности какого-либо перемещения в данном направлении.
Стержень 62 расположен параллельно оси, проходящей через центр инерционного элемента 6; после захвата упругой лапкой 5 инерционный элемент может поворачиваться вокруг этой оси с помощью инструмента, вводимого в регулировочный шлиц 63. Инерционный элемент 6 имеет дисбаланс относительно этой оси, причиной которого является, например, плоский участок 64, выполненный на головке 61, как показано на фиг. 4A.
При установке инерционного элемента 6 в углубление 11 просвета 9 свободный конец 5a упругой лапки 5 смещается перпендикулярно общему направлению радиуса, соединяющего места соединения жесткой спицы со ступицей и ободом относительно жесткой стенки 8. Свободный конец 5a содержит плоскую поверхность, расположенную напротив углубления 11, для надежного удержания стержня инерционного элемента 6.
Инерционный элемент 6 содержит стержень 62, минимальный диаметр которого больше ширины паза 7 в свободном состоянии, а максимальный диаметр меньше ширины паза 7, когда упругая лапка 5 отодвинута от жесткой части 8 баланса 1, ограничивающей паз 7, под действием отодвигающей силы, действующей в пазу 7 или на упругую лапку 5.
Согласно настоящему изобретению, упругая лапка 5 образует пространство 10, ограниченное стенкой 50, основной частью 5c упругой лапки, которая упруго деформируется при установке инерционного элемента 6 на баланс, свободным концом 5a упругой лапки 5, смещаемым в плоскости обода по существу перпендикулярно спице 4.
Как показано на фиг. 2, пространство 10 имеет круглую форму с центром C, внутренним радиусом R1 и внешним радиусом R2, причем расстояние между двумя радиусами R1 и R2 представляет собой толщину участка дуги окружности.
Предпочтительно, основная часть 5c упругой лапки 5 содержит первый участок в форме дуги окружности с постоянным поперечным сечением. Такая форма дуги окружности позволяет, с одной стороны, увеличить поверхность, по которой распределяются напряжения, и, с другой стороны, накапливать как можно больше упругой энергии благодаря большему количеству материала, подвергающегося воздействию напряжения, чем в известных устройствах. Основная часть 5c содержит также второй участок, являющийся продолжением первого участка и расположенный параллельно указанной спице.
Как показано на фиг. 2, толщина первого участка лапки больше толщины ее второго участка. Такая конфигурация позволяет иметь больше материала под напряжением и, следовательно, накапливать больше энергии и, таким образом, оказывать хорошее удерживающее усилие на инерционный элемент 6. В данном случае первый участок в форме дуги окружности подвергается лишь незначительной пластической деформации, обеспечивая при этом очень хорошее удержание инерционного элемента.
Толщина второго участка лапки, расположенного параллельно жесткому элементу 8, меньше толщины ее первого участка. Второй участок упругой лапки можно рассматривать как подвергающуюся изгибу консольную балку непостоянного сечения, поэтому основная часть 5c подвергается лишь незначительным пластическим деформациям.
Согласно результатам испытаний, проведенных изобретателями, упругая лапка 5 подвергается пластических деформаций по длине стенки в форме дуги окружности, составляющей лишь 0,3%, в то время как в известных устройствах аналогичная величина пластической деформации составляет 2%. Таким образом, предлагаемое решение позволяет снизить напряжения, испытываемые упругой лапкой 5 при установке инерционного элемента 6. Такая геометрия обеспечивает воздействие сжатия на внутреннюю стенку участка упругой лапки 5 в форме дуги окружности и воздействие растяжения на внешнюю стенку данного участка. Такая конфигурация позволяет также ограничить или даже устранить образование ослабленных областей, таких как микротрещины, отрицательно влияющих на удержание инерционного элемента с течением времени.
Размеры и геометрия упругой лапки 5 выбраны такими, чтобы получить минимальное требуемое усилие для удержания инерционного элемента; обеспечиваемое упругой лапкой удерживающее усилие составляет по меньшей мере 0,7 Н.
Аналогичным образом, длина и ширина участка упругой лапки 5 в форме дуги окружности выбраны такими, чтобы поддерживать низкий уровень напряжения во избежание пластической деформации. Размеры упругой лапки 5 позволяют накапливать значительную упругую энергию, возникающую в результате деформации лапки, причем энергия деформации восстанавливается в виде удерживающего усилия, действующего на стержень инерционного элемента, зажимаемого упругой лапкой 5, что обеспечивает удерживающее усилие и крутящий момент, действующий со стороны углубления 11 на стержень инерционного элемента.
Следует отметить также, что пространство 10, образованное упругой лапкой 5, имеет относительно большой радиус в на дне кривизны, причем данная конкретная форма была выбрана с целью достижения лучшего распределения напряжений при установке инерционного элемента 6; напряжения при этом распределяются по гораздо большей площади поверхности, чем в известных устройствах, что позволяет избежать ослабления конструкции по длине дуги окружности. Действительно, в известных устройствах радиус в дне кривизны удерживающего средства намного меньше, что приводит к очень локализованному распределению напряжений и образованию микротрещин в этом месте, и, следовательно, к постепенному уменьшению удерживающего усилия с течением времени.
Благодаря оригинальной геометрии упругой лапки 5 настоящее изобретение позволяет получить удовлетворительное усилие для удержания инерционного элемента и устранения образования ослабленных участков при смещении лапки для установки инерционного элемента 6. Судя по всему, количество материала, испытывающего воздействие напряжений, является определяющим для создания удовлетворительного удерживающего усилия, действующего на инерционный элемент (согласно уравнению Клайперона, упругая энергия, накопленная в материальном теле, равна работе всех приложенных сил: ).
Поэтому идеальным решением было бы максимально увеличить количество материала, подвергающегося напряжениям, чтобы упругая лапка обеспечивала большее удерживающее усилие. Однако такой вариант предполагает увеличение размеров упругой лапки, что привело бы к существенному изменению инерционности баланса и усложнило бы его установку, в частности установку на колонку.
Согласно вариантам осуществления изобретения, показанным на фиг. 1 и 3, баланс может содержать две или четыре упругие лапки 5.
Настоящее изобретение относится также к способу установки инерционного элемента на описанный выше баланс. Данный способ установки согласно настоящему изобретению включает следующие этапы:
a) установку баланса 1 на опору и удержание его на месте;
b) смещение свободного конца 5a упругой лапки 5 перпендикулярно спице 4 в плоскости обода;
c) введение инерционного элемента 6 в углубление 11 так, чтобы расположение основания 65 было согласовано с расположением углубления 11;
d) смещение инерционного элемента 6 по прямолинейной траектории к углублению 11 для размещения основания 65 в данном углублении.
Данный способ может включать необязательный этап, следующий за этапом c), во время которого инерционный элемент 6 точно позиционируется таким образом, чтобы головка инерционного элемента находилась в контакте с верхней поверхностью лапки 5 и верхней поверхностью жесткой стенки 8.
Объектом изобретения является также баланс 1, содержащий множество удерживающих средств 5, каждое из которых выполнено с возможностью приема по меньшей мере одного инерционного элемента 6.
Объектом настоящего изобретения является также часовой механизм, содержащий по меньшей мере один вышеупомянутый баланс 1.
Объектом настоящего изобретения являются также часы, содержащие по меньшей мере один такой часовой механизм и являющиеся, предпочтительно, наручными или карманными часами.