СПОСОБ АККУМУЛИРОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЗМЕ ЧАСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ACCUMULATING AND TRANSMITTING MECHANICAL ENERGY IN CLOCK MECHANISM AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к приборам для измерения времени, в частности к часовым механизмам, и может быть использовано в часовой промышленности.
В основе работы часового механизма лежит аккумулирование механической энергии во время завода часов и передачи ее механизму в течение хода часов. Для этих целей предназначен двигатель часового механизма. При этом необходимым является требование равномерности передачи энергии на установленном промежутке времени продолжительности хода часов, которая характеризуется постоянством крутящего момента, обеспечиваемого двигателем на центральном колесе механизма.
В качестве устройств, приводящих в действие механические часы, применяются гиревые и пружинные двигатели. Гиревые двигатели построены на принципе использования силы тяжести и имеют существенное преимущество по сравнению с пружинными двигателями, заключающееся в постоянстве крутящего момента, передаваемого колесной системе часов. Однако гиревые двигатели совершенно не применимы в переносных приборах времени. В качестве источника энергии для переносных часов используют пружинные двигатели, которые применятся также и для маятниковых часов.
Пружинные двигатели построены на принципе использования энергии, отдаваемой предварительно завитой в форме спирали ленточной пружиной, которая одним своим концом закрепляется на валу, а другим на какой-либо неподвижной детали или корпусе заводного барабана.
Основным недостатком классического пружинного двигателя со спиральной пружиной является неравномерность крутящего момента, передаваемого на узел спуска. Полностью заведенная пружина имеет наибольший крутящий момент, который уменьшается по мере раскручивания пружины.
Заявленное изобретение имеет целый ряд преимуществ.
В частности, использование винта с переменным шагом обеспечивает постоянство крутящего момента, что отсутствует в простом пружинном двигателе.
Еще одним преимуществом является автоматическое оснащение конструкции индикатором запаса хода, что исключает необходимость в дополнительных сложных устройствах.
Кроме того использование двигателя линейного типа, позволяет изготовить конструкцию с особой компоновкой, например, эргономичный механизм, расположенный по руке.
В основу заявленного изобретения положена принципиально новая конструкция двигателя часов для аккумулирования механической энергии, предназначенная для обеспечения постоянства крутящего момента на центральном колесе часового механизма и узле спуска. Изобретение представляет собой конструкцию, состоящую из пары винт-гайка и витой цилиндрической пружины, которая служит для преобразования вращательного движения заводного зубчатого колеса при заводе часов в поступательное движение сжатия витой цилиндрической пружины, и поступательного движения витой цилиндрической пружины при ее роспуске во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки пары винт-гайка.
Пара винт-гайка состоит из винта и зубчатой гайки, размещенной на винте, на котором расположена также витая цилиндрическая пружина, размещенная между упорными шайбами, а также жестко зафиксировано заводное зубчатое колесо (Фиг.1, 2).
При заводе заводное зубчатое колесо вращается вместе с винтом, а зубчатая гайка не вращается, а осуществляет поступательное движение и сжимает витую цилиндрическую пружину, аккумулирующую таким образом энергию.
При заведенных часах во время их хода винт находится в фиксированном положении, а витая цилиндрическая пружина разжимается и толкает зубчатую гайку вдоль винта, заставляя ее вращаться.
Такая схема двигателя позволяет преобразовывать вращательное движение завода в поступательно движение, сжимающее витую цилиндрическую пружину, а с другой стороны - преобразовывать энергию поступательного роспуска витой цилиндрической пружины во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки.
Одной из проблем конструкции является то, что усилие, выдаваемое пружиной, не является прямо пропорциональным ее деформации, и, следовательно, момент вращения гайки не будет постоянным. С целью выравнивания момента вращения гайки на винте выполняются цилиндрические винтовые канавки с переменным шагом. Причем канавки выполняются таким образом, чтобы шаг канавки был обратно пропорционален усилию пружины и позволил бы создать максимально равномерный момент вращения гайки (Фиг.1, 2).
Второй проблемой конструкции является необходимость преобразования вращательно-поступательного движения гайки во вращательное движение системы зубчатых колес.
Одним из вариантов решения задачи является конструкция (Фиг.3), при которой используется вал с зубчатым колесом, взаимодействующим с зубчатой гайкой пары винт-гайка, при этом на гайку и колесо надета вилка, которая обеспечивает их надежное зацепление и, как следствие, спокойное вращение. Причем зубчатое колесо размещено на валу таким образом, чтобы оно могло свободно совершать поступательное движение относительно вала и жестко передавать вращение, для чего вал и отверстие в колесе могут быть выполнены, например, в форме квадрата.
Таким образом, пружина будет совершать поступательное движение при роспуске, и толкать гайку вдоль винта по цилиндрическим винтовым канавкам, гайка будет вращаться и передавать вращательное движение на зубчатое колесо и вал, обеспечивая вращательно-поступательное движение колеса относительно вала, на который жестко насажено зубчатое колесо, получающее стабильный вращающий момент.
Еще одним вариантом решения задачи является конструкция (Фиг.4), при которой зубчатая гайка пары винт-гайка взаимодействует с длинным трибом, на котором жестко насажено зубчатое колесо. Толкаемая вдоль винта пружиной при ее роспуске гайка вращается и передает вращательное движение на триб, который, в свою очередь, передает вращательный момент на зубчатое колесо, при этом зубья гайки при поступательном осевом движении скользят по зубьям триба, создавая на зубчатом колесе стабильный вращательный момент.
Фиг.1 - общий вид пары винт-гайка в промежуточном состоянии, где
1 - винт,
2 - зубчатая гайка,
3 - витая цилиндрическая пружина,
4 - заводное зубчатое колесо,
5, 6 - упорная шайба,
34 - цилиндрические винтовые канавки.
Фиг.2 - общий вид пары винт-гайка в заведенном состоянии, где
1 - винт
2 - зубчатая гайка,
3 - витая цилиндрическая пружина,
4 - заводное зубчатое колесо,
5, 6 - упорная шайба,
34 - цилиндрические винтовые канавки.
Фиг.3 - общий вид варианта пары винт-гайка с вилкой, где
1 - винт,
2 - зубчатая гайка,
3 - витая цилиндрическая пружина,
4 - заводное зубчатое колесо,
5, 6 - упорная шайба,
7 - вилка,
8 - зубчатое колесо,
9 - вал,
10 - зубчатое колесо,
34 - цилиндрические винтовые канавки.
Фиг.4 - общий вид варианта пары винт-гайка с длинным трибом, где
1 - винт,
2 - зубчатая гайка,
3 - витая цилиндрическая пружина,
4 - заводное зубчатое колесо, 5,6 - упорная шайба,
10 - зубчатое колесо,
11 - длинный зубчатый триб,
34 - цилиндрические винтовые канавки.
Фиг.5 - общий вид часов с дисковой индикацией с вилкой, где
1 - винт,
2 - зубчатая гайка,
3 - витая цилиндрическая пружина,
4 - заводное зубчатое колесо,
9 - вал,
10 - зубчатое колесо,
12 - верхний ремень
13 - центральное колесо,
14 - нижний ремень,
15 - заводной триб,
16 - стопорная собачка,
17 - платина,
18 - указатель запаса хода,
19 - писала индикатора запаса хода,
20 - корпус,
21 -диск минут,
22 - диск часов,
23 - заводная головка,
24 - переводная головка,
25 - баланс,
26 - минутный триб,
27 - добавочное колесо,
34 - цилиндрические винтовые канавки.
Фиг.6 - общий вид часов со стрелочной индикацией с вилкой, где
1 - винт,
2 - зубчатая гайка,
3 - витая цилиндрическая пружина,
4 - заводное зубчатое колесо,
7 - вилка,
8 - зубчатое колесо,
9 - вал,
10 - зубчатое колесо,
12 - верхний ремень,
13 - центральное зубчатое колесо,
14 - нижний ремень,
15 - заводной триб,
16 - стопорная собачка,
17 - платина,
18 - указатель запаса хода,
19 - шкала индикатора запаса хода,
20 - корпус,
23 - заводная головка,
24 - переводная головка,
25 - баланс,
26 - минутный триб,
27 - добавочное зубчатое колесо,
28 - зубчатый триб,
29 - зубчатое колесо,
30 - вексельное колесо,
31 - часовое колесо,
32 - часовая стрелка,
33 - минутная стрелка,
34 - цилиндрические винтовые канавки.
Ниже приводится пример осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
Пример осуществления изобретения 1. (Фиг.5).
На Фиг.5 изображен общий вид часов с дисковой индикацией времени с использованием варианта конструкции двигателя с вилкой в соответствии с Фиг.3.
В соответствии с Фиг.5 плоскости вращения всех зубчатых колес 4, 10, 13, 27, дисков 21 и 22 индикации времени, обода баланса 25 расположены вертикально.
При заводе часов вращением заводной головки 23 через посредство заводного триба 15 вращательное движение передается на заводное зубчатое колесо 4, жестко зафиксированное на винте 1, который вращается вместе с колесом 4, для предотвращения обратного вращения которого предусмотрена стопорная собачка 16.
Зубчатая гайка 2, размещенная с возможностью взаимодействия с зубчатым колесом 8, расположенным на валу 9 с возможностью поступательного движения относительно вала, и колесо 8, расположенные в вилке 7, будучи в зацеплении, перемещаются, при этом зубчатая гайка 2 при вращении винта 1, не вращаясь, поступательно перемещается вдоль винта 1 и сжимает витую цилиндрическую пружину 3, аккумулирующую энергию.
При полном заводе часов винт 1 находится в фиксированном положении, а витая цилиндрическая пружина 3, разжимаясь, толкает зубчатую гайку 2, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом 8, заставляя ее вращаться вдоль винта 1 по выполненным в нем цилиндрическим винтовым канавкам 34 с переменным шагом, а зубчатое колесо 8, в свою очередь, заставляет вращаться вал 9 и, соответственно, заводное зубчатое колесо 10, преобразуя поступательное движение роспуска витой цилиндрической пружины 3 во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки 2 и зубчатого колеса 8. При этом, зубчатое колесо 10, находящееся в зацеплении с добавочным зубчатым колесом 27, взаимодействуя с ним, заставляет его вращаться, а добавочное зубчатое колесо 27, находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 13, в свою очередь, передает вращательное движение на колесо 13, в то же время установленный на вилке 7 указатель запаса хода 18 перемещается вдоль шкалы запаса хода 19, выполненной на платине 17.
Возможно также осуществление описанного варианта изобретения с использованием конструкции в соответствии с Фиг.4 (на рисунке не показан).
Конструкция представляет собой пару винт-гайка и витую цилиндрическую пружину, где зубчатая гайка 2 взаимодействует с длинным трибом 11, на котором жестко насажено колесо 10, причем зубья поверхности триба 11 входят в зацепленье с зубьями гайки 2.
При заводе часов вращательное движение передается на заводное зубчатое колесо 4, жестко зафиксированное на винте 1, который вращается вместе с зубчатым колесом 4, а зубчатая гайка 2, размещенная с возможностью взаимодействия с длинным трибом 11, при вращении винта 1, не вращаясь, поступательно перемещается вдоль винта 1 и сжимает витую цилиндрическую пружину 3, аккумулирующую энергию.
При полном заводе часов винт 1 находится в фиксированном положении, а витая цилиндрическая пружина 3, разжимаясь, толкает зубчатую гайку 2, находящуюся в зацеплении с длинным трибом 11, заставляя его вращаться вместе с зубчатым колесом 10, преобразуя поступательное движение витой цилиндрической пружины 3 во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки 2 и вращательное движение длинного триба 11. При поступательном движении роспуска витой цилиндрической пружины 3 гайка 2 осуществляет вращательно-поступательное движение вдоль цилиндрических винтовых канавок 34 винта 1 и вращает триб 11 вместе с зубчатым колесом 10, которое, в свою очередь, взаимодействуя с добавочным зубчатым колесом 27, заставляет его вращаться, а добавочное зубчатое колесо 27, взаимодействуя с центральным зубчатым колесом 13, передает вращательное движение на него. Таким образом, поступательное движение роспуска витой цилиндрической пружины 3 преобразуется во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки 2 и вращательное движение длинного триба 11.
Пример осуществления изобретения 2 (Фиг.6).
На Фиг.6 изображен общий вид часов со стрелочной индикацией времени, для чего осуществляется перевод плоскости вращения колес из вертикальной в горизонтальную на 90° с помощью коронного зацепления триба 28 с колесом 29, с использованием варианта конструкции двигателя с вилкой в соответствии с Фиг.3.
Принцип функционирования двигателя аналогичен описанному в Примере осуществления 1.
Также возможно использование конструкции двигателя в соответствии с Фиг.4 (на рисунке не показано).