ПОДШИПНИК ЧАСОВОГО МЕХАНИЗМА, В ЧАСТНОСТИ ПРОТИВОУДАРНЫЙ, ДЛЯ ОСИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ КОЛЕСА
BALL BEARING OF A CLOCK MECHANISM, PARTICULARLY SHOCK-ABSORBING BALL BEARING, FOR A ROTATING WHEEL AXIS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к подшипнику часового механизма, в частности противоударному, для оси вращающегося колеса. Объектом изобретения является также часовой механизм, содержащий такой подшипник.
Уровень техники
В часовых механизмах оси вращающихся колес, как правило, имеют на своих концах цапфы, которые вращаются в подшипниках, установленных в платине или мостах часового механизма. Подшипники некоторых колес, в частности балансов, обычно оснащают подшипниками с противоударным механизмом. Действительно, поскольку цапфы оси баланса, как правило, очень тонкие, а масса баланса относительно велика, при отсутствии противоударного механизма под действием ударной нагрузки цапфы могут ломаться.
Схема обычного противоударного подшипника 1 показана на фиг. 1. Сквозное отверстие 7, просверленное в камне 2, образует осевой направляющий элемент для цапфы, обычно называемый подшипником, который вставлен в подшипниковую опору 3, обычно называемую оправой, на которой установлен накладной камень 4. Оправа 3 прижимается к задней части подшипникового блока 5 с помощью упругого средства, как правило амортизационной пружины 6, создающей осевое усилие, действующее на верхнюю часть накладного камня 4. Как показано на фиг. 2, цапфа 9 оси 8 вставлена в сквозное отверстие 7. Такой противоударный подшипник 1 позволяет поглощать ударные нагрузки, действующие в направлении по продольной оси цапфы 9, причем узел, в состав которого входят оправа 3, куполовидный камень 2 и накладной камень 4, может перемещаться благодаря амортизационной пружине 6.
Однако в случае наклона оси 8 и цапфы 9 последняя трется о кромку отверстия 7, если внутренняя стенка отверстия прямая, что может приводить к преждевременному износу цапфы 9 вследствие очень малого радиуса кривизны контактирующей кромки, что обусловливает высокое контактное давление. Чтобы избежать этого, внутренней стенке отверстия принято придавать форму оливы. Внутренняя стенка имеет закругленную область с большим радиусом кривизны, обеспечивающую опору для цапфы на эту область даже при наклоне цапфы 9.
Однако способы производства таких отверстий с закругленной внутренней стенкой являются сложными. Например, для придания требуемой формы внутренней стенке отверстия используется алмазная режущая проволока, проходящая сквозь отверстие, причем направляющий элемент наклонен относительно оси проволоки. Этот способ сложен в осуществления и не всегда позволяет получить точный и одинаковый результат для всех серийно изготовляемых просверленных камней.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в создании элемента для направления цапфы оси вращающегося колеса, например оси баланса, для подшипника часового механизма, в частности противоударного, позволяющего избежать вышеуказанных проблем.
Указанная задача решена с помощью предлагаемого настоящим изобретением элемента для радиального направления оси вращающегося колеса, например оси баланса, для подшипника часового механизма, в частности противоударного, при этом указанный направляющий элемент содержит основную часть, выполненную с возможностью взаимодействия с подшипниковым блоком так, чтобы удерживаться внутри блока, причем указанная основная часть образует зону радиального удержания цапфы, чтобы удерживать ось в радиальном направлении, обеспечивая при этом возможность ее вращения.
Предлагаемый направляющий элемент отличается тем, что он содержит по меньшей мере три локальные опорные детали, распределенные по окружности и образующие указанную зону радиального удержания, причем каждая деталь содержит контактную торцевую поверхность для контакта с указанной цапфой, при этом по меньшей мере часть каждой торцевой поверхности имеет цилиндрическую форму, выпуклую внутрь зоны радиального удержания, причем указанные опорные детали имеют удлиненную основную часть.
Такая конфигурация гарантирует высокую точность направляющих элементов. Действительно, гораздо проще изготовить опорные детали по отдельности, чем обрабатывать внутреннюю поверхность отверстия, придавая ей требуемую форму по всей поверхности.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, ось вращения цилиндрической формы практически перпендикулярна оси цапфы.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вся контактная поверхность детали имеет цилиндрическую форму.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорные детали имеют удлиненную основную часть.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорные детали имеют форму параллелепипеда.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорная деталь продолжена в продольном направлении концом, содержащим контактную торцевую поверхность, причем указанный конец и основная часть образуют уступ.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, направляющий элемент содержит опорный элемент для указанных опорных деталей.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорный элемент содержит пазы для вставки в них части опорных деталей, при этом пазы выполнены в радиальном направлении.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорный элемент имеет форму диска, при этом пазы распределены по окружности вокруг центра указанного диска.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорный элемент имеет сквозное отверстие, расположенное над или под зоной удержания, причем указанное отверстие, предпочтительно, расположено в центре указанного опорного элемента.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорные детали зафиксированы относительно опорного элемента.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, опорные детали прикреплены к опорному элементу с помощью упругих средств, способных поглощать удары.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, направляющий элемент содержит кремний, причем опорная деталь изготовлена по технологии глубокого реактивного ионного травления (DRIE).
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, направляющий элемент содержит металл, например никель, причем опорная деталь изготовлена по технологии литография-гальванопластика-формовка (LIGA).
Объектом настоящего изобретения является также подшипник часового механизма, в частности противоударный, содержащий подшипниковый блок. Данный подшипник содержит направляющий элемент согласно настоящему изобретению.
Объектом изобретения является также роторный узел, содержащий вращающееся колесо часового механизма, например ось баланса, причем указанное колесо содержит цапфу, при этом указанный роторный узел содержит радиальный направляющий элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором обеспечивается удержание цапфы в радиальном направлении при одновременном обеспечении ее вращения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, цапфа содержит конический конец, взаимодействующий с опорными деталями, причем основание конуса имеет диаметр, превышающий диаметр зоны удержания, так что цапфа удерживается направляющим элементом также в осевом направлении.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более ясными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием его нескольких возможных вариантов осуществления, являющихся неограничивающими и приводимыми исключительно в целях иллюстрации со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 схематично показано сечение известного противоударного подшипника для оси вращающегося колеса;
на фиг. 2 – поперечное сечение направляющего элемента и цапфы оси вращающегося колеса согласно известному уровню техники;
на фиг. 3 – перспективное изображение направляющего элемента согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 – перспективное изображение направляющего элемента, показанного на фиг. 3, без опорных деталей;
на фиг. 5 – перспективное изображение цапфы оси, вставленной в зону удержания, образованную тремя опорными деталями согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 – вид сверху устройства, показанного на фиг. 5;
на фиг. 7 – перспективное изображение цапфы оси, вставленной в зону удержания, образованную тремя опорными деталями согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 8 – перспективное изображение цапфы оси, вставленной в зону удержания, образованную тремя опорными деталями согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
В часовом механизме для удержания цапфы вращающегося колеса, например оси баланса, и обеспечения возможности ее вращения вокруг своей оси используется подшипник. Часовой механизм, как правило, содержит платину и по меньшей мере один мост, не показанные на прилагаемых чертежах, причем указанные платина и/или мост имеют отверстие, при этом часовой механизм содержит подшипник, вставленный в указанное отверстие. Подшипник может быть, например, противоударным подшипником. Подшипник содержит элемент для радиального направления цапфы и ее удержания в требуемом направлении, обеспечивая при этом возможность ее вращения вокруг своей оси, которая, предпочтительно, соосна указанному направлению.
На фиг. 3 показан направляющий элемент 10 согласно изобретению. Направляющий элемент 10 содержит основную часть, выполненную с возможностью взаимодействия с подшипниковым блоком, не показанным на чертеже, таким образом, чтобы удерживаться в блоке. Направляющий элемент 10 образует, в частности, зону 11 для удержания цапфы в радиальном направлении.
Согласно настоящему изобретению, направляющий элемент содержит по меньшей мере три локальные радиальные опорные детали 12, 13, 14, распределенные по окружности вокруг зоны 11 удержания и, таким образом, вокруг цапфы, когда она вставлена в указанную зону 11. В рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения направляющий элемент 10 содержит три опорные детали. Однако возможны варианты осуществления изобретения с четырьмя, пятью, шестью, семью, восемью, девятью и даже большим количеством опорных деталей. Количество опорных деталей зависит от размеров цапфы и, следовательно, от размеров зоны удержания, в которую цапфа должна поместиться, а также от размеров самих опорных деталей.
Опорные детали 12, 13, 14 имеют удлиненные основные части параллелепипедной формы. Основные части продолжены в продольном направлении концами 16, 17, 18, при этом конец и основная часть образуют уступ 21, 22, 23. Каждый конец 16, 17, 18 содержит контактную торцевую поверхность 24, 26, 27, служащую для удержания указанной цапфы в радиальном направлении и частично образующую зону 11 удержания.
Направляющий элемент 10 содержит опорный элемент 15 для указанных опорных деталей 12, 13, 14. В данном случае опорный элемент 15 имеет форму диска со сквозным отверстием 19, расположенным в центре опорного элемента 15 под зоной 11 удержания, как показано на чертеже. Как показано на фиг. 4, опорный элемент 15 имеет пазы 28, 29, 31, предназначенные для вставки в них опорных деталей 12, 13, 14. Пазы 28, 29, 31 распределены по окружности вокруг центра диска и, следовательно, вокруг сквозного отверстия. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения опорные детали 12, 13, 14 зафиксированы относительно опорного элемента 15. Опорные детали 12, 13, 14 вставлены в пазы 28, 29, 31 практически до уступа 21, 22, 23, так что концы 16, 17, 18 выступают относительно пазов 28, 29, 31 и расположены над сквозным отверстием 19.
В другом варианте осуществления изобретения, не показанном на прилагаемых чертежах, опорные детали прикреплены к опорному элементу с помощью упругих средств, способных поглощать удары. Указанные упругие средства могут представлять собой, например, вставляемую в паз упругую часть данных опорных деталей.
На фиг. 5 и 6 в увеличенном масштабе приведены изображения цапфы 9 оси 8, удерживаемой тремя контактными торцевыми поверхностями 24, 26, 27 концов 16, 17, 18 опорных деталей согласно первому варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 3, причем указанные три контактные торцевые поверхности 24, 26, 27 частично образуют указанную зону 11 радиального удержания. Размеры зоны удержания 11 выбираются таким образом, чтобы цапфа 9 могла вращаться. Таким образом, цапфа 9 не контактирует одновременно с контактными торцевыми поверхностями 24, 26, 27 всех трех опорных деталей, т. к. в противном случае это препятствовало бы ее вращению. Зона 11, образованная пространством между контактными торцевыми поверхностями 24, 26, 27, имеет минимальный диаметр, немного превышающий диаметр цапфы. Таким образом, контактные торцевые поверхности 24, 26, 27 удерживают цапфу 9 в радиальном направлении, обеспечивая ее ориентацию в практически постоянном направлении и позволяя ей при этом вращаться.
Во избежание риска преждевременного износа цапфы 9 в случае небольшого наклона оси контактные торцевые поверхности 24, 26, 27 содержат по меньшей мере один цилиндрический участок, выпуклый внутрь зоны 11. Ось указанного цилиндра, предпочтительно, практически перпендикулярна оси цапфы 9. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения каждая из контактных торцевых поверхностей 24, 26, 27 является цилиндрическим участком.
На фиг. 7 показан второй вариант выполнения контактных торцевых поверхностей 38, 39, 40 концов 35, 36, 37, в котором профиль контактных торцевых поверхностей 38, 39, 40 является криволинейным и имеет любую заданную форму. Однако каждая из этих контактных торцевых поверхностей имеет локальный цилиндрический участок 44, 45, 46, расположенный в зоне потенциального контакта с цапфой 9. Ось указанного цилиндра в данном варианте осуществления изобретения, предпочтительно, также практически перпендикулярна оси цапфы 9.
В альтернативном втором варианте осуществления изобретения, не показанном на прилагаемых чертежах, нижняя часть контактной торцевой поверхности, включающей в себя цилиндрический участок, выступает в сторону зоны удержания.
В третьем варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 8, практически вся контактная торцевая поверхность 54, 55, 56 каждого конца 51, 52, 53 опорной части имеет цилиндрическую форму. Профиль контактной торцевой поверхности 54, 55, 56 описывает 90-градусную дугу окружности. Таким образом, контактная торцевая поверхность 54, 55, 56 имеет форму четверти внешней стенки цилиндра.
В данном варианте осуществления изобретения цапфа 30, предпочтительно, имеет конический конец 32, при этом контактные торцевые поверхности 54, 55, 56 выполняют также функцию осевого подшипника, взаимодействующего с конусной внешней стенкой цапфы 30. Диаметр основания конуса 32 больше минимального диаметра зоны 11 удержания. Таким образом, цапфа 30 не может выйти за контактные торцевые поверхности 54, 55, 56. В этом варианте осуществления изобретения узел, образованный такой цапфой и таким направляющим элементом, позволяет осуществлять ограничение перемещения цапфы 30 в осевом направлении без использования накладного камня. Действительно, в данном случае удержание цапфы 30 как в радиальном, так и в осевом направлении обеспечивает направляющий элемент.
Второй вариант выполнения опорных торцевых поверхностей также может использоваться с цапфой, имеющей конический конец, с целью обеспечения удержания цапфы как в радиальном, так и в осевом направлениях. В данном случае основание конуса цапфы должно иметь диаметр, превышающий минимальный диаметра зоны удержания.
В первом варианте осуществления изобретения опорные детали выполняются из кремния с использованием технологии глубокого реактивного ионного травления (DRIE).
Во втором варианте осуществления изобретения опорные детали выполняются из металла, например никеля, по технологии LIGA (нем. "Röntgenlithographie, Galvanoformung, Abformung") или посредством электроэрозионной вырезки.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем описании со ссылками на прилагаемые чертежи, и возможны также другие варианты осуществления без выхода за границы объема изобретения. Элемент для радиального направления может иметь больше трех опорных деталей, например: 4, 5, 6 или даже 10 или 12 опорных деталей, имеющих форму, как в рассмотренных выше вариантах осуществления, так и другие формы.