專利名稱：用于計時器機構的缺陷補償齒輪組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于計時器或鐘表機構的缺陷補償齒輪組件，其中配對的帶齒運動部件的至少一個的均勻分布的齒的至少一些具有沿其各自的厚度方向可彈性變形的區(qū)域，所述運動部件的嚙合齒具有至少兩個同時的接觸點。
背景技術：
已提出上述類型的多種齒隙補償齒輪組件，用于多種類型的機構。尤其是JP63 130961A，US4 127 041和EP1 380 772的情況。
齒輪組件最常具有一些齒隙以容許所有公差，這必定影響嚙合情況；否則，可以選擇如由Chambre Suisse de l’Horlogerie[Swiss Chamberof Horology]，La Chaux-de-Fonds(瑞士)發(fā)表的“Théorie Générale del’Horlogerie”[General Theory of Horology]L.Defossez，1950，firstvolume，p.210所證實的無齒隙齒的輪廓。該齒隙是兩個輪的兩種各自的齒的節(jié)距與寬度總和之間的差；該齒隙是通常表示為節(jié)距的函數(shù)的長度。在下面描述中將提及的齒的齒隙、節(jié)距和寬度均被表示為沿有齒運動部件的節(jié)徑測量的長度。齒輪的節(jié)徑是該輪的節(jié)圓的直徑，該節(jié)圓與和它嚙合的輪的節(jié)圓相切；并且該節(jié)距是沿節(jié)圓在兩個連續(xù)齒的兩個相應點之間測量的距離(L.Defossez，見149頁(cited on p.149))。最終，齒的理論輪廓是齒輪組件的無齒隙齒的輪廓，其中運動部件將具有理想的齒、將理想地同心并將具有理想的中心到中心距離，軸承中無任何游隙等。
所有上述現(xiàn)有技術文件實質提出了給齒彈性的問題，但實際上忽略了確定齒的尺寸的問題。
作為一個條件，EP1 380 772指出輪的齒和小齒輪的齒具有相同的厚度e和相同的間隙寬度。但并未說明為了取得無齒隙齒輪組件需要根據(jù)該文件的這種等式條件的原因。然而，可以說明如果具有帶有相同厚度和相同間隙寬度的齒的這種齒輪組件組成了無齒隙齒輪組件的特殊情況，這僅在滿足理想的理論條件的情況下成立。因此，這表示理論上的解決方案。實際上，在圓度變形或尤其是直徑太小的情況中，當運動部件的中心到中心的距離比所需的值大時，所述條件不可能消除齒隙。
對于JP63 130961A，它僅說明了必需確定齒的厚度以消除齒隙。人們會同樣懷疑任何齒隙的原因是因為齒的厚度太窄。上面已看出齒的厚度比理論輪廓的厚度更窄的原因。只說明了齒的厚度必須被確定以消除齒隙，根本沒有說如何取得這個目標。因此，應該指出到目前為止，沒有一個文件提供了有關允許嚙合齒隙被實質補償?shù)囊?guī)則的任何指示，這時容許易產生這種齒隙的所有缺陷和影響，并且從而在消除其齒隙的情況下，不會存在齒輪組件卡住的危險。實際上不應該忘記齒輪組件的核心任務是以可能最佳的效率傳送扭矩，并且齒隙的消除必須與這種功能兼容。
JP59 117951A還提出了用于減速機構的齒輪組件，其中通過使用具有相同齒圈并且被剛性地彼此緊固以形成單個齒輪的兩個并排的齒輪，消除了齒隙。一個齒輪由剛性材料制成，另一個由耐磨損的彈性材料制成。由剛性材料制成的輪預期傳送扭矩和角位置，另一個預期通過其齒的彈性變形消除齒隙。由彈性材料制成的輪的齒具有比剛性材料制成的輪的齒更大的厚度，以便當它們與匹配輪的齒嚙合時被變形。
因為許多原因，在計時器機構的情況中，特別是手表機構，這種解決方案完全不能接受。特別是，這種解決方案需要齒輪組件的尺寸翻倍，補償輪的尺寸和匹配輪的尺寸都翻倍?，F(xiàn)在，尺寸的問題是手表機構中的核心因素。
接著出現(xiàn)了兩個并排輪之間剛性連接問題，這提出了對準精度的問題，在手表機構的情況中，由于齒的極小的尺寸，為幾十毫米，必定引入額外的誤差幅度。這種組件還涉及額外的過于復雜的操作。
由于膨脹系數(shù)的差異，兩種材料的存在產生了張力問題。
由于例如用作具有可變形齒的齒輪的材料的彈性體和匹配小齒輪的鋼之間更高的摩擦系數(shù)，并且還由于這種材料的低硬度和增加接觸面積從而增加摩擦力的軟接觸，這種解決方案還負面地影響了齒輪組件的扭矩傳輸?shù)男省，F(xiàn)在，從包括驅動彈簧的發(fā)條盒(barrel)傳送到調節(jié)系統(tǒng)的擒縱機構的扭矩效率構成了手表質量的重要因素。
在計時器齒輪系中，由于傳送的扭矩，齒輪上存在較高的壓力，結果可變形材料的存在增加了接觸面積，因此增加了磨損。利用由塑料材料制成的輪，由于這種材料的高膨脹系數(shù)，效率還會是溫度的一個函數(shù)。類似的情形還出現(xiàn)在濕度的情況，濕度導致塑料材料膨脹?？紤]到優(yōu)質的計時器機構應具有幾十年的使用壽命，塑料材料不可能滿足這種要求。這種材料還會導致除氣問題，會產生靜電荷，并會導致洗滌電解質電阻(washing bath resistance)問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于至少部分地克服上述缺點。
為此，本發(fā)明的目的是如權利要求1所述的用于精密機構，特別是計時器機構的缺陷補償齒輪組件。
形成本發(fā)明的主題的缺陷補償齒輪組件的主要優(yōu)點在于確定用于齒隙補償齒的尺寸的條件，即使在規(guī)定的公差公認的極端條件下，這些條件考慮到所有破壞性因素，并使得在所有情況中可以取得至少大體的(如果不是完全的)齒隙補償，利用迄今為止提出的解決方案，這很明顯達不到。


示意性地并通過實例，附圖顯示了將解決的問題和即使在極端的情況中，也能夠提供對該問題的至少部分解決的缺陷補償齒輪組件的多個圖1是指示齒輪組件的影響參數(shù)和缺陷的功能圖；圖2是無補償?shù)膬蓚€齒輪之間的傳輸?shù)膱D；圖3是當在齒之間存在夾緊時傳送的扭矩的圖；圖4是期望說明這種齒輪組件的尺寸模型的缺陷補償齒輪組件配置的局部視圖；
圖5是期望確定補償齒的厚度限制的圖4的類似視圖；圖6是具有太小的中心到中心距離的正常齒輪組件的局部視圖；圖7是用于補償圖6中所示的缺陷的齒輪組件的局部視圖；圖8是具有太大的中心到中心距離的正常齒輪組件的局部視圖；圖9是圖7的補償齒輪組件的局部視圖，顯示了其可以補償圖6和圖8中所示的缺陷；圖10是缺陷補償齒輪組件的局部視圖，其中具有補償齒的齒輪與其中一個齒變形的具有正常齒的齒輪嚙合；圖11和12是顯示補償齒輪組件的兩個齒輪之間的運動傳送的兩個圖。
具體實施例方式
圖1的圖顯示了在齒輪組件中作為時間α1(t)的函數(shù)影響角度位移傳輸、作為時間ω1(t)的函數(shù)影響角速度的傳輸和作為時間M1(t)的函數(shù)影響扭矩傳輸?shù)亩鄠€參數(shù)。這些影響來自系統(tǒng)本身，并包括齒輪的缺陷，包括其齒圈(toothing)的那些缺陷。特別提及的缺陷是圓度扭曲(roundness distortion)、偏心、軸的傾斜、由于中心到中心的間距的變化引起的齒圈穿入的變化、軸承中的旋轉游隙、磨損、扭彎的齒和潤滑劑老化。這些影響還源于諸如沖擊和振動、灰塵、重力和溫度變化的外部因素。
如果考慮公認公差內的所有潛在缺陷的總和，相對于從動運動部件的角度位移α2的驅動運動部件的角度位移α1能夠以類似圖2中所示的坐標系表示。在理想的齒輪組件中，傳輸可由沿這些齒輪的兩個旋轉方向穿過坐標α1，α2的原點的傾斜點線表示。在具有齒圈之間的齒隙，但沒有任何缺陷的傳統(tǒng)齒輪組件的情況中，沿兩個旋轉方向的傳輸會平行于點線，但考慮到齒隙，我們會在旋轉方向變化期間具有水平線，角度位移α1，則不會導致任何角度位移α2。因此，產生的圖會是如點劃線所示的平行四邊形。
實際上，由圖2中的各條點線和點劃線圖所示的兩種情況均不存在，它們均涉及理論情況。實際上，在齒輪組件的齒圈中存在齒隙的情況中，我們會得到其中多種上述缺陷會大體改變平行四邊形的形狀的圖形，如圖2中的連續(xù)線所示。
在夾緊的情況中，齒隙不再存在；相反，這種缺陷通過傳送扭矩的減小表現(xiàn)出來，如圖3的圖所示，其中可以觀察到在每經過齒時被傳送的扭矩M2相當大的減小。
圖4顯示了在所有情況中為取得至少部分補償必須滿足的一般尺寸原理，不僅考慮到遍及這些公差的整個范圍，齒輪單元在公差內可能具有的所有缺陷，而且考慮到任何未來的缺陷，尤其是與磨損相關的缺陷。
在這個圖中，齒圈的陰影部對應于可彈性變形部，其余部對應于剛性部。位于陰影部中的點劃線對應于齒的理論輪廓，其寬度e對應于齒圈的節(jié)距p的一半，假定匹配運動部件的齒寬度也等于節(jié)距的一半。作為補償齒輪組件中的齒隙的一個條件是匹配運動部件的嚙合齒具有至少兩個同時接觸點。為了在所有情況中滿足該條件，并為了取得對缺陷的至少部分補償，需要可彈性變形部在補償齒的理論輪廓的任意一側或每一側延伸，結果是這種補償齒的厚度eSJ則大于節(jié)距p的一半。這種補償在所有情況中出現(xiàn)的另一條件是通過增加補償齒的厚度eSJ和匹配運動部件的齒的厚度e2，產生的長度大于沿齒輪組件的運動部件的一個的節(jié)圓C1或C2的一個測量的節(jié)距p。當提及補償齒的厚度eSJ時，這是指其標稱厚度并不是指變形后的其厚度。
上面已經說明在公認公差內，允許對精密齒輪組件(尤其是計時器的齒輪組件)的所有缺陷的至少部分補償?shù)囊粋€條件是具有補償彈性部的齒的厚度eSJ和匹配齒輪的正常齒的厚度e2的總和必須大于這個齒輪組件的節(jié)距p。現(xiàn)在，我們將檢查這種范圍，大于節(jié)距p的這種總和的部分位于該范圍內。
如能夠觀察到的，如例如圖5所示，通過大體增加補償齒的厚度eSJ并減小匹配運動部件的正常齒的厚度e2，完全可以滿足上述條件。這種使補償齒的厚度增加的解決方案具有提供更大的可能性(facility)用于制造補償齒的彈性部的優(yōu)點，這尤其在用于計時器(特別是手表)的機構的齒輪組件的情況中有利，在這些機構中齒的厚度e僅是幾十毫米。如這個圖5所示，表示齒的彈性補償元件的陰影部能夠被確定尺寸，直到其厚度eSJ和匹配運動部件的厚度e2相加達到齒輪組件的節(jié)距的值的1.5倍的值。
實踐中，優(yōu)選的范圍是eSJ+e2＝1.05到1.25p取得作為公認公差(admitted tolerances)的函數(shù)的最佳折衷的最佳條件大概逼近1.15p，這個值大體可作為公認公差的一個函數(shù)變化。
圖6和8顯示了兩個極端的實例，一個(圖6)對應于齒輪組件，其中兩個匹配運動部件的中心到中心的距離太小，如由這些運動部件的各個節(jié)圓C1和C2所示，另一個(圖8)對應于相反的缺陷。在第一種情況中，兩個匹配運動部件的齒圈存在夾緊或甚至卡滯(jamming)；在另一種情況中，存在相當大的齒隙。
圖7和9顯示在這兩種情況中，利用形成本發(fā)明的主題的尺寸確定，這兩種極端的缺陷被同一個補償運動部件補償。具體地說，在圖7的情況中，由陰影區(qū)表示的彈性部位于陰影區(qū)中由點劃線所示的理論輪廓的任一側的事實，可以防止夾緊；而在圖9的情況中，一個補償齒的厚度eSJ加上匹配運動部件的一個齒的厚度e2大于節(jié)距p的事實可以消除齒隙。
很明顯，傳輸在兩種情況中不會相同。具體地說，在圖7中所示的補償實例的情況中，以準靜態(tài)或動態(tài)模式的傳輸對應于圖11的圖。通過對比，在圖9的情況中，在準靜態(tài)模式中，運動的傳輸對應于圖11的圖，但在動態(tài)模式中，它對應于圖12的圖，這表明當運動被顛倒時，首先，存在彈性部的變形，并且然后當加速度已由彈性變形部吸收時，存在返回到準靜態(tài)模式的情況。
圖10顯示了變形齒的另一種特別不受歡迎的缺陷，雖然有點偶然。點線已被用于表示匹配齒的正常輪廓，并且連續(xù)線已被用于表示其實際的輪廓?？梢杂^察到補償齒的陰影彈性部可以消減這種缺陷并大體減弱其影響。
可以舉例說明會觀察到相同的補償效果的其它類型缺陷。還可以想像極端的情況，例如其中齒輪會具有圓度扭曲的情況，其中軸偏離中心和存在太大的中心到中心的間距。可能不會形成足夠厚的彈性補償部以補償這些缺陷的總和。還可能出現(xiàn)有關彈性補償部的彈性變形的極限的問題。
在那種情況中，可以想像設置通過彈性補償部的變形的補償極限，超過該極限正是齒的剛性部，接管傳輸。該補償部的彈性常數(shù)還可具有兩個增加的連續(xù)值，該兩個增加的連續(xù)值對應于第一補償元件的彈性變形，第一補償元件在已受到特定變形后，靠在第二彈性元件上，結果是其兩個彈性常數(shù)組合。最后，在超過特定極限的變形的情況中，一個彈性元件對接接觸補償齒的剛性部。從此開始限制變形程度，齒輪組件以普通齒輪組件的形式運轉。
對于補償與非補償齒之間的分布，可以有多種組合。特別是，對于齒輪組件的一個齒輪的所有齒均可以作為根據(jù)本發(fā)明的補償齒。齒輪組件的兩個齒輪的所有齒均也可以作為補償齒。另外，一個齒輪的每兩個齒中的一個齒或兩個齒輪的每兩個齒中的一個齒可以是補償齒。最后，可以預想兩個齒輪的每三個齒中的一個齒可以是補償齒，但要考慮以確保它們以一個輪的一個補償齒介于另一個輪的兩個非補償齒之間的方式嚙合。
位于齒的任一側上的補償部不必一定具有相同的彈性常數(shù)。這是因為根據(jù)齒輪組件的旋轉方向，可以具有不同的阻力扭矩，因此為了增加沿一個旋轉方向的效率，可以利用在這些齒的兩側具有帶有不同彈性屬性的柔韌部形成非對稱補償齒。
權利要求
1.一種用于計時器或鐘表機構的缺陷補償齒輪組件，其中配對的帶齒運動部件中的至少一個的均勻分布的齒中的至少一些具有沿其各自厚度的方向可彈性變形的區(qū)域，所述運動部件的嚙合齒具有至少兩個同時接觸點，其中沿這些配對的運動部件的節(jié)圓(C1，C2)測量的在所述各個配對運動部件的接觸中的兩個齒的標稱厚度(eSJ，e2)和，給出比這些帶齒運動部件的節(jié)距(P)更大的結果尺寸，并且其中所述可彈性變形區(qū)域的厚度在所述齒的理論輪廓的任意一側或每一側延伸。
2.根據(jù)權利要求1所述的齒輪組件，其中所述齒的標稱厚度(eSJ，e2)的所述和在＞p至1.5p之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的齒輪組件，其中所述齒的標稱厚度(eSJ，e2)的所述和在1.05p至1.25p之間。
全文摘要
在這種用于計時器機構的缺陷補償齒輪組件中，其中至少一個匹配帶齒運動部件的至少一些均勻分布的齒具有沿其各自厚度的方向能夠彈性變形的區(qū)域，所述運動部件的嚙合齒具有至少兩個同時接觸點，沿這些匹配運動部件的節(jié)圓(C1，C2)測量的與所述各自匹配運動部件接觸的齒的標稱厚度(eSJ，e2)的增加，給出了比這些帶齒運動部件的節(jié)距(P)更大的結果長度。所述彈性變形區(qū)域的厚度在所述齒的理論輪廓的任一側上延伸。
文檔編號F16H55/16GK1896891SQ20061010622
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權日2005年7月15日
發(fā)明者杰羅姆·都優(yōu)特 申請人:勞力士有限公司