CN101794112A - 时钟齿轮系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时钟齿轮系，其包括至少一对具有平行轴线的环状齿元件(25，31)，所述齿元件具有互相啮合的各自齿圈，这样所述元件的一个(25)驱动另外一个。为了提高齿轮的传动条件而不减小齿圈模数，所述两个元件的每一个的相应齿圈都是多重的，每个齿圈均由N个同轴的齿环(28a，28b；30a，30b)形成，所述齿环相对彼此具有一部分齿圈节距的角度变化。最简单的形式是，每个所述齿圈都是双重的(N＝2)，两个齿环具有半节距的角度变化。本发明防止距连接齿元件中心的线相对远的区域内的传动，因此，在齿的导程期间减小转矩和速度变化。本发明可望应用于尤其是运转轮系、显示轮系和旋转擒纵机构，如旋转机构。

Description

时钟齿轮系

技术领域

本发明涉及一种时钟齿轮系，该齿轮系包括至少一对具有平行轴线的环状齿元件，其中所述齿元件具有互相啮合的各个齿圈。本发明特别是用于运转轮系的成对旋转轮组(运转轮系将机械时钟机心的驱动马达与调节元件相连)，特别是用于运转轮系的擒纵轮组。然而，本发明还可以在手表制造方面有其它应用，如用于显示轮系。

背景技术

通常在齿轮中尤其是在具有直齿的齿轮中，两个接触的齿侧面的组合轮廓之间的接触点在作用弧或齿导程期间通过朝驱动齿的齿顶上升而径向运动。这种现象在附图1中有示意性地描述，其示出具有82个齿和原始半径R1的驱动轮10与具有12个齿和原始半径R2的从动轮11的传动，其中箭头表示旋转方向。接触点的几何位置，即接触轨迹12(或传动作用线)，从A点延伸至B点并且通过接近于连接两个轮中心的中心线13的两个齿圈的节圆。因此，在齿的导程期间，转矩比(通过曲线14相对中心纵坐标表示)变化，速度比也变化。很容易理解地是，在小半径轮11上的A和B之间中心距离的变化成比例地大于在轮10上的A和B之间中心距离的变化，使得在轮10上的常量转矩将在轮11上产生显著地可变转矩。而且，传动率也产生变化，通常当接触点远离中心线时变得更差。另外，如果轮廓不规则，那么导致的传动缺陷在接触轨迹的中央区域更加明显。

在时钟机心的运转轮系中，尤其是在接近于马达构件的轮组上，由于大的力，齿轮模数必须相对大，因此角节距也必须相对大。基于上述原因，具有大模数的齿轮的传动稳定性明显比具有大量齿的小模数齿轮的传动稳定性差。而且，运转轮系的上游部的低速扩大了这种缺陷对等时性的影响。

在齿导程期间转矩的变化是一种缺陷，而且角速度的变化也是一种缺陷。例如在显示轮系中，通过显示指针速度的变化来表示齿的通过，而且如果涉及的齿轮较慢则这种变化可以是相当大的。而且，由于枢轴没有运转轮系中的枢轴精确，所以所述显示轮系模数通常很大，这样就导致了前述的缺点。

由于不同的制造和装配原因，在时钟齿轮中存在相对大的间隙(或圆周游隙)是恶化因素，因为其导致模数大小的增加。时钟齿轮的另一特性是，由于元件的尺寸小，对中精度和关于齿形的精度不总是与其它机构中的精度一样好。

为了减小前面提到的缺陷，CH专利NO.244641提出校正齿廓，通过从法向齿廓运动至渐开线齿廓以使从一个齿传递至另一个齿的力的值更加均衡。其它关于齿廓校正的方法在CH专利NO.318895中进行了描述。然而，它们都不能避免主要的不利条件，即接触轨迹从中心线延伸得越远，所述线的某些部分就从节圆运动得越远，如同在图1中接近于A点和B点的情况。

理论上，可通过增加齿的数量来减小接触轨迹12的长度，从而减小齿圈的模数和节距。然而，这就导致齿厚减小，而这又是不可接受的，特别是在机械时钟机心的运转轮系的速度慢且应力极大的部件中尤为如此。而且，即使可能的话，在已经具有大量齿的轮组中的这种增加也会使得很难加工所述齿圈。

发明内容

本发明的目的是改进时钟齿轮系以基本上克服本领域通常使用的齿轮的前述缺点，所述改进在于通过使转矩和/或速度的传递更加均衡，而不会使齿变弱且不会过度地使制造和装配变得复杂。

因此本发明提出一种在上述导言部分描述过的时钟齿轮系，其特征在于所述两个齿元件的每一个的齿圈都是多重的，每一个齿圈均包括N个同轴的齿环，所述齿环相对彼此具有一部分齿圈节距的角度变化。在大部分应用中，所述两个齿元件的每个齿圈都是双重(N＝2)的且两个齿环具有半节距的角度变化就够了，但在某些情况下也可设想应用具有三分之一节距变化的三联齿圈，例如在大时钟中。

由于这种布置，所述每个齿圈的N个齿环一个接着另一个工作。对于相同齿圈模数，接触轨迹的长度除以N且该轨迹被保持限制在中心线附近，即在对于每个齿的轮廓较容易被优化且传动条件最合适的区域，特别是同时在齿导程期间表现出小的径向变化。结果，相比于具有简单齿圈的情况，转矩比和速度比更加一致，即使在具有常用于手表制造的齿廓时也是如此。通过防止远离中心线的区域(在该区域内轮廓不是最优的且赫兹压力较高)内的齿之间的接触，齿轮具有较高屈服力且不易被磨损。因此大模数齿圈的优点与那些具有大量齿的齿圈的优点相结合，同时很大程度地避免了其明显的缺点。而且，额外的制造成本被限制于增加一些元件，而不使它们更加难于制造。

通过参考附图的非限制性的例子，本发明的其它特征和优点在接下来的两个优选实施例的描述中变得更加明显。

附图说明

图1示意性地示出两个具有直齿的常规时钟轮的传动。

图2示出本发明第一实施例从发条匣看到的手表运转轮系的一部分的示意性透视图。

图3是图2中主体的示意性俯视图。

图4是图3的细节IV的放大图。

图5是图3中沿线V-V的截面图。

图6是手表旋转机构的部分底视图，其表示本发明的第二实施例。

图7是图6中一部分的放大图。

具体实施方式

图2-5示出手表机心的发条匣发条20，包括棘轮21和旋转毂22，旋转毂22的外围壁装有直齿23，所述直齿23与中间轮组25的小齿轮24啮合。轮组25还具有心轴26和中间轮27。所述中间轮的齿圈28与中心轮组31的小齿轮30啮合，所述中心轮组31进一步包括管式心轴32和中心轮33。所述中心轮的齿圈34与第三轮组37的小齿轮36啮合，所述第三轮组进一步包括管式心轴38和第三轮39，为了使附图更加清楚，第三轮39在图2中未示出。这些轮组形成所述手表运转轮系的上游部分，手表的下游部分将所述第三轮39的运动传递至调节构件。为了使附图清楚，支撑所述旋转轮组的元件未示出。

根据上述本发明原理，每个驱动齿圈23，28和34以及从动小齿轮24，30和36的齿圈都是双重的：其由两个同轴且重叠的齿环23a和23b，24a和24b，28a和28b，30a和30b，34a和34b，36a和36b形成。一个齿圈的两个齿环的齿是相同的，但第二齿环的齿相对另一齿环的齿具有齿圈的半节距的角度变化。因此，如图4的俯视图所示，轮27的顶齿圈27a的每个齿准确地位于底齿圈27b的两个齿的中间，而且小齿轮30的顶齿圈30a的每个齿准确地位于所述小齿轮底齿圈30b的两个齿的中间。为了简化，在接下来的描述中该齿圈被称作“双联”齿圈。

在图2-5所示出的示例中，发明人考虑到：由双联齿圈导致的额外设计成本仅对于轮系的最慢轮组是合理的，其中在该轮组中的力比较大，这就是为什么这种解决方法不被用于所述第三轮39或上游，其中在该第三轮组或上游由于旋转速度快而导致前述变化被消除。可以想到的是，在花费小的实施例中，限制双联齿圈用于所述第一齿轮级，即发条匣20和中间轮25之间。

在此处描述的双联齿圈中，其方便且有利的是以单独部件的形式来制造两个齿环，从而可以单独切割其齿廓。此处采用的术语“环”不必指代独立部件：例如，图5示出发条匣的齿环23a通常形成毂22的一体部分，而第二齿环23b被单独制造，然后被驱动地装配到所述毂上。当然，在装配中，必须通过适当的连接手段或采用外部仪表使第二环相对于所述第一环被定位在精确的角位置。

在中间小齿轮24中，顶齿环24a形成心轴26的一体部分并被直接加工到心轴26上，而底齿环24b是附加在上面的部件，其被单独加工并被驱动地装配于所述心轴。然而，中间轮27通过叠置两个相似的盘而制成，盘缘形成齿环27a和27b。这两个轮可由心轴26驱动，所述两个轮或者一个接一个地被驱动，或者在被预装配成具有相互相差后一起被驱动。中心轮组31具有相似的构造。如果需要，所述形成双联齿圈的两个相叠的轮可装有精密相差调节器。

图6和7示出本发明具有旋转擒纵机构(此处为陶比伦旋转机构(tourbillon)50)的时钟机心的实施方式。陶比伦旋转机构50的框架51具有飞轮形式且每分钟完成一周旋转，该框架通常支撑带有摆轮和主发条的振荡器52及包括杆53和擒纵轮54的擒纵机构，擒纵轮54固定于擒纵小齿轮55。在所述附图中，为了清楚起见，支撑小齿轮55的枢轴的桥接件被省略。该小齿轮与固定轮57的齿圈56啮合，固定轮57通过球轴承58支撑框架51的独立枢轴60。通常，枢轴60具有陶比伦旋转机构驱动小齿轮61，其由运转轮系驱动。

图7中更详细地示出，擒纵小齿轮55的齿圈和固定轮57的齿圈56都是之前描述的双联形式，每个齿圈分别由一对齿环55a和55b，56a和56b形成，所述齿环相对于彼此具有齿圈的半节距的相位变化。小齿轮55的齿环55b可通过常规方式在擒纵轮组的心轴上形成，而齿环55a优选地由独立部件形成，其被驱动地装配在心轴上。然而，在该实施例中，固定轮57通过组装两个重叠齿环形成，所述两个重叠齿环包括各自的盘57a和57b以及各自的齿环56a和56b。在两个齿环间的精确角度变化通过接合在盘57a和57b中高精度钻出的孔中的至少一个销(未示出)而保持。

在旋转擒纵机构且特别是陶比伦旋转机构中，多重齿圈尤其是双联齿圈的使用具有上述的常规优势以及其它明显优势。径向间隙是百分之一毫米级的陶比伦旋转机构框架51为擒纵小齿轮55提供相对于固定齿圈56的一些径向运动自由度。框架或擒纵轮组的任何对中缺陷进一步增加了上述运动。任何产生的转矩或速度变化直接影响通过每次脉冲从擒纵轮传递到振荡器的能量的一致性。如果擒纵小齿轮通常仅有11个齿，而擒纵轮54具有20个齿，那么显然通过轮54的两个连续齿形成的脉冲与小齿轮的相同齿的两个完全不同的位置相对应，而且可由于参考图1解释的转矩变化而因此显著不同。应当想到的是，在图1中这些变化在接触轨迹12的端部、接近于图1的点A和B的位置更加显著。通过移除这些端部部件，在陶比伦旋转机构中多重齿的应用大大减少了脉冲能量变化。在该应用中由于与具有99个齿的大固定轮57啮合的具有11个齿的擒纵小齿轮55的直径非常小而使本发明还具有其它优点。在手表的特定操作条件下，这些尺寸都是可机械加工所达到的限度。双联齿圈的应用如同齿数加倍的情况那样改进了操作，实际上从设计的角度来看也没有作出让步。

图6和7示出的第二实施例可通过在旋转机构驱动小齿轮61和驱动该小齿轮的轮上采用多联齿圈(特别是双联齿圈)而实现，其效果是调整了主发条施加到陶比伦旋转机构的扭矩。本发明可依照相同原理应用于圆盘式(carrouseltype)旋转擒纵机构的齿轮连接。另外，此处描述的实施例显然可与第一实施例相结合，例如采用图2-5示出的形式或更简单的形式。

最后应当注意到的是，形成双联齿圈的轮例如，可优选地由硅和/或金属通过常规光刻法和蚀刻技术和/或与LIGA技术结合而制成一个整体。应当注意到的是，除允许精度和简单制造外，使这些双联轮一体地制造也在两个齿圈之间提供了精确的分度。

Claims (7)

1.一种时钟轮系，包括至少一对具有平行轴线的环状齿元件(20，25，31，37，55，57)，所述齿元件具有互相啮合的各自齿圈，其特征在于，两个齿元件的每个的所述齿圈(23，24，28，30，34，36，56)都是多重的，每个所述齿圈包括N个同轴的齿环(23a，23b；24a，24b；28a，28b；30a，30b；24a，24b；36a，36b；55a，55b；56a，56b)，齿环相对彼此具有一部分齿圈节距的角度变化。

2.根据权利要求1所述的时钟轮系，其特征在于，每个所述齿圈是双重的(N＝2)，两个齿环具有半节距的角度变化。

3.根据权利要求2所述的时钟轮系，其特征在于，呈小齿轮(24，30，55)形式的齿元件的双重齿圈包括形成齿元件的心轴(26，32)的整体部分的第一齿环(24a，30b，55b)和由附加部分形成的第二齿环(24b，30a，55a)。

4.根据权利要求2所述的时钟轮系，其特征在于，呈具有双重齿圈的轮(27，33，57)形式的齿元件通过叠置具有所述齿环的两个相似的盘(57a，57b)而形成。

5.根据权利要求2所述的时钟轮系，其特征在于，发条匣(20)形式的双重齿圈或齿元件包括形成发条匣的毂(22)的整体部分的第一齿环(23a)和由附加部分形成的第二齿环(23b)。

6.根据前述任一项权利要求所述的时钟轮系，其特征在于，成对齿元件的一个包括旋转机构(50)的擒纵小齿轮(55)和所述旋转机构的固定轮(57)。

7.根据权利要求6所述的时钟轮系，其特征在于，成对齿元件的另一个包括旋转机构(50)框架的驱动小齿轮(61)。

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