CN111638635B - 钟表齿轮传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钟表机构(100)的齿轮传动装置(E1)，包括具有对称的第一齿(d1)的第一轮(R1)和具有对称的第二齿(d2)的第二轮(R2)，第一齿和第二齿各自被构造为使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)小于0.3·m，或小于0.25·m，或小于0.2·m，或小于0.15·m，或小于0.1·m，或小于0.08·m，其中m是一部分由齿形成的轮的模数。
Description
技术领域
本发明涉及一种钟表齿轮传动装置。本发明还涉及一种包括这种钟表齿轮传动装置的钟表机构。本发明还涉及一种包括这种钟表齿轮传动装置的钟表机芯。本发明还涉及一种包括这种钟表齿轮传动装置的时钟。最后，本发明涉及一种制造这种钟表齿轮传动装置的方法。
背景技术
在钟表学中，已知基于诸如圆的摆线、外摆线、内摆线或渐伸线的几何曲线来确定轮和小齿轮的齿的轮廓。以这种方式获得的轮和小齿轮被限定为在齿传动期间传递基本保持恒定的转速。还已知具有在齿传动期间传递基本恒定的力矩的特性的齿廓。
因此，传统的齿廓被限定为实现速度和/或力矩目标。在现有技术已知的齿轮传动装置中，这导致角侧隙随齿轮的轴向中心距离的变化而变大或变小。在轮运动地连接至基础机芯的、被设计为用于显示例如由时间得出的信息的齿轮系(并联耦合)的特定情况下，这样的侧隙可能会引起显示由时间得出的信息的构件抖动的风险，即用于显示由时间得出的信息的构件的不平稳和不规则的运动。
现有技术已知的方案提出了在与基础机芯的齿轮系并联耦合的运动链系中增加摩擦，从而对用于显示由时间得出的信息的构件产生阻力矩。然而，例如由专利申请CH506824和EP0482443公开的这种方案不是最佳的，因为它们特别是可能产生摆轮振荡幅度的减小或变化，并因此产生降低的计时性能。该方案还增加了机芯的能量消耗。
专利申请EP2453321公开了一种具有在齿传动期间传递基本恒定的力矩的特性的特定的齿圈轮廓。这种轮廓在这种齿轮传动装置的齿传动期间不能极大地减小角侧隙。
专利申请EP1555584涉及一种侧隙补偿的有齿移动件，其齿配备有至少一个弹性元件。尽管这种部件可以有利地代替摩擦弹簧，但是与具有刚性齿的轮相比它仍然是易损的。此外，通过齿的压缩作用使角侧隙最小化或消除，这种压缩能够根据轴向中心距离的变化而变化并由此影响一部分由所述移动件构成的机芯的能量消耗。因此可以改进这种方案。
专利申请EP2053474涉及一种计时架构，其具有将竖直的离合器移动件集成在基础机芯的齿轮系自身中的特定特征。因此，它串联地安装在驱动构件和基础机芯的调节机构之间，而不是并联耦合。结果，与任何摩擦弹簧无关，计时秒针不再进行随机的角运动。然而，这种架构仍然是及其独特的，并且在基础机芯的齿轮系中需要至少一个额外的移动件，具有降低其整体效率的风险。
专利申请WO2017157764目的在于通过齿轮传动装置来减轻显示构件的抖动问题，其中轮的齿具有模数小于0.05mm的特定特征。该文献没有描述为了使角侧隙最小化和/或使角侧隙随着轴向中心距离而变的变化量最小化而限定的任何特定的轮廓。此外，这样的轮不是非常坚固并且先验性地说不能使用传统的制造方法来生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种钟表齿轮传动装置，其能够改进现有技术中已知的钟表齿轮传动装置。特别地，本发明提出一种能够限制齿轮侧隙、特别是限制侧隙对齿轮轴向中心距离的变化的敏感性的钟表齿轮传动装置。
在第一方面，本发明提供了一种用于钟表机构的齿轮传动装置，其包括具有对称的第一齿的第一齿轮和具有对称的第二齿的第二齿轮，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离，齿轮传动装置的基本侧隙小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m，其中m是一部分由齿形成的齿轮的模数。
根据示例性实施方式，对于在标称轴向中心距离减0.04mm与标称轴向中心距离加0.04mm之间变化的齿轮传动装置的轴向中心距离值，第一齿和第二齿各自可以被构造为使得最大角侧隙的变化量与齿轮传动装置的轴向中心距离的变化量之间的比值小于6°/mm或小于5°/mm或小于4°/mm或小于3°/mm。
根据示例性实施方式，在与一部分由齿形成的齿轮的轴线垂直的平面中，第一齿和第二齿各自可以包括轮廓，所述轮廓包括具有第一圆弧的形状的功能部分，所述第一圆弧由以下限定：
-半径ru，以及
-以一部分由齿形成的齿轮的轴线为中心的轴的直角正交笛卡儿坐标系中的坐标(xu，yu)的中心(C1；C2)，/>是与齿的对称轴线共线的单位矢量，其中：
xu＝pi2ru+Rp，
yu＝-pi3ru，
z为一部分由齿形成的齿轮上的齿数；
Rp为相关的齿轮R1或R2的基本半径；
pi1、pi2、pi3为参数，它们被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离，齿轮传动装置的基本侧隙小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m，其中m是一部分由齿形成的齿轮的模数。
根据示例性实施方式，轮廓可以包括具有第二圆弧的形状的齿顶部分，所述第二圆弧特别地由如下特定的半径rt限定：
rt＝pi4(ru+yu)，
其中，pi4为参数，其被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离，齿轮传动装置的基本侧隙小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m，其中m是一部分由齿形成的齿轮的模数。
根据示例性实施方式，所述参数pi1、pi2、pi3、pi4可以构成满足以下条件的第一矢量的坐标：
其中：
H为协方差型矩阵，并且
为具有坐标(p1 *，p2 *，p3 *，p4 *)的矢量。
根据示例性实施方式，齿数比可以等于1和/或第一齿轮和第二齿轮的齿数相同，并且第一齿轮和第二齿轮的齿的几何形状相同，或者，齿数比可以等于1和/或第一齿轮和第二齿轮的齿数相同，并且第一齿轮和第二齿轮的齿的几何形状可以不同。
根据示例性实施方式，第一齿轮和/或第二齿轮可以紧固到显示构件上，和/或其中第一齿轮和/或第二齿轮可以用于形成钟表机芯的齿轮系的一部分，并且特别是用于直接或间接地插入在驱动构件和调节钟表机芯的构件之间，和/或其中第一齿轮和/或第二齿轮可以用于与钟表机芯的齿轮系并联耦合地安装。
根据示例性实施方式，第一齿轮和第二齿轮可以是刚性的。
根据示例性实施方式，第一齿轮和第二齿轮中的至少一个可以包括角侧隙补偿弹性结构，特别是由齿轮上的至少一个切口构成的弹性结构。
根据示例性实施方式，角侧隙补偿弹性结构可以不是装载在标称轴向中心距离处。
在第二方面，本发明还提供了一种钟表机构，其特别是用于显示时间信息或由时间得出的信息或与时间无关的信息，该钟表机构包括上述第一方面的齿轮传动装置。
在第三方面，本发明还提供了一种钟表机芯，其包括上述第一方面的齿轮传动装置和/或上述第二方面的钟表机构。
在第四方面，本发明还提供了一种时钟，其包括上述第一方面的齿轮传动装置和/或上述第二方面的钟表机构和/或上述第三方面的钟表机芯。
在第五方面，本发明还提供了一种制造上述第一方面的齿轮传动装置和/或上述第二方面的钟表机构和/或上述第三方面的钟表机芯和/或上述第四方面的时钟的方法，其中，所述方法包括：
-确定第一齿轮和第二齿轮的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤；
-成形第一齿轮和第二齿轮的步骤；以及
-安装第一齿轮和第二齿轮使得它们彼此啮合的步骤。
根据示例性实施方式，确定第一齿轮和第二齿轮的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤可以包括在对第一齿圈和第二齿圈的轮廓进行选择、特别是进行任意选择的步骤之后，重复以下步骤：
-确定齿圈的轮廓的特性；
-使用遗传算法、特别是基于自然选择和遗传学的机制的随机优化算法和/或采用演化算子的算法来生成新的齿圈轮廓，所述演化算子即选择和/或杂交和/或变异。
在第六方面，本发明还提供了一种齿轮传动装置，其通过上述第五方面的方法获得。
附图说明
附图通过举例示出了根据本发明的时钟的三个实施方式。
图1和图2示出了现有技术已知的齿轮传动装置。
图3是表示来自图1和图2的齿轮传动装置的角侧隙在一次步进中对于不同的轴向中心距离值的变化量的曲线图。
图4至图7示出了包括第一齿轮传动装置的实施方式的时钟的第一实施方式。
图8是表示齿轮传动装置的第一实施方式的角侧隙在一次步进中对于不同的轴向中心距离值的变化量的曲线图。
图9示出了在时钟的第二实施方式中使用的齿轮传动装置的第二实施方式。
图10是表示齿轮传动装置的第二实施方式的角侧隙在一次步进中对于不同的轴向中心距离值的变化量的曲线图。
图11示出了在时钟的第二实施方式中使用的齿轮传动装置的第三实施方式。
图12是表示齿轮传动装置的第三实施方式的角侧隙在一次步进中对于不同的轴向中心距离值的变化量的曲线图。
图13示出了齿轮传动装置的变型。
具体实施方式
在下文中，参照图4至图8描述时钟300的第一实施方式。时钟300例如是表、特别是手表。
时钟包括钟表机芯200的一个实施方式。钟表机芯可以是电子或机械类型，特别是自动类型。
钟表机芯包括钟表机构100的一个实施方式。该机构可以是用于显示时间信息或由时间得出的信息、或者显示时间信息或由日期得出的信息、或者显示与时间无关的功能的信息的机构。特别地，该机构可以通过与机芯的齿轮系并联耦合的方式机械地连接至该齿轮系。例如，显示机构可以包括跨轮、计时模块、倒计时模块、计时模块或倒计时模块的显示轮系，或者还包括显示系统，该显示系统包括与机械地连接至显示指针的齿轮啮合的齿条。替代地，显示机构例如可以包括用于显示来自高度计或深度计的信息的机构。
机构100包括钟表齿轮传动装置的第一实施方式E1。
齿轮传动装置E1包括具有对称的第一齿d1的第一齿轮R1和具有对称的第二齿d2的第二齿轮R2。
第一齿轮被安装成可围绕第一轴线A1旋转运动。第二齿轮被安装成可围绕第二轴线A2旋转运动。第一齿轮和第二齿轮例如安装在共同的框架上。第一轴线和第二轴线优选是平行的或者是基本平行的。第一轴线和第二轴线之间的轴向中心距离e使得第一齿轮和第二齿轮彼此啮合。
第一齿和第二齿中的每一个都被构造和/或设置成，使得对于标称轴向中心距离e，齿轮传动装置的基本侧隙J小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m，其中m是一部分由齿形成的轮的模数。
对于包括第一齿轮R1’和第二齿轮R2’的齿轮传动装置的第二实施方式E2以及包括第一齿轮R1”和第二齿轮R2”的齿轮传动装置的第三实施方式E3，上述三段的考虑优选同样成立。这另外两个实施方式将在后面提及。
换言之，齿轮传动装置E1的驱动轮和从动轮的齿或齿圈轮廓P1、P2具有在齿传动期间尽可能使角侧隙最小化且同时对轴向中心距离变化仅具有非常微小的敏感度的特性。也可以有利地优化这种齿轮传动装置在效率和磨损方面的特性。
对于给定的轴向中心距离e，“角侧隙j”是指第一轮R10能够相对于固定在指定取向或给定位置的第二轮R20自由转动的角运动量。通过说明性的图示，图1和图2示出了齿轮传动装置E0的这种轮R10和R20，其中齿廓是根据现有技术中已知的标准NIHS20-25限定的。侧隙j是图1和图2所示的可以用度(或弧度)表示的角度α。在一种特定的情况下，侧隙j可以特别地被限定为基本侧隙J的函数。
按照ISO1122-1：1998标准的定义，“基本侧隙J”是指，对于标称轴向中心距离e，第一轮R10的基圆上的点(图2中的RP2)相对于固定在特定取向上的第二轮R20可以行进的最大弧长l。因此，侧隙J是特别地可以用毫米表示的长度。侧隙J也可以表示为形成齿轮传动装置E0的一部分的轮R10、R20的节距p或模数m的函数。
角侧隙j可以根据第一轮R10和第二轮R20各自的取向而改变。因此，在齿传动期间，引起侧隙j演变。对于给定的齿轮传动装置，最大角侧隙j表示为jmax。在该齿轮传动装置的标称轴向中心距离e处，在轮R10、R20中的一个或另一个上确定的角侧隙jmax如下表示：
其中j1,2用弧度表示，RP1,2是轮R10、R20各自的基本半径。
侧隙j可以根据针对形成齿轮传动装置的一部分的每个轮的齿而选择的轮廓由一对或多对齿限定。
轮R10和R20啮合需要一定的角侧隙j。然而，过大的角侧隙j有降低从驱动轮到从动轮的运动传递质量的风险，这能反映为从动轮的振动或跳动。此外，由于制造和组装公差而导致的轴向中心距离的增大具有引起角侧隙j增大的风险。因此，有必要尽可能地减小齿轮传动装置的标称轴向中心距离处的角侧隙j。然而，过度减小标称轴向中心距离处的角侧隙j会由于制造和组装公差而引起齿轮传动装置在最小轴向中心距离处卡住的风险。
事实证明，传统的钟表齿廓不满足无论轴向中心距离如何轮都具有尽可能恒定的角侧隙的齿轮传动装置的限定。更具体而言，传统的钟齿廓不满足无论轴向中心距离如何轮都具有尽可能恒定的、尽可能最小的角侧隙的齿轮传动装置的限定。
构成本文的主题的齿轮传动装置E1、E2、E3被构造为使得驱动轮和从动轮的齿廓在齿传动期间尽可能使角侧隙最小化，同时对由工业制造工序和用于定位引导这些轮的装置的方法引起的轴向中心距离的变化(例如，在[e-20μm，e+60μm]范围内变化的轴向中心距离，e为标称轴向中心距离)仅具有非常微小的敏感度。
根据本发明的齿轮传动装置E1、E2、E3的齿圈的几何形状通常允许使用一种齿轮传动装置，其中对于标称轴向中心距离e，轮的基本侧隙J小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m，其中：
其中，z1和z2是构成相关齿轮传动装置的一部分的轮R1、R1’、R1”和R2、R2’、R2”各自的齿数，即每个轮R1、R1’、R1”和R2、R2’、R2”的齿数。
例如，根据标准NIHS20-25定义的钟表齿廓允许使用轮具有较大的基本侧隙的齿轮传动装置。
根据本发明的齿廓的几何形状还允许使随着轴向中心距离而变的角侧隙的变化量最小化。
模数m优选大于或等于0.05mm，以便采用特别是能够传递预定的最小力矩的坚固的齿轮传动装置。
轮的齿或齿圈的“轮廓”可以由齿的齿表面或齿圈表面与垂直于轮的旋转轴线的平面P的相交部限定。
为了达到使基本侧隙最小化和使角侧隙的变化量最小化的目的，齿或齿圈的轮廓可以具有包括至少一个功能部分PF的特定特征，该功能部分的形状或轮廓是特定的圆弧。基于申请人的工作，实际上已经发现具有至少一个轮的每个齿具有由这种圆弧限定的功能部分的齿轮传动装置的角侧隙能够被最小化并且随该齿轮传动装置的轴向中心距离的变化而基本恒定。
“功能部分PF”是指齿的轮廓的某一区域，其被构造为能够使角侧隙最小化并且被设计为至少部分地通过接触来配合以参与齿轮传动装置的啮合。
为了简化对轮R1、R1’、R1”和R2、R2’、R2”的每个齿廓的限定，轮R1’、R1”可以更简单地称为R1，并且轮R2’、R2”可以更简单地称为R2。
在图4至图7的实施方式中、在图9的实施方式中以及在图11的实施方式中，轮R1和R2的齿圈轮廓优选被限定为使得第一轮R1的以第一圆弧为特征的第一功能部分PF1与第二轮R2的以第二圆弧为特征的第二功能部分PF2通过接触而配合，如图5所示。第一功能部分PF1和第二功能部分PF2特别是可以在穿过轮R1、R2各自的中心O1、O2的中心线上通过接触而配合。对于1：1的齿数比，功能部分PF1和PF2优选以具有相同曲率半径ru的圆弧为特征。
如图6所示，优选可以在由三元组或/>限定的轴的直角正交笛卡儿坐标系中如下所述那样确定半径为ru并且中心C1、C2处于坐标(xu，yu)处的圆弧。O1或O2与相关的轮R1或R2的旋转轴线A1或A2重合，轴线A1或A2在图4中示出。/>是与具有功能部分PF1或PF2的齿d1、d2的对称轴线S1、S2共线的单位矢量。/>是与/>垂直的单位矢量。
并且：
xu＝pi2ru+Rp
yu＝-pi3ru
其中：
z为相关轮R1或R2的齿数；
Rp为相关轮R1或R2的基本半径并且其中e是在齿数比为1：1的情况下一部分由轮R1或R2形成的齿轮传动装置的标称轴向中心距离；
pi1、pi2、pi3是根据优化算法确定的参数，使得对于标称轴向中心距离e，一部分由轮Ri(即，轮R1或R2)形成的齿轮传动装置的基本侧隙J小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m。
功能部分PF1、PF2的长度优选在m和4·m(含)之间。
这种功能部分PF1、PF2可以与至少一个其他部分(例如，齿顶部分PT或齿根部分PP)关联，以限定完整的齿廓。部分PP、PF、PT优选在各个部分之间限定连续不间断的功能部。这反映为没有棱边的齿表面。部分PP、PF和PT可以全部由彼此相切的圆弧构成。
齿顶部分PT也可以有利地由一种圆弧限定，该圆弧的半径rt在轴 或的笛卡儿坐标系中可以如下表示：
rt＝pi4(ru+yu)
其中pi4是基于优化算法确定的参数，使得齿轮传动装置能够满足上述条件，也就是说，对于给定的标称轴向中心距离e，一部分由轮Ri(即，轮R1或R2)形成的齿轮传动装置的基本侧隙J小于0.3·m，或者小于0.25·m，或者小于0.2·m，或者小于0.15·m，或者小于0.1·m，或者小于0.08·m。
然后，可以通过以下方式表示轮R1或R2的最终外径或总半径Re：
优选基于遗传算法来确定参数pi1、pi2、pi3、pi4，该遗传算法是基于自然选择和遗传的机制的随机优化算法。基于任意选择的一组初始可能轮廓，评估它们特别是在角侧隙方面的特性。基于该特性，使用进化算子(即选择、杂交和突变)创建一组新的可能轮廓。重复后面这些操作直到出现令人满意的方案。
因此，基于该方法，可以确定参数：(p11，p12，p13，p14)、(p21，p22，p23，p24)，它们分别表征了能够对于给定的轮R1、R2的轴向中心距离变化量和给定的轮R1、R2的齿数z1、z2满足角侧隙目的的、轮R1、R2的部分PF1、PT1、PF2、PT2。
齿根部分PP可以与轮廓连续地构造。部分PF和部分PP之间的接合处优选限定拐点PI。
在配备有齿数相同(z1＝z2)的轮R1和R2的齿数比为1：1的齿轮传动装置中，轮R1和R2的相应的齿d1、d2可以相同或具有相同的几何形状。特别地，这些相应的齿可以具有相同的功能部分PF1、PF2，即：
(p11,p12,p13)≡(p21,p22,p23)
更具体而言，这些相应的齿可以具有相同的部分PF1、PT1、PF2、PT2，即：
(p11,p12,p13,p14)≡(p21,p22,p23,p24)
替代地，在齿数比为1：1的齿轮传动装置的情况下，轮R1、R2的相应的齿可以不同。特别地，这些相应的可以具有不同的功能部分PF1、PF2。实际上，由于齿廓不是基于模数m构造的，因此可以将功能部分PF1、PF2、更具体而言部分PF1、PT1、PF2、PT2限定为最优地满足角侧隙目的。
因此，在这种情况下：
并且，更具体而言：
特定参数(pi1，pi2，pi3，pi4)可以构成满足使用轮R1或R2的齿轮传动装置的基本侧隙J的预定条件的特定矢量的坐标。
申请人的研究还表明，可以确定以矢量为中心的一组矢量/>其满足关于给定的齿轮传动装置的基本侧隙J的特定条件。
例如，一组矢量满足以下条件：
J<0.3·m
必须满足下列条件：
其中，H是协方差型矩阵，是坐标为(p1 *，p2 *，p3 *，p4 *)的矢量。
轮R1和R2可以有利地是刚性的。换言之，它们优选在齿上或在将齿连接至轮的相应的轮毂的臂上不包括能够补偿角侧隙的弹性结构。
替代地，在任何实施方式或变型中并且如图13所示，至少一个轮R1、R2可以具有至少一个弹性结构81，使得轮廓PF1、PF2可以被限定为在预定的轴向中心距离范围内消除角侧隙。在给定的轴向中心距离范围内消除角侧隙能够在任何轴向中心距离处使弹性结构的预加应力最小，并因此使由齿轮传动装置消耗的能量最少。
在标称轴向中心距离e处，至少一个弹性结构优选不被驱动或预加应力。该弹性结构优选由形成在轮R1和/或轮R2的一些或全部齿上的切口82实现。
轮R1、R2可以通过加工、特别是通过切割来形成。替代地，它们可以通过例如蚀刻、光刻或增材制造技术等微加工工艺获得。后面这些技术的优点是非常准确地再现表征功能部分PF的圆弧，并且更广泛地再现表征部分PP、PF和PT的连续功能部。轮R1或R2可以有利地由镍或镍-磷合金、硅、玻璃或陶瓷制成。
当然，可以通过第一制造方法获得第一轮R1，同时可以通过第二制造方法获得第二轮R2。当然，第一轮R1可以用第一材料制造，而第二轮R2可以用第二材料制造。
第一轮R1或R2可形成钟表机芯200的齿轮系92的一部分。更具体地，第一轮R1或R2可直接或间接地插入在驱动构件91和调节钟表机芯的构件93之间。而且，第二轮R1或R2可以与钟表机芯的齿轮系92并联耦合地安装。例如，图4更具体地示出了形成齿轮系92的一部分的轮R1和与该齿轮系并联耦合的轮R2。
轮R1或R2可以紧固到显示构件O上，特别是用于显示时间指示或由时间得出的指示(例如，秒或几分之一秒)的构件。该显示构件优选包括指针。替代地，显示构件可以包括盘。“紧固到”优选是指“固定到”。然而，可以设想其他机械连接方式。例如，图4示出了显示构件O，其采取紧固到与齿轮系92并联耦合地安装的轮R2上的指针的形式。
举例来说，图1和图2所示的由各自具有基于标准NIHS20-25定义的70个齿并且模数m为0.0726mm的两个相同的轮R10、R20组成的齿轮传动装置E0的角侧隙特别是可以通过遗传算法来最小化，该遗传算法能够确定表征优化的轮廓部分的参数并修改齿的轮廓。
图3示出了表示齿轮传动装置E0在角节距p范围内对于不同的轴向中心距离值的角侧隙的曲线图。注意，在标称轴向中心距离e处的最大角侧隙jmax为约0.4°，其对应于约为0.018mm的基本侧隙J，即约为0.3·m。此外，对于在范围[e-40μm，e+40μm]内变化的轴向中心距离，角侧隙变化的最大幅度可为约0.65°。在这个例子中，在考虑到范围为0.08mm的齿轮传动装置的轴向中心距离时，最大角侧隙随齿轮传动装置的轴向中心距离而变的敏感度约为
8.3°/mm，所述范围以齿轮传动装置的标称轴向中心距离为中心(Δjmax/Δe＝8.3°/mm)。
图4至图7示出了从关于E0的角侧隙的角度进行优化的齿轮传动装置E1，其中轮R1、R2各自的齿是相同的，其轮廓的特征在于遵循以下条件的矢量
其中：
并且
图8示出了对于遵循上述条件的给定的矢量齿轮传动装置E1在角节距p范围内对于不同的轴向中心距离e的角侧隙j。注意，在标的轴向中心距离e处的最大角侧隙jmax约为0.08°，即，大约是图1和图2的齿轮传动装置E1的侧隙jmax的五分之一。因此，对于该特定的矢量/>J为约0.6·m。此外，在这种特定情况下，对于在范围[e-40μm，e+40μm]内变化的轴向中心距离，角侧隙变化的最大幅度可以为约0.18°，即，接近上述提及的角侧隙变化量的四分之一的角侧隙变化量。在这个例子中，在考虑到范围为0.08mm的齿轮传动装置的轴向中心距离时，最大角侧隙随齿轮传动装置的轴向中心距离而变的敏感度约为1.7°/mm，所述范围以齿轮传动装置的标称轴向中心距离为中心(Δjmax/Δe＝1.7°/mm)。
还针对由两个各自具有60个齿的相同的轮R1、R2组成的齿轮传动装置进行了实验，其轮廓的特征在于遵循以下条件的矢量
观察到的增益同样令人惊讶，其中J约为0.6·m，矢量在最小化角侧隙方面具有最佳结果。
在这个精准的例子中：
图9示出了从角侧隙的角度相对于齿轮传动装置E0进行优化的根据第二实施方式的齿轮传动装置E2，其中轮R1’、R2’的相应的齿是不同的并且轮R1’的齿比轮R2’更宽。
因此：
其中，
在这种特定情况下：
/>
图10示出了表示对于给定的齿轮传动装置E2在角节距p范围内对于不同的轴向中心距离e的角侧隙的曲线图。注意，在标称轴向中心距离处的最大角侧隙jmax约为0.05°，即为图1和图2的齿轮传动装置所限定的最大角侧隙jmax的约八分之一。因此，J为约0.04·m。此外，在这种特定的情况下，对于在范围[e-30μm，e+30μm]内变化的轴向中心距离，角侧隙的最大变化幅度可以为约0.1°。在这个例子中，在考虑到范围为0.06mm的齿轮传动装置的轴向中心距离时，最大角侧隙随齿轮传动装置的轴向中心距离而变的敏感度约为1.1°/mm，所述范围以齿轮传动装置的标称轴向中心距离为中心(Δjmax/Δe＝1.1°/mm)。
再例如，一种未被示出的齿轮传动装置E30，其由具有基于现有技术已知的Treybal轮廓限定的33个齿以及0.0602mm的模数m的小齿轮R10”构成，其驱动具有基于Treybal轮廓限定的110个齿和0.0602mm的模数m的轮R20”，该齿轮传动装置的角侧隙可以特别地通过遗传算法被最小化。在图11中示出了这种齿轮传动装置的第三实施方式E3。根据第三实施方式的齿轮传动装置E3的轮R1”和R2”的齿的轮廓可以通过遵循条件的矢量/>来表征，其中：/>
并且：
图12表示在角节距p范围内、齿轮传动装置E30和E3根据这些齿轮传动装置的标称轴向中心距离e在范围[e-40μm，e+60μm]内的变化量x的最大角侧隙jmax。在齿轮传动装置E3的这个例子中，在考虑到范围为0.06mm的齿轮传动装置的轴向中心距离时，最大角侧隙随齿轮传动装置的轴向中心距离而变的敏感度约为1.7°/mm，所述范围以齿轮传动装置的标称轴向中心距离为中心(Δjmax/Δe＝1.7°/mm)。注意，在标称轴向中心距离处，齿轮传动装置E3的最大角侧隙jmax为约0.2°，即，大约为由齿轮传动装置E30限定的最大角侧隙jmax的2.4分之一。此外，在给定的轴向中心距离范围内，齿轮传动装置E3的最大角侧隙jmax的变化量为由齿轮传动装置E30引起的最大角侧隙jmax的变化量的约四分之一。还要注意的是，通过这种齿轮传动装置，摆轮处的幅度变化量被减小。
因此，上述齿轮传动装置具有被构造为使钟表齿轮传动装置、特别是包括与齿轮系并联耦合地安装的齿轮的齿轮传动装置的角侧隙最小化的齿廓。此外，随齿轮传动装置轴向中心距离而变的侧隙变化的敏感度受到限制。
如所述，本发明涉及一种制造齿轮传动装置E1；E2；E3和/或钟表机构100和/或钟表机芯200和/或时钟300的方法。该方法包括：
-确定第一轮R1；R1’；R1”和第二轮R2；R2’；R2”的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤；
-成形第一轮和第二轮的步骤；
-安装第一轮和第二轮使得它们彼此啮合的步骤。
确定第一轮R1和第二轮R2的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤优选包括在选择、特别是任意选择第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤之后重复以下步骤：
-确定齿圈的轮廓的特性；
-使用遗传算法、特别是基于自然选择和遗传学机制的随机优化算法和/或采用演化算子(即选择和/或杂交和/或变异)的算法来生成新的齿圈轮廓。
在本文件中，“对称的齿”是指存在穿过轮的旋转轴线并构成齿廓的对称轴线的直线段。
“齿轮”是指任何具有齿圈的轮。该定义包括小齿轮。该齿圈可以延伸360°或特定的角范围。因此，该定义还包括带有有齿的扇形部的任何齿条。该定义优选还包括任何齿条。“齿轮传动装置”是指包括这种齿轮的任何组件。
齿轮传动装置的“制造方法”是指产生对于形成这种齿轮传动装置的一部分的轮的一部分的轮的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的限定并且成形或制造这些齿轮中的每一个的方法。
如上所述，根据本发明的齿轮传动装置的角侧隙优选对轴向中心距离变化具有非常微小的敏感度。优选地，在上述或根据本发明的多种实施方式中，第一齿和第二齿各自构造为，使得对于在齿轮传动装置的标称轴向中心距离减0.04mm与标称轴向中心距离加0.04mm之间变化的齿轮传动装置的轴向中心距离值，最大角侧隙jmax的变化量与齿轮传动装置的轴向中心距离的变化量之间的比值小于6°/mm或小于5°/mm或小于4°/mm或小于3°/mm。优选地，上述比值的上限整体应用于上述完整的范围(齿轮传动装置的标称轴向中心距离减0.04mm到标称轴向中心距离加0.04mm)。优选地，上述比值的上限也局部应用于上述完整的范围(齿轮传动装置的标称轴向中心距离减0.04mm到标称轴向中心距离加0.04mm)，即，在上述完整的范围内，针对最大角侧隙的齿轮传动装置的轴向中心距离的导数小于6°/mm或小于5°/mm或小于4°/mm或小于3°/mm。
换言之，第一齿和第二齿各自被构造为使得比值Δjmax/Δe小于6°/mm或小于5°/mm或小于4°/mm或小于3°/mm，Δjmax是齿轮传动装置的最大角侧隙，并且Δe是齿轮传动装置的轴向中心距离的变化量且Δe小于或等于0.08mm，并且Δe以齿轮传动装置的标称轴向中心距离为中心。
优选地：
-第一齿轮包括对称的第一齿d1，该第一齿基于被排除在外的圆的摆线曲线和/或外摆线曲线和/或内摆线曲线和/或渐伸线；和/或
-第二齿轮包括对称的第二齿d2，该第二齿基于被排除在外的圆的摆线曲线和/或外摆线曲线和/或内摆线曲线和/或渐伸线。
Claims (36)
1.一种用于钟表机构(100)的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其包括具有对称的第一齿(d1)的第一齿轮(R1；R1’；R1”)和具有对称的第二齿(d2)的第二齿轮(R2；R2’；R2”)，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)：(i)在所述第一齿和所述第二齿不预加应力的情况下为0；或者，(ii)大于0且小于0.3·m，其中m是一部分由齿形成的齿轮的模数，
其中，在与一部分由齿形成的齿轮的轴线(A1；A2)垂直的平面(P)中，第一齿和第二齿各自包括轮廓(P1；P2)，所述轮廓包括具有第一圆弧的形状的功能部分(PF1；PF2)，所述第一圆弧由以下限定：
-半径(ru)，以及
-以一部分由齿形成的齿轮的轴线为中心的轴的直角正交笛卡儿坐标系中的坐标(xu，yu)的中心(C1；C2)，/>是与齿的对称轴线(S1；S2)共线的单位矢量，其中：
xu＝pi2ru+Rp，
yu＝-pi3ru，
z为一部分由齿形成的齿轮上的齿数；
Rp为相关的齿轮R1或R2的基本半径；
pi1、pi2、pi3为参数，它们被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)：(i)在所述第一齿和所述第二齿不预加应力的情况下为0；或者，(ii)大于0且小于0.3·m，其中m是一部分由齿形成的齿轮的模数，
其中，轮廓包括具有第二圆弧的形状的齿顶部分(PT1；PT2)，所述第二圆弧由如下特定的半径(rt)限定：
rt＝pi4(ru+yu)，
其中，pi4为参数，其被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)：(i)在所述第一齿和所述第二齿不预加应力的情况下为0；或者，(ii)大于0且小于0.3·m，其中m是一部分由齿形成的齿轮的模数，
其中，所述参数(pi1，pi2，pi3，pi4)构成满足以下条件的第一矢量的坐标：
其中：
H为协方差型矩阵，并且
为具有坐标(p1 *，p2 *，p3 *，p4 *)的矢量。
2.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，对于在标称轴向中心距离减0.04mm与标称轴向中心距离加0.04mm之间变化的齿轮传动装置的轴向中心距离值，第一齿和第二齿各自被构造为使得最大角侧隙(jmax)的变化量与齿轮传动装置的轴向中心距离(e)的变化量之间的比值小于6°/mm。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中：
-第一齿轮和第二齿轮的齿数相同，并且
-第一齿轮和第二齿轮的齿的几何形状相同，
或者，其中：
-第一齿轮和第二齿轮的齿数相同，并且
-第一齿轮和第二齿轮的齿的几何形状不同。
4.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，第一齿轮和/或第二齿轮紧固到显示构件(O)上，和/或其中第一齿轮和/或第二齿轮用于形成钟表机芯(200)的齿轮系(92)的一部分，和/或其中第一齿轮和/或第二齿轮用于与钟表机芯(200)的齿轮系(92)并联耦合地安装。
5.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，第一齿轮和/或第二齿轮用于直接或间接地插入在驱动构件(91)和调节钟表机芯(200)的构件(93)之间。
6.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，第一齿轮和第二齿轮是刚性的。
7.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，第一齿轮和第二齿轮中的至少一个包括角侧隙补偿弹性结构(81)。
8.根据权利要求7所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，所述角侧隙补偿弹性结构(81)是由齿轮上的至少一个切口(82)构成的弹性结构。
9.根据权利要求7所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，角侧隙补偿弹性结构不是装载在标称轴向中心距离处。
10.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.25·m。
11.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.2·m。
12.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.15·m。
13.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.1·m。
14.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，所述第一齿和所述第二齿各自被构造为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.08·m。
15.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，对于在标称轴向中心距离减0.04mm与标称轴向中心距离加0.04mm之间变化的齿轮传动装置的轴向中心距离值，第一齿和第二齿各自被构造为使得最大角侧隙(jmax)的变化量与齿轮传动装置的轴向中心距离(e)的变化量之间的比值小于5°/mm。
16.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，对于在标称轴向中心距离减0.04mm与标称轴向中心距离加0.04mm之间变化的齿轮传动装置的轴向中心距离值，第一齿和第二齿各自被构造为使得最大角侧隙(jmax)的变化量与齿轮传动装置的轴向中心距离(e)的变化量之间的比值小于4°/mm。
17.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，对于在标称轴向中心距离减0.04mm与标称轴向中心距离加0.04mm之间变化的齿轮传动装置的轴向中心距离值，第一齿和第二齿各自被构造为使得最大角侧隙(jmax)的变化量与齿轮传动装置的轴向中心距离(e)的变化量之间的比值小于3°/mm。
18.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi1、pi2、pi3被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.25·m。
19.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi1、pi2、pi3被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.2·m。
20.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi1、pi2、pi3被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.15·m。
21.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi1、pi2、pi3被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.1·m。
22.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi4被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.08·m。
23.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi4被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.25·m。
24.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi4被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.2·m。
25.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi4被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.15·m。
26.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi4被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.1·m。
27.根据权利要求1所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其中，pi4被确定为，使得对于齿轮传动装置的标称轴向中心距离(e)，齿轮传动装置的基本侧隙(J)大于0且小于0.08·m。
28.一种钟表机构(100)，该钟表机构包括根据前述任一项权利要求所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)。
29.根据权利要求28所述的钟表机构(100)，其中，所述钟表机构是用于显示时间信息或由时间得出的信息或与时间无关的信息的钟表机构。
30.一种钟表机芯(200)，其包括根据权利要求1至27中任一项所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)和/或根据权利要求28或29所述的钟表机构(100)。
31.一种时钟(300)，其包括根据权利要求1至27中任一项所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)和/或根据权利要求28或29所述的钟表机构(100)和/或根据权利要求30所述的钟表机芯(200)。
32.一种制造根据权利要求1至27中任一项所述的齿轮传动装置(E1；E2；E3)和/或根据权利要求28或29所述的钟表机构(100)和/或根据权利要求30所述的钟表机芯(200)和/或根据权利要求31所述的时钟(300)的方法，其中，所述方法包括：
-确定第一齿轮(R1；R1’；R1”)和第二齿轮(R2；R2’；R2”)的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤；
-成形第一齿轮和第二齿轮的步骤；以及
-安装第一齿轮和第二齿轮使得它们彼此啮合的步骤。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，确定第一齿轮(R1)和第二齿轮(R2)的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤包括在对第一齿圈和第二齿圈的轮廓进行选择的步骤之后，重复以下步骤：
-确定齿圈的轮廓的特性；
-使用遗传算法和/或采用演化算子的算法来生成新的齿圈轮廓，所述演化算子即选择和/或杂交和/或变异。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，确定第一齿轮(R1)和第二齿轮(R2)的第一齿圈和第二齿圈的轮廓的步骤包括在对第一齿圈和第二齿圈的轮廓进行任意选择的步骤之后，重复以下步骤：
-确定齿圈的轮廓的特性；
-使用遗传算法和/或采用演化算子的算法来生成新的齿圈轮廓，所述演化算子即选择和/或杂交和/或变异。
35.根据权利要求33或34所述的方法，其中，所述遗传算法是基于自然选择和遗传学的机制的随机优化算法。
36.一种齿轮传动装置(E1；E2；E3)，其通过根据权利要求32至35中任一项所述的方法获得。
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