CN100552569C - 齿隙补偿带齿移动部件、齿轮组件及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于精密齿轮组件，特别是计时器的的游隙补偿移动齿，其中游隙补偿齿的每个具有一个在所述移动部件的穿过所述齿尖端的半径的两侧对称延伸的部分，并且所述部分被弹性连接至所述移动部件，以在这个移动部件的平面上提供一个自由度，至少两个齿中的一个是游隙补偿齿，包括止动装置(6、7；8a、8b、9a、9b；14；17a；18a；29；31a；34；31b；35；40)，所述止动装置被设置用以将运动自由度限制作为齿轮组件中将被补偿的游隙的函数。

Description

齿隙补偿带齿移动部件、齿轮组件及其应用

本发明涉及一种特别是用于计时器的精密齿轮组件的齿隙补偿带齿移动部件，其中所述齿具有至少一个在所述移动部件的穿过所述齿尖端的半径的任何一侧对称延伸的部分，并且所述部分被弹性连接至所述移动部件，以在这个移动部件的平面上提供一个移动自由度。本发明还涉及齿轮组件，以及这种齿轮组件的应用。

每个齿轮组件通常都具有一些齿隙以允许齿轮组件转动，因为不可能找到在没有齿隙的情况下能够进行运转的齿廓。然而，这种齿隙的存在具有不能提供连控轨道式(desmodromic type)传动的不足。这在时间设定齿轮装置中是特别不方便的，因为走针齿轮组件(motion work gearassembly)的齿隙通常在设定时间后被补偿，结果分针没有被驱动，直到齿隙被补偿。这样就很难相对于由表盘承载的小时、分钟刻度而使分针和秒针同步。

在间接的秒显示机构，如计时器中，由于计时器指针没有位于恒定张力下的齿轮装置的运动链系中，齿轮装置位于驱动发条盒和擒纵机构之间，所以必须提供制动器来防止计时器的秒针抖动。

齿隙问题也在所有具有模拟显示的电子表中遇到，其中指示针齿轮装置是没有处于张力作用下。

此外，在机械表中，虽然传递驱动力至擒纵机构的齿轮装置是使其部件恒定地处于张力下、由此接合齿隙的问题不发生，但是这种齿轮装置的运动是不连续的，停停动动的，并由擒纵轮的每一步中加速之前的许多的突然停止来标记，它本身由锚定装置和游丝/摆轮调节器的摆动来控制。这些加速度分布图能通过齿轮组件的配对移动部件之间存在的弹性元件而被修改，这没有与处于张力下的齿轮装置，如精加工齿轮装置中的齿隙补偿相联系起来。

JP 59-019768已经提出了每个齿具有径向槽的齿轮或小齿轮，使得能够增加齿的宽度，以利用与它接合的带齿移动部件，消除接合齿隙。利用两个半齿的弹性优势，径向槽的存在使得能够改变与这种带齿移动部件的齿的啮合齿宽，并能够补偿正常地接合所需的齿隙。这种解决方案可被用在相对大的齿连接中，但不能用在与手表机构中齿轮的大小相同的齿轮上，手表机构中齿的厚度大约是0.2mm，其中齿被切割的轮板的厚度在0.1至0.5mm之间，齿的高度大约0.3mm。

FR 2379736提出了具有裂口或含有切口的齿的多种方案，这样他们可被变形以补偿任何偏心、任何齿距误差、或任何类似不足。这个文件提出的上述方案都是用来补偿注射模制的塑料齿轮中引入的误差，其中所述误差是冷却过程中塑料材料的难于控制收缩的结果。

还存在很多方案，被尤其应用在印刷领域中，其中接合齿隙被去除的方法是利用两个同样的由弹簧相互连接的同轴齿轮，所述弹簧在两个齿轮之间产生扭矩，该扭矩大于被传递的扭矩，从而消除接合齿隙。这个方案仅适用在计时器机构中，代价是增加整体尺寸。

因此，可以说现在对具有小尺寸的齿轮组件，诸如如计时器的齿轮组件，尤其是手表中的齿隙补偿问题，没有令人满意的方案。本发明的目的是提供一种适合于这种齿轮组件所面临的特定问题的方案，尤其是对于其尺寸，该方案中的齿轮能够以工业规模生产。本发明的另一个目的是修改不连续传动齿轮装置，如精加工齿轮装置(finishing wheelwork)中的加速度分布图(acceleration profile)。

为了这一点，本发明涉及一种用于精密齿轮组件(特别是计时器)的齿隙补偿带齿移动部件，其中每个齿隙补偿齿具有至少一个在所述移动部件的穿过所述齿尖端的半径的任何一侧对称延伸的部分，并且所述部分被弹性连接至所述移动部件，以在这个移动部件的平面上给所述齿提供一个运动自由度，其中每个齿隙补偿齿的所述部分通过径向弹性弯曲腹板被连接至所述移动部件，设置至少一个止动装置，所述止动装置用于限制所述部分在中间静止位置的每一侧的运动自由度。附图示意地通过实例说明了形成本发明主题的齿隙补偿带齿移动部件和齿轮组件的各种实施例和他们的变体。在附图中：

图1是第一个实施例的部分透视图；

图2是图1的变体的部分透视图；

图3是图1的第二个变体的部分透视图；

图4是图1的第三个变体的部分透视图；

图5是图1的第四个变体的部分透视图；

图6是第二个实施例的部分透视图；

图7是图6的变体的部分透视图；

图8是图6的另一个变体的部分透视图；

图9是图6的第三个变体的部分透视图；

图10是图6的第四个变体的部分透视图；

图11是第三个实施例的部分透视图；

图12是图11的变体的部分透视图；

图13是图11的第二个变体的部分透视图；

图14是第四个实施例的部分透视图；

图15是图14的变体的部分透视图；

图16是第五个实施例的部分透视图；

图17是作为带齿移动部件的旋转角的函数被测量的带齿移动部件的轴上的反扭矩图；以及

图18是形成本发明主题的齿轮组件的实施例的视图。

应通过前言被指出的是，本发明解决了非常小的机构，尤其是计时器机构，更尤其是钟表机构，特别是手表机构中的精密齿轮组件中的齿隙补偿问题。

这种类型的机构中齿的尺寸在下述范围内变动：齿轮轮板的高度(或他们的厚度)在0.1至0.5mm之间。沿节圆直径测量的齿的厚度e典型地在0.05至0.3mm之间变动，高度(就是说他们的径向尺寸)在0.15至0.6mm之间变动。

给定上述尺寸，可以清楚地了解到，应当使用适当的技术制造这种具有一个或两个弹性部分的齿。特别地，这些技术可以是电铸、用在微电子学中的等离子干蚀刻、化学加工或蚀刻、放电加工(使用电线或成形电极)、和激光切割。

根据尺寸和使用的材料，注射模塑、烧结或水喷射切割可以被使用。

例如，如果使用电铸过程，材料可以是Ni、NiP、NiCo，如果使用等离子干蚀刻，材料可以是硅，化学加工采用硅或合成金刚石，如果是放电加工的情况，材料可以是金属，注射模塑采用塑料，烧结采用金属或陶瓷粉体，激光切割采用金属硅或陶瓷，水喷射切割可以采用任何材料。

考虑到这一点，现在根据本发明的多种齿隙补偿带齿移动部件的实施例和变体的描述将被给出。

图1的实施例显示了带齿移动部件2的三个齿1。每个齿1具有两个弹性弯曲部分3a、3b，它们相对于带齿移动部件2的穿过每个齿尖端的半径r对称。利用中心在半径r的钟形开口4，弹性部分3a、3b的弹力被施加给他们。两个部分3a、3b终止于中心在半径r的径向槽5所分隔的两个更宽的部分。这个径向槽5的宽度基本上对应将被补偿的接合齿隙。

在齿隙补偿的情况下，弹性弯曲部分之一弯曲，直到槽5闭合，从而使得界定槽5的两个表面6和7组成限制弹性弯曲部分3a、3b位移的止动装置。当两部分3a、3b邻接时，他们的弯曲力矩合并，并且他们可定尺寸为：当他们合并时，他们提供对将在两个移动部件之间传递的扭矩的更大阻力。

图2显示了图1的变体，其中径向槽5的任何一侧上的两个表面6、7不是光滑的，而是被成形为：防止在它们邻接时，彼此相对滑动，一旦接合齿隙被补偿后，这样就提高了齿的刚度。

图3显示了图1的另一个变体，其中槽5被各自具有不同宽度的两个槽5a、5b替代。较窄的槽5a被形成在两个半圆柱状的表面8a、8b之间，两个表面8a、8b在另两个界定槽5b的表面9a、9b之前先相互邻接，从而引起部分3a、3b在他们中心部分处弯曲。

在图4的变体中，部分3a、3b的弹性弯曲部分被延伸，并比齿间空间的底面10更深的进入移动部件2。

图5涉及一种变体，其中附加安全停止件11被形成在开口4的中心，使得能够在槽5闭合后，限制部分3a、3b的弯曲。

在图6的实施例中，

两个弹性弯曲部分13a、13b通过两个槽15a、15b形成在中心止动芯14的周围，所述中心止动芯14用作部分13a、13b的停止件。在这个实施例中，止动装置不再主要位于弹性弯曲部分13a、13b上，而是专门通过芯14形成，芯14的表面基本平行于静止时的弹性弯曲部分13a、13b的外表面，而形成齿12的外表面。

由图7显示的图6实施例的变体构成了图4显示的图1的变体的相似物。

图8是图6所示实施例的变体，其中两部分13a、13b被结合，以形成单一部分13。在这个变体中，基本的不同在于：在齿12的齿侧发生的部分13的任何弹性变形，引起另外齿侧的变形。给定这一事实，可以想象具有这样的带齿移动部件，其中两个齿中仅一个是齿隙补偿齿12，另一个齿12a是实心齿，如图9的变体显示。

图10的变体回到具有两个相对于移动部件12的半径r对称设置的部分13a、13b的齿12的构思上。然而，在这种变体中，两个部分13a、13b通过连接部分16被连接至中心止动芯14上，其中槽15a、15b从连接部分16的任一侧开始。相反，弹性弯曲部分13a、13b在他们邻近齿12底部的端部处是自由的。

图11涉及一个实施例，其中齿17通过形成在带齿移动部件18的板内侧的弯曲腹板(bending web)19连接至带齿移动部件18的板。使凹部21中留有间隙的、更厚的中间部分20用作具有凹部21侧壁的止动装置。在中间部分20任何一侧的齿17的基底17a平行于板18的边部。齿17的位移基本上是垂直半径r的平移运动。

图12显示的变体的基本区别在于，止动装置包括设在齿隙补偿齿17的齿根的任何一侧的两个边沿18a。在这里，柔性腹板19沿齿轮18的板中的切口22的中心延伸，并且延伸进入形成在齿17中的、中心在穿过齿17尖端的半径r上的切口23中。

图13涉及组合了图11所示实施例的构思和图9所示实施例的构思的实施例。齿24具有相对于半径r对称的外部部分25，所述外部部分25通过两个弹性弯曲腹板27a、27b连接至移动部件26的板，所述两个弹性弯曲腹板27a、27b延伸进入在移动部件26的板中具有径向取向的两个切口28a、28b。位于外部部分25内部的芯29组成了限制外部部分25位移的止动装置。

在此实施例中，像图11和12中的一样，还可以构思制造两个齿中仅一个齿是齿隙补偿齿，另一个齿是固定齿的带齿移动部件。

在图14和15的实施例中，齿30分别通过弹性弯曲舌状件32和33被连接至带齿移动部件31的板，所述弹性弯曲舌状件32和33被设计允许齿30倾斜移动，而不平移运动。在此实施例中，齿30的倾斜运动过程中，是齿30的基底34和35分别抵碰各齿轮31的板上的相应邻近表面31a和31b。

在图16显示的实施例中，在穿过邻近齿尖端的半径r任何一侧的对称部分结合在一起，从而形成了通过径向舌状件38、39连接至具有齿轮形状的带齿移动部件37的板的带齿环形元件36，其中所述径向舌状件38、39分别设在每个齿的尖端和每个齿的底部。止动装置通过带齿移动部件的板37的齿形芯40的横向齿侧形成。

图17的图表表示了执行的仿真结果，该仿真利用了球在与驱动齿轮的节圆对应的圆形路径上的运动而被进行。这个球靠在弹性连接至移动部件的齿部分上。接着，移动部件的转动轴上的反扭矩作为其旋转角的函数被测量出来。可以看到：从～0.2°至0.3°的转动开始，齿的刚性增加了。可以看出，对止动装置由实体芯形成的实施例，例如图9的实施例，这种效果是非常明显的。

通过调整几何图形，通过调整弹性区域的厚度，通过调整槽的尺寸，以及通过调整弹性部分和刚性部分之间形成的空隙，可以选择大的自由度，并且反扭矩的斜率和斜率变化角为位移角的函数。

图8、11至16所示的实施例中的齿轮组件没有任何外部接触区域(catching region)，因此当他们在制造过程中被处理，或他们被安装时更不易损坏。

图18显示的实施例涉及一种齿轮组件，其中配对移动部件41中的一个具有齿42，所述齿42每个含有槽43，槽43的形状使得对这些齿的接触表面42a中的一个比他们其它接触表面分给更高程度的弹力。结果，更多弹性接触表面42a在它接触其它配对移动部件44的齿45时，能够弯曲。与较少弹性接触表面42b一体的齿42的其它部分可用作更多弹性接触表面42a的限位器。

当这种齿轮组件被用于补偿齿轮组件的配对移动部件41、44之间的齿隙时，沿齿隙补偿配对移动部件41的节圆直径测量的、这些配对移动部件41、44的齿42、45的两个线性厚度e₁、e₂的和至少等于此齿隙补偿配对移动部件的节距。

齿轮连接的节距对应于该齿轮连接的齿的点p和相同齿轮连接的邻近齿的类似点p’之间的弧的长度。

Claims (10)

1.一种用于精密齿轮组件的齿隙补偿移动部件，其中每个齿隙补偿齿具有至少一个在所述移动部件的穿过所述齿尖端的半径的任何一侧对称延伸的部分，并且所述部分被弹性连接至所述移动部件，以在这个移动部件的平面上给所述齿提供一个运动自由度，其中每个齿隙补偿齿的所述部分通过径向弹性弯曲腹板被连接至所述移动部件，设置至少一个止动装置，所述止动装置用于限制所述部分在中间静止位置的每一侧的运动自由度。

2.根据权利要求1所述的齿隙补偿移动部件，其中，每个齿隙补偿齿具有延伸超过它的全厚度的径向中心切口，所述径向中心切口横向地、对称地相对于齿基底处的开口，所述径向弯曲腹板各个端部被连接至所述移动部件和所述径向中心切口的底部，所述径向弯曲腹板根据所述的待补偿的齿隙向所述齿隙补偿齿提供倾斜度。

3.根据权利要求1所述的齿隙补偿移动部件，其中，每个所述齿隙补偿齿的外形是与位于穿过所述齿尖端的半径任何一侧的两个对称部分一体的，每个所述部分均通过平行于所述半径r的弹性腹板连接至所述移动部件。

4.根据权利要求1所述的齿隙补偿移动部件，其中，每个所述齿隙补偿齿的外形是与位于穿过所述齿尖端的半径的任何一侧的两个对称部分一体的，每个所述部分邻近所述齿端部的部分具有平行于穿过所述齿中心的半径r的止动表面，而每个部分邻近齿基底的部分具有弹性弯曲部分，以连接所述移动部件的每一个至所述部分。

5.根据权利要求4所述的齿隙补偿移动部件，其中，所述止动表面被成形为：在他们相互接触时，能够防止径向滑动。

6、根据权利要求1所述的齿隙补偿移动部件，其中，所述弯曲腹板形成在所述移动部件的内侧，包括设置在所述移动部件的壳体内留有间隙的更厚的中间部分，所述中间部件作为止动装置的侧壁。

7、根据权利要求2所述的齿隙补偿移动部件，其中所述止动装置包括设置在每个齿隙补偿齿的根部的任何一侧的边沿。

8、根据权利要求2所述的齿隙补偿移动部件，其中每个齿隙补偿齿具有外部部分，所述外部部分相对所述移动部件的半径对称，所述外部部分通过两个弹性弯曲腹板连接至所述移动部件，所述弯曲腹板延伸进入在所述移动部件的板中的具有径向取向的两个切口，所述止动装置包括位于所述外部部分内部的芯。

9、根据权利要求1所述的齿隙补偿移动部件，其中所述止动装置一方面包括每个齿隙补偿齿的两个基底表面，以及另一方面包括所述移动部件的两个相应邻近表面。

10、根据权利要求1所述的齿隙补偿移动部件，其中在穿过邻近齿尖端的半径r任何一侧的对称部分结合在一起，从而形成了带齿状环元件，所述带齿状环元件通过弯曲腹板连接到所述移动部件，所述弯曲腹板分别设置在每个齿的尖端和底部。

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