CN111895042A - 三极轮系装置和恒速时钟 - Google Patents

三极轮系装置和恒速时钟 Download PDF

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Abstract

三极轮系装置和恒速时钟，属于机械工程传动领域。本发明提供采用摩擦力来调节输出扭矩的三极轮系装置和采用摩擦力来调节其计时工作的恒速时钟。三极轮系装置内部有发力极，基极和集力极，三极轮系和非三极轮系相比，结构上增加了摩擦轮和弹簧，力学上轮系内有可以无级调节的非保守力摩擦力和可以无级调节的保守力弹力，三极轮系装置有助于开发低成本，具有机械智能的新机器，机械智能是指机器在一些环境中自主执行拟人任务的能力来源于自己的机械机构。恒速时钟是三极轮系的应用实例，它直接利用表针的转角计时，其机芯中没有擒纵叉，擒纵轮，进瓦，出瓦，摆轮，摆夹板等精密零件，用普通材料和普通工艺生产，运行时没有嘀嗒声。

Description

三极轮系装置和恒速时钟
技术领域
本发明属于机械工程传动领域
背景技术
如果一种力做的功只与始末位置相关，与路径无关，这种力称为保守力。万有引力和弹性力都是保守力。摩擦力不是保守力，其做功与路径有关，这样的力称为非保守力，摩擦力常常没有自己独立自主的作用方向和大小，是处于“被动地位”的被动力。物体间有相对运动或有相对运动趋势时，其接触面上会产生摩擦力，摩擦力的大小和接触面上正压力相关。现代材料表面技术能在固体材料间保持高而稳定的摩擦，其摩擦系数在很大范围内不随速度，载荷，温度的变化而变化，从而使摩擦作用的可靠性和稳定性得到提高。滑动轴承，在滑动摩擦下工作的轴承，滑动轴承工作平稳，可靠，无噪声，轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦，轴颈与轴瓦的摩擦力等于径间载荷乘以轴颈轴瓦的当量摩擦系数，当量摩擦系数的值应通过试验的方法得到，理论上对于滑动轴承取值为同材料的平滑块的滑动摩擦系数的1.27--1.57倍。
实际机械中采用一系列的啮合传动将主动轴和从动轴连接起来，这种传动系统称为轮系。
机械时钟是一种计时的机械装置，是计量和指示时间的精密仪器，机械时钟是用重锤或弹簧的释放能量为动力，推动一系列齿轮运转，采用擒纵调速器调节轮系转速，以指针指示时间和计量时间的计时器。机械时钟的机芯通常由六部分组成，即摆轮游丝系统，擒纵机构，传动轮系，指针机构，原动机构和上条拨针机构。
刚体定轴转动的动能定理是，对于围绕固定轴转动的刚体，在某一过程中动能的增量等于在该过程中作用在刚体的所有力矩做功的和
发明内容
本发明的目的是提供一种采用摩擦力来调节输出力矩的齿轮轮系装置和一种采用摩擦力调节其计时工作的机械时钟，三极轮系装置是一种采用摩擦力来调节输出扭矩的齿轮轮系装置，恒速时钟是一种采用摩擦力调节其计时工作的机械时钟。
三极轮系有三个主要部件，分别称为发力极，基极和集力极。发力极是三极轮系的主动部件，基极是三极轮系的基础部件，集力极是三极轮系的从动部件，集力极里有一个以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮，称为滑动轮，滑动轮是集力极的滑动轴颈，滑动轴瓦在机架上。三极轮系运行时，外部作用力从发力极输入，经过齿轮传动流向集力极，而集力极的滑动轴颈产生摩阻屏障，阻碍发力极力的流动，基极的基极力是储存在三极轮系内部的弹力，基极力和发力极力组成合力，合力的一部份能穿过摩阻屏障，产生集力极力，实现三极轮系的动力传递。三极轮系和非三极轮系相比，结构上增加了摩擦轮和弹簧，力学上轮系内有可以无级调节的非保守力摩擦力和可以无级调节的保守力弹力，这些资源作为技术手段使三极轮系具有非三极轮系没有的新功能，可以无级调节输出力矩。新功能产生有益技术效果，为传动领域增加了新颖的调节力矩的装置，三极轮系装置能提高机械的自动化程度，有助于开发低成本，低噪音，低振动，具有机械智能的新工具，新机器，机械智能是指工具或机器在一些环境中自主执行拟人任务的能力来源于自己的机械机构。
恒速时钟是三极轮系的应用实例，其内部结构有三极轮系装置和摩擦调速器，恒速时钟的技术方案是根据刚体定轴转动的动能定理，采用三极轮系装置和摩擦调速器，在某一过程中机芯里转动部件的动能增量为零，处于恒定转速状态，转动部件的转角和时间成正比，恒速时钟利用转动部件的转角计时，调整调速器的参数，使其表示的时间内容和格林尼治时间吻合，这就是恒速时钟的计时原理。由于恒速时钟直接利用表针的转角计时，机芯中没有擒纵叉，擒纵轮，进瓦，出瓦，摆轮，摆夹板等精密零件，恒速时钟投产时成本低，工时少，本发明的有益效果是提供一种机械计时工具，一种用普通材料和普通工艺生产的普通机械，运行时没有嘀嗒嘀嗒的声音
附图说明
说明书有17幅附图，用于说明本发明的技术方案和力学原理，附图中的零部件用阿拉伯数字编号，相同的零部件用相同的数字编号：
1-下滑动轮 2- 集力轴 3- 集力轮 4- 右传动轮
5-发力轴 6- 发力轮 7- 左传动轮 8- 基轴
9- 基轮 10- 游丝 11- 中传动轮 12- 上滚动轴承板
13- 底座 14- 右立柱 15- 左立柱 16- 钢球
17-下滚动轴承板 18-下滑动轴瓦 19- 发条 20- 止逆棘爪
21- 条盒轮 22- 条轴 30- 集力轴 31-2-A型齿轮
31-3 - A型齿轮 32-2 - C型齿轮 34-1- B型齿轮 34-3-B型齿轮
35- 调速器轴 37- 走针轴 38-1- E型齿轮 38-2-E型齿轮
39- 托板 41-上滑动轮 42-上滑动轴瓦 43- 圆锥齿轮
44- 走针组件
1. 图1三极部件图 图中是从三极轮系装置分离的三极
2. 图2三极轮系装置的三维简图
3. 图3三极轮系装置构件传动简图
4. 图4三极轮系作用力传递图 图中画出了系统外力从发力极进入三极轮系的入口
5. 图5集力极的受力图
图中画出了作用力的作用点，作用力的大小和方向，这是已有技术
6. 图6集力极作用力移动图 图中画出了二个作用力移动和相交，这是已有技术
7. 图7集力极的合力图
图中画出了二个作用力的合力，合力的作用点，大小和方向，这是已有技术
8. 图8集力极合力的效用图
图中画出了合力的法向效用和径向效用，这是已有技术
9. 图9活动条盒组件的简图 这是已有技术
10. 图10发条型三极轮系装置的三维图
11. 图11发条型三极轮系装置构件传动图
12. 图12恒速时钟传动系统的三维图这是已有技术
13. 图13恒速时钟传动系统构件传动图这是已有技术
14. 图14恒速时钟调速器系统和走针系统的三维图
调速器系统是本发明技术，走针系统是已有技术
15. 图15恒速时钟机芯的三维简图
16. 图16恒速台钟的外形图
17. 图17恒速座钟机芯的三维简图
具体实施例
1.关于三极轮系装置
三极轮系是一种齿轮传动轮系，三极轮系采用相互啮合的渐开线齿轮来满足工作要求，这里的三极是指三个齿轮部件，分别称为发力极，基极和集力极。
1.1图1是三极部件图
图中基轮（9）跟基轴（8）固定连接成一个刚体，左传动轮（7）通过其立桩跟游丝（10）的外端固定连接，游丝（10）的内端跟基轴（8）固定连接，共同组装为基极部件。图中集力轮（3）跟集力轴（2）固定连接，下滑动轮（1）跟集力轴（2）固定连接，三个零件固定连接成集力极部件，集力轴（2）通过滚动轴承和中传动轮(11)动配合，下滑动轮（1）是集力极的滑动轴颈。图中发力轮（6）跟发力轴（5）固定连接，右传动轮（4）跟发力轴（5）固定连接，三个零件固定连接成一个刚体，共同组装为发力极部件。下滑动轮（1）的外圆柱面为摩擦面，其半径为50.35毫米，下滑动轮（1）由软钢制成，软钢对软钢的平滑块静/动干摩擦系数为0.15，下滑动轮（1）和滑动轴瓦配合为滑动轴承，其径间摩擦系数值f应通过试验的方法得到，现在按经验数据f=0.19估算。三极的六个齿轮的参数完全相同，模数为1毫米，齿数为20个，分度圆半径为10毫米，分度圆压力角为20°。游丝（10）采用非接触型平面涡卷弹簧，工作中各圈均不接触。
1.2 图2是三极轮系装置的三维简图，图3为三极轮系装置构件传动简图
三极的三个极轴为转动轴，互相平行，三个极轮在同一平面上，三个传动轮在另外一个平面上，三个极轮均为渐开线齿轮，采用渐开线齿轮的理由是，渐开线齿轮啮合传动时，其啮合线和压力作用线重合，传动比为常数，啮合线上各点的力学状况相同，对任一啮合点的力学分析适用于整个传动过程。
1.2.1三极轮系装置的结构
通过螺纹端紧固在底座（13）的左立柱（15）右立柱（14）和底座（13）一起组成三极轮系装置的机架。将三极部件容纳在机架上，和上滚动轴承板（12），下滚动轴承板（17）和下滑动轴瓦（18）组成了三极轮系装置。下滑动轮（1）是个凹形盘，在凹形内发力轮（6）跟集力轮（3）啮合，基轮（9）跟集力轮（3）啮合。下滑动轮（1）跟下滑动轴瓦(18)组成滑动轴承，图中O1是发力极的转动中心，O2是集力极的转动中心，O3是基极的转动中心, O1 ，O2，O3三个转动中心在垂直于三轴的同一平面上，但不在同一条直线上。线段O1O2 和O2O3的夹角为158.32°。
1.2.2三极轮系装置的传动链
传动链是联系动力件和执行件的一系列传动件，使执行件获得作用力和转速，三极轮系的传动链由发力极的右传动轮（4）作为动力件，集力极的下滑动轮（1）作为执行件组成，动力件到执行件的传动链由两列传动件组成，第一列将转动由发力极的右传动轮（4），中传动轮（11），左传动轮（7），游丝（10），基轴（8），基轮（9）传递到集力轮（3），第二列将转动由发力极的发力轮（6）直接传递到集力轮（3），三极轮系的传动链在实现连续转动到连续转动的转速传递时，同时实现作用力传递。参与传递的六个齿轮的属性相同，那么其传递转速的大小不变。
1.2.3 三极轮系装置的功能
轮系有传递转速和力矩的功能，三极轮系的功能还有；
第一三极轮系装置有自锁和开锁的功能，基极力是游丝（10）赋予基极的作用力，当基极力为零时，三极轮系不能进行传递，处于自锁状态，当基极力大于零时，能进行动力传递，处于开锁状态，三极轮系开始运行，三极轮系的基极力有开启和关闭三极轮系传递功能的作用
第二力矩是力对物体产生转动作用的物理量，力矩等于力和力臂的乘积。三极轮系装置有放大或缩小输出力矩的功能，发力极力矩是外力对发力轴的力矩，基极力矩是基极力对基轴的力矩，三极轮系装置在传递运动也在传递力矩，发力极输入力矩大小不变时，集力极输出力矩的大小可以是基极力矩的放大或缩小,这是三级轮系的性能
第三三极轮系装置有无级调节输出力矩大小的功能
三极轮系通过无级调节基极力矩的大小，无级调节三极轮系输出力矩。
1.2.4 三极轮系功能的实现方式
图4是三极轮系作用力传递图，图中P是作用于发力极的右传动轮（4）的系统外力，经第一列传动件，由基极传递到集力轮（3）的基极力为P1，经第二列传动件由发力极的发力轮（6）直接传递到集力轮（3）的作用力是P2，由于参与传递的六个齿轮的属性相同，所以P1 +P2 = P，集力极收集的作用力P1和P2对集力极的转轴产生动力矩，驱动集力极转动，下滑动轴瓦（18）在集力极转动或有转动倾向时产生摩阻力矩，动力矩与摩阻力矩之差为集力极输出力矩M，图4中，游丝（10）的数据如下：
材料为弹簧钢，弹性模量193000兆帕，弹簧片宽为2毫米，厚为0.3毫米，
长为244.92毫米，游丝总圈数为6圈，内径为6毫米，外径为20毫米，螺距为0.93毫米，当变形角为72°时，产生的力矩为4.42牛顿毫米。
游丝（10）的外端和内端均在三极轮系内部，外端和内端的转速相同，所以游丝（10）的弹性力矩保持不变，装配时，游丝（10）的外端和内端预压缩转角72°后，装在左传动轮（7）和基轴（8）之间。预压缩转角72°的游丝在外端和内端同时产生4.42牛顿毫米的基极力矩，通过调整游丝预压缩转角，可以调整基极力矩。系统外力P为零时，游丝（10）外内两端的力矩被封闭在共轴的右传动轮（4）和发力轮（6）之间，
图5是集力极受力图，集力轴（2）下滑动轮（1）集力轮（3）组成集力极，由于齿轮齿面摩擦力很小，解析时忽略齿面摩擦的影响，
图6是集力极受力移动图，图中O2点是集力极的转动中心，A点是P1的作用点，C点是P2的作用点，集力极同时受到二个作用力的驱动，根据力的独立作用原理刚体上同时作用几个力则这些力各自产生自己的效用而不互相影响，力可以沿作用线移动而不改变效用
图7是集力极合力图图中作用力P1和P2沿作用线移动相交于K点，P1和P2的夹角为158.32°，
以系统外力P = 2牛顿，基极力 P1 = 0.5牛顿为例：
那么P2 =P - P1 = 2 - 0.5 = 1.5牛顿
线段AC=（10 * 10 + 10 * 10 - 2 * 10 * 10 * cos158.32°）1/2 = 19.64毫米
线段KC= AC / sin(180°- 158.32°) * sin(（90°+20°）- (180°- 158.32°) /2)
= 52.5毫米
线段KO2= (10 * 10 + KC * KC - 2 * 10 * KC * cos ( 90°- 20°）)1/2 = 49.97毫米
图中P1和P2是作用在集力极的两个分力，用平行四边形法则将分力P1和P2合成为合力F1，
F1 =（P1 2 + P2 2 - 2 * P1 * P2 * cos（180°- 158.32°））1/2 = 1.05牛顿，
定义 F1和P2的夹角为α,
sin α = sin(180°- 158.32°) /1.05 * 1.5 = 0.527那么α =148°，
定义F1和KO2线的夹角为β，β= （180°-158.32°）/ 2 + α =159°
图8是集力极合力的效用图，为计算合力F1的效用，用平行四边形法则将合力F1分解为Q1和Q2两个分力, Q2是切向力,其效用是产生对集力轴（２）的力矩，Q1是法向力,是摩擦面的正压力，其效用在集力极转动或有转动倾向时产生摩擦阻力Fm那么，
法向分力 Q1=F1 * cos(180°- β) = 0.98牛顿
切向分力 Q２=F１* sin（180°-β） =0.38牛顿
法向分力 Q1产生摩擦阻力Fm，Fm= Q1*0.19= 0.19牛顿
切向分力 Q２产生的效用力矩减去摩阻力矩是三极轮系的输出力矩M，
M= 0.38牛顿 * 49.97毫米 - 0.19牛顿 * 50.35毫米 = 9.4牛顿毫米
外力P产生的力矩 MZ = 2 * 10 * sin （70°）= 18.8牛顿毫米
所以，机械效率η= 9.4/18.8 = 50 %
集力极力矩/基极力矩γ = 9.4/4.7 = 2倍
集力极的力学解析说明：三极轮系装置有需要传递的外力并且有基极力矩时，三极轮系装置具有实现力矩传递的功能，输出力矩的大小和基极力矩相关
三极轮系装置有需要传递的外力，在无基极力矩时，三极轮系装置自锁，在有基极力矩时，三极轮系装置开锁，三极轮系装置有需要传递的外力时，无级调节基极力矩，可以实现无级调节输出力矩的功能。
1.2.5三极轮系装置的特征
三极轮系装置的特征在于：一种采用摩擦力来调节输出力矩的齿轮轮系装置，装置内有一个以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮和三个互相平行的转轴，每个转轴上固连一个渐开线齿形的齿轮，其中一个齿轮分别跟另外两个转轴的齿轮啮合，在三个互相平行的转轴中，有一个转轴固定连接以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮，作为该轴的滑动轴颈。
2.恒速时钟
时间没有开始也没有终了，时间不具有重复性，时间是可以计量的，现在各种各样的机械钟表正在全世界为人类计量着时间，本发明的恒速时钟是一种新颖的机械钟表，一种采用摩擦力来调节其计时工作的机械计时装置
恒速时钟内部有发条，三极轮系装置和摩擦调速器。恒速时钟有恒速台钟和恒速座钟两个系列，用普通材料，普通工艺制造，运行时没有嘀嗒嘀嗒的声音。
2.1恒速时钟机芯的组成部分及工作原理
恒速时钟机芯主要的组成部分有采用发条的三极轮系装置（即发条型三极轮系装置），传动系统，摩擦调速器，走针系统等, 发条型三极轮系装置是恒速时钟的原动力, 传动系统采用现有技术, 恒速时钟的走针系统采用现有技术
机芯的工作原理以及各组成部分之间的相互关系为:手动上紧发条，使恒速时钟获得能量,能量从发条型三极轮系装置发出后传递到传动系统, 传动系统将能量传递给摩擦调速器，维持摩擦调速器的转动, 摩擦调速器的转速引导传动系统各级传动轮的转速，传动系统的秒轮转速为每60秒转1圈，传动系统的秒轮该将转速传递给走针系统，并维护走针转动，走针系统通过三个指针在表盘上指示时间内容。
2.2发条型三极轮系装置。
2.2.1发条是用带料绕成平面蜗卷形的弹簧，在垂直于轴的平面形成转动力矩，广泛应用于机械计时装置中。使用时，通常将发条装在条盒内，条盒技术是已有的技术, 恒速时钟采用活动条盒，可以使恒速时钟上条和计时同时进行，图9是活动条盒组件的简图，图中条轴（22）转动时,带动发条内钩卷紧发条(19)，储存能量，条轴（22）受控于止逆棘爪（20），发条外勾带动条盒轮（21）转动，向外输出力矩
本说明书为恒速时钟设计了一条发条, 具体数据如下：
材料：弹簧钢，抗拉强度为1450兆帕，弹性模量 205800兆帕，
弹簧条的厚度为0.3毫米，宽度为2毫米，心轴直径为9毫米，
最大输出力矩为49.74牛顿毫米，最小输出力矩为26.52牛顿毫米，
发条的自由状态圈数13.1圈，工作圈数8圈，总长度1751.9毫米
条盒轮的齿轮分度圆直径为50毫米，分度圆压力角为20度
图9的发条（19）采用这些数据。
2.2.2 发条型三极轮系装置的结构
图10是发条型三极轮系装置的三维图，图11为发条型三极轮系装置构件 传动图，发条型三极轮系装置由固定在机架上的条盒组件（图9）和三极 轮系（图4）组成。图中装有发条的条盒轮（21）跟三极轮系的右传动轮（4）啮合， 向三极轮系的右传动轮（4）输出压力P。
2.2.3 发条型三极轮系装置的功能和实现
当发条没有上条时，发条的主动力矩为零，向三极轮系的右传动轮（4） 输出压力P=0，
三极轮系处于自锁状态。上条，主动力P大于P1时，三极 轮系开锁，上满条，发条到达最大输出力矩49.74牛顿毫米时，发力极的 右传动轮（4）的轮齿受到的压力P，
P = 49.74牛顿毫米/（25毫米*（sin70°））= 2.1172牛顿，
通过作用力传递， 基极力 P1 = 4.42牛顿毫米/（10毫米*（sin70°））= 0.4705牛顿
那么， P2 = P - P1 = 1.6467牛顿，
根据三极轮系力学解析方法，
计算出P1和 P2的合力F1，以及合力F1的 切向分力Q2，法向分力Q1，
法向分力 Q1产生摩阻力Fm = Q1*0.19（牛顿）
三极轮系的输出力矩M等于切向分力 Q２产生的效用力矩减去摩阻力矩，
M= Q２*KO2 - Fm *50.35（牛顿毫米）
发条型三极轮系运作时，发条逐渐松驰，压力P逐渐减少，输出力矩M 也跟着发生变化，现将压力P从最大到最小，按等差数列排列进行计算，
得到的P，P1，P2，F1，M的数据列表如下：
数据表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
分析数据表的数据，表明随着发条(19)的放松，发条(19)的力矩下降，那么条盒轮(21)对右传动轮(4)的压力P也随着下降，发力轮（6）对集力轮（3）的压力P2也随着下降，P1不变，所以P2和P1的合力F1也随着下降，但是输出力矩M并不变，图10的发条型三极轮系装置是经过精心的设计，具有特别功能：三极轮系的发条松卷时，在工作圈数内发条的输出力矩下降，而三极轮系装置的输出力矩恒定，发条型三极轮系装置是恒速时钟的动力，通过传动系统将稳定的能量源源不断输入摩擦调速器和走针系统。
2.3恒速时钟的传动系统
传动系统是机械时钟机芯中“能量和转速”的传递者。本说明书的传动系统是现有技术的。
2.3.1传动系统的结构
图9是传动系统的三维简图，图10是传动系统构件传动图。图中有互相平行的三个转轴，分别是集力轴（30）调速器轴（35）和走针轴（37）。A型齿轮（31-2）跟调速器轴（35）固定连接，B型齿轮（34-1）跟集力轴（30）固定连接，E型齿轮（38-1）跟走针轴（37）固定连接，E型齿轮（38-2）称为秒轮，三个转轴共有8对齿轮啮合传动
B型钟表齿轮（34）跟A型钟表齿轮（31）啮合，共有5对，传动比为1: 6
D型钟表齿轮（33）跟C型钟表齿轮（32）啮合，共有2对，传动比为1: 8
E型渐开线齿轮（38）1对，传动比为1:1
三个托板（39）依靠左立柱（15）的支撑，托起跟集力轴（30）或调速器轴（35）动配合的齿轮，托板（39-1）托起A型齿轮（31-4），托板（39-2）托起A型齿轮（31-3），
托板（39-3）托起C型齿轮（32-2），C型齿轮（32-2）跟B型齿轮（34-3）和E型齿轮（38-2）固定连接。
2.3.2传动系统的功能和实现
传动系统的功能是通过集力轴（30）将发条型三极轮系装置输出的力矩传送到调速器系统，将调速器系统调节的转速传递到走针轴（37）。集力轴（30）对走针轴（37）是四级齿轮传动，传动比为1 :（6*6*8*8）即为1 : 2304。走针轴（37）对调速器轴（35）是三级齿轮传动，传动比为1 :（6*6*6），即为1: 216。传动系统中共有7对钟表齿轮传动。钟表齿轮的齿形曲线不是渐开线曲线，其齿顶线为圆弧线，齿根线为直线。C型齿轮（32-2）是传动系统的中心零件，该零件将B型齿轮（34-3），E型齿轮（38-2）固定连接成一个秒轮部件，同速同轴转动，传递力矩和转速。
2.4摩擦调速器
调速器是时钟的核心组件，恒速时钟的调速器采用摩擦调速器，是本发明技术。
2.4.1摩擦调速器的结构
图14是摩擦调速器和走针系统的三维简图，图中上滑动轮（41）和上滑动轴瓦（42）组成滑动轴承，调速器轴（35）和上滑动轮（41）固定连结，上滑动轮（41）外侧圆柱面有滑动摩擦，摩擦系数为0.19，上滑动轮（41）底部有滚动摩擦。上滑动轮（41）其圆柱体的外半径为4厘米，厚度为0.87厘米，由于上滑动轮（41）内部切掉半个圆柱体的质量，所以其内部剩有半个圆柱体的偏心块，该偏心块的外半径为3.7厘米，其偏心矩为1.55厘米，偏心块的体积为0.5*3.14*3.7*3.7*0.87 = 18.7厘米3，其质量为7.85*18.7 = 146.8克，上滑动轮（41）的物理重心偏离其几何中心。
2.4.2摩擦调速器的功能和实现
定轴转动的刚体具有一定的动能，动能的来源来自作用于刚体的力矩所做的功，在某一过程中作用于刚体的总力矩为零时，刚体的动能增量为零，这是刚体转动的动能定理。调速器的定轴转动部件在动力矩的驱动下，加速转动，随着转动加速，调速器的静止部件上滑动轴瓦（42）产生的摩擦力变大，形成的阻力矩变大，当阻力矩等于动力矩时，转动部件的动能保持不变，处于匀速转动，转动部件的转角和时间成正比。恒速时钟利用转动部件的转角计时，调整调速器的参数，使其表示的时间内容和格林尼治时间吻合，这就是调速器的用于计时的原理。摩擦调速器的功能是使上滑动轮（41）以需求的转速转动，实现办法是：恒速时钟的发条系统，产生的驱动力矩为8.84牛顿毫米，通过传动系统驱动摩擦调速器的上滑动轮（41）转动，转动时产生惯性离心力Fg，
Fg= 146.8*10-3 *1.55*10-2*ω2（牛顿），
其中ω是上滑动轮（41）的转速（弧度/秒），转动的上滑动轮（41）产生惯性离心力，惯性离心力的正压力使上滑动轴瓦（42）对上滑动轮（41）产生摩擦，形成阻力矩Mz，
Mz= Fg*0.19*40 （牛顿毫米）
随着转速加大，阻力矩也加大。当转速到达ω = 22.61弧度/秒时，
离心力 Fg= 146.8*10-3 *1.55*10-2*22.612 = 1.163牛顿，
阻力矩Mz =1.163*0.19*40 = 8.84牛顿毫米，这时，动力矩与阻力矩相等，调速器转速不会增大，维护在22.61弧度/秒，调速器轴（35）和上滑动轮（41）固定连结，调速器轴（35）转速为22.61弧度/秒即216圈/分，走针轴（37）对调速器轴（35）的传动比为1: 216，那么走针轴（37）的转速为1圈/分，调速器实现调速功能。
2.5走针系统
走针系统是时钟机芯的终端，在这部分里可以把时间内容显示出来。走针系统的轮系只传递时间，不用传递力矩。恒速时钟的走针系统完全沿用已有技术，它的示意简图在图14中。传动系统的走针轴（37）是走针系统的输入轴，代表时间的转速 -“每分钟转1圈”由一对轴角为90o的圆锥齿轮（43）传递到走针系统的传动系，然后分别转递到时针，分针，秒针，它们分别在钟表面盘上转动，其指向的数字，就是时间内容。
2.6 恒速时钟的功能和特征
图15是恒速时钟机芯的三维简图，图16是恒速台钟的外形图，图17是恒速座钟机芯的三维简图。
2.6.1 恒速时钟的功能和实现
恒速时钟的功能是用来计量和指示时间。从图15中可以看到，恒速时钟有发条，三极轮系装置，传动系统和摩擦调速器。恒速时钟有恒速台钟和恒速座钟两个系列，恒速台钟是摆放在台桌上的恒速时钟，图16是恒速台钟的外形图，其三维尺寸为宽18.6厘米，厚5.4厘米，高12.8厘米，恒速台钟的源动力是发条的弹力，发条的工作圈数为8圈，条盒轮跟秒轮的传动比为1 ：5760，秒轮的转速是每分钟1圈，那么条盒轮转1圈，秒轮转5760圈，走时4天，这样恒速台钟上满发条可以连续走32天，走时延续为1个月。恒速座钟是摆放在地面上的恒速时钟，其三维尺寸可以是宽51厘米，厚29.5厘米，高180厘米，图17是恒速座钟机芯的三维简图。从图17中可以看到其源动力是重锤的重力，次动力是发条的弹力，恒速座钟可以有较长的走时延续。
2.6.2恒速时钟的特征
恒速时钟是一种采用摩擦力调节其计时工作的机械时钟，其特征在于：内部有三极轮系装置，再有一个以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮，该圆柱轮的物理重心偏离其几何中心。
3.实施时应关注的事项
3.1 实施时采用实测数据
由于关于弹性的胡克定律和关于摩擦的摩擦系数公式是经验公式，所以通常应用时，根据经验公式得出的数据是预估值，要通过实测修正
3.2定轴转动刚体的动能定理要求有一个确定的“过程”，在这个“过程”中，作用在刚体的所有力矩做功的和为零，那么其动能的增量为零，即这“过程”结束时的转速和“过程”开始的转速相同。恒速时钟以发条的工作圈数为一个“过程”，通过系统内可无级连续调节的弹力和摩擦力，“过程”起始时的转速和“过程”结束时的转速相等，保证恒速时钟的走时精度。系统外影响机械钟表走时精度的因素还有气压，温度，重力，磁场等，台钟和座钟对这些因素通常可以忽略
3.3发条型三极轮系装置是个恒定力矩的源动力装置，可以用于采用擒纵调速机构的计时仪器和其他以发条为动力的机械装置。

Claims (2)

1.一种采用摩擦力来调节输出力矩的齿轮轮系装置，其特征在于：装置内有一个以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮和三个互相平行的转轴，每个转轴上固连一个渐开线齿形的齿轮，三个渐开线齿形的齿轮中有一个齿轮分别跟另外两个转轴的齿轮啮合，三个互相平行的转轴中有一个转轴固定连接以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮，作为该转轴的滑动轴颈。
2.一种采用摩擦力调节其计时工作的机械时钟，其特征在于：内部有权利要求书1的齿轮轮系装置，内部再有一个以其圆柱面为摩擦面的圆柱轮，该圆柱轮的物理重心偏离其几何中心。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2049790U (zh) * 1988-05-29 1989-12-20 张剑平 N1地球时钟
CN2454792Y (zh) * 2000-09-22 2001-10-17 广州手表厂 小三针日历机械表
EP2068210A2 (fr) * 2007-12-04 2009-06-10 Chronode SA Dispositif de déclenchement
JP2011145163A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Seiko Epson Corp カレンダー表示装置、および時計
US20110199864A1 (en) * 2004-02-28 2011-08-18 Dayclocks, Inc. Day and time chronometer movement
US20110235474A1 (en) * 2008-09-18 2011-09-29 Jean-Marc Wiederrecht Clock movement containing a constant force device
US20120210812A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Glashuetter Uhrenbetrieb Gmbh Calendar mechanism
CN102749835A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 卡迪亚创造工作室股份公司 钟表的运转轮系
CH707142A2 (fr) * 2012-10-18 2014-04-30 Seiko Instr Inc Mécanisme de couple constant pour pièce d'horlogerie, mouvement et pièce d'horlogerie mécanique incluant le mécanisme.
US8876370B1 (en) * 2013-03-07 2014-11-04 Mark E. Pampe Pendulum-regulated clock
US20150355602A1 (en) * 2013-02-23 2015-12-10 Zhongyi WU Quartz Watch Movement
EP3032358A1 (fr) * 2014-12-12 2016-06-15 Richemont International S.A. Mécanisme de chronographe pour mouvement horloger
US20190022313A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-24 Eyal BARMAIMON Wire and pulley clock mechanism flow regulator
US20190064739A1 (en) * 2017-08-31 2019-02-28 Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse Balance-spring stud-holder for a mechanical timepiece movement
CN209044307U (zh) * 2018-10-26 2019-06-28 陈吉松 腕表动力储存指示结构

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2049790U (zh) * 1988-05-29 1989-12-20 张剑平 N1地球时钟
CN2454792Y (zh) * 2000-09-22 2001-10-17 广州手表厂 小三针日历机械表
US20110199864A1 (en) * 2004-02-28 2011-08-18 Dayclocks, Inc. Day and time chronometer movement
EP2068210A2 (fr) * 2007-12-04 2009-06-10 Chronode SA Dispositif de déclenchement
US20110235474A1 (en) * 2008-09-18 2011-09-29 Jean-Marc Wiederrecht Clock movement containing a constant force device
JP2011145163A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Seiko Epson Corp カレンダー表示装置、および時計
US20120210812A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Glashuetter Uhrenbetrieb Gmbh Calendar mechanism
CN102749835A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 卡迪亚创造工作室股份公司 钟表的运转轮系
CH707142A2 (fr) * 2012-10-18 2014-04-30 Seiko Instr Inc Mécanisme de couple constant pour pièce d'horlogerie, mouvement et pièce d'horlogerie mécanique incluant le mécanisme.
US20150355602A1 (en) * 2013-02-23 2015-12-10 Zhongyi WU Quartz Watch Movement
US8876370B1 (en) * 2013-03-07 2014-11-04 Mark E. Pampe Pendulum-regulated clock
EP3032358A1 (fr) * 2014-12-12 2016-06-15 Richemont International S.A. Mécanisme de chronographe pour mouvement horloger
US20190022313A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-24 Eyal BARMAIMON Wire and pulley clock mechanism flow regulator
US20190064739A1 (en) * 2017-08-31 2019-02-28 Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse Balance-spring stud-holder for a mechanical timepiece movement
CN209044307U (zh) * 2018-10-26 2019-06-28 陈吉松 腕表动力储存指示结构

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