CN104364719A - 用于计时器的擒纵装置 - Google Patents

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Abstract

一种计时器机芯的擒纵装置，包括：擒纵轮(1)；第一运动件(2)，其具有与所述擒纵轮(1)锁止的工具(23)和与所述擒纵轮(1)的机械传递工具(22)；第二运动件(3)；以及平衡滚子(4)。所述第二运动件(3)具有与所述擒纵轮(1)锁止的工具(33)和与所述擒纵轮(1)和所述第一运动件(2)的机械传递工具(32)。运动件通过擒纵轮被切向地驱动。

Description

用于计时器的擒纵装置
本发明涉及一种用于钟表机构、特别地用于螺旋平衡类型的手表的擒纵装置。
擒纵装置在机械表中是主零件，在一方面，所述主零件被设计成递送必要的能量用于维持机械振荡器的振荡运动，并且在另一方面所述主零件被设计成将振荡频率传递到驱动时间显示的齿轮系。
目前最广泛使用的擒纵装置是瑞士杠杆式擒纵装置。这种类型的擒纵装置一直是大量研究和出版物的主题。由瑞士联邦技术学校出版的题为“Théorie d’horlogerie”(钟表机构理论)的手册以及来自相同的出版商的手册“Echappement et moteurs pasàpas”(擒纵装置以及步进式马达)详细描述这种类型的擒纵装置的运行，这种类型的擒纵装置的主要缺点是：
-低效率：最好的效率是30％到40％的级别；
-制造困难：为了获得前述效率，瑞士杠杆需要若干高度精确的最终的精细调节的步骤；
-有限的运行频率：通过擒纵轮驱动杠杆不是切向的；在机械脉冲期间，擒纵轮的齿沿着杠杆掣爪滑动，这导致因为高运行频率的磨损问题。
为了解决磨损问题，专利EP0018796 A2提出切向驱动类型的擒纵装置。这种类型的擒纵装置的缺点是使用两个堆叠的轮的必要性，这增加擒纵装置的惯性并且因此减少效率；此外，高度精确的最终的精细调节步骤的数目与瑞士杠杆式擒纵装置的高度精确的最终的精细调节步骤的数目一样大。
在文献中众所周知的另一种类型的切向驱动擒纵装置是棘爪擒纵装置。这种类型的擒纵装置具有一个活动的交替件，即擒纵轮在螺旋平衡轮的每个振荡周期行进并且递送机械脉冲一次。
本发明的目的是通过下面的方式来矫正上文提到的已知擒纵装置的瑕疵：提出在每个振荡周期具有两个活动的交替件的切向驱动擒纵装置，该切向驱动擒纵装置具有单个擒纵轮，并且然而所述切向驱动擒纵装置在其运行中消耗比瑞士杠杆式擒纵装置更少的能量。
为此目的，如权利要求1中界定的擒纵装置具有仅仅一个擒纵轮，并且因为每个运动件的从锁止面向驱动面延伸的外角具有与擒纵轮的主旋转方向(在脉冲阶段期间)相同的方向，运行需要更少的能量，这是因为擒纵轮和每个运动件之间的摩擦被减少。换言之，每个运动件的锁止面和驱动面被布置，使得在驱动或脉冲阶段期间，擒纵轮和随后与擒纵轮接触的运动件具有相反的旋转方向；在脉冲阶段期间驱动是切向的。因此，根据本发明的擒纵装置是简单的，因为其仅仅具有一个擒纵轮，但增加运行储备并且可以以高振荡频率使用。还可以注意到的是，根据此布置，从擒纵轮到平衡件的能量传递是有效的。
-图1示出根据本发明的擒纵装置的实施方案的总体平面图。
-图2示出图1的擒纵装置的第一静止位置。
-图3示出恰好在从第一静止位置分离之后的图1的擒纵装置的位置。
-图4示出当平衡件按照逆时针方向旋转时从擒纵轮到平衡件的能量传递的阶段。
-图5示出处于第一静止位置的运动件2和3以及擒纵轮1。
-图6示出在瑞士杠杆式擒纵装置的输入掣爪的表面法线n61和n62之间的外角αe以及在瑞士杠杆式擒纵装置的输出掣爪的法线n63和n64之间的外角αs。
-图7示出当平衡件按照逆时针方向转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递阶段的终点。
-图8示出图1的擒纵装置的第二静止位置。
-图9示出恰好在从第二静止位置分离之后的图1的擒纵装置的位置。
-图10示出当平衡件顺时针转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递的阶段。
-图11示出当平衡件顺时针转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递阶段的终点。
-图12示出图1的擒纵装置的运动件2。
-图13示出运动件2的锁止面23的变体实施方案。
-图14示出运动件3的锁止面33的变体实施方案。
-图15示出其中每个运动件2和3的节圆直径相等的情况。
-图16示出第二运动件的锁止面的变体。
-图17示出第一运动件的锁止面的变体。
-图18示出第二运动件的锁止面的变体。
在本申请中，将参考外角，所述外角在与所考虑的通过擒纵轮和运动件主体之间的接触点行进的方向相同的方向中测量。在本申请中，这可归结为表示其中这种角度被测量的方向与当释放擒纵轮时所考虑的旋转方向相反。
根据本发明的擒纵装置的一个实施方案在图1中以平面图和在以虚线示出的3个截面中的立面图来示出。根据图1的擒纵装置包括：
-擒纵轮1，其通过传递轮由发条盒驱动；该擒纵轮围绕轴线11按照逆时针方向旋转。
-运动件2，其围绕轴线21枢转，所述运动件2包括具有脉冲面22和锁止面23的第一带齿结构以及第二带齿结构24。
-运动件3，其围绕轴线31枢转，所述运动件3包括具有脉冲面32和锁止面33的第一带齿结构、第二带齿结构34以及第三带齿结构35。
虽然其直接地不是擒纵装置的一部分，图1还示出围绕轴线41枢轴地转动的平衡件4的板状件并且平衡件4包括带齿结构42。
以下的图描述根据本发明的擒纵装置的主要运行步骤。
图2示出图1的擒纵装置的第一静止位置。
在此图中，平衡件顺时针转动。平衡件的带齿结构42远离运动件3的带齿结构35移动。擒纵轮1的齿在发条盒转矩的影响下将力F施加在运动件3的锁止面33上。该锁止面33被布置以便力F的方向大体上在运动件3的中心附近经过。在这些条件下，擒纵轮被锁止并且因此通过带齿结构24和34使运动件3和运动件2固定。
图3示出恰好在离开第一静止位置之后的图6的擒纵装置的位置。
在此图中，平衡件逆时针转动。平衡件的带齿结构42接触带齿结构35并且引起运动件3顺时针转动。这种作用使擒纵轮的齿从锁止面33中脱离。用于分离的必要的机械能是极其小的，这是因为该机械能仅仅被用来克服擒纵轮在锁止面33上的摩擦并且使运动件2和3位移若干度。在本申请实施例中，运动件2和3在分离期间的角位移是约4度。
图4示出当平衡件逆时针转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递的阶段。
在此图中，擒纵轮1的齿压在脉冲面32上并且按照顺时针方向驱动运动件3。因为带齿结构42和35，擒纵轮的机械能被传递到平衡件。通过带齿结构34和24，运动件2也被运动件3驱动。注意到的是，不同于瑞士杠杆式擒纵装置，擒纵轮对运动件3的驱动是大体上与脉冲面32的轨迹相切的。
擒纵轮对运动件3的切向驱动是通过运动件3的面33和32的特定布置而获得的。
图5示出处于第一静止位置中的运动件2和3以及擒纵轮1。
矢量n33代表在擒纵轮的齿的锁止点处的锁止面33的表面法线(以下称为“法线”)，矢量n32代表穿过运动件3的脉冲面32的中心的法线并且α3代表n33和n32之间的外角。
根据本发明的擒纵装置的特定特征中的一个通过具有与擒纵轮的旋转角度的正负号相同的正负号的外角α3来表明。在此例示性实施方案中，外角α3和擒纵轮的旋转角度相对于三角学方向是正的。
这些特征还在运动件2的锁止面23的法线n23和运动件2的脉冲面22的法线n22之间的外角α2上发现。
通过对比的方式，图6示出瑞士杠杆式擒纵装置的输入掣爪的锁止面61的法线n61和输入掣爪的脉冲面62的法线n62之间的外角αe、以及瑞士杠杆式擒纵装置的输出掣爪的锁止面63的法线n63和输出掣爪的脉冲面64的法线n64之间的外角αs。
观察到的是，外角αe和αs具有与擒纵轮的旋转角度的正负号相反的正负号。
图7示出当平衡件逆时针转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递阶段的终点。在此能量传递阶段的终点中，擒纵轮的齿离开运动件3的脉冲面32并且运动件2的锁止面23被放置成面向擒纵轮1的齿。在此时间期间，平衡件遵循其增补的振荡弧同时将其带齿结构42远离运动件3的带齿结构35移动。
图8示出图1的擒纵装置的第二静止位置。
在此图中，平衡件逆时针转动。平衡件的带齿结构42远离运动件3的带齿结构35移动。擒纵轮1的齿在发条盒转矩的影响下将力F施加在运动件2的锁止面23上。该锁止面23被布置以便力F的方向大体上在运动件2的中心附近经过。因此，擒纵轮被锁止并且通过带齿结构24和34使运动件2以及运动件3固定。
当平衡件顺时针转动时，啮合阶段、能量传递阶段以及能量传递的终点以与当平衡件逆时针转动时已经呈现的那些阶段类似的方式表明。
以下的附图示出这些不同的阶段：
图9示出恰好在从第二静止位置分离之后的图1的擒纵装置的位置。
图10示出当平衡件顺时针转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递的阶段。
图11示出当平衡件顺时针转动时从擒纵轮到平衡件的能量传递阶段的终点。
在顺时针方向中的此能量传递阶段之后，擒纵轮被再次锁止在锁止面33处并且运行循环再次开始。
观察到的是，根据本发明的擒纵装置在螺旋平衡件的每个振荡周期具有两个活动的交替件，并且擒纵轮在每个交替件处行进等于180°/N的角度，N是擒纵轮的齿的数目；此外，擒纵轮的相同的齿被相继地锁止在锁止面33和23上。可以推断的是，相对于擒纵轮的旋转中心的、在面33和23上的锁止点之间的角度也等于180°/N。
图12以平面图并且以透视图示出图1的擒纵装置的运动件2。
在此例示性实施方案中，锁止面23由平面组成，所述平面在锁止点处的法线大体上在运动件2的旋转中心附近经过。通过用圆柱轴穿过运动件2的旋转中心的圆柱形表面替换此平面，还可以获得相同的效果。然而，如果上述表面允许锁止擒纵轮，其使得不可以精确地保证锁止位置，这是因为在能量传递阶段的终点并且恰好在静止阶段之前擒纵轮和锁止面之间的冲击所引起的反弹。
为了改善锁止的精确性，在图13中示出的锁止面23的变体实施方案包括用凹形表面替换此平面。
图15示出其中齿轮24和34的节圆直径(Dp)相等以便最小化两个运动件2和3之间的惯性的差别的情况。
图16和17分别示出第一运动件和第二运动件的锁止面的变体，其中这些表面是凹形的并且由以角度ν倾斜的两个相交平面组成，以便在擒纵轮1在第一运动件2或第二运动件3中的一个上冲击或反弹的情况下提供牢固的锁止。在此实施方式下，擒纵轮1相对于第一运动件2和第二运动件3的相对角位置被确保并且不存在不期望的旋转的可能性。
图18示出第二运动件的锁止面33的变体。平面n示出垂直于垂直面的平面，所述垂直面穿过第二运动件3和擒纵轮1之间的锁止点和第二运动件3的旋转中心。锁止面33的第一平面形成相对于平面n的角度β。非零角度β提供擒纵轮的更好的耐冲击性；在另一方面，其引起擒纵轮在分离期间的反冲并且因此在分离时损失能量。第二锁止平面形成相对于平面n的角度γ。γ的高值使得可以改善锁止的精确性；在另一方面，其引起擒纵轮1在锁止之前的相当大的反弹。不同的试验已经示出被包括在120°和170°之间的角度ν＝180–(β+γ)的值代表在良好的锁止安全性、在脉冲终点的最小反弹或零反弹以及在分离时最小的能量损失之间的最佳折衷。
将理解的是，对本领域技术人员显而易见的多种修改和/或改进可以被应用于在本说明书中描述的本发明的不同实施方案而不脱离由所附权利要求界定的本发明的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种钟表机构机芯的擒纵装置，所述擒纵装置具有在平衡板(4)和擒纵轮(1)之间的两个活动的交替件，所述擒纵装置包括：
-第一运动件(2)；
-第二运动件(3)；
-所述擒纵轮(1)，其经受基本上恒定的转矩并且被布置成将机械能交替地传递到所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)；
-用于在所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)之间机械传递的工具(24、34)；
-在所述擒纵轮(1)和所述第一运动件(2)之间的机械传递工具(22)和锁止工具(23)；
-在所述擒纵轮(1)和所述第二运动件(3)之间的机械传递工具(32)和锁止工具(33)；
-在所述第二运动件(3)和所述平衡板(4)之间的机械传递工具(35)；
其特征在于：
-所述第一运动件(2)的所述锁止工具(23)由锁止面(23)组成，所述锁止面(23)被布置以便通过所述擒纵轮(1)在该锁止面(23)中传递的力大体上在所述第一运动件(2)的旋转中心附近经过；
-所述第二运动件(3)的所述锁止工具(33)由锁止面(33)组成，所述第二运动件(3)的所述锁止面(33)被布置以便通过所述擒纵轮(1)在该锁止面(33)上传递的力大体上在所述运动件(3)的旋转中心附近经过；
-所述运动件(2)的所述机械传递工具由驱动面(22)组成，所述驱动面(22)与所述锁止面(23)邻近地放置并且放置成以致从所述第一运动件(2)的所述锁止面(23)向所述第一运动件(2)的所述驱动面(22)延伸的外角α2具有与所述擒纵轮(1)的旋转角度的正负号相同的正负号；
-并且所述第二运动件(3)的所述机械传递工具由驱动面(32)组成，所述第二运动件(3)的所述驱动面(32)与所述锁止面(33)邻近地放置并且放置成以致从所述第二运动件(3)的所述锁止面(33)向所述第二运动件(3)的所述驱动面(32)延伸的外角α3具有与所述擒纵轮(1)的旋转角度的正负号相同的正负号；
并且所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)是凹形表面。
2.根据权利要求1所述的擒纵装置，其特征在于所述擒纵轮(1)、所述第一运动件(2)、所述第二运动件(3)以及所述平衡板(4)以相同的中间平面被布置。
3.根据权利要求1或根据权利要求2所述的擒纵装置，其特征在于所述擒纵轮(1)具有齿的数目(N)，并且所述擒纵轮(1)在所述面(33)上的锁止点和在所述面(23)上的锁止点之间相对于所述擒纵轮(1)的旋转中心行进的角度等于180°/N。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)是圆柱形表面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述擒纵轮(1)的齿的数目少于或等于6。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)之间的所述机械传递工具(24、34)由具有相同的节圆直径的齿轮组成。
7.根据权利要求1所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)由2个平面组成，所述2个平面呈现在其之间的外角ν，所述外角ν被包括在120°和170°之间。
8.一种计时器，其装备有根据前述权利要求中任一项所述的擒纵装置。

Claims (10)

1.一种钟表机构机芯的擒纵装置，所述擒纵装置具有在平衡板(4)和擒纵轮(1)之间的两个活动的交替件，所述擒纵装置包括：
-第一运动件(2)；
-第二运动件(3)；
-所述擒纵轮(1)，其经受基本上恒定的转矩并且被布置成将机械能交替地传递到所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)；
-用于在所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)之间机械传递的工具(24、34)；
-在所述擒纵轮(1)和所述第一运动件(2)之间的机械传递工具(22)和锁止工具(23)；
-在所述擒纵轮(1)和所述第二运动件(3)之间的机械传递工具(32)和锁止工具(33)；
-在所述第二运动件(3)和所述平衡板(4)之间的机械传递工具(35)；
其特征在于：
-所述第一运动件(2)的所述锁止工具(23)由锁止面(23)组成，所述锁止面(23)被布置以便通过所述擒纵轮(1)在该锁止面(23)中传递的力大体上在所述第一运动件(2)的旋转中心附近经过；
-所述第二运动件(3)的所述锁止工具(33)由锁止面(33)组成，所述第二运动件(3)的所述锁止面(33)被布置以便通过所述擒纵轮(1)在该锁止面(33)上传递的力大体上在所述运动件(3)的旋转中心附近经过；
-所述运动件(2)的所述机械传递工具由驱动面(22)组成，所述驱动面(22)与所述锁止面(23)邻近地放置并且放置成以致从所述第一运动件(2)的所述锁止面(23)向所述第一运动件(2)的所述驱动面(22)延伸的外角α2具有与所述擒纵轮(1)的旋转角度的正负号相同的正负号；
-并且所述第二运动件(3)的所述机械传递工具由驱动面(32)组成，所述第二运动件(3)的所述驱动面(32)与所述锁止面(33)邻近地放置并且放置成以致从所述第二运动件(3)的所述锁止面(33)向所述第二运动件(3)的所述驱动面(32)延伸的外角α3具有与所述擒纵轮(1)的旋转角度的正负号相同的正负号。
2.根据权利要求1所述的擒纵装置，其特征在于所述擒纵轮(1)、所述第一运动件(2)、所述第二运动件(3)以及所述平衡板(4)以相同的中间平面被布置。
3.根据权利要求1或根据权利要求2所述的擒纵装置，其特征在于所述擒纵轮(1)具有齿的数目(N)，并且所述擒纵轮(1)在所述面(33)上的锁止点和在所述面(23)上的锁止点之间相对于所述擒纵轮(1)的旋转中心行进的角度等于180°/N。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)是平面。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)是圆柱形表面。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)是凹形表面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述擒纵轮(1)的齿的数目少于或等于6。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)之间的所述机械传递工具(24、34)由具有相同的基本直径的齿轮组成。
9.根据权利要求6所述的擒纵装置，其特征在于所述第一运动件(2)和所述第二运动件(3)的所述锁止面(23、33)由2个平面组成，所述2个平面呈现在其之间的外角ν，所述外角ν被包括在120°和170°之间。
10.一种钟表机构件，其装备有根据前述权利要求中任一项所述的擒纵装置。
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