МЕХАНИЧЕСКИЙ ЧАСОВОЙ МЕХАНИЗМ С РЕЗОНАТОРОМ, ИМЕЮЩИМ ДВЕ СТЕПЕНИ СВОБОДЫ, И С ПОДДЕРЖИВАЮЩИМ МЕХАНИЗМОМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИМ БЕГУНОК, ПЕРЕМЕЩАЮЩИЙСЯ ПО ДОРОЖКЕ
MECHANICAL WATCHWORK WITH A RESONATOR HAVING TWO DEGREES OF FREEDOM, AND WITH A SUPPORTING MECHANISM USING A RUNNER MOVING ALONG THE TRACK

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к часовому механизму для механических часов, содержащих установленный на платине резонаторный механизм и поддерживающий механизм, на который действует крутящий момент от приводного средства, входящего в состав данного часового механизма.
Объектом настоящего изобретения являются также механические часы, содержащие по меньшей мере один такой часовой механизм.
Изобретение относится также к области производства резонаторных механизмов, формирующих временную базу механических часов.
Уровень техники
Большинство современных механических часов включают в себя баланс/резонатор с балансной пружиной, который формирует временную базу часов, и спусковой механизм, как правило, швейцарский спусковой механизм рычажного типа, который выполняет две основные функции:
- поддержание возвратно-поступательных движений резонатора;
- подсчет этих возвратно-поступательных движений.
Спусковой механизм должен быть надежным, выдерживать ударные нагрузки и предотвращать заклинивания движения (перебрасывания вилки).
Механический резонатор содержит по меньшей мере один инерционный элемент и один упругий возвратный элемент. В пружинном балансе балансная пружина выполняет функцию упругого возвратного элемента для инерционного элемента, образуемого балансом.
Как правило, баланс совершает колебания на опорах, которые вращаются в гладких рубиновых подшипниках. Это приводит к образованию трения и, следовательно, к потерям энергии и нарушениям в режиме работы, которые стремятся устранить. Вышеупомянутые потери характеризуются коэффициентом качества Q. Задача заключается в том, чтобы максимально повысить этот коэффициент качества Q.
Швейцарский спусковой механизм рычажного типа имеет низкий энергетический КПД (около 30%). Такая низкая эффективность обусловлена тем, что спусковой механизм совершает резкие, прерывистый движения, происходят "падения" (вследствие необходимости ограничения ходя баланса для компенсации погрешностей обработки), а также потому, что несколько компонентов передают свое движение по наклонным плоскостям, которые трутся друг о друга.
В Европейской патентной заявке № 2908189 (заявитель - компания ETA Manufacture Horlogère Suisse) раскрывается механизм для синхронизации двух осцилляторов часовых механизмов с зубчатой передачей, регулирующий механизм часового механизма в котором содержит установленное с возможностью совершения по меньшей мере колебательных движений относительно платины спусковое колесо, на которое через зубчатую передачу воздействует приводной крутящий момент, и первый осциллятор, содержащий первую жесткую структуру, соединенную с платиной первым упругим возвратным средством. Данный регулирующий механизм включает в себя второй осциллятор, который содержит вторую жесткую структуру, соединенную с первой жесткой структурой вторым упругим возвратным средством, и содержащую опорное средство, взаимодействующее с дополнительным опорным средством, входящим в состав спускового колеса, синхронизирующим первый осциллятор и второй осциллятор с зубчатой передачей.
В Европейской патентной заявке № 3054358 (заявитель - компания ETA Manufacture Horlogère Suisse) раскрывается осциллятор часового механизма, содержащий структуру и отдельный основной резонатор, геометрически и по времени смещенные относительно друг друга, причем каждый из указанных элементов содержит массу, возвращаемую к структуре упругим возвратным средством. Этот осциллятор часового механизма содержит соединительное средство, обеспечивающее взаимодействие между основными резонаторами, которые имеют средства привода для привода зубчатой передачи, содержащей приводные и опорные средства, служащие для привода и направления управляющего средства, соединенного со средством передачи, каждое из которых расположено на расстоянии от средства управления, с массой основного резонатора, причем основные резонаторы и зубчатая передача устроены таким образом, что шарнирные оси любых двух из первичных резонаторов и шарнирная ось управляющего средства никогда не находятся в одной плоскости.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в устранении прерывистых движений поддерживающего механизма резонатора, в частности спускового механизма, с целью повышения эффективности данного поддерживающего механизма.
Для выполнения указанной задачи настоящим изобретением предлагается механизм, обеспечивающий непрерывное взаимодействие, т.е. взаимодействие без рывков, резонатора и поддерживающего колесного устройства, в частности спускового колеса. Для достижения этого резонатор должен иметь вторую степень свободы, причем данная вторая степень свободы должна не совпадать по фазе с первой степенью свободы.
Таким образом, объектом изобретения является часовой механизм для механических часов, содержащий смонтированный на платине резонаторный механизм с двумя степенями свободы и поддерживающий механизм, на который воздействует крутящий момент от приводного средства, входящего в состав указанного часового механизма, отличающийся тем, что указанный поддерживающий механизм представляет собой поддерживающий механизм непрерывного действия и содержит коленчатый рычаг, перемещающийся относительно оси вращения коленчатого рычага и содержащий установленный на указанной оси вращения коленчатого рычага осевой элемент, на который действует крутящий момент от указанного средства привода, и палец коленчатого рычага, установленный со смещением от указанной оси вращения коленчатого рычага, перемещающийся по дорожке жесткого кольца, входящего в состав указанного резонаторного механизма, при этом указанное жесткое кольцо может перемещаться и имеет указанные две степени свободы.
Объектом настоящего изобретения являются также механические часы, содержащие по меньшей мере один такой часовой механизм.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения станут более ясными после ознакомления с приведенным ниже его подробным описанием со ссылками на приложенные чертежи.
На фиг. 1 - схематичный частичный вид в плане часового механизма согласно настоящему изобретению, содержащего резонатор с двумя степенями свободы и поддерживающий механизм непрерывного действия согласно настоящему изобретению, причем поддерживающий механизм содержит коленчатый рычаг, приводимый приводным средством или пружиной (не показана), с установленным на нем со смещением от центра пальцем, перемещающимся по дорожке (в данном случае, по внутренней поверхности отверстия) кольца, выполненного заодно с инерционным элементом резонатора;
на фиг. 2 - схематичное перспективное изображение частного варианта коленчатого рычага с бегунком, свободно вращающимся на смещенном от центра пальце коленчатого рычага;
на фиг. 3 - изображение, аналогичное приведенному на фиг. 1, на котором траектория пальца коленчатого рычага ограничена канавкой, проходящей между отверстием кольца и концентричным сердечником, также смонтированным в кольце;
на фиг. 4 - схематичное перспективное изображение частного варианта резонатора с гибкими полосками, в случае, когда две степени свободы определяют перемещение в плоскости инерционного элемента резонатора;
на фиг. 5 - схематичное перспективное изображение варианта, в котором двумя степенями свободы являются вращения относительно центра масс инерционного элемента резонатора;
на фиг. 6 - схематичное перспективное изображение частного "внеплоскостного" варианта, в котором палец коленчатого рычага катится тангенциально не по цилиндрической (как в вариантах на фиг. 1, 3 и 4), а по плоской дорожке;
на фиг. 7 - схематичный частичный вид в плане часового механизма согласно настоящему изобретению, в котором резонатор содержит два инерционных элемента, совершающих колебания с временным фазовым сдвигом в четверть периода, каждый из которых гибко соединен с кольцом, показанным на фиг. 1, в направлении, перпендикулярном направлению его движения, при этом каждый инерционный элемент соединен с платиной часового механизма двумя скрещенными полосками;
на фиг. 8 и 9 - схематичные перспективные изображения часового механизма в еще одном варианте реализации согласно настоящему изобретению, также содержащего опорное средство с упругим соединением с гибкими скрещенными полосками, показанное в собранном виде на фиг. 8 и в разобранном виде на фиг. 9, в котором к платине посредством упругого соединения с помощью гибких скрещенных пластинок прикреплен инерционный элемент практически крестовидной формы, содержащий верхнюю кольцевую дорожку, по которой перемещается бегунок, установленный в пазе поддерживающего колесного устройства, которое вращается в корпусе платины и в планке (не показана), причем данный бегунок оказывает на инерционный элемент отжимающее усилие, точка приложения которого смещена относительно центра, что обеспечивает последнему прецессионное вращательное движение;
на фиг. 10 - графики полученных экспериментальных результатов, демонстрирующие зависимость от величины крутящего момента (по оси абсцисс) амплитуды A, регулирующей мощности PR, скорости M и КПД R;
на фиг. 11 - блок-схема часов, содержащих такой часовой механизм.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к механическим наручным или карманным часам 1000, содержащим часовой механизм 500, включающий в себя установленный на платине 1 резонатор 100 с двумя степенями свободы, первой степенью свободы DDL1 и второй степенью свободы DDL2, и поддерживающий механизм 200, на который воздействует крутящий момент от приводного средства 300, входящего в состав часового механизма 500.
Согласно настоящему изобретению, как показано, в частности, на фиг. 1, данный поддерживающий механизм 200 представляет собой поддерживающий механизм непрерывного действия, содержащий коленчатый рычаг 7, способный перемещаться относительно оси DM вращения коленчатого рычага и включающий в себя расположенный на оси DM вращения коленчатого рычага (в частности, на анкерном трибе 4 или аналогичном устройстве) осевой элемент 71, на который воздействует крутящий момент от приводного средства 300. Коленчатый рычаг 7 содержит палец 72 коленчатого рычага, который смещен относительно оси DM вращения коленчатого рычага. Этот палец 72 коленчатого рычага перемещается по дорожке 82 жесткого кольца 8, входящего в состав резонаторного механизма 100.
Данное жесткое кольцо 8 может иметь две степени свободы.
Более конкретно, кольцо 8 может перемещаться в плоскости P, определяемой двумя степенями свободы.
В частности, данное жесткое кольцо 8 подвержено воздействию упругого возвратного средства 3 с двумя степенями свободы.
В частности, в "плоскостном" варианте, показанном на фиг. 1, 3, 4 и 7, дорожка 82 представляет собой тело вращения вокруг оси DC контура, перпендикулярной плоскости P.
Более конкретно, дорожка 82 является цилиндрической.
На фиг. 4 показан один такой плоскостной вариант, в котором инерционный элемент 2 с установленным на нем кольцом 8 подвешен на двух гибких пластинках 34, параллельных промежуточной детали 9, которая подвешена на платине 1 на двух гибких пластинках 3X, параллельных друг другу и перпендикулярных пластинкам 34.
Во "внеплоскостном" варианте, показанном на фиг. 6, дорожка 82 является плоской.
Более конкретно, ось DM вращения коленчатого рычага перпендикулярна плоскости P.
Более конкретно, в плоскостном варианте палец 72 коленчатого рычага обладает симметрией вращения относительно оси DG пальца коленчатого рычага, перпендикулярной плоскости P.
Более конкретно, во внеплоскостном варианте палец 72 коленчатого рычага обладает симметрией вращения относительно оси DG пальца коленчатого рычага, параллельной плоскости P.
Предпочтительно, для обеспечения минимального трения палец 72 коленчатого рычага содержит бегунок 74, представляющий собой тело вращения относительно оси DG пальца коленчатого рычага и свободно вращающийся относительно оси DG пальца коленчатого рычага; кромка бегунка 74 при этом катится по дорожке 82.
Более конкретно, часть пальца 72 коленчатого рычага, перемещающаяся по дорожке 82, выполнена из рубина.
В варианте, представленном на фиг. 3, дорожка 82 является внутренней дорожкой жесткого кольца 8, которое содержит расположенный внутри и на расстоянии от контура 82 сердечник 83, совместно с дорожкой 82 образующий канавку 84, внутри которой перемещается палец 72 коленчатого рычага; канавка 84 образует предохранительное устройство, предотвращающее возможность отсоединения коленчатого рычага 7 от резонатора 100 в случае удара или в случае возникновения сдвига по фазе между двумя степенями свободы резонатора 100.
Более конкретно, дорожка 82 и сердечник 83 являются концентричными.
В конкретном случае, показанном на фиг. 5, двумя степенями свободы резонаторного механизма 100 являются вращения относительно центра масс CI инерционного элемента 2 резонатора 100, содержащего кольцо 8.
В конкретном предпочтительном варианте период колебаний резонаторного механизма 100 в первой степени свободы DDL1 и период колебаний резонаторного механизма 100 во второй степени свободы DDL2 практически идентичны. Более конкретно, эти периоды колебаний равны друг другу.
В конкретном не показанном варианте резонаторный механизм 100 содержит инерционный элемент 2, включающий в себя кольцо 8, а также инерционные блоки для регулирования инерции и дисбаланса.
В конкретном варианте резонаторный механизм 100 содержит единственный инерционный элемент 2, жестко прикрепленный к кольцу 8 или образованный этим кольцом 8.
В конкретном варианте, показанном на фиг. 7, резонаторный механизм 100 содержит два инерционных элемента 2A, 2B, совершающих колебания с временным фазовым сдвигом в четверть периода, каждый из которых соединен с кольцом 8 гибкой связью в направлении, перпендикулярном направлению, относительно которого соответствующий инерционный элемент 2A, 2B совершает колебания.
Более конкретно, каждый инерционный элемент 2A, 2B соединен с платиной 1 с помощью гибкой опоры со скрещенными полосками 31, 32, определяющими виртуальную ось вращения, проходящую через центр масс CI соответствующего инерционного элемента 2A, 2B.
В одном из возможных вариантов резонаторный механизм 100 с двумя степенями свободы представляет собой резонатор с гибкими опорами, содержащими гибкие пластинки, направляющие по меньшей мере один инерционный элемент 2 резонатора 100 и/или кольца 8, и обеспечивающие упругий возврат данного инерционного элемента 2 и/или данного кольца 8.
В конкретном варианте гибкие пластинки выполнены из элинвара.
В конкретном варианте данные гибкие пластинки выполнены из оксидированного кремния с целью компенсации влияния температуры.
Предпочтительно, как показано на прилагаемых чертежах, упругие возвратные средства сформированы вращающимися гибкими опорами без шарниров.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения все упругие возвратные средства вместе образуют монолитный компонент.
В конкретном варианте осуществления изобретения, показанном на прилагаемых чертежах, упругие возвратные средства содержат гибкие опоры с двумя пластинками, которые либо перекрещиваются в одной плоскости, либо располагаются в двух находящихся рябом параллельных плоскостях и проекции которых пересекаются в параллельной плоскости.
В таком варианте гибкой опоры с двумя пластинками место реального пересечения проекций данных двух пластинок, предпочтительно, находится в точке, расположенной на расстоянии от 0,12 до 0,14 их длины, и эти пластинки образуют между собой угол, величина которого составляет от 60 до 80 градусов.
В варианте, показанном на фиг. 8, поддерживающий механизм 200 содержит приводное средство 40 с отверстием 42, которое выполняет функцию направляющей для бегунка 45. Этот бегунок 45 катится по кольцевой дорожке 250, расположенной на инерционном элементе 2, и данная дорожка 250 образует дополнительное приводное средство 20 непрерывного действия. Таким образом, бегунок 45 оказывает на инерционный элемент усилие, точка приложения которого смещена относительно центра, и создает крутящий момент, который стремится придать инерционному элементу 2 прецессионное движение, аналогичное движению, которое совершает монета или пластинка, вращающаяся на плоской поверхности под действием крутящего момента, гироскоп или вращающийся волчок. Таким образом, поддерживающий механизм непрерывного действия образуется кольцом с кольцевой дорожкой 250, выполненным заодно с инерционным элементом 2, которому придается прецессионное движение зубчатым колесом 4 с бегунком 45, на который действует крутящий момент от приводного средства 300, в частности, по меньшей мере одной пружины, причем зубчатое колесо 4 вращается относительно оси, перпендикулярной плоскости, образуемой осями вращения двух гибких вращений.
Объектом настоящего изобретения являются также часы, в частности механические наручные или карманные часы 1000, содержащие по меньшей мере один такой часовой механизм 500.
На фиг. 10 в виде графиков представлены результаты экспериментальных измерений, представляющие собой зависимости от крутящего момента (по оси абсцисс, в мНм) амплитуды A (мм), регулирующей мощности PR (мВт), скорости M (сек/сут.) и КПД R (%). Видно, что система функционирует в более широком диапазоне крутящего момента и что КПД близок к 98%. Потери с таким спусковым механизмом в большой степени зависят от крутящего момента, который под действием возвратных пружин может изменяться по нелинейному закону.
В целом, настоящее изобретение предлагает следующие преимущества:
- устранение трения вращения в резонаторе путем замены вращательных опор гибкими опорами, что дает возможность повышения коэффициента качества;
- устранение рывков от поддерживающего механизма с помощью поддерживающего механизма непрерывного действия, что обеспечивает возможность повышения эффективности поддерживающего механизма, в частности эффективности спускового механизма, в случае, когда поддерживающим механизмом является спусковой механизм.