椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构及钟表的制作方法

本实用新型属于机械钟表技术领域，涉及一种椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构及钟表。

背景技术：

两百多年前，路易·宝玑先生实用新型了钟表调速装置陀飞轮机构，其原理是把手表游丝、叉式杠杆和擒纵系统设计在同一轴上运作，在该机构360度不停旋转起来的时候，可以使零件的方位误差互相抵消，从而消除误差。该机构的精密、精美和精准，使陀飞轮表享有王者之誉。

旋转式擒纵调速机构手表，又称陀飞轮手表。陀飞轮的创意在于，将钟表核心的擒纵调速机构放在一个框架之内，使框架围绕轴—也就是摆轮的轴心规律性地做 360度旋转。普通机械钟表的擒纵调速机构是固定的，因而当表搁置位置变化的时候，擒纵调速机构因位置的变化，造成了擒纵零件受力不同而产生了误差。而陀飞轮手表的擒纵调速机构，是360度不停的旋转，它会将手表的方位误差综合起来，互相抵消，从而最大程度地降低误差，甚至消灭。目前，大多数陀飞轮是1分钟旋转一圈，也是业内公认的理想旋转速度。

虽然如今的手表要面临更多的位置变化，陀飞轮调校精准性的能力有所减弱，不过，陀飞轮仍然作为顶级制表工艺，被大多数喜爱机械制表的表迷所追捧。

擒纵调速机构是机械钟表机构中常用的调速机构，是由擒纵机构和调速机构两部分所组成。擒纵机构包括擒纵轮部件、擒纵叉部件；调速机构包括摆轮游丝组件。调速机构是依靠摆轮游丝的周期性振荡，使擒纵机构保持精确和规律的持续运动，从而取得调速作用。

图1所示的是，现有的一种普通机械钟表中常用的擒纵调速机构。其工作原理是：秒轮部件1带动擒纵轮部件8，擒纵轮部件8通过其特殊齿轮驱动擒纵叉部件9 绕a点作往复摆动，擒纵叉部件9摆动时通过自身叉囗b驱动摆轮游丝组件11作有规律的振荡摆动，产生计时源。普通的机械手表，由于擒纵调速系统中的游丝会受到松紧度、金属疲劳的影响，摆轮摆动的规律也会受到地心引力的影响，所以容易产生误差。

图2所示的是，现有的另一种机械钟表中常用的单轴旋转擒纵调速机构(俗称单轴旋转陀飞轮机构)。其工作原理是：三轮部件21带动秒齿轴10b，秒齿轴10b 和旋转支架7是钢性连接，所以，旋转支架7和秒齿轴10b同步旋转，由于固定秒轮片10被安装固定在手表的夹板上相对静止不动，而擒纵轮部件8和擒纵叉部件9 被安装固定在旋转支架7上。此时，由于旋转支架7和秒齿轴10b同步旋转，使擒纵轮部件8、擒纵叉部件9和摆轮游丝组件11绕固定秒轮片10作公转运动。擒纵轮部件8通过其特殊齿轮驱动擒纵叉部件9绕a点作往复摆动，摆动时通过自身叉囗b驱动摆轮游丝组件11作有规律的振荡摆动，产生计时源。这种单轴旋转陀飞轮手表，由于整个擒纵调速机构组合在一起，并且能够以一定的速度不断地旋转。它可把地心引力对机械表中“擒纵系统”的影响减至最低程度，可以校正地心引力对钟表机件造成的误差，提高走时精度。采用这种旋转陀飞轮机构的陀飞轮表，由于其独特的运行方式，已经把钟表的动感艺术美发挥到登峰造极的地步，历来被誉为“表中之王”。

然而，受工艺、材料等多种因素的制约，陀飞轮表的理论数据和完美构想并非一蹴而就。当年原创的1.0版一维平面陀飞轮机构无法满足最佳时间段内旋转360 度的要求。在相当长时间内，陀飞轮机构消除走时误差的同时，无法打开进一步提升精度的空间。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可进一步提升精度的椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构及钟表。

本实用新型的技术方案如下：

一种椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构，它包括碗形秒轮部件、垂直秒轮、椭圆形球体笼架、秒过一轮部件、碗形固定轮片、秒过二轮部件、内框旋转支架、擒纵轮部件、擒纵叉部件、固定秒轮片、摆轮游丝组件；椭圆形球体笼架包括由一根根横向的弧形筋条构架而成的椭圆形球体外围框架，还包括固定在外围框架内下部的固定秒轮片支架；椭圆形球体框架的下端设有轴孔；碗形秒轮部件的轴套、垂直秒轮的轴套固定在钟表一头的夹板上，垂直秒轮与碗形秒轮啮合；碗形固定轮片固定在钟表另一头的夹板上；垂直秒轮的轴与碗形固定轮片的轴处于同一条水平的X轴线上；垂直秒轮的轴与垂直秒轮钢性连接；椭圆形球体笼架两端分别与垂直秒轮的轴、碗形固定轮片的轴固定连接；椭圆形球体笼架两端分别有两个同处于X 轴线上的连接轴，其中，左端的连接轴与垂直秒轮钢性连接，右端的连接轴即碗形固定轮片的轴插入碗形固定轮片的轴孔中；秒过一轮部件的轴安装固定在椭圆形球体笼架外围框架的筋条上；秒过一轮部件一边与碗形固定轮片啮合，秒过一轮部件另一边与秒过二轮部件啮合；秒过二轮部件的轴即Y轴安装在椭圆形球体笼架下端的轴孔内，并从固定秒轮片支架的中心孔内穿过；Y轴上装有内框旋转支架；擒纵轮部件、擒纵叉部件、摆轮游丝组件安装在内框旋转支架上；固定秒轮片空套在Y 轴上，同时，固定秒轮片安装固定在椭圆形球体笼架内的固定秒轮片支架上。

进一步地，椭圆形球体笼架是由上下两个半椭圆形球体框架组合而成的，每个半椭圆形球体框架的外围框架由一根根横向的弧形筋条构架而成；下半椭圆形球体框架内部设有固定秒轮片支架。

更进一步地，固定秒轮片支架包括中间带中心孔的支承圆台，以及四边四根支杆，四根支杆端头设有安装孔，这四个安装孔与上下两个半椭圆形球体框架的四个上下连接孔对应；固定秒轮片支架通过在这四个安装孔和上下各四个上下连接孔处装上螺钉，与上下两个半椭圆形球体框架固定连接在一起；固定秒轮片安装固定在固定秒轮片支架的支承圆台上面；Y轴从固定秒轮片支架的支承圆台的中心孔中穿过；椭圆形球体框架的上端、下端都设有轴孔。

进一步地，内框旋转支架包括上中下三层支架，即上支架、中支架和下支架；上支架、下支架均包括带中心孔的中心圆环和三根支杆；三根支杆一端固定在中心圆环上，另一端从中心圆环向外发散，三根支杆互成120度角；上下两层相对应的支杆之间通过位钉管和螺钉连接。

进一步地，擒纵轮部件包括擒纵轮片、擒纵齿轴；擒纵齿轴的上端安装在中支架上，擒纵齿轴的下部安装在内框旋转支架的下支架上，擒纵齿轴末端(下端)与固定秒轮片啮合；擒纵叉部件包括擒纵叉、擒纵叉轴，还包括与摆轮游丝组件的圆盘钉连接的擒纵叉喇叭囗；擒纵叉轴上下两端分别固定在中支架上和下支架的支杆上；擒纵叉后端与擒纵轮连接。

进一步地，摆轮游丝组件设置在擒纵叉部件上面，并与内框旋转支架的上支架的支杆固定连接：摆轮游丝组件包括摆轮、摆轴、游丝、圆盘、圆盘钉，还包括固定游丝的外桩管、外桩环、调节游丝工作长度的快慢针、快慢针上的内夹和外夹；外桩管固定在内框旋转支架的上支架的支杆上；圆盘、圆盘钉与摆轮是一体的；摆轴上端安装在内框旋转支架的上支架的中心孔中，摆轴从圆盘的中心孔中穿过，摆轴下端插入内框旋转支架的下支架的中心孔中；摆轮套装在摆轴上；擒纵叉前端与摆轮游丝组件的圆盘钉连接。

进一步地，摆轮游丝组件的摆轴与秒过二轮部件的轴在同一根轴线即Y轴线上；摆轮游丝组件的摆轴与秒过二轮部件的轴是同处于Y轴线上的二根不同的轴。内框旋转支架的下支架底部固定连接有一个带中心孔的套盖；秒过二轮部件的轴上端插入该套盖的中心孔中，且秒过二轮部件的轴与套盖固定连接。由此，通过内框旋转支架和套盖的固定连接，秒过二轮部件的轴(即Y轴)转动，可带动内框旋转支架、擒纵轮部件、擒纵叉部件和摆轮游丝组件(包括摆轴)一起绕Y轴转动。由此，摆轮游丝组件的摆轴与秒过二轮部件的轴这两根轴同处Y轴上各自转动。

进一步地，固定秒轮片空套在秒过二轮部件的轴上，同时，固定秒轮片通过螺栓安装固定在椭圆形球体笼架内的固定秒轮片支架上。

进一步地，在X轴线、Y轴线上各设有两个轴类防震器；Y轴线上的两个轴类防震器分别安装在摆轴的上下端，亦即分别安装在内框旋转支架的上支架、下支架的中心孔处(上下轴眼处)；X轴线上的两个轴类防震器分别安装在垂直秒轮的轴、碗形固定轮片的轴的外端。

本实用新型一种带椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构的钟表，它包括上述椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构，还包括时针、分针、秒针和发条动力传动机构。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构，又称立体陀飞轮机构，该立体陀飞轮机构有X轴、Y轴两个旋转轴同时作360度旋转，使陀飞轮机构自然形成面上、面下、上立位、下立位不同变位过程，二旋合一、多重修复，可进一步提升精度。

本实用新型的椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构，是二维立体陀飞轮机构。从钟表主传动输出的动力中通过第一个垂直齿轮，驱动陀飞轮机构的椭圆镂空外置笼架作360度向机心中心旋转；外置笼架旋转的同时通过第二个垂直齿轮，驱动内置笼架的陀飞轮机构作360度顺时针旋转。双轴旋转完成了每分钟绕外轴旋转 360度的同时，内轴又以每分钟顺时针旋转360度。同时，每个旋转周期使旋转的陀飞轮机构自然形成面上、面下、上立位、下立位不同变位过程，二旋合一、多重修复，显著扩展了陀飞轮表消除误差的效能，更让陀飞轮结构之美，工艺之魅组成有底蕴、有创感的心动时光。

附图说明

图1是现有的一种普通机械钟表中常用的擒纵调速机构；

图2是现有的另一种机械钟表中常用的单轴旋转擒纵调速机构；

图3是本实用新型一种椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构的俯视平面结构示意图；

图4是本实用新型的椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构的主视剖面结构示意图；

图5是本实用新型中与内框旋转支架7连接的各部件的俯视平面结构示意图；

图6是本实用新型中与内框旋转支架7连接的各部件的主视剖面结构示意图；

图7是本实用新型中椭圆形球体笼架3的俯视结构示意图；

图8是本实用新型中椭圆形球体笼架3的内部结构示意图；

图9是本实用新型中椭圆形球体笼架3的立体结构示意图。

图中：1、碗形秒轮部件 2、垂直秒轮 3、椭圆形球体笼架 4、秒过一轮部件 5、碗形固定轮片 6、秒过二轮部件 6b、秒过二轮部件的轴 7、内框旋转支架 8、擒纵轮部件 8a、擒纵轮片 8b、擒纵齿轴 9、擒纵叉部件 9a、擒纵叉 9b、擒纵叉轴 10、固定秒轮片 10b、秒齿轴 11、摆轮游丝组件 11a、摆轮 11b、摆轴 11c、游丝 11d、圆盘 11e、圆盘钉 11f、外桩管 12、轴类防震器 13、夹板 14、上下连接孔 15、固定秒轮片支架 15a、固定秒轮片支架的中心孔 16、轴孔 17、筋条 18、支杆 19、位钉管 20、螺钉 21、三轮部件 22、套盖

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例

如图3、图4所示，本实用新型一种椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构，它包括碗形秒轮部件1、垂直秒轮2、椭圆形球体笼架3、秒过一轮部件4、碗形固定轮片5、秒过二轮部件6、内框旋转支架7、擒纵轮部件8、擒纵叉部件9、固定秒轮片10、摆轮游丝组件11、轴类防震器12；

椭圆形球体笼架3是由上下两个半椭圆形球体框架组合而成的(上下两个半椭圆形球体框架上相对应地各设有四个上下连接孔14，上下两个半椭圆形球体框架之间通过在四个上下连接孔14处装上螺钉进行固定连接)，每个半椭圆形球体框架的外围框架由一根根横向的弧形筋条17构架而成；下半椭圆形球体框架内部设有固定秒轮片支架15；固定秒轮片支架15包括中间带中心孔的支承圆台15a，以及四边四根支杆，四根支杆端头设有安装孔，这四个安装孔与上下两个半椭圆形球体框架的四个上下连接孔14对应；固定秒轮片支架15通过在这四个安装孔和上下各四个上下连接孔14处装上螺钉，与上下两个半椭圆形球体框架固定连接在一起；固定秒轮片10安装固定在固定秒轮片支架15的支承圆台15a上面；Y轴从固定秒轮片支架 15的支承圆台15a的中心孔中穿过；椭圆形球体框架的上端、下端都设有轴孔16。

碗形秒轮部件1的轴套固定在钟表一头的夹板13上，垂直秒轮2的轴套也固定在钟表一头的夹板13上，垂直秒轮2与碗形秒轮啮合；碗形固定轮片5固定在钟表另一头的夹板13上；垂直秒轮2的轴与碗形固定轮片5的轴处于同一条水平的线(X 轴线)上；垂直秒轮2的轴与垂直秒轮2钢性连接(是一体的)；碗形固定轮片5的轴与碗形固定轮片5活动连接；椭圆形球体笼架3两端分别有两个同处于X轴线上的连接轴(支承轴)，其中，左端的连接轴与垂直秒轮2钢性连接(也与垂直秒轮2 的轴钢性连接)，右端的连接轴(即碗形固定轮片5的轴)插入碗形固定轮片5的轴孔中，由此，椭圆形球体笼架3可通过其两端的两个支承轴(随着垂直秒轮2)绕X 轴线旋转；秒过一轮部件4的轴安装固定在笼架3外围框架的筋条上；秒过一轮部件4一边与碗形固定轮片5啮合，秒过一轮部件4另一边与秒过二轮部件6啮合；秒过二轮部件6的轴6b(即Y轴)安装在椭圆形球体笼架3下端的轴孔16和固定秒轮片支架15的中心孔15a内(由此可将Y轴以及跟Y轴连接的所有部件支撑起来)。

秒过二轮部件6的轴(Y轴)上装有内框旋转支架7(即内框旋转支架7固定安装在Y轴上)；内框旋转支架7包括上中下三层支架，即上支架7a、中支架7b和下支架7c，上支架7a、下支架7c均包括带中心孔(轴孔)的中心圆环和三根支杆18 (三根支杆18一端固定在中心圆环上，另一端从中心圆环向外发散，三根支杆互成 120度角)；摆轴11b从上支架7a、下支架7c的中心孔中穿过；上下两层相对应的支杆18之间通过末端的位钉管19和螺钉20连接。

擒纵轮部件8和擒纵叉部件9安装固定在内框旋转支架7上：擒纵轮部件包括擒纵轮片8a、擒纵齿轴8b；擒纵轮部件8的擒纵齿轴8b的上端安装在中支架7b上，擒纵齿轴8b的下部安装在内框旋转支架7的下支架7c上，擒纵齿轴8b末端(下端) 与固定秒轮片10啮合；擒纵叉部件9包括擒纵叉9a、擒纵叉轴9b，还包括与摆轮游丝组件11的圆盘钉11连接的擒纵叉喇叭囗(即b点处所指)；擒纵叉轴9b上下两端分别固定在中支架7b上和下支架7c的支杆18上；擒纵叉9a后端与擒纵轮8a 连接。

摆轮游丝组件11设置在擒纵叉部件9上面，并与内框旋转支架7固定连接：摆轮游丝组件11包括摆轮11a、摆轴11b、游丝11c、圆盘11d、圆盘钉11e，还包括固定游丝的外桩管11f、外桩环、调节游丝工作长度的快慢针、快慢针上的内夹和外夹；外桩管11f固定在内框旋转支架7的上支架的支杆上；圆盘11d、圆盘钉11e与摆轮11a是一体的；内框旋转支架7的上支架7a和下支架7c的中心孔处分别装有轴类防震器12；摆轴11b上端、下端分别安装在内框旋转支架7的上支架7a和下支架7c处的轴类防震器12的轴孔中，摆轴11b从圆盘11d的中心孔内穿过；摆轮 11a套装在摆轴11b(即Y轴)上；擒纵叉9a前端与摆轮游丝组件11的圆盘钉11e 连接。

固定秒轮片10空套在秒过二轮部件6的轴(即Y轴)上，同时，固定秒轮片 10(通过螺栓)安装固定在椭圆形球体笼架3内的固定秒轮片支架15上。

摆轮游丝组件11的摆轴11b与秒过二轮部件6的轴6b处在同一根轴线(即Y 轴线)上。摆轮游丝组件11的摆轴11b与秒过二轮部件6的轴6b是同处于Y轴线上的二根不同的轴。内框旋转支架7的下支架7c底部固定连接有一个带中心孔的套盖22；秒过二轮部件6的轴6b上端插入该套盖22的中心孔中，且秒过二轮部件6 的轴6b与套盖22固定连接。由此，通过内框旋转支架和套盖的固定连接，内框旋转支架7以及安装在其上的所有零部件(擒纵轮部件8、擒纵叉部件9、摆轮游丝组件11)可以随着秒过二轮部件6的轴一起绕Y轴旋转。即：秒过二轮部件6的轴6b (Y轴)转动，可带动内框旋转支架7、擒纵轮部件8、擒纵叉部件9和摆轮游丝组件11(包括摆轴11b)一起绕Y轴转动。由此，摆轮游丝组件11的摆轴11b与秒过二轮部件6的轴6b这两根轴同处Y轴上各自转动。

在X轴、Y轴两个方向的旋转轴上各设有两个(共四个)轴类防震器12；Y轴线上的两个轴类防震器12分别安装在摆轴11b的上下端，亦即分别安装在内框旋转支架的上支架7a、下支架7c的中心孔处(上下轴眼处)；X轴线上的两个轴类防震器12分别安装在两个支承轴(垂直秒轮2的轴、碗形固定轮片5的轴)的外端。

本实用新型一种带椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构的钟表，它包括上述椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构，还包括时针、分针、秒针和发条动力传动机构。

本实用新型的椭圆形球体笼架式双轴旋转擒纵调速机构的工作原理：发条动力传递到碗形秒轮部件1，由碗形秒轮部件1旋转带动垂直秒轮2旋转，结构上由于垂直秒轮2与椭圆形球体笼架3通过支承轴固定连接，所以，椭圆形球体笼架3内的所有零部件(秒过一轮部件4、秒过二轮部件6、内框旋转支架7、擒纵轮部件8、擒纵叉部件9、固定秒轮片10、摆轮游丝组件11)都与垂直秒轮2同步旋转(绕X 轴旋转)。椭圆形球体笼架3的旋转，促使安装在其上的秒过一轮部件4(秒过一轮部件4的轴是安装固定在椭圆形球体笼架3上的)绕碗形固定轮片5作啮合旋转(绕纵轴旋转)，使秒过一轮部件4得到旋转力矩，进而带动秒过二轮部件6旋转。由于秒过二轮部件6的轴(Y轴)上装有内框旋转支架7，所以，秒过二轮部件6与内框旋转支架7是同步旋转的。擒纵轮部件8和擒纵叉部件9被安装固定在旋转支架7 上，与内框旋转支架7是同步旋转的。固定秒轮片10被安装固定在椭圆形球体笼架 3上(具体安装在椭圆形球体笼架3内的固定秒轮片支架15上)，所以，固定秒轮片10相对椭圆形球体笼架3是静止不动的。此时，由于内框旋转支架7和秒过二轮部件6同步旋转(绕Y轴旋转)，使擒纵轮部件8、擒纵叉部件9和摆轮游丝组件11 绕固定秒轮片10作公转运动。擒纵轮部件8通过其特殊齿轮驱动擒纵叉部件9绕a 点作摆动运动，摆动时通过自身叉囗b驱动摆轮游丝组件11作有规律的振荡摆动，产生计时源。

整个机构的外框椭圆形球体笼架3内的所有零部件(秒过一轮部件4、秒过二轮部件6、内框旋转支架7、擒纵轮部件8、擒纵叉部件9、固定秒轮片10、摆轮游丝组件11)在工作时的旋转方向是绕X轴顺时针方向旋转，而内框旋转支架7上的所有零部件(秒过二轮部件6、内框旋转支架7、擒纵轮部件8、擒纵叉部件9、摆轮游丝组件11)则绕Y轴顺时针方向旋转，内框、外框的旋转周期均为60秒。

本实用新型的结构特点如下：

1.椭圆形球体缕空笼架的结构设计中，引入地球仪上经线、纬线的理念，确保受力均匀的缕空笼架在围绕支承轴的旋转中，既坚固地支承内轴陀飞轮机构的正常运行，又可通过椭圆形球体缕空笼架观赏内轴陀飞轮机构工作。

2.本结构采用了二套碗形齿轮驱动结构(碗形秒轮部件1与垂直秒轮2的齿轮啮合、碗形固定轮片5与秒过一轮部件4的齿轮啮合)，使发条力矩有效地传送到二个驱动轴上(X、Y旋转轴)。这种碗形齿轮的优点是，既可改变力矩传递角度90°，又能保证力矩传递高效平稳。

3.两个旋转轴在工作时，同时作360度旋转，使擒纵调速机构自然形成面上、面下、上立位、下立位不同变位过程，二旋(即X轴、Y轴两个方向上的旋转)合一、多重修复，显著扩展了陀飞轮表消除误差的效能。是单轴旋转擒纵调速机构(普通陀飞轮)不可及的。

4.在X、Y二个旋转轴上分别有四个轴类防震器12。在手表工作时，四个轴类防震器可有效防御外来冲击力的干扰，确保双轴旋转擒纵调速机构的工作可靠性。