EP3929666A1 - Système mobile tournant d'un mouvement horloger - Google Patents

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EP3929666A1
EP3929666A1 EP20182650.0A EP20182650A EP3929666A1 EP 3929666 A1 EP3929666 A1 EP 3929666A1 EP 20182650 A EP20182650 A EP 20182650A EP 3929666 A1 EP3929666 A1 EP 3929666A1
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EP
European Patent Office
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pivot
cavity
contact
axis
mobile system
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EP20182650.0A
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M. Jean-Luc HELFER
M. Dominique LECHOT
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Definitions

  • the present invention relates to a rotating mobile system of a watch movement, in particular a resonator mechanism.
  • the invention also relates to a watch movement provided with such a mobile system.
  • the axes of the rotating wheels In watch movements, the axes of the rotating wheels generally have pivots at their ends, which rotate in bearings mounted in the plate or in bridges of a watch movement.
  • the bearings For certain mobiles, in particular the balance, it is customary to equip the bearings with a shock-absorbing mechanism. Indeed, as the pivots of the axis of a balance are generally thin and the mass of the balance is relatively high, the pivots can break under the effect of a shock in the absence of a damping mechanism.
  • the configuration of a conventional shock absorbing bearing 1 is represented by the figure 1 .
  • a domed olive stone 2 is driven into a bearing support 3 commonly called chaton, on which is mounted a counter-pivot stone 4.
  • the chaton 3 is held in abutment against the bottom of a bearing block 5 by a damping spring 6 arranged to exert an axial stress on the upper part of the counter-pivot stone 4.
  • the chaton 3 further comprises a conical outer wall arranged in correspondence with a conical inner wall disposed at the periphery of the bottom of the bearing block 5.
  • the kitten has an outer wall having a convex surface, that is to say convex.
  • the friction torque on the axis due to the weight of the mobile varies as a function of the orientation of the mobile with respect to the direction of gravity.
  • These variations in the friction torque can in particular cause a variation in the amplitude of oscillation for the balance.
  • the weight of the mobile rests on the stones with holes, and the friction force generated by the weight has a lever arm relative to the axis, which is equal to the radius of the pivot.
  • the axis of the mobile is parallel to the direction of gravity, it is the end of the pivot on which the weight of the mobile rests.
  • the bearing comprises a counter-pivot 7 of the crapaudine type, comprising a cavity 8 for receiving a pivot 12 of the axis 9 of the rotating mobile.
  • a cavity may have the shape of a pyramid, the bottom of the cavity being formed by the top 11 of the pyramid.
  • the pivot 12 is tapered to fit into the cavity 8, but the solid angle of the pivot 12 is smaller than that of the cavity 8.
  • An aim of the invention is therefore to provide a mobile system of a watch movement which avoids the aforementioned problem.
  • the invention relates to a mobile system comprising a rotating mobile, for example a balance, a first and a second bearing, in particular shock absorbers, for a first and a second pivot of the axis of the rotating mobile, the system comprising a center of mass in a position of its axis, the first bearing comprising a counter-pivot comprising a main body provided with a pyramidal cavity configured to receive the first pivot of the axis of the rotating mobile, the first pivot being able to cooperate with the cavity of the counter-pivot in order to be able to rotate in the cavity, at least one contact zone between the first pivot and a face being generated, the normal to the contact zone or zones forming a contact angle relative to the plane perpendicular to the pivot axis.
  • a rotating mobile for example a balance
  • a first and a second bearing in particular shock absorbers
  • the system is remarkable in that the contact angle is less than 45 °, preferably less than or equal to 30 °, or even less than or equal to arctan 1 2 , which is substantially equal to 26.6 °.
  • the variation in friction between the horizontal and vertical positions with respect to gravity is reduced.
  • a contact angle less than or equal to 45 °, preferably less than or equal to 30 °, or even less than or equal arctan 1 2
  • the friction torque due to the weight in contact between the pivots and the cavities of the bearings is substantially the same regardless of the direction of gravity.
  • such an angle makes it possible to compensate for the variations in contact force due to the change in orientation with respect to gravity by lever arms of the different friction force on the two bearings.
  • this configuration of the counter-pivot makes it possible to keep a small variation in the friction torque of the pivots inside the counter-pivots, whatever the position of the axis with respect to the direction of gravity, which is by important example for a balance axis of a movement of a timepiece.
  • the pyramid shape of the cavity, as well as that of the pivot minimize the difference in friction torque between the different positions of the axis with respect to the direction of gravity.
  • the second bearing cooperates with the second pivot to allow the rotating mobile device to rotate about its axis
  • the second bearing comprising a second pyramidal cavity comprising at least three faces
  • the first contact angle ( ⁇ h ) is less than or equal to arctan 1 2 and the second contact angle ( ⁇ b ) is greater than or equal to arctan 1 2 .
  • the cavity comprises three or four faces.
  • the faces are at least partly concave or convex.
  • the first pivot the first pivot has a conical shape.
  • the two minimum contact angles are equal.
  • the end of the pivot is defined by the intersection between the normal in contact and the axis of the pivot.
  • the pivots have a rounded end.
  • the rounded ends of the two pivots have identical radii.
  • the invention also relates to a watch movement comprising a plate and at least one bridge, said plate and / or the bridge comprising such a mobile system.
  • the bearing serves to maintain an axis of a rotating mobile, for example a balance axis, by allowing it to perform rotations around its axis.
  • the watch movement generally comprises a plate and at least one bridge, not shown in the figures, said plate and / or the bridge comprising an orifice, the movement further comprising a rotating mobile and a bearing inserted in the orifice.
  • the figures 3 and 4 show a rotating mobile system provided with a balance 13 and a spiral spring 14, the balance 13 comprising an axis 16.
  • the axis 16 comprises a pivot 15, 17 at each end.
  • Each bearing 18, 20 comprises a cylindrical bearing block 83 provided with a housing 14, a counter-pivot 22 arranged in the housing 14, and an opening 19 made in one face of the bearing 18, 20, the opening 19 leaving a passage for inserting the pivot 15, 17 in the bearing up to the counter-pivot 22.
  • the counter-pivot 22 is mounted on a bearing support 23 and comprises a cylindrical main body provided with a cavity configured to receive the pivot 15, 17 of the axis 16 of the rotating mobile.
  • the pivots 15, 17 of the axis 16 are inserted into the housing 14, the axis 16 being maintained while being able to rotate to allow the movement of the rotating mobile.
  • the two bearings 18, 20 are shock absorbers, and further include an elastic support 21 of the counter-pivot 22 to absorb shocks and prevent the pin 16 from breaking.
  • An elastic support 21 is for example a flat spring with axial deformation on which the counter-pivot 22 is assembled.
  • the elastic support 21 is fitted into the housing 14 of the bearing block 13 and it maintains the counter-pivot 22 in the housing 14. Thus, when the timepiece is subjected to a violent impact, the elastic support 21 absorbs the shock and preserves the impact. axis 16 of the rotating mobile.
  • the pivot 15, 17 has the shape of a first substantially circular cone 26 having a first opening angle 31.
  • the opening angle 31 is the half-angle formed inside the cone by its outer wall.
  • the cavity 28 of the counter-pivot 22 has a pyramidal shape provided with several faces 24.
  • the pyramidal cavity 28 has four faces 24.
  • the pyramidal cavity has three faces. In other embodiments the number of faces of the pyramid may be greater (5, 6, etc.).
  • the bottom of the cavity 28 is flat truncated, but it can be pointed or rounded truncated, according to other embodiments.
  • the cavity 28 has a second opening angle 32 at the top. So that the pivot 15, 17 can rotate in the cavity 28, the second opening angle 32 is greater than the first opening angle 31 of the first cone 26.
  • the faces 24 of the cavity 28 have the same orientation with respect to to the pivot axis. In other words, the half-opening angle of the cavity 28 is identical for all the faces.
  • the pivot 15, 17 and the faces of the cavity 28 cooperate to form at least one contact zone 29.
  • the pivot is in contact with all the faces 24 of the cavity 28, thus creating a contact zone with each face. 24, that is to say four for the first embodiment or three for the second embodiment.
  • a contact zone 29 is defined by the part of the face 24 of the cone pyramid in contact with the pivot 15, 17.
  • the normals to each contact zone 29 are straight lines perpendicular to each contact zone 29.
  • the normals form a angle, called the contact angle, with respect to the plane perpendicular to the axis of the pivot.
  • the normal corresponds to the line perpendicular to the face of the cavity 28.
  • the contact angle is equivalent to the half-opening angle of the pyramid of the cavity 28.
  • the contact angle is less than or equal to 45 °, preferably less than or equal to 30 °, or even less than or equal to arctan 1 2 .
  • N is the number of faces of the two pyramids
  • BH is the distance between the ends of the two pivots
  • GH is the distance between the end of the first pivot (17) in contact with the first bearing (18) and the center of mass (G) of the balance
  • GB is the distance between the end of the second pivot (15) in contact with the second bearing (20) and the center of mass (G) of the balance 2.
  • the first cones of the two pivots 15, 17 can have different opening angles. But if they meet this relationship, the variation in friction between the vertical and horizontal positions is reduced compared to other geometries of pivots and cavities.
  • the graph of the figure 8 shows the optimum contact angles for the two bearings and pivots for each position of the center of mass on the balance axis.
  • the center of mass is one third of the length of the axis of a first pivot
  • the optimum contact angle of that first pivot is 45 °
  • the second pivot has a contact angle optimal equal to 30 °.
  • the cavities have an opening angle equal to 90 °
  • the other pyramid of opening angle equal to 60 °.
  • Each optimum contact angle is within a range of 20 ° to 90 °.
  • the smallest contact angle is that of the pivot closest to the center of mass.
  • the graph of the figure 9 shows the difference in the optimal radii of the ends of the two pivots as a function of the position of the center of mass.
  • the radii are preferably equal for both ends.
  • the graph of the figure 10 shows the optimum contact angles for the two bearings and pivots for each position of the center of mass on the balance axis.
  • the desirable opening angle for cones is about 90 °.
  • the contact angles of the two bearing-pivot pairs are different. It is thus noted that there is always one of the two contact angles with a value less than or substantially equal to 45 ° and the other angle with a value greater than or substantially equal to 45 °.
  • the optimum contact angle of this first pivot is substantially 65 °, while the second pivot has an angle of optimum contact substantially equal to 35 °.
  • Each optimum contact angle is within a range of 27 ° to 90 °.
  • the smallest contact angle is that of the pivot closest to the center of mass.
  • the graph of the figure 11 shows the difference in the optimal radii of the ends of the two pivots as a function of the position of the center of mass.
  • the radii are preferably equal for both ends.
  • the graphics of figures 12 and 13 show how the optimum angles and the variation ⁇ vary as a function of the relative position of the center of mass for the first embodiment with four faces.
  • the graphics of figures 14 and 15 show how the optimal angles and the variation ⁇ vary as a function of the relative position of the center of mass for the second three-sided embodiment.
  • there is always one of the two angles with a value less than or equal to arctan 1 2 26 , 6 approximately, and the other angle with a value greater than or equal to arctan 1 2 .
  • FIG. 16 Examples of variation of the friction torque as a function of the orientation ⁇ are shown in FIG. 16 for the first embodiment, and in FIG. 17 for the second embodiment.
  • the curves are symmetrical for a value greater than 90 °.
  • the point of symmetry of the curve is offset with respect to 90 °.

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Abstract

Système mobile tournant (10) d'un mouvement horloger, le système (10) comprenant un mobile tournant, par exemple un balancier (13), un premier et un deuxième palier (18, 20), notamment amortisseurs de choc, pour un premier et un deuxième pivot (15, 17) de l'axe (16) du mobile tournant, le mobile comportant un centre de masse (G) en une position de son axe (16), le premier palier (18, 20) comportant un contre-pivot (22) comprenant un corps principal muni d'une cavité pyramidale (19) configurée pour recevoir le premier pivot (17) de l'axe (16) du mobile tournant, la cavité présentant au moins trois faces donnant sa forme pyramidale, le premier pivot (17) étant apte à coopérer avec la cavité (19) du contre-pivot (22) pour pouvoir tourner dans la cavité (19), au moins une zone de contact (29) entre le premier pivot (17) et une face (24) étant générée, la normale à la ou les zones de contact (29) formant un angle de contact (ah) relatif au plan perpendiculaire à l'axe (16) du pivot (17), caractérisé en ce que l'angle de contact (ah) est inférieur à 45°, de préférence inférieur ou égal à 30°, voire inférieur ou égal à arctan(1/2).

Description

    Domaine de l'invention
  • La présente invention concerne un système mobile tournant d'un mouvement horloger, notamment un mécanisme résonateur. L'invention se rapporte encore à un mouvement horloger muni d'un tel système mobile.
    • Arrière-plan de l'invention
  • Dans les mouvements horlogers, les axes des mobiles tournants ont généralement des pivots à leurs extrémités, qui tournent dans des paliers montés dans la platine ou dans des ponts d'un mouvement horloger. Pour certains mobiles, en particulier le balancier, il est d'usage d'équiper les paliers d'un mécanisme amortisseur de choc. En effet, comme les pivots de l'axe d'un balancier sont généralement fins et la masse du balancier est relativement élevée, les pivots peuvent casser sous l'effet d'un choc en l'absence de mécanisme amortisseur.
  • La configuration d'un palier amortisseur de choc 1 conventionnel est représentée par la figure 1. Une pierre bombée olivée 2 est chassée dans un support de palier 3 appelé communément chaton, sur lequel est montée une pierre contre-pivot 4. Le chaton 3 est maintenu en appui contre le fond d'un bloc de palier 5 par un ressort amortisseur 6 agencé pour exercer une contrainte axiale sur la partie supérieure de la pierre contre-pivot 4. Le chaton 3 comporte en outre une paroi externe conique agencée en correspondance avec une paroi interne conique disposée à la périphérie du fond du bloc de palier 5. Il existe également des variantes selon lesquelles le chaton comporte une paroi externe présentant une surface de forme convexe, c'est-à-dire bombée.
  • Cependant, le couple de frottement sur l'axe dû au poids du mobile varie en fonction de l'orientation du mobile par rapport au sens de la gravité. Ces variations du couple de frottement peuvent notamment entrainer une variation de l'amplitude d'oscillation pour le balancier. En effet, lorsque l'axe du mobile est perpendiculaire au sens de la gravité, le poids du mobile repose sur les pierres à trou, et la force de frottement engendrée par le poids a un bras de levier par rapport à l'axe, qui est égal au rayon du pivot. Lorsque l'axe du mobile est parallèle au sens de la gravité, c'est le bout du pivot sur lequel repose le poids du mobile. Dans ce cas, si le bout du pivot est arrondi, la force de frottement engendrée par le poids est appliquée sur l'axe de rotation, et a donc un bras de levier nul par rapport à l'axe. Ces différences de bras de levier engendrent les différences de couple de frottement, qui peuvent aussi générer des différences de marche si l'isochronisme n'est pas parfait.
  • Pour contrôler ce problème, on a imaginé une autre configuration de palier amortisseur, en partie représenté sur la figure 2. Le palier comporte un contre pivot 7 de type crapaudine, comprenant une cavité 8 pour recevoir un pivot 12 de l'axe 9 du mobile tournant. Une telle cavité peut avoir une forme de pyramide, le fond de la cavité étant formé par le sommet 11 de la pyramide. Le pivot 12 est conique pour s'insérer dans la cavité 8, mais l'angle solide du pivot 12 est plus petit que celui de la cavité 8. Cette configuration permet de rendre presque nul le bras de levier de la force de frottement dans toutes les orientations par rapport à la gravité, en supposant que le pivot 12 reste toujours bien centré dans la cavité 8. Pour cela, il est en général nécessaire de pré-contraindre le système, par exemple avec un palier monté sur ressort, qui appuie en permanence sur le pivot. Néanmoins, ce ressort s'ajoute au poids du mobile, et augmente les frottements. De plus, il est difficile de garantir un bon état de surface du fonds de la cavité, car elle est difficilement accessible par des moyens de polissage.
    • Résumé de l'invention
  • Un but de l'invention est, par conséquent, de proposer un système mobile d'un mouvement horloger qui évite le problème précité.
  • A cet effet, l'invention concerne un système mobile comprenant un mobile tournant, par exemple un balancier, un premier et un deuxième palier, notamment amortisseurs de choc, pour un premier et un deuxième pivot de l'axe du mobile tournant, le système comportant un centre de masse en une position de son axe, le premier palier comportant un contre-pivot comprenant un corps principal muni d'une cavité pyramidale configurée pour recevoir le premier pivot de l'axe du mobile tournant, le premier pivot étant apte à coopérer avec la cavité du contre-pivot pour pouvoir tourner dans la cavité, au moins une zone de contact entre le premier pivot et une face étant générée, la normale à la ou les zones de contact formant un angle de contact relatif au plan perpendiculaire à l'axe du pivot.
  • Le système est remarquable en ce que l'angle de contact est inférieur à 45°, de préférence inférieur ou égal à 30°, voire inférieur ou égal à arctan 1 2 ,
    Figure imgb0001
     qui est sensiblement égal à 26,6°.
  • Grâce à l'invention, la variation de frottement entre les positions horizontales et verticales par rapport à la gravité sont diminuées. En choisissant un angle de contact inférieur ou égal à à 45°, de préférence inférieur ou égal à 30°, voire inférieur ou égal arctan 1 2 ,
    Figure imgb0002
     le couple de frottement dû au poids au contact entre les pivots et les cavités des palier est sensiblement le même quel que soit le sens de la gravité. En effet, un tel angle permet de compenser les variations de force de contact dues au changement d'orientation par rapport à la gravité par des bras de levier de la force de frottement différents sur les deux paliers.
  • Ainsi, cette configuration du contre-pivot permet de garder une faible variation du couple de frottement des pivots à l'intérieur des contre-pivots, quelle que soit la position de l'axe par rapport au sens de la gravité, ce qui est par exemple important pour un axe de balancier d'un mouvement d'une pièce d'horlogerie. La forme de pyramide de la cavité, ainsi que celle du pivot minimisent la différence de couple de frottement entre les différentes positions de l'axe par rapport au sens de la gravité.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, le deuxième palier coopère avec le deuxième pivot pour permettre au mobile tournant de tourner autour de son axe, le deuxième palier comprenant une deuxième cavité pyramidale comportant au moins trois faces, le deuxième pivot étant apte à coopérer avec la deuxième cavité du contre-pivot pour pouvoir tourner dans la deuxième cavité, au moins une deuxième zone de contact entre le deuxième pivot et une face de la deuxième cavité étant générée, la normale de la deuxième zone de contact formant un deuxième angle de contact par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du deuxième pivot, caractérisé en ce que les angles minimaux de contact des deux pivots et des deux paliers sont définis par l'équation suivante, cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 ,
    Figure imgb0003
     de préférence, cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 ,
    Figure imgb0004
     de préférence cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥
    Figure imgb0005
     2,5, ou encore cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 3 ,
    Figure imgb0006
     voire cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 4 ,
    Figure imgb0007
     où N est le nombre de faces des deux pyramides.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, les angles minimaux de contact (αb, αh ) sont définis par les équations suivantes : tan α b = BH ‾ 4 cos π N GH ‾
    Figure imgb0008
     tan α h = BH ‾ 4 cos π N GB ‾
    Figure imgb0009
     R h R b = µ b µ h GH ‾ GB ‾
    Figure imgb0010
     où N est le nombre de faces des deux pyramides, BH est la distance entre les extrémités des deux pivots, GH est la distance entre l'extrémité du premier pivot en contact avec le premier palier et le centre de masse du balancier, et GB est la distance entre l'extrémité du deuxième pivot en contact avec le deuxième palier et le centre de masse du balancier.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, le premier angle de contact (αh ) est inférieur ou égal à arctan 1 2
    Figure imgb0011
     et le deuxième angle de contact (αb ) est supérieur ou égal à arctan 1 2 .
    Figure imgb0012
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, comprend autant de zones de contact que de faces de la cavité pyramidale avec une zone de contact par face.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, la cavité comprend trois ou quatre faces.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, les faces sont au moins en partie concaves ou convexes.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, le premier pivot le premier pivot a une forme conique.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, les deux angles minimaux de contact sont égaux.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, l'extrémité du pivot est définie par l'intersection entre la normale au contact et l'axe du pivot.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, les pivots ont un bout arrondis.
  • Selon une forme de réalisation avantageuse, les bouts arrondis des deux pivots ont des rayons identiques.
  • L'invention se rapporte également à un mouvement horloger comprenant une platine et au moins un pont, ladite platine et/ou le pont comportant un tel système mobile.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de plusieurs formes de réalisation données uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 représente une section transversale d'un palier de maintien amortisseur de choc pour un axe d'un mobile tournant selon un premier mode de réalisation de l'état de la technique ;
    • la figure 2 représente schématiquement un contre-pivot d'un palier et un pivot d'un axe d'un mobile tournant selon un deuxième mode de réalisation de l'état de la technique ;
    • la figure 3 représente une vue en perspective d'un système mobile tournant, ici un mécanisme résonateur comprenant un mobile tournant, tel un balancier, selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 4 représente une vue en coupe du système mobile tournant de la figure 3 ;
    • la figure 5 représente un pivot et un palier selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 6 représente schématiquement un modèle des paliers et des pivots d'un système mobile tournant selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 7 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un modèle de palier comprenant une cavité pyramidale à quatre faces,
    • la figure 8 représente un graphique montrant les angles de contact optimaux pour les deux paliers et pivots pour chaque position du centre de masse sur l'axe du balancier du premier mode de réalisation,
    • la figure 9 est un graphique montrant la différence des rayons optimaux des extrémités des deux pivots en fonction de la position du centre de masse du premier mode de réalisation,
    • la figure 10 représente un graphique montrant les angles de contact optimaux pour les deux paliers et pivots pour chaque position du centre de masse sur l'axe du balancier dans un second mode de réalisation dans lequel la cavité a trois faces,
    • la figure 11 est un graphique montrant la différence des rayons optimaux des extrémités des deux pivots en fonction de la position du centre de masse pour le second mode de réalisation,
    • la figure 12 est un graphique montrant comment varient les angles optimaux en fonction de la position relative du centre de masse, dans une configuration du premier mode de réalisation où les extrémités des pivots sont identiques,
    • la figure 13 est un graphique montrant la variation de ε en fonction de la position relative du centre de masse pour la deuxième configuration du premier mode de réalisation,
    • la figure 14 est un graphique montrant comment varient les angles optimaux en fonction de la position relative du centre de masse, dans une configuration du second mode de réalisation où les extrémités des pivots sont identiques,
    • la figure 15 est un graphique montrant la variation de ε en fonction de la position relative du centre de masse pour la deuxième configuration du second mode de réalisation.
    Description détaillée de modes de réalisation préférés
  • Dans la description, les mêmes numéros sont utilisés pour désigner des objets identiques. Dans un mouvement horloger, le palier sert à maintenir un axe d'un mobile tournant, par exemple un axe de balancier, en lui permettant d'effectuer des rotations autour de son axe. Le mouvement horloger comprend généralement une platine et au moins un pont, non représentés sur les figures, ladite platine et/ou le pont comportant un orifice, le mouvement comprenant en outre un mobile tournant et un palier inséré dans l'orifice.
  • Les figures 3 et 4 montrent un système mobile tournant muni d'un balancier 13 et un ressort spiral 14, le balancier 13 comportant un axe 16. L'axe 16 comprend un pivot 15, 17 à chaque extrémité. Chaque palier 18, 20 comporte un bloc de palier 83 cylindrique muni d'un logement 14, un contre-pivot 22 agencé dans le logement 14, et une ouverture 19 opérée dans une face du palier 18, 20, l'ouverture 19 laissant un passage pour insérer le pivot 15, 17 dans le palier jusqu'au contre-pivot 22. Le contre-pivot 22 est monté sur un support de palier 23 et comprend un corps principal cylindrique muni d'une cavité configurée pour recevoir le pivot 15, 17 de l'axe 16 du mobile tournant. Les pivots 15, 17 de l'axe 16 sont insérés dans le logement 14, l'axe 16 étant maintenu tout en pouvant tourner pour permettre le mouvement du mobile tournant.
  • Les deux paliers 18, 20 sont amortisseurs, et comprennent en plus un support élastique 21 du contre-pivot 22 pour amortir les chocs et éviter que l'axe 16 ne se brise. Un support élastique 21 est par exemple un ressort plat à déformation axiale sur lequel le contre-pivot 22 est assemblé. Le support élastique 21 est emboîté dans le logement 14 du bloc de palier 13 et il maintient le contre-pivot 22 dans le logement 14. Ainsi, lorsque la pièce horlogère subit un choc violent, le support élastique 21 absorbe le choc et préserve l'axe 16 du mobile tournant.
  • Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, le pivot 15, 17 a une forme de premier cône 26 sensiblement circulaire présentant un premier angle d'ouverture 31. L'angle d'ouverture 31 est le demi-angle formé à l'intérieur du cône par sa paroi externe.
  • La cavité 28 du contre-pivot 22 a une forme pyramidale munie de plusieurs faces 24. Dans le premier mode de réalisation des figures 5 à 7, la cavité pyramidale 28 a quatre faces 24. Dans un second mode de réalisation, non représenté sur les figures, la cavité pyramidale a trois faces. Dans d'autres modes de réalisation le nombre de faces de la pyramide peut être supérieur (5, 6, etc.).
  • Le fond de la cavité 28 est tronqué plat, mais il peut être pointu, tronqué arrondi, selon d'autres modes de réalisation. La cavité 28 présente un second angle d'ouverture 32 au sommet. Pour que le pivot 15, 17 puisse tourner dans la cavité 28, le second angle d'ouverture 32 est supérieur au premier angle d'ouverture 31 du premier cône 26. De préférence les faces 24 de la cavité 28 ont la même orientation par rapport à l'axe du pivot. Autrement dit, le demi-angle d'ouverture de la cavité 28 est identique pour toutes les faces.
  • Le pivot 15, 17 et les faces de la cavité 28 coopèrent pour former au moins une zone de contact 29. De préférence, le pivot est en contact avec toutes les faces 24 de la cavité 28, créant ainsi une zone de contact avec chaque face 24, c'est-à-dire quatre pour le premier mode de réalisation ou trois pour le deuxième mode de réalisation. Une zone de contact 29 est définie par la partie de la face 24 de la pyramide cône en contact avec le pivot 15, 17. Les normales à chaque zone de contact 29 sont des droites perpendiculaires à chaque zone de contact 29. Les normales forment un angle, dit angle de contact, par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du pivot. La normale correspond à la droite perpendiculaire à la face de la cavité 28. Ainsi, l'angle de contact est équivalent au demi-angle d'ouverture de la pyramide de la cavité 28.
  • Selon l'invention, l'angle de contact est inférieur ou égal à 45°, de préférence inférieur ou égal à 30°, voire inférieur ou égal à arctan 1 2 .
    Figure imgb0013
     Pour cela, le second angle doit être inférieur ou égal à 90°, de préférence inférieur ou égal à 60°, voire inférieur ou égal à 2 ∗ arctan 1 2 = 53.13 ° .
    Figure imgb0014
  • Ces valeurs d'angles sont calculées à partir d'équations modélisant les frottements des pivots et des paliers. Pour pouvoir décrire les formules qui donnent les angles optimaux, on définit les grandeurs géométriques suivantes, esquissées sur la figure 6 :
    • αb et αh sont les angles entre les faces de la cavité et l'axe de symétrie des cavités, pour le palier du bas et celui du haut ;
    • Rb et Rh sont les rayons des calottes sphériques des bouts des pivots en bas et en haut de l'axe du balancier ;
    • B et H sont les centres des calottes sphériques des bouts des pivots en bas et en haut de l'axe du balancier ;
    • G est la position du centre de masse, supposé sur la droite BH (balancier équilibré) ;
    • µb et µh sont les coefficients de frottement en bas et en haut.
  • Pour évaluer la différence de frottements en fonction de la gravité, l'angle θ entre l'axe du balancier et la gravité parcourt tout l'intervalle [0°, 180°].
  • On distingue deux types de contraintes appliquées sur la géométrie du système mobile :
    • C1: aucune contrainte sur les rayons Rb et Rh et les angles αb et αh,
    • C2: pour des questions de facilité de fabrication, on impose Rb = Rh, et on suppose µb = µh .
  • On désigne par Mfr,max, respectivement Mfr,min, le couple de frottement maximum, respectivement minimum, sur tous les angles θ considérés (soit toute la plage [0°, 180°]). On cherche à minimiser la variation relative maximale de couple, définie par ε = M fr , max − M fr , min M fr , min
    Figure imgb0015
  • Dans le cas C1, pour un axe de mobile tournant muni de deux pivots, tel que schématisé sur la figure 6, l'angle de contact (α) optimal entre les couples pivot-palier est défini par les équations suivantes : tan α b ≈ BH ‾ 4 cos π N GH ‾
    Figure imgb0016
     tan α h ≈ BH ‾ 4 cos π N GB ‾
    Figure imgb0017
     R h R b = µ b µ h GH ‾ GB ‾
    Figure imgb0018
     où N est le nombre de faces des deux pyramides, BH est la distance entre les extrémités des deux pivots, GH est la distance entre l'extrémité du premier pivot (17) en contact avec le premier palier (18) et le centre de masse (G) du balancier, et GB est la distance entre l'extrémité du deuxième pivot (15) en contact avec le deuxième palier (20) et le centre de masse (G) du balancier 2.
  • Ces équations sont issues d'un modèle à trois dimensions du contact entre le pivot et le contre-pivot, dans lequel l'extrémité du pivot est modélisée par une sphère. Dans le cas général, B et H sont définis par l'intersection entre la normale au contact et l'axe du pivot. De préférence, les bouts des pivots sont arrondis, B et H étant définis par le centre de la sphère. Ainsi, le rayon du bout arrondi correspond au segment entre le contact et l'intersection de la normale au contact et de l'axe du pivot 15, 17.
  • Cette relation s'applique aux pivots ayant des formes différentes. Les rayons Rb et Rh des bouts arrondis peuvent être différents l'un de l'autre.
  • Ainsi, selon la position du centre de masse G, les premiers cônes des deux pivots 15, 17 peuvent avoir des angles d'ouverture différents. Mais s'ils répondent à cette relation, la variation de frottements entre les positions verticales et horizontales est diminuée par rapport à d'autres géométries de pivots et de cavités.
  • Pour le premier mode de réalisation à quatre faces, le graphique de la figure 8 montre les angles de contact optimaux pour les deux paliers et pivots pour chaque position du centre de masse sur l'axe du balancier.
  • Le cas particulier où le centre de masse G est au milieu de B et H, et si les coefficients de frottement sont égaux entre le bas et le haut, alors on a des paliers symétriques (Rb =Rh), avec αb et αh = env. 35°. Ainsi, l'angle d'ouverture souhaitable pour des pyramides est d'environ 70°. Dans les autres cas, les angles de contact des deux couples paliers-pivots sont différents. On remarque ainsi, qu'il y a toujours l'un des deux angles de contact avec une valeur inférieure ou égale à 35° et l'autre angle avec une valeur supérieure ou égale à 35°. Un autre cas où le centre de masse se trouve à un tiers de longueur de l'axe d'un premier pivot, l'angle de contact optimal de ce premier pivot est de 45°, tandis que le second pivot a un angle de contact optimal égal à 30°. Ainsi, les cavités ont un angle d'ouverture égal à 90°, et l'autre pyramide d'angle d'ouverture égal à 60°.
  • Chaque angle de contact optimal est compris dans un intervalle allant de 20° à 90°. L'angle de contact le plus petit est celui du pivot le plus proche du centre de masse.
  • Le graphique de la figure 9 montre la différence des rayons optimaux des extrémités des deux pivots en fonction de la position du centre de masse. Ainsi, on remarque que pour un centre de masse au milieu du l'axe de balancier, les rayons sont de préférence égaux pour les deux extrémités.
  • Pour le second mode de réalisation à trois faces, le graphique de la figure 10 montre les angles de contact optimaux pour les deux paliers et pivots pour chaque position du centre de masse sur l'axe du balancier. Le cas particulier où le centre de masse G est au milieu de B et H, et si les coefficients de frottement sont égaux entre le bas et le haut, alors on a des paliers symétriques (Rb =Rh ), avec αb et αh = 45° environ. Ainsi, l'angle d'ouverture souhaitable pour des cônes est d'environ 90°. Dans les autres cas, les angles de contact des deux couples paliers-pivots sont différents. On remarque ainsi, qu'il y a toujours l'un des deux angles de contact avec une valeur inférieure ou sensiblement égale à 45° et l'autre angle avec une valeur supérieure ou sensiblement égale à 45°. Un autre cas où le centre de masse se trouve à un quart de longueur de l'axe d'un premier pivot, l'angle de contact optimal de ce premier pivot est de sensiblement 65°, tandis que le second pivot a un angle de contact optimal sensiblement égal à 35°. Ainsi pour les cavités coniques, on a un cône d'angle d'ouverture égal à 130°, et l'autre cône d'angle d'ouverture égal à 70°.
  • Chaque angle de contact optimal est compris dans un intervalle allant de 27° à 90°. L'angle de contact le plus petit est celui du pivot le plus proche du centre de masse.
  • Le graphique de la figure 11 montre la différence des rayons optimaux des extrémités des deux pivots en fonction de la position du centre de masse. Ainsi, on remarque que pour un centre de masse au milieu du l'axe de balancier, les rayons sont de préférence égaux pour les deux extrémités.
  • Dans une seconde configuration du système mobile, les deux pivots ont des formes identiques à ceux du premier modèle (Rb =Rh ), comme les exemples des figures 4 et 6.
  • Les graphiques des figures 12 et 13 montrent comment varient les angles optimaux et la variation ε en fonction de la position relative du centre de masse pour le premier mode de réalisation à quatre faces. Dans ce cas, il y a toujours l'un des deux angles avec une valeur inférieure ou égale à arctan 1 2 = 26 , 6
    Figure imgb0019
     environ, et l'autre angle avec une valeur supérieure ou égale à arctan 1 2 .
    Figure imgb0020
     Le cas particulier où le centre de masse G est au milieu de B et H, et si les coefficients de frottement sont égaux entre le bas et le haut, alors on a des paliers avec αb et α h = arctan 1 2 = 26.6 °
    Figure imgb0021
     environ.
  • Les graphiques des figures 14 et 15 montrent comment varient les angles optimaux et la variation ε en fonction de la position relative du centre de masse pour le second mode de réalisation à trois faces. Dans ce cas, il y a toujours l'un des deux angles avec une valeur inférieure ou égale à arctan 1 2 = 26 , 6
    Figure imgb0022
     environ, et l'autre angle avec une valeur supérieure ou égale à arctan 1 2 .
    Figure imgb0023
     Le cas particulier où le centre de masse G est au milieu de B et H, et si les coefficients de frottement sont égaux entre le bas et le haut, alors on a des paliers avec αb et α h = arctan 1 2 = 26.6 °
    Figure imgb0024
     environ.
  • Des exemples de variation de couple de frottement en fonction de l'orientation θ sont représentés sur la figure 16 pour le premier mode de réalisation, et sur la figure 17 pour le second mode de réalisation. Les courbes sont symétriques pour une valeur supérieure à 90°. Ainsi, pour des pivots de même forme et de même rayon, le point de symétrie de la courbe est décalé par rapport à 90°.
  • Quel que soit le mode de réalisation, les angles minimaux de contact des deux pivots et des deux paliers, les angles minimaux de contact (αh,αb ) des deux pivots (15, 17) et des deux paliers (18, 20) sont définis par l'équation suivante, cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 ,
    Figure imgb0025
     de préférence cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 ,
    Figure imgb0026
     de préférence cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 , 5 ,
    Figure imgb0027
     ou encore cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 3 ,
    Figure imgb0028
     voire cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 4 ,
    Figure imgb0029
     où N est le nombre de faces des deux pyramides. En effet, pour obtenir les meilleurs résultats concernant le couple de frottement avec les deux paliers, les angles minimaux de contact (αh,αb ) doivent répondre à ces équations.
  • Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

  1. Système mobile tournant (10) d'un mouvement horloger, le système (10) comprenant un mobile tournant, par exemple un balancier (13), un premier et un deuxième palier (18, 20), notamment amortisseurs de choc, pour un premier et un deuxième pivot (15, 17) de l'axe (16) du mobile tournant, le mobile comportant un centre de masse (G) en une position de son axe (16), le premier palier (18, 20) comportant un contre-pivot (22) comprenant un corps principal muni d'une cavité pyramidale (19) configurée pour recevoir le premier pivot (17) de l'axe (16) du mobile tournant, la cavité présentant au moins trois faces donnant sa forme pyramidale, le premier pivot (17) étant apte à coopérer avec la cavité (19) du contre-pivot (22) pour pouvoir tourner dans la cavité (19), au moins une zone de contact (29) entre le premier pivot (17) et une face (24) étant générée, la normale à la ou les zones de contact (29) formant un angle de contact (αh ) relatif au plan perpendiculaire à l'axe (16) du pivot (17), caractérisé en ce que l'angle de contact (αh ) est inférieur à 45°, de préférence inférieur ou égal à 30°, voire inférieur ou égal à arctan 1 2 .
    Figure imgb0030
  2. Système mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième palier (20) coopère avec le deuxième pivot (15) pour permettre au mobile tournant de tourner autour de son axe (16), le deuxième palier (20) comprenant une deuxième cavité pyramidale (89) comportant au moins trois faces (24), le deuxième pivot (15) étant apte à coopérer avec la deuxième cavité (89) du contre-pivot (22) pour pouvoir tourner dans la deuxième cavité (89), au moins une deuxième zone de contact (90) entre le deuxième pivot (17, 30) et une face de la deuxième cavité (89) étant générée, la normale de la deuxième zone de contact (90) formant un deuxième angle de contact (αb ) par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du deuxième pivot (15), caractérisé en ce que les angles minimaux de contact (αh,αb ) des deux pivots (15, 17) et des deux paliers (18, 20) sont définis par l'équation suivante, cotαh + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 ,
    Figure imgb0031
     de préférence cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 2 , 5 ,
    Figure imgb0032
     ou encore cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 3 ,
    Figure imgb0033
     voire cotα h + cotα b = 4 cos π N ≥ 4 ,
    Figure imgb0034
     où N est le nombre de faces des deux pyramides.
  3. Système mobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les angles minimaux de contact (αh,αb ) sont définis par les équations suivantes : tan α b ≈ BH ‾ 4 cos π N GH ‾
    Figure imgb0035
     tan α h ≈ BH ‾ 4 cos π N GB ‾
    Figure imgb0036
     R h R b = µ b µ h GH ‾ GB ‾
    Figure imgb0037
     où N est le nombre de faces des deux pyramides, BH est la distance entre les extrémités des deux pivots, GH est la distance entre l'extrémité du premier pivot (17) en contact avec le premier palier (18) et le centre de masse (G) du balancier, et GB est la distance entre l'extrémité du deuxième pivot (15) en contact avec le deuxième palier (20) et le centre de masse (G) du balancier 2.
  4. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier angle de contact (αh ) est inférieur ou égal à arctan 1 2
    Figure imgb0038
     et le deuxième angle de contact (αb ) est supérieur ou égal à arctan 1 2 .
    Figure imgb0039
  5. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend autant de zones de contact (29, 90) que de faces (24) de la cavité pyramidale avec une zone de contact (29, 90) par face (24).
  6. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité (28) comprend trois ou quatre faces (24).
  7. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier pivot (17) a une forme conique.
  8. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces (24) sont au moins en partie concaves ou convexes.
  9. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux angles de contact (αb,αh ) sont égaux.
  10. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité du pivot (15, 17) est définie par l'intersection entre la normale au contact et l'axe du pivot (15, 17).
  11. Système mobile selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pivots (15, 17) ont un bout arrondis, les bouts arrondis des deux pivots (15, 17) ayant des rayons identiques (Rb,Rh ).
  12. Mouvement horloger comprenant une platine et au moins un pont, ladite platine et/ou le pont comportant un orifice, caractérisé en ce qu'il comporte un système mobile tournant (10) selon l'une, quelconque, des revendications précédentes.
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