CN102314144B - 具有固定质心的摆轮游丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有固定质心的摆轮游丝(1,1')，包括其曲线在第一平面内延伸的第一游丝(3,3')，其曲线在平行于第一平面的第二平面内延伸的第二游丝(5,5')，将第一游丝(3,3')曲线的一端固定至第二游丝(5,5')曲线的一端以形成串联的双摆轮游丝(1,1')的连接元件(4,4')。根据本发明，第一游丝(3,3')的曲线与第二游丝(5,5')的曲线都包括连续可变的螺距并且都相对于与第一和第二平面平行且穿过连接元件(4,4')中央投影面的直线(A)对称，并且每一个曲线都满足关系式：和
Figure 626690DEST_PATH_IMAGE002
，目的是为了减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移。本发明涉及摆轮游丝谐振器领域。

Description

具有固定质心的摆轮游丝
技术领域
本发明涉及一种用于构成摆轮游丝谐振器的摆轮游丝，其曲率允许以基本固定的质心展缩。
背景技术
第2184652号、2196867号和2105807号EP专利分别介绍了如何利用三个部件、两个部件或单个部件来制造由可微机械加工材料制成的曲线提升的摆轮游丝。通过引用将这些文献并入本文。
已知的是应用菲利普斯标准来确定末端曲线的理论曲率。但是，菲利普斯标准实际上是一种近似标准，如果是需要连贯的更低的变差（variation in rate），那么该标准就不一定令人满意。
发明内容
本发明的目标是通过提出一种摆轮游丝以克服全部或一部分上述缺陷，这种满足预定条件的摆轮游丝能够在收缩和展开时减小摆轮游丝的质心位移。
本发明因此涉及一种摆轮游丝，包括其曲线在第一平面内延伸的第一游丝，其曲线在平行于第一平面的第二平面内延伸的第二游丝，将第一游丝曲线的一端固定至第二游丝的一端以形成串联双摆轮游丝的连接元件，其特征在于第一游丝的曲线与第二游丝的曲线都具有连续可变的螺距并且都相对于与第一和第二平面平行的穿过连接元件中央投影面的直线对称，并且还在于每一个曲线都满足关系式：
Figure 350496DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 411993DEST_PATH_IMAGE002
目的是为了减小其质心在收缩和展开期间的位移。
根据本发明的其他有利特征：
- 每一个曲线还满足以下关系式：
Figure 696344DEST_PATH_IMAGE003
；
- 并且，可行地：
Figure 295821DEST_PATH_IMAGE004
；
- 并且，可行地：
Figure 323820DEST_PATH_IMAGE005
；
- 并且，可行地：
Figure 505403DEST_PATH_IMAGE006
；
- 并且，可行地：
Figure 632759DEST_PATH_IMAGE007
。
- 每一个游丝都包括至少一个配重用于补偿由连接元件的质量造成的不平衡；
- 摆轮游丝由硅构成；
- 摆轮游丝包括涂有二氧化硅的至少一个部件以限制其对于温度变化和机械冲击的敏感度。
而且，本发明还涉及一种用于时钟的谐振器，包括惯性块，诸如像摆轮，其特征在于惯性块与如上述变形中的任意一种所述的摆轮游丝相配合。
附图说明
参照附图，根据以下作为非限制性示例给出的说明，可以更加清楚地看出其他的特征和优点，在附图中：
- 图1和2是介绍相关推理的示意图；
- 图3至5是分别满足二阶、三阶和四阶弯矩方程式的2.3圈曲线的计算示例；
- 图6至8是分别满足二阶、三阶和四阶弯矩方程式的5.3圈曲线的计算示例；
- 图9和10是根据本发明的摆轮游丝的示意图；
- 图11是沿轴线B-B的断面截面图；
- 图12是根据图9和10的摆轮游丝的不等时性的仿真曲线；
- 图13是其中连接元件质量不可忽略的摆轮游丝的不等时性的仿真曲线；
- 图14和15是根据本发明对连接元件质量进行补偿的摆轮游丝的示意图；
- 图16是图14和15中摆轮游丝的不等时性的仿真曲线。
具体实施方式
机械表相对于其理论频率的变差主要是由于擒纵机构和摆轮游丝谐振器。两种类型的变差可以根据它们是由摆轮的振幅造成还是由时钟机芯的位置造成而加以区分。这就是不等时性测试中要在六个位置测试时钟机芯的原因：2个水平位置(表盘朝上和朝下)和4个竖直位置(表柄从面向上的位置转过90度)。根据由此获得的六条不同曲线来确定所述曲线之间的最大差异，该最大差异也被称为“腹点”，以秒数每天(s.j-1)为单位表示机芯的最大变差。
擒纵机构根据摆轮的振幅引发的变差难于调节。因此，摆轮游丝通常被调节为使其由相同振幅所得的变差基本上与擒纵机构的变差相反。而且，摆轮游丝被调节为使其变差在四个竖直位置之间最小。
已经在尝试用数学语言来陈述必要的摆轮游丝调节，目的是为了通过计算来确定理想的曲线。由Messrs Phillips和Grossmann清楚地列出了用于设计令人满意的摆轮游丝的几何条件，也就是其中摆轮游丝的质心要保持在摆轮轴上。但是，现有的条件都是粗略的近似。因此，由于质心非常小的位移就能够造成大的变差，所以通过以下现有几何条件获得的变差经常会令人失望。
这就是为什么要有利地根据本发明陈述以下的新条件来获得与现有的几何条件特别是由Messrs Phillips和Grossmann公布的那些几何条件相比更好的变差结果。
n阶的摆轮游丝弯矩由以下公式定义：
Figure 787108DEST_PATH_IMAGE009
       (1)
其中：
- L是摆轮游丝的长度；
- sn表示沿摆轮游丝的曲线横坐标的n次方；
- 
Figure 88776DEST_PATH_IMAGE010
是摆轮游丝通过其曲线横坐标的参数化表示。
因此，为了获得固定的质心，对于n阶中的每一阶，摆轮游丝的弯矩
Figure 449350DEST_PATH_IMAGE011
都必须为零。由于阶数有无限多个而不可能计算全部阶，因此满足零弯矩关系式(1)的阶数越大，质心的位移量就会越小。
在图1示出的示例中，通过利用多项式参数化而以确定出“理想”理论曲线的点表示摆轮游丝的八阶弯矩，多项式包括至少与阶一样多的系数(在此情况下至少为八个)。
为了应用摆轮游丝的这些零弯矩条件，我们以图9和10中所示的摆轮游丝类型也就是摆轮游丝1开始，摆轮游丝1包括其曲线在第一平面内延伸的第一游丝3，以及其曲线在平行于第一平面的第二平面内延伸的第二游丝5。游丝3,5的每一端都通过连接元件4固定以形成串联的双摆轮游丝。
如上所述，可以使用第2184652号、2196867号和2105807号EP专利中介绍的方法分别利用三个部件、两个部件或单个部件由可微机械加工材料（例如硅）来制造这种类型的摆轮游丝。当然，也可以通过其他的方法和/或其他的材料来制造这种类型的摆轮游丝。
为了简化计算，第一游丝3的曲线与第二游丝5的曲线都优选地包括连续可变的螺距并且都相对于与第一和第二平面平行的穿过连接元件4和摆轮轴的中央投影面P的中心的直线A对称。
因此，作为示例，对于每一个游丝3,5，前七阶必须满足以下的关系式：
Figure 774153DEST_PATH_IMAGE012
                                                                               (2)
Figure 143954DEST_PATH_IMAGE013
                                                                     (3)
Figure 34550DEST_PATH_IMAGE003
                                                                  (4)
Figure 18555DEST_PATH_IMAGE014
                                                  (5)
Figure 627391DEST_PATH_IMAGE015
                                             (6)
                              (7)
Figure 749248DEST_PATH_IMAGE017
                      (8)
如上所述，满足的关系式(2)-(8)的阶数越高，摆轮游丝1的质心位移就会越有限。作为对比，菲利普斯条件接近于关系式(2)也就是一阶近似。图2是图1的部分放大视图，其中示出了关系式(2)-(5)的应用。
如上所述，利用参数化，即可根据选择用于摆轮的惯性、材料、摆轮游丝的截面和长度以及参数化多项式中的系数来确定许多种游丝曲线。也可以选择特定的解决方案例如限制阶数和/或圈数。
图3至8中示出了可行的曲线仿真。因此，为了形成图3，参数化被限制为关系式(2)到(4)，摆轮游丝具有2.3圈和2阶的参数化多项式。图4示出了从关系式(2)到(5)的3阶多项式的参数化，也是将绕组限制为2.3圈。最后，图5示出了从关系式(2)到(6)的采用4阶多项式的参数化，将绕组限制为2.3圈。图6至8分别示出了与图3至5相同的标准，但是将绕组从2.3圈增加为5.3圈。可以看出满足以上列出的关系式(2)-(8)的曲线解决方案有无限多个。
根据图5中所示的曲率进行不等时性的仿真以构成图9和10中的摆轮游丝1。游丝3包括单件式的内桩6，并且游丝5与连接元件4相对的一端被固定至外桩7。选择高达8mg.cm2的摆轮惯性以及具有0.0267mm x 0.1 mm的截面和长度L为46mm的硅摆轮游丝。图12中示出的仿真结果表明在300度处非常优选的结果为0.3s.j-1。这些新条件与仍然要进行调节以减少“腹点”的Phillips和Grossmann条件相比的优点因此立刻就变得显而易见。
在如第2184652号EP专利中所述由三个部件构成摆轮游丝的特定情况下，连接元件可能会变得无法忽略质量并且如图13中所示显著地放大不等时性，其中变差在200度处达到11.8s.j-1。
除了满足最高阶数的关系式(2)-(8)以外，还有必要对由连接元件造成的不平衡进行补偿，也就是相对于连接元件与摆轮轴的距离来补偿连接元件的质量。因此，优选地，本发明提出通过对称地向两根游丝3,5增加不平衡来抵消连接元件的不平衡。优选地，如图14和15中所示，增加的不平衡包括每一根游丝3',5'上基本相同的两个配重8',9'。优选地，配重8'和9'的质量基本相同并且其总和根据距离的差异而大于或小于连接元件4'的质量，一方面是连接元件4'和摆轮轴之间的距离，而另一方面是配重8',9'和所述摆轮轴之间的距离。显而易见的是如果距离基本相等，那么配重8',9'加在一起的质量可以构成与连接元件4'的质量基本相等的质量。如图16中所示，这就有利地意味着用上述的相同标准可以在200度处获得1.4s.j-1的优选变差。
当然，本发明并不局限于介绍过的示例而是能够有对于本领域技术人员显而易见的多种修改和变形。具体地，可以提供其他的确定标准诸如像限制内径和外径之间的比例以使游丝末端不会过于接近必须定位摆轮轴的原点。
而且，当摆轮游丝由硅制成时，可以至少部分地涂以二氧化硅，目的是为了使其对温度变化和机械冲击更加不敏感。
最后，每个配重8',9'可以是不同的。具体地，每个配重都可以由两种不同的质量构成，也就是说可以有四个配重。

Claims (10)

1.摆轮游丝(1,1')，包括其曲线在第一平面内延伸的第一游丝(3,3')，其曲线在平行于第一平面的第二平面内延伸的第二游丝(5,5')，将第一游丝(3,3')曲线的一端固定至第二游丝(5,5')曲线的一端以形成串联的双摆轮游丝(1,1')的连接元件(4,4')，其特征在于第一游丝(3,3')的曲线与第二游丝(5,5')的曲线都包括连续可变的螺距并且都相对于与第一和第二平面平行且穿过连接元件(4,4')中央投影面的直线(A)对称，并且还在于每一个曲线都满足关系式：
Figure 440563DEST_PATH_IMAGE001
和
目的是为了减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移，
其中，
Figure 199758DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 594967DEST_PATH_IMAGE004
分别是x和y方向上的n阶的摆轮游丝弯矩
Figure 723854DEST_PATH_IMAGE005
，n阶的摆轮游丝弯矩
Figure 546316DEST_PATH_IMAGE005
由以下公式定义：
Figure 875666DEST_PATH_IMAGE006
其中：
- L是摆轮游丝的长度；
- sn表示沿摆轮游丝的曲线横坐标的n次方；
-
Figure 74566DEST_PATH_IMAGE007
是摆轮游丝通过其曲线横坐标的参数化表示。
2.如权利要求1所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于每一个曲线还满足以下关系式：
Figure 743445DEST_PATH_IMAGE008
以进一步减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移。
3.如权利要求2所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于每一个曲线还满足以下关系式：
以进一步减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移。
4.如权利要求3所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于每一个曲线还满足以下关系式：
以进一步减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移。
5.如权利要求4所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于每一个曲线还满足以下关系式：
Figure 41199DEST_PATH_IMAGE011
以进一步减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移。
6.如权利要求5所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于每一个曲线还满足以下关系式：
Figure 626902DEST_PATH_IMAGE012
以进一步减小摆轮游丝的质心在收缩和展开期间的位移。
7.如权利要求1所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于每一个游丝(3',5')都包括至少一个配重(8',9')以补偿由连接元件(4')的质量形成的不平衡。
8.如权利要求1所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于摆轮游丝由硅构成。
9.如权利要求8所述的摆轮游丝(1,1')，其特征在于摆轮游丝包括涂有二氧化硅的至少一个部件以限制其对于温度变化和机械冲击的敏感度。
10.用于时钟的谐振器，包括惯性体，其特征在于惯性体与如上述权利要求中的任意一项所述的摆轮游丝相配合。
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