CN1896891B - 用于计时器机构的缺陷补偿齿轮组件 - Google Patents

Abstract

在这种用于计时器机构的缺陷补偿齿轮组件中，其中：至少一个匹配带齿运动部件的至少一些均匀分布的齿具有沿其各自厚度的方向能够弹性变形的区域，所述运动部件的啮合齿具有至少两个同时接触点，沿这些匹配运动部件的节圆(C1，C2)测量的与所述各自匹配运动部件接触的齿的标称厚度(eSJ，e2)的增加，给出了比这些带齿运动部件的节距(P)更大的结果长度。所述弹性变形区域的厚度在所述齿的理论轮廓的任一侧上延伸。

Description

用于计时器机构的缺陷补偿齿轮组件

技术领域

本发明涉及一种用于计时器或钟表机构的缺陷补偿齿轮组件，其中：配对的带齿运动部件的至少一个的均匀分布的齿的至少一些具有沿其各自的厚度方向可弹性变形的区域，所述运动部件的啮合齿具有至少两个同时的接触点。

背景技术

已提出上述类型的多种齿隙补偿齿轮组件，用于多种类型的机构。尤其是JP63 130961A，US4 127 041和EP1 380 772的情况。

齿轮组件最常具有一些齿隙以容许所有公差，这必定影响啮合情况；否则，可以选择如由Chambre Suisse de l’Horlogerie[Swiss Chamberof Horology]，La Chaux-de-Fonds(瑞士)发表的“Théorie Générale del’Horlogerie”[General Theory of Horology]L.Defossez，1950，firstvolume，p.210所证实的无齿隙齿的轮廓。该齿隙是两个轮的两种各自的齿的节距与宽度总和之间的差；该齿隙是通常表示为节距的函数的长度。在下面描述中将提及的齿的齿隙、节距和宽度均被表示为沿有齿运动部件的节径测量的长度。齿轮的节径是该轮的节圆的直径，该节圆与和它啮合的轮的节圆相切；并且该节距是沿节圆在两个连续齿的两个相应点之间测量的距离(L.Defossez，见149页(cited on p.149))。最终，齿的理论轮廓是齿轮组件的无齿隙齿的轮廓，其中：运动部件将具有理想的齿、将理想地同心并将具有理想的中心到中心距离，轴承中无任何游隙等。

所有上述现有技术文件实质提出了给齿弹性的问题，但实际上忽略了确定齿的尺寸的问题。

作为一个条件，EP1 380 772指出轮的齿和小齿轮的齿具有相同的厚度e和相同的间隙宽度。但并未说明为了取得无齿隙齿轮组件需要根据该文件的这种等式条件的原因。然而，可以说明：如果具有带有相同厚度和相同间隙宽度的齿的这种齿轮组件组成了无齿隙齿轮组件的特殊情况，这仅在满足理想的理论条件的情况下成立。因此，这表示理论上的解决方案。实际上，在圆度变形或尤其是直径太小的情况中，当运动部件的中心到中心的距离比所需的值大时，所述条件不可能消除齿隙。

对于JP63 130961A，它仅说明了必需确定齿的厚度以消除齿隙。人们会同样怀疑：任何齿隙的原因是因为齿的厚度太窄。上面已看出齿的厚度比理论轮廓的厚度更窄的原因。只说明了齿的厚度必须被确定以消除齿隙，根本没有说如何取得这个目标。因此，应该指出：到目前为止，没有一个文件提供了有关允许啮合齿隙被实质补偿的规则的任何指示，这时容许易产生这种齿隙的所有缺陷和影响，并且从而在消除其齿隙的情况下，不会存在齿轮组件卡住的危险。实际上不应该忘记：齿轮组件的核心任务是以可能最佳的效率传送扭矩，并且齿隙的消除必须与这种功能兼容。

JP59 117951A还提出了用于减速机构的齿轮组件，其中：通过使用具有相同齿圈并且被刚性地彼此紧固以形成单个齿轮的两个并排的齿轮，消除了齿隙。一个齿轮由刚性材料制成，另一个由耐磨损的弹性材料制成。由刚性材料制成的轮预期传送扭矩和角位置，另一个预期通过其齿的弹性变形消除齿隙。由弹性材料制成的轮的齿具有比刚性材料制成的轮的齿更大的厚度，以便当它们与匹配轮的齿啮合时被变形。

因为许多原因，在计时器机构的情况中，特别是手表机构，这种解决方案完全不能接受。特别是，这种解决方案需要齿轮组件的尺寸翻倍，补偿轮的尺寸和匹配轮的尺寸都翻倍。现在，尺寸的问题是手表机构中的核心因素。

接着出现了两个并排轮之间刚性连接问题，这提出了对准精度的问题，在手表机构的情况中，由于齿的极小的尺寸，为几十毫米，必定引入额外的误差幅度。这种组件还涉及额外的过于复杂的操作。

由于膨胀系数的差异，两种材料的存在产生了张力问题。

由于例如用作具有可变形齿的齿轮的材料的弹性体和匹配小齿轮的钢之间更高的摩擦系数，并且还由于这种材料的低硬度和增加接触面积从而增加摩擦力的软接触，这种解决方案还负面地影响了齿轮组件的扭矩传输的效率。现在，从包括驱动弹簧的发条盒(barrel)传送到调节系统的擒纵机构的扭矩效率构成了手表质量的重要因素。

在计时器齿轮系中，由于传送的扭矩，齿轮上存在较高的压力，结果：可变形材料的存在增加了接触面积，因此增加了磨损。利用由塑料材料制成的轮，由于这种材料的高膨胀系数，效率还会是温度的一个函数。类似的情形还出现在湿度的情况，湿度导致塑料材料膨胀。考虑到优质的计时器机构应具有几十年的使用寿命，塑料材料不可能满足这种要求。这种材料还会导致除气问题，会产生静电荷，并会导致洗涤电解质电阻(washing bath resistance)问题。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服上述缺点。

为此，本发明的目的是如权利要求1所述的用于精密机构，特别是计时器机构的缺陷补偿齿轮组件。

形成本发明的主题的缺陷补偿齿轮组件的主要优点在于确定用于齿隙补偿齿的尺寸的条件，即使在规定的公差公认的极端条件下，这些条件考虑到所有破坏性因素，并使得在所有情况中可以取得至少大体的(如果不是完全的)齿隙补偿，利用迄今为止提出的解决方案，这很明显达不到。

附图说明

示意性地并通过实例，附图显示了将解决的问题和即使在极端的情况中，也能够提供对该问题的至少部分解决的缺陷补偿齿轮组件的多个实施例。

图1是指示齿轮组件的影响参数和缺陷的功能图；

图2是无补偿的两个齿轮之间的传输的图；

图3是当在齿之间存在夹紧时传送的扭矩的图；

图4是期望说明这种齿轮组件的尺寸模型的缺陷补偿齿轮组件配置的局部视图；

图5是期望确定补偿齿的厚度限制的图4的类似视图；

图6是具有太小的中心到中心距离的正常齿轮组件的局部视图；

图7是用于补偿图6中所示的缺陷的齿轮组件的局部视图；

图8是具有太大的中心到中心距离的正常齿轮组件的局部视图；

图9是图7的补偿齿轮组件的局部视图，显示了其可以补偿图6和图8中所示的缺陷；

图10是缺陷补偿齿轮组件的局部视图，其中具有补偿齿的齿轮与其中一个齿变形的具有正常齿的齿轮啮合；

图11和12是显示补偿齿轮组件的两个齿轮之间的运动传送的两个图。

具体实施方式

图1的图显示了在齿轮组件中作为时间α₁(t)的函数影响角度位移传输、作为时间ω₁(t)的函数影响角速度的传输和作为时间M₁(t)的函数影响扭矩传输的多个参数。这些影响来自系统本身，并包括齿轮的缺陷，包括其齿圈(toothing)的那些缺陷。特别提及的缺陷是圆度扭曲(roundness distortion)、偏心、轴的倾斜、由于中心到中心的间距的变化引起的齿圈穿入的变化、轴承中的旋转游隙、磨损、扭弯的齿和润滑剂老化。这些影响还源于诸如冲击和振动、灰尘、重力和温度变化的外部因素。

如果考虑公认公差内的所有潜在缺陷的总和，相对于从动运动部件的角度位移α₂的驱动运动部件的角度位移α₁能够以类似图2中所示的坐标系表示。在理想的齿轮组件中，传输可由沿这些齿轮的两个旋转方向穿过坐标α₁，α₂的原点的倾斜点线表示。在具有齿圈之间的齿隙，但没有任何缺陷的传统齿轮组件的情况中，沿两个旋转方向的传输会平行于点线，但考虑到齿隙，我们会在旋转方向变化期间具有水平线，角度位移α₁，则不会导致任何角度位移α₂。因此，产生的图会是如点划线所示的平行四边形。

实际上，由图2中的各条点线和点划线图所示的两种情况均不存在，它们均涉及理论情况。实际上，在齿轮组件的齿圈中存在齿隙的情况中，我们会得到其中多种上述缺陷会大体改变平行四边形的形状的图形，如图2中的连续线所示。

在夹紧的情况中，齿隙不再存在；相反，这种缺陷通过传送扭矩的减小表现出来，如图3的图所示，其中可以观察到在每经过齿时被传送的扭矩M₂相当大的减小。

图4显示了在所有情况中为取得至少部分补偿必须满足的一般尺寸原理，不仅考虑到遍及这些公差的整个范围，齿轮单元在公差内可能具有的所有缺陷，而且考虑到任何未来的缺陷，尤其是与磨损相关的缺陷。

在这个图中，齿圈的阴影部对应于可弹性变形部，其余部对应于刚性部。位于阴影部中的点划线对应于齿的理论轮廓，其宽度e对应于齿圈的节距p的一半，假定匹配运动部件的齿宽度也等于节距的一半。作为补偿齿轮组件中的齿隙的一个条件是：匹配运动部件的啮合齿具有至少两个同时接触点。为了在所有情况中满足该条件，并为了取得对缺陷的至少部分补偿，需要：可弹性变形部在补偿齿的理论轮廓的任意一侧或每一侧延伸，结果是这种补偿齿的厚度e_SJ则大于节距p的一半。这种补偿在所有情况中出现的另一条件是：通过增加补偿齿的厚度e_SJ和匹配运动部件的齿的厚度e₂，产生的长度大于沿齿轮组件的运动部件的一个的节圆C₁或C₂的一个测量的节距p。当提及补偿齿的厚度e_SJ时，这是指其标称厚度并不是指变形后的其厚度。

上面已经说明：在公认公差内，允许对精密齿轮组件(尤其是计时器的齿轮组件)的所有缺陷的至少部分补偿的一个条件是：具有补偿弹性部的齿的厚度e_SJ和匹配齿轮的正常齿的厚度e₂的总和必须大于这个齿轮组件的节距p。现在，我们将检查这种范围，大于节距p的这种总和的部分位于该范围内。

如能够观察到的，如例如图5所示，通过大体增加补偿齿的厚度e_SJ并减小匹配运动部件的正常齿的厚度e₂，完全可以满足上述条件。这种使补偿齿的厚度增加的解决方案具有提供更大的可能性(facility)用于制造补偿齿的弹性部的优点，这尤其在用于计时器(特别是手表)的机构的齿轮组件的情况中有利，在这些机构中齿的厚度e仅是几十毫米。如这个图5所示，表示齿的弹性补偿元件的阴影部能够被确定尺寸，直到其厚度e_SJ和匹配运动部件的厚度e₂相加达到齿轮组件的节距的值的1.5倍的值。

实践中，优选的范围是：

e_SJ+e₂＝1.05到1.25p

取得作为公认公差(admitted tolerances)的函数的最佳折衷的最佳条件大概逼近1.15p，这个值大体可作为公认公差的一个函数变化。

图6和8显示了两个极端的实例，一个(图6)对应于齿轮组件，其中：两个匹配运动部件的中心到中心的距离太小，如由这些运动部件的各个节圆C₁和C₂所示，另一个(图8)对应于相反的缺陷。在第一种情况中，两个匹配运动部件的齿圈存在夹紧或甚至卡滞(jamming)；在另一种情况中，存在相当大的齿隙。

图7和9显示：在这两种情况中，利用形成本发明的主题的尺寸确定，这两种极端的缺陷被同一个补偿运动部件补偿。具体地说，在图7的情况中，由阴影区表示的弹性部位于阴影区中由点划线所示的理论轮廓的任一侧的事实，可以防止夹紧；而在图9的情况中，一个补偿齿的厚度e_SJ加上匹配运动部件的一个齿的厚度e₂大于节距p的事实可以消除齿隙。

很明显，传输在两种情况中不会相同。具体地说，在图7中所示的补偿实例的情况中，以准静态或动态模式的传输对应于图11的图。通过对比，在图9的情况中，在准静态模式中，运动的传输对应于图11的图，但在动态模式中，它对应于图12的图，这表明：当运动被颠倒时，首先，存在弹性部的变形，并且然后当加速度已由弹性变形部吸收时，存在返回到准静态模式的情况。

图10显示了变形齿的另一种特别不受欢迎的缺陷，虽然有点偶然。点线已被用于表示匹配齿的正常轮廓，并且连续线已被用于表示其实际的轮廓。可以观察到：补偿齿的阴影弹性部可以消减这种缺陷并大体减弱其影响。

可以举例说明会观察到相同的补偿效果的其它类型缺陷。还可以想像极端的情况，例如其中齿轮会具有圆度扭曲的情况，其中轴偏离中心和存在太大的中心到中心的间距。可能不会形成足够厚的弹性补偿部以补偿这些缺陷的总和。还可能出现有关弹性补偿部的弹性变形的极限的问题。

在那种情况中，可以想像设置通过弹性补偿部的变形的补偿极限，超过该极限正是齿的刚性部，接管传输。该补偿部的弹性常数还可具有两个增加的连续值，该两个增加的连续值对应于第一补偿元件的弹性变形，第一补偿元件在已受到特定变形后，靠在第二弹性元件上，结果是其两个弹性常数组合。最后，在超过特定极限的变形的情况中，一个弹性元件对接接触补偿齿的刚性部。从此开始限制变形程度，齿轮组件以普通齿轮组件的形式运转。

对于补偿与非补偿齿之间的分布，可以有多种组合。特别是，对于齿轮组件的一个齿轮的所有齿均可以作为根据本发明的补偿齿。齿轮组件的两个齿轮的所有齿均也可以作为补偿齿。另外，一个齿轮的每两个齿中的一个齿或两个齿轮的每两个齿中的一个齿可以是补偿齿。最后，可以预想：两个齿轮的每三个齿中的一个齿可以是补偿齿，但要考虑以确保它们以一个轮的一个补偿齿介于另一个轮的两个非补偿齿之间的方式啮合。

位于齿的任一侧上的补偿部不必一定具有相同的弹性常数。这是因为：根据齿轮组件的旋转方向，可以具有不同的阻力扭矩，因此为了增加沿一个旋转方向的效率，可以利用在这些齿的两侧具有带有不同弹性属性的柔韧部形成非对称补偿齿。

Claims (3)

1.一种用于计时器或钟表机构的缺陷补偿齿轮组件，其中：

配对的带齿运动部件中的至少一个的均匀分布的齿中的至少一些具有沿其各自厚度的方向可弹性变形的区域，所述运动部件的啮合齿具有至少两个同时接触点；

所述运动部件的齿具有理论轮廓，所述理论轮廓没有齿隙且不存在夹紧，配对的带齿运动部件具有沿这些配对的带齿运动部件的节圆(C₁，C₂)测量的节距(P)；

沿这些配对的带齿运动部件的节圆(C₁，C₂)测量的在所述各个配对的带齿运动部件的接触中的两个齿的标称厚度(e_SJ，e₂)和大于这些带齿运动部件的节距(P)；并且

所述可弹性变形区域的厚度在所述齿的理论轮廓的任意一侧延伸，以至少部分补偿所述齿轮组件中的缺陷。

2.根据权利要求1所述的齿轮组件，其中：所述齿的标称厚度(e_SJ，e₂)的所述和在＞p至1.5p之间，其中p表示节距，所述节距为沿节圆在两个连续齿的两个相应点之间测量的距离。

3.根据权利要求1所述的齿轮组件，其中：所述齿的标称厚度(e_SJ，e₂)的所述和在1.05p至1.25p之间，其中p表示节距，所述节距为沿节圆在两个连续齿的两个相应点之间测量的距离。

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