CN103713512B - 一种机械音乐报时时钟机芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以重锤（或发条）作为原动力的机械音乐报时时钟机芯，涉及计时仪器技术领域。本发明的技术方案是：一种机械音乐报时时钟机芯，它是以发条或重锤式机械能作为机械时钟机芯的动力，将机芯的动力传动机构、走时传动机构、走时控制机构和奏乐机构所构成的机芯整体设计和对各零部件的具体设计，其特殊之处是所述的设计依此包括：经典乐曲的选择与编配、演奏形式和奏乐机构的设计优化。本发明与现有技术相比具有提供一种以重锤（或发条）作为原动力的机械音乐报时时钟机芯可四时段演奏中国民族经典乐曲的突出的实质性特点和显著的进步。

Description

一种机械音乐报时时钟机芯

技术领域

本发明涉及计时仪器技术领域，尤其涉及一种以重锤（或发条）作为原动力的机械音乐报时时钟机芯技术领域。

背景技术

目前市场上普遍使用的机械音乐报时时钟机芯，一般采用的是西敏寺等音乐，这种起源于西方教堂钟声的音乐形式具有节奏简洁明快，音段可换位调节，它能够适宜机械音乐报时机构的机构特性及演奏条件的局限，从机构的设计安排到零部件的加工，都围绕着简明、音乐可随机构要求变化这一前提条件来确立的，多年来机械音乐报时时钟机芯始终延续着这样一种格局。而我国既是当今钟表生产大国，更是钟表销费大国，如何以机械音乐报时时钟为载体，研发一种能够演奏中国民族经典乐曲的机械奏乐报时时钟机芯，通过演奏能使国人听到那振奋的声音，提高自己民族意识。让凝聚几代人心血的民族乐曲在我们自己的机械奏乐报时时钟机芯上真正奏响那熟悉的乐曲，让国人心潮澎湃的旋律，不仅是一种技术结构和功能方面的突破，更能让国人感受到一种亲切，一种激发，一种自豪。一种实现中国梦的追求。

由于机械音乐报时机构的结构限制，想实现某种指定曲目，尤其是中国民族经典乐曲，有诸多难题需要克服，一是音符音阶的斟酌；二是旋律节奏的确立；三是音调音准的定位；特别是机械控制演奏系统的结构束缚等等，因而一般采用正点奏音乐，避免了分时段奏音乐报时（报刻、报半点、报三刻、正点报）从乐曲编排，奏乐控制系统设计加工等存在许多难关。如何找到一个指定音乐与机械奏乐报时机构的契合点，真正把一种仅适宜变奏曲目的机械奏乐报时机芯的设计成能适用不同指定曲目的机械音乐报时时钟机芯能在一个小时时段内按照四个时刻分别所进行的四次演奏的四段乐曲，这对于本技术领域的技术人员来说是一个亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种以重锤（或发条）作为原动力、可四时段演奏中国民族经典乐曲的机械音乐报时时钟机芯。

为解决本发明所要解决的技术问题，本发明采用如下技术方案：一种机械音乐报时时钟机芯，它是以发条或重锤式机械能作为机械音乐报时时钟机芯的动力，将机械音乐报时时钟机芯的动力传动机构、走时传动机构、走时控制机构和奏乐机构所构成的机芯整体设计和对各零部件的具体设计，其特殊之处是所述的设计依此包括：经典乐曲的选择与编配、演奏形式和奏乐机构的设计；

所述的经典乐曲的选择与编配的设计是：选择至少一首中国经典乐曲作为机械音乐报时时钟机芯的奏乐乐曲，所述的编配是根据所选乐曲的节拍速度、乐曲的乐谱和音律及演奏形式编配而成的在一个小时时段内按照四个时刻分别所进行的四次演奏的四段乐曲；且四段乐曲的时长分别为一个单位时长、两个单位时长、三个单位时长、四个单位时长；

所述的演奏形式设计是：在一个小时时段内的演奏过程为一个完整的循环过程；其每在一刻处，演奏第一段乐曲，本段乐曲时长为一个单位时长；每在半点处，演奏第二段乐曲，本段乐曲时长为两个单位时长；每在三刻处，演奏第三段乐曲，本段乐曲时长为三个单位时长；每在整点处，演奏第四段乐曲，本段乐曲时长为四个单位时长，在乐曲演奏完毕后，报时机构开始进行整点报时；

所述的奏乐机构的设计是：对机械音乐报时时钟机芯的凸轮轴组件、打锤组件和音簧组件进行具体的设计；凸轮轴组件以齿形结构、减少凸轮直径和降低凸轮转速，达到提高奏乐凸轮抬锤力矩、消除奏乐死点和不平稳性实现奏乐机构在一个小时时段内按照四个时刻分别进行四次演奏，所演奏的四段乐曲奏乐过程流畅、节奏均匀；齿形外形轮廓进行重新设计奏乐抬锤力矩，消除了奏乐死点和奏乐不平稳性。

所述的凸轮轴组件的设计是：按照乐曲演奏顺序设计成整套的凸轮，且其凸轮的齿形收窄，其齿尖部为R0.4圆弧，齿根部为宽1.4mm的结构；奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″；同时将奏乐传动轮的直径由原来的22.2㎜修改为22.1㎜，齿数根据其具体演奏曲目不同而有所变化，其周期性转速为2转∕小时，瞬时转数为5转∕分。

所述的打锤组件的设计是：打锤座支点与奏乐凸轮相接时其奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″，打锤皮头敲击音簧的位置距音簧上端固定点为25㎜、角度为87-93°。

所述的音簧组件的设计是；音簧是由至少8根T10材料加工而成，其音簧的直径φ为3.54㎜、长度为35—60㎝，由短至长的整体安装在音簧座上，并与打锤相对应。

本发明与现有技术相比具有如下突出的实质性特点和显著的进步：

其一是本发明所述的机械音乐报时时钟机芯通过选择与编配、演奏形式和奏乐机构的设计过程，使中国民族经典乐曲（例如“东方红”、“万泉河水”乐曲）通过机械音乐报时机芯完整、流畅的演奏，准确的保留了名曲的原有韵味，不仅使机械音乐报时时钟更加富有中国民族特色和中国人所特有的人文情怀；而且攻克了中国民族经典乐曲国人耳熟能详，不能随意对其任意截取和排列的难题，使本发明所述的机械音乐报时机芯与现有技术相比具有：彻底改变了现有本技术领域一直沿用的西敏寺乐曲的历史的突出的实质性特点和显著的进步。

其二是本发明所述的机械音乐报时时钟机芯的演奏形式设计是在一个小时时段内的演奏过程为一个完整的循环过程，在一个小时时段内按照四个时刻分别进行四次演奏，在第四段乐曲演奏完毕后，报时机构开始进行整点报时；这种分时段奏乐报时（报刻、报半点、报三刻、正点报）从乐曲编排，奏乐控制系统设计加工等过程克服了许多技术难关，才把一种仅适宜变奏曲目的机械奏乐报时时钟机芯的设计成能适用不同中国民族经典乐曲的机械音乐报时时钟机芯确实付出了许多创造性劳动，这与现有技术相比确实具有突出的实质性特点和显著的进步。

其三是本发明所述的机械音乐报时时钟机芯是综合考虑了奏乐凸轮转速、奏乐实际时长、乐曲节拍速度、奏乐凸轮抬锤力矩、奏乐重锤（或发条）持续工作天数这五大相互制约的关键性技术难题，平衡各方面的要求，提出了凸轮组件、打锤组件和音簧组件的具体的设计方案，从而为保证奏乐机构消除奏乐死点和不平稳性，能够完整、流畅，节奏均匀的演奏出中国民族经典名曲的原有韵味提供了可靠的技术支持，从而使本发明所述的机械音乐报时时钟机芯为机械报时时钟演奏中国民族经典乐曲提供了新的可靠的技术方案。

附图说明

所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本说明书中构成本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中相同的附图标记表示相同的零部件。在附图中：

图1为本发明所述的一种机械音乐报时时钟机芯奏乐机构的平面传动结构示意图

图2为图1的侧视图

附图标记为：1-奏乐三轮轴 2-奏乐传动轮 3-奏乐凸轮轴齿 4-奏乐凸轮轴 5-奏乐凸轮 6-奏乐凸轮套筒 7-打锤轴 8-打锤座 9-打锤杆 10-皮头 11-限位轴 12-限位簧片 13-限位压板 14-拉伸弹簧 15-奏乐凸轮轴组件 16-打锤组件 17-限位组件 18-后夹板、19-奏乐夹板 20-音簧 21-簧片限位轴

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明一种机械音乐报时时钟机芯的具体结构细节和安装使用过程，不得理解为任何意义上的对本发明权利要求的限制。

实施例1：

本发明实施例1所述的一种机械音乐报时时钟机芯，它是满足普通二针式机械音乐报时时钟所用的机械时钟机芯为设计对象，采取以达到《机械摆钟》国家标准GB/T22772-2008的技术指标为前提条件，以重锤（或发条）作为动力源构成机械音乐报时时钟机芯的机械动力机构，将机芯的动力传动机构、走时传动机构、走时控制机构和奏乐机构所构成的机芯整体设计和对各零部件的具体设计，以上条周期为15-31天的机械落地钟钟的时、分二针同轴心结构的机械奏乐报时时钟机芯。本实施例所述的机械音乐报时时钟机芯，是以现有机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构为现有技术，其示出的结构为：

所述的机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构主要由奏头轮组件、奏二轮组件、奏三轮组件、奏四轮组件、奏五轮组件、奏风轮组件等组成奏乐动力传动机构，奏乐动力传动机构为成熟的现有技术，本说明书中未示出详细结构；奏乐控制机构是由奏乐凸轮轴组件15、打锤组件16、限位组件17、拉伸弹簧14、簧片限位轴21、打锤轴7等组成（参见图1、图2）；其所述的机械音乐报时时钟机芯的设计方法依此包括：经典乐曲的选择与编配、演奏形式和奏乐机构的设计；

所述的经典乐曲的选择与编配的设计是：选择至少一首中国经典乐曲作为机械音乐报时时钟机芯的奏乐乐曲，本实施例1所选的奏乐乐曲是中国经典乐曲《东方红》，所述的编配是根据所选乐曲《东方红》的节拍速度、乐曲的乐谱和音律及演奏形式编配而成的奏乐机构在一个小时时段内按照四个时刻（即一刻、半点、三刻、整点）分别所进行的四次演奏的四段乐曲，即第一演奏的乐曲是；第二次演奏的乐曲是 ；第三次演奏的乐曲是；第四次演奏的乐曲是。且四段乐曲的时长分别为一个单位时长、两个单位时长、三个单位时长、四个单位时长；

所述的演奏形式的设计是在一个小时时段内的演奏过程为一个完整的循环过程；其每在一刻处，演奏第一段乐曲，本段乐曲时长为一个单位时长；每在半点处，演奏第二段乐曲，本段乐曲时长为两个单位时长；每在三刻处，演奏第三段乐曲，本段乐曲时长为三个单位时长；每在整点处，演奏第四段乐曲，本段乐曲时长为四个单位时长，在乐曲演奏完毕后，报时机构开始进行整点报时；

所述的奏乐机构的设计是对机械音乐报时时钟机芯的凸轮轴组件、打锤组件和音簧组件进行具体的设计；以达到实现奏乐机构在一个小时时段内按照四个时刻分别进行四次演奏，所演奏的四段乐曲奏乐过程流畅、节奏均匀。

所述的凸轮轴组件的设计是：按照乐曲演奏顺序设计成整套的凸轮，且其凸轮的齿形收窄，其齿尖部为R0.4圆弧，齿根部为宽1.4mm的结构；奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″；同时将奏乐传动轮的直径由原来的22.2㎜修改为22.1㎜，齿数根据其具体演奏曲目不同而有所变化，其周期性转速为2转∕小时，瞬时转数为5转∕分。

所述的打锤组件的设计是：打锤座支点与奏乐凸轮相接时其奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″，打锤皮头敲击音簧的位置距音簧上端固定点为25㎜、角度为87°，最好为90°。

所述的音簧组件的设计是；音簧是由至少8根T10材料加工而成，其音簧的直径φ为3.54㎜、长度为35—60㎝，由短至长的整体安装在音簧座上，并与打锤相对应。

奏乐控制组件由大开关、小开关、奏乐辅助凸轮、奏乐四角凸轮、抬闸、四角凸轮等组成，奏乐控制组件结构较为成熟，图中未示出详细结构；奏乐传动轮2与奏乐三轮轴1紧固连接，并伸出后夹板；奏乐传动轮2与奏乐凸轮轴齿3相啮合；奏乐凸轮轴齿3与奏乐凸轮轴4紧固连接，一组奏乐凸轮5安装在奏乐凸轮轴4上，并加一组套筒6使其紧固连接成为奏乐凸轮轴组件15；皮头10、打锤杆9、打锤座8由螺钉连接成为打锤组件16；打锤组件16套在打锤轴7上可以转动，但是受到限位组件17的限制，使得打锤下落位置固定（可以手工调节）；限位组件17由限位簧片12、限位轴11和限位压板13组成。上述中奏乐主轮系安装于前后夹板之间；奏乐控制机构安装于前夹板；奏乐凸轮轴组件15、打锤组件16、限位组件17、打锤轴7、簧片限位轴21、拉伸弹簧14安装于后夹板18和奏乐夹板19之间；音簧20安装于时钟外壳内，以上构成了机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构。

所述的机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构，与现有的奏乐报时机芯的走时传动机构、报时机构等全部进行连接并装配于一体，即构成本发明实施例1的一种机械音乐报时时钟机芯。

实施例2：

本发明实施例2所述的一种机械音乐报时时钟机芯，它是满足高档重锤式二针机械音乐报时时钟所用的机械时钟机芯为设计对象，采取以达到《机械摆钟》国家标准GB/T22772-2008的技术指标为前提条件，以重锤作为动力源构成机械音乐报时时钟机芯的机械动力机构，将机芯的动力传动机构、走时传动机构、走时控制机构和奏乐机构所构成的机芯整体设计和对各零部件的具体设计，以上条周期为15天的机械落地钟钟的时、分二针同轴心结构的机械音乐报时时钟机芯。本实施例所述的机械音乐报时时钟机芯，它是以现有机械音乐报时时钟机芯为现有技术，其示出的结构为：

所述的机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构主要由奏头轮组件、奏二轮组件、奏三轮组件、奏四轮组件、奏五轮组件、奏风轮组件等组成奏乐动力传动机构，奏乐动力传动机构为成熟的现有技术，本说明书中未示出详细结构；奏乐控制机构是由奏乐凸轮轴组件15、打锤组件16、限位组件17、拉伸弹簧14、簧片限位轴21、打锤轴7等组成（参见图1、图2）；其所述的机械音乐报时时钟机芯的设计方法依此包括：经典乐曲的选择与编配、演奏形式和奏乐机构的设计；

所述的经典乐曲的选择与编配的设计是：选择至少一首中国经典乐曲作为机械音乐报时时钟机芯的奏乐乐曲，本实施例2所选的奏乐乐曲是中国经典乐曲《万泉河水》，所述的编配是根据所选乐曲《万泉河水》的节拍速度、乐曲的乐谱21 23 ︳5 - ︳21 2 ︳5 - ︳1323︳1 5 ︳5 321 ︳ 2 - ︳和音律及演奏形式编配而成的奏乐机构在一个小时时段内按照四个时刻（即一刻、半点、三刻、整点）分别所进行的四次演奏的四段乐曲，即第一演奏的乐曲是21 23 ︳5 - ︳；第二次演奏的乐曲是21 23 ︳5 - ︳21 2 ︳5 - ︳；第三次演奏的乐曲是2123 ︳5 - ︳21 2 ︳5 - ︳21 23 ︳5 - ︳；第四次演奏的乐曲是21 23 ︳5 - ︳21 2 ︳5 - ︳1323︳1 5 ︳5 321 ︳ 2 - ︳。且四段乐曲的时长分别为一个单位时长、两个单位时长、三个单位时长、四个单位时长。

所述的演奏形式设计是：在一个小时时段内的演奏过程为一个完整的循环过程；其每在一刻处，演奏第一段乐曲，本段乐曲时长为一个单位时长；每在半点处，演奏第二段乐曲，本段乐曲时长为两个单位时长；每在三刻处，演奏第三段乐曲，本段乐曲时长为三个单位时长；每在整点处，演奏第四段乐曲，本段乐曲时长为四个单位时长，在乐曲演奏完毕后，报时机构开始进行整点报时。

所述的奏乐机构的设计是对机械音乐报时时钟机芯的凸轮轴组件、打锤组件和音簧组件进行具体的改进设计；凸轮轴组件的改进以齿形结构、减少凸轮直径和降低凸轮转速，达到提高奏乐凸轮抬锤力矩、消除奏乐死点和不平稳性实现奏乐机构在一个小时时段内按照四个时刻分别进行四次演奏，所演奏的四段乐曲奏乐过程流畅、节奏均匀。齿形外形轮廓进行重新设计了奏乐抬锤力矩，消除了奏乐死点和奏乐不平稳性。

所述的凸轮轴组件的设计是：按照乐曲演奏顺序设计成整套的凸轮，且其凸轮的齿形收窄，其齿尖部为R0.4圆弧，齿根部为宽1.4mm的结构；奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″；同时将奏乐传动轮的直径由原来的22.2㎜修改为22.1㎜，齿数根据其具体演奏曲目不同而有所变化，其周期性转速为2转∕小时，瞬时转数为5转∕分。

所述的打锤组件的设计是：打锤座支点与奏乐凸轮相接时其奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″，打锤皮头敲击音簧的位置距音簧上端固定点为25㎜、角度为93°。

所述的音簧组件的设计是；音簧是由至少8根T10材料加工而成，其音簧的直径φ为3.54㎜、长度为35—60㎝，由短至长的整体安装在音簧座上，并与打锤相对应。

奏乐传动轮2与奏乐三轮轴1紧固连接，并伸出后夹板；奏乐传动轮2与奏乐凸轮轴齿3相啮合；奏乐凸轮轴齿3与奏乐凸轮轴4紧固连接，一组奏乐凸轮5安装在奏乐凸轮轴4上，并加一组套筒6使其紧固连接成为奏乐凸轮轴组件15；皮头10、打锤杆9、打锤座8由螺钉连接成为打锤组件16；打锤组件16套在打锤轴7上可以转动，但是受到限位组件17的限制，使得打锤下落位置固定（可以手工调节）；限位组件17由限位簧片12、限位轴11和限位压板13组成。上述中奏乐主轮系安装于前后夹板之间；奏乐控制机构安装于前夹板；奏乐凸轮轴组件15、打锤组件16、限位组件17、打锤轴7、簧片限位轴21、拉伸弹簧14安装于后夹板18和奏乐夹板19之间；音簧20安装于时钟外壳内，以上构成了机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构。

所述的机械音乐报时时钟机芯的奏乐机构，与现有的机械音乐报时时钟机芯的走时传动机构、报时机构等全部进行连接并装配于一体，即构成本发明实施例2的一种机械音乐报时时钟机芯。

当本发明所述的机械音乐报时时钟机芯投入使用时，只需将所述的机芯按照需要的型号规格进行安装，并用钥匙上弦将三个重锤抬升（或将三个发条旋紧），并手动启动机芯的擒纵调速机构（平摆机构、摆轮游丝机构或陀飞轮机构）后，各系统的机构会按照设定的频率进行有效的运转；重锤（或发条）力矩依次经过奏乐头轮、奏乐二轮、奏乐三轮、奏乐传动轮2、奏乐凸轮轴齿3传递到奏乐凸轮轴4上。每在一刻、半点、三刻、整点处，大开关将抬闸抬起，安装于奏乐四轮上的奏乐辅助凸轮被释放，受到重锤（或发条）力矩和奏乐风轮限速的作用，奏乐凸轮组15开始按照设定的转速缓慢地转动，奏乐凸轮外圆按节拍分布的圆弧齿则会拨动位于打锤座8上的圆弧齿，打锤组件16随之按节拍次序依次抬起，在打锤座被奏乐凸轮释放的瞬间，拉伸弹簧拉动打锤迅速下落，打锤上部的皮头10敲击对应的音簧20，发出先对应的音调。由于受到打锤限位组件17的作用，皮头在敲击音簧后的瞬间抬起，不再阻碍音簧的持续振动，使得音簧发声更加清脆、动听。随着奏乐凸轮组件的连续转动，打锤组件按次序敲击音簧，形成了一曲连贯流畅的民族经典乐曲。整个机构运行平稳，是一个可靠的技术方案。

Claims (1)

1.一种机械音乐报时时钟机芯，它是以发条或重锤式机械能作为机械音乐报时时钟机芯的动力，将机械音乐报时时钟机芯的动力传动机构、走时传动机构、走时控制机构和奏乐机构所构成的机芯整体设计和对各零部件的具体设计，其特征是所述的设计依此包括：经典乐曲的选择与编配、演奏形式和奏乐机构的设计；所述的经典乐曲的选择与编配的设计是：选择至少一首中国经典乐曲作为机械音乐报时时钟机芯的奏乐乐曲，所述的编配是根据所选乐曲的节拍速度、乐曲的乐谱和音律及演奏形式编配而成的在一个小时时段内按照四个时刻分别所进行的四次演奏的四段乐曲；且四段乐曲的时长分别为一个单位时长、两个单位时长、三个单位时长、四个单位时长；所述的演奏形式设计是：在一个小时时段内的演奏过程为一个完整的循环过程；其每在一刻处，演奏第一段乐曲，本段乐曲时长为一个单位时长；每在半点处，演奏第二段乐曲，本段乐曲时长为两个单位时长；每在三刻处，演奏第三段乐曲，本段乐曲时长为三个单位时长；每在整点处，演奏第四段乐曲，本段乐曲时长为四个单位时长，在乐曲演奏完毕后，报时机构开始进行整点报时；所述的奏乐机构的设计是：对机械音乐报时时钟机芯的凸轮轴组件、打锤组件和音簧组件进行具体的设计；凸轮轴组件以齿形结构、减少凸轮直径和降低凸轮转速，达到提高奏乐凸轮抬锤力矩、消除奏乐死点和不平稳性实现奏乐机构在一个小时时段内按照四个时刻分别进行四次演奏，所演奏的四段乐曲奏乐过程流畅、节奏均匀；齿形外形轮廓进行重新设计奏乐抬锤力矩，消除了奏乐死点和奏乐不平稳性；所述的凸轮轴组件的设计是：按照乐曲演奏顺序设计成整套的凸轮，且其凸轮的齿形收窄，其齿尖部为R0.4圆弧，齿根部为宽1.4mm的结构；奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″；同时将奏乐传动轮的直径由原来的22.2㎜修改为22.1㎜，齿数根据其具体演奏曲目不同而有所变化，其周期性转速为2转∕小时，瞬时转数为5转∕分；所述的打锤组件的设计是：打锤座支点与奏乐凸轮相接时其奏乐凸轮相邻两齿间的最小允许角度为10°20′24″，打锤皮头敲击音簧的位置距音簧上端固定点为25㎜、角度为87-93°；所述的音簧组件的设计是；音簧是由至少8根T10材料加工而成，其音簧的直径φ为3.54㎜、长度为35—60㎝，由短至长的整体安装在音簧座上，并与打锤相对应。