Princípios mecânicos › O funcionamento do Movimento mecânico

O ÓRGÃO REGULADOR (balanço-espiral)

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Figura 1: Vista explodida do órgão regulador

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Figura 2: Plano do Órgão regulador montado (Balanço a Parafuso, Espiral plana)

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1. Definição

O Órgão regulador é o dispositivo oscilante que fixa a cadência de um Movimento de relojoaria. O Órgão regulador dos relógios portáteis (de bolso ou de pulso) é geralmente o par formado por balanço e espiral que forma um oscilador harmónico cuja regularidade do Período determina a precisão do relógio. Ele traduz a energia acumulada na mola motriz numa sucessão de oscilações regulares, o que condiciona a regularidade da contagem do Tempo.

2. Diferentes órgãos reguladores

O Pêndulo : É o mais antigo dos osciladores mecânicos. Consiste numa haste à qual está suspensa uma massa cuja altura é geralmente regulável. Está presente na maioria dos relógios e pêndulos. Foi no início do século 17^º século que Galileu observa que o período de um pêndulo é constante, seja qual for a sua amplitude (teoria de oisocronismo). Esta teoria será mais tarde aperfeiçoada por Christiaan Huygens, que inventará em seguida o balanço-espiral. Os pêndulos permitem obter excelentes resultados cronométricos. Infelizmente, não podem ser deslocados em funcionamento e, por isso, não dizem respeito à relojoaria de uso pessoal. Os pêndulos oscilam geralmente a frequências compreendidas entre 0,5 Hz e 1 Hz. Os movimentos, os choques e as variações de temperatura influenciam a precisão dos relógios regulados por um pêndulo.

O balanço-espiral : É o órgão regulador da maioria dos relógios mecânicos de uso pessoal. O balanço-espiral foi inventado em 1675 por Christiaan Huygens. Esta verdadeira revolução permite, desde a sua invenção, transportar instrumentos de medição do tempo (cronómetros de marinha, relógios de bolso e depois relógios de pulso) enquanto estão em funcionamento. É composto por um volante de inércia (o balanço) e por uma mola fina em forma de espiral (a espiral). A frequência dos oscilações de um balanço-espiral situa-se geralmente entre 2,5 Hz e 5 Hz. É este o tipo de órgão regulador que detalharemos neste capítulo.

O diapasão : é um órgão regulador destinado aos relógios eletrónicos (alimentados por bateria). Trata-se de uma lâmina de aço recortada em forma de diapasão. Um eletroíman mantém as oscilações das lâminas do diapasão por efeito piezoelétrico. Um oscilador deste tipo funciona na gama de frequências compreendida entre 300 Hz e 720 Hz. As vibrações do diapasão permitem acionar linguetes encarregues de fazer girar a roda dos segundos. Deste modo, o ponteiro dos segundos de um relógio regulado por um diapasão efetua 300 a 720 saltos por segundo e parece avançar de forma contínua. Este tipo de osciladores foi brevemente utilizado no início dos anos 70 antes de ser ultrapassado pela tecnologia do quartzo. Graças à sua tecnologia e à gama de frequências audíveis do diapasão, os relógios equipados com tal ressonador emitem um som agudo contínuo característico.

O quartzo : O princípio do quartzo é o mesmo que o do diapasão. Uma corrente elétrica contínua faz vibrar um cristal de quartzo cortado em forma de diapasão. Por efeito piezoelétrico, o quartzo entra em vibração oscilando a uma frequência de 32 kHz (32 kHz). O quartzo transforma a corrente contínua que recebe numa corrente alternada com essa mesma frequência de 32 kHz. O circuito eletrónico do movimento tem como função reduzir esta frequência até 1 Hz para alimentar regularmente o motor passo a passo do relógio.

Átomos de césio, de rubídio, de estrôncio: O princípio de tais órgãos reguladores consiste em fazer mudar o estado energético dos átomos de césio 133 ou de rubídio. Essa mudança de estado induz uma radiação eletromagnética emitida pelos elétrons do átomo, cuja frequência é elevada e constante. Assim, a frequência de oscilação dos átomos de césio 133 é de 9 192 631 770 Hz e os últimos relógios atómicos de frequências óticas permitem agitar eletrões de estrôncio à frequência de 429 228 004 229 873,2 Hz. O desvio de precisão para tais relógios é de 1 segundo em 13 mil milhões de anos (ou seja, a idade do universo). Além da medição do Tempo, tais relógios servem para a observação astronómica, para as ciências e para a física (investigação nuclear, orientação por satélite, sistemas de navegação, etc.).

3. Descrição e componentes (sistema com balanço espiral):

O órgão regulador dos relógios mecânicos é constituído principalmente por um volante de inércia chamado balanço e por uma mola em forma de espiral de Arquimedes chamada espiral. O balanço é rebitado no seu eixo. Nesse mesmo eixo está fixada a extremidade interior do espiral por intermédio da virola (Figura 2 & Figura 3).

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a extremidade exterior do espiral está, por sua vez, fixada à ponte do balanço por intermédio do piton (espiga da espiral) (Figura 2 & Figura 4).

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A um ângulo α geralmente compreendido entre 60° e 70° em relação ao piton (espiga da espiral) (Figura 5, ponto 1), a curva terminal da Espiral passa entre os dois pinos da Raquete (regulador) (Figura 5, ponto 2). Os pinos da Raquete (regulador) são cravados na raquete (regulador) (Figura 5, ponto 3) que pivota com um ligeiro aperto, concentricamente ao eixo do balanço.

Importante:

A presença ou a construção dos diferentes componentes do Órgão regulador pode variar de um movimento para outro (p.ex.: presença opcional da raquete (regulador) ou de um porta-piton móvel).

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O Órgão regulador de um relógio mecânico é composto pelos seguintes componentes:

• O Balanço
• O Espiral
• O Eixo do balanço
• A Virola
• O Piton (espiga da espiral)

nota: A maioria das espirais em Silício integra a Espiral, a Virola e frequentemente o Piton (espiga da espiral) num único componente monobloco.

4. Movimentos do Balanço espiral:

Durante o funcionamento do relógio, o balanço-espiral oscila concentricamente em torno do seu eixo, de um lado e do outro da sua posição de equilíbrio, também chamada “Ponto morto” (Figura 7). Quando o Balanço é empurrado para além da sua posição de equilíbrio (durante um Impulso; ver o Órgão de distribuição), arma-se o Espiral. Quando o Impulso é dado num sentido, arma-se a mola em extensão (Figura 6), e quando o Impulso é dado no outro sentido, arma-se a mola em contração (Figura 8). Em ambos os casos, cria-se um binário de retorno (momento elástico) que devolve o balanço à sua posição de equilíbrio (Ponto morto) (Figuras 6 a 8).

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5. Relação matemática

A relação matemática do balanço e da espiral é a seguinte (ver: o emparelhamento do balanço e da espiral):