專利名稱：時鐘齒輪系的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種時鐘齒輪系，該齒輪系包括至少一對具有平行軸線的環狀齒元
件，其中所述齒元件具有互相嚙合的各個齒圈。本發明特別是用于運轉輪系的成對旋轉輪 組(運轉輪系將機械時鐘機心的驅動馬達與調節元件相連)，特別是用于運轉輪系的擒縱 輪組。然而，本發明還可以在手表制造方面有其它應用，如用于顯示輪系。
背景技術：
通常在齒輪中尤其是在具有直齒的齒輪中，兩個接觸的齒側面的組合輪廓之間的 接觸點在作用弧或齒導程期間通過朝驅動齒的齒頂上升而徑向運動。這種現象在附圖1中 有示意性地描述，其示出具有82個齒和原始半徑Rl的驅動輪10與具有12個齒和原始半 徑R2的從動輪11的傳動，其中箭頭表示旋轉方向。接觸點的幾何位置，即接觸軌跡12(或 傳動作用線)，從A點延伸至B點并且通過接近于連接兩個輪中心的中心線13的兩個齒圈 的節圓。因此，在齒的導程期間，轉矩比(通過曲線14相對中心縱坐標表示)變化，速度比 也變化。很容易理解地是，在小半徑輪11上的A和B之間中心距離的變化成比例地大于在 輪10上的A和B之間中心距離的變化，使得在輪10上的常量轉矩將在輪11上產生顯著地 可變轉矩。而且，傳動率也產生變化，通常當接觸點遠離中心線時變得更差。另外，如果輪 廓不規則，那么導致的傳動缺陷在接觸軌跡的中央區域更加明顯。 在時鐘機心的運轉輪系中，尤其是在接近于馬達構件的輪組上，由于大的力，齒輪 模數必須相對大，因此角節距也必須相對大。基于上述原因，具有大模數的齒輪的傳動穩定 性明顯比具有大量齒的小模數齒輪的傳動穩定性差。而且，運轉輪系的上游部的低速擴大 了這種缺陷對等時性的影響。 在齒導程期間轉矩的變化是一種缺陷，而且角速度的變化也是一種缺陷。例如在 顯示輪系中，通過顯示指針速度的變化來表示齒的通過，而且如果涉及的齒輪較慢則這種 變化可以是相當大的。而且，由于樞軸沒有運轉輪系中的樞軸精確，所以所述顯示輪系模數 通常很大，這樣就導致了前述的缺點。 由于不同的制造和裝配原因，在時鐘齒輪中存在相對大的間隙(或圓周游隙)是 惡化因素，因為其導致模數大小的增加。時鐘齒輪的另一特性是，由于元件的尺寸小，對中 精度和關于齒形的精度不總是與其它機構中的精度一樣好。 為了減小前面提到的缺陷，CH專利NO. 244641提出校正齒廓，通過從法向齒廓運 動至漸開線齒廓以使從一個齒傳遞至另一個齒的力的值更加均衡。其它關于齒廓校正的方 法在CH專利NO. 318895中進行了描述。然而，它們都不能避免主要的不利條件，即接觸軌 跡從中心線延伸得越遠，所述線的某些部分就從節圓運動得越遠，如同在圖1中接近于A點 和B點的情況。 理論上，可通過增加齒的數量來減小接觸軌跡12的長度，從而減小齒圈的模數和 節距。然而，這就導致齒厚減小，而這又是不可接受的，特別是在機械時鐘機心的運轉輪系 的速度慢且應力極大的部件中尤為如此。而且，即使可能的話，在已經具有大量齒的輪組中的這種增加也會使得很難加工所述齒圈。
發明內容
本發明的目的是改進時鐘齒輪系以基本上克服本領域通常使用的齒輪的前述缺 點，所述改進在于通過使轉矩和/或速度的傳遞更加均衡，而不會使齒變弱且不會過度地 使制造和裝配變得復雜。 因此本發明提出一種在上述導言部分描述過的時鐘齒輪系，其特征在于所述兩個 齒元件的每一個的齒圈都是多重的，每一個齒圈均包括N個同軸的齒環，所述齒環相對彼 此具有一部分齒圈節距的角度變化。在大部分應用中，所述兩個齒元件的每個齒圈都是雙 重(N= 2)的且兩個齒環具有半節距的角度變化就夠了，但在某些情況下也可設想應用具 有三分之一節距變化的三聯齒圈，例如在大時鐘中。 由于這種布置，所述每個齒圈的N個齒環一個接著另一個工作。對于相同齒圈模 數，接觸軌跡的長度除以N且該軌跡被保持限制在中心線附近，即在對于每個齒的輪廓較 容易被優化且傳動條件最合適的區域，特別是同時在齒導程期間表現出小的徑向變化。結 果，相比于具有簡單齒圈的情況，轉矩比和速度比更加一致，即使在具有常用于手表制造的 齒廓時也是如此。通過防止遠離中心線的區域(在該區域內輪廓不是最優的且赫茲壓力較 高)內的齒之間的接觸，齒輪具有較高屈服力且不易被磨損。因此大模數齒圈的優點與那 些具有大量齒的齒圈的優點相結合，同時很大程度地避免了其明顯的缺點。而且，額外的制 造成本被限制于增加一些元件，而不使它們更加難于制造。 通過參考附圖的非限制性的例子，本發明的其它特征和優點在接下來的兩個優選 實施例的描述中變得更加明顯。
圖1示意性地示出兩個具有直齒的常規時鐘輪的傳動。 圖2示出本發明第一實施例從發條匣看到的手表運轉輪系的一部分的示意性透 視圖。 圖3是圖2中主體的示意性俯視圖。 圖4是圖3的細節IV的放大圖。 圖5是圖3中沿線V-V的截面圖。 圖6是手表旋轉機構的部分底視圖，其表示本發明的第二實施例。 圖7是圖6中一部分的放大圖。
具體實施例方式
圖2-5示出手表機心的發條匣發條20，包括棘輪21和旋轉轂22，旋轉轂22的外 圍壁裝有直齒23，所述直齒23與中間輪組25的小齒輪24嚙合。輪組25還具有心軸26和 中間輪27。所述中間輪的齒圈28與中心輪組31的小齒輪30嚙合，所述中心輪組31進一 步包括管式心軸32和中心輪33。所述中心輪的齒圈34與第三輪組37的小齒輪36嚙合， 所述第三輪組進一步包括管式心軸38和第三輪39，為了使附圖更加清楚，第三輪39在圖2 中未示出。這些輪組形成所述手表運轉輪系的上游部分，手表的下游部分將所述第三輪39的運動傳遞至調節構件。為了使附圖清楚，支撐所述旋轉輪組的元件未示出。
根據上述本發明原理，每個驅動齒圈23， 28和34以及從動小齒輪24， 30和36的齒 圈都是雙重的其由兩個同軸且重疊的齒環23a和23b，24a和24b，28a和28b，30a和30b， 34a和34b，36a和36b形成。 一個齒圈的兩個齒環的齒是相同的，但第二齒環的齒相對另一 齒環的齒具有齒圈的半節距的角度變化。因此，如圖4的俯視圖所示，輪27的頂齒圈27a 的每個齒準確地位于底齒圈27b的兩個齒的中間，而且小齒輪30的頂齒圈30a的每個齒準 確地位于所述小齒輪底齒圈30b的兩個齒的中間。為了簡化，在接下來的描述中該齒圈被 稱作"雙聯"齒圈。 在圖2-5所示出的示例中，發明人考慮到由雙聯齒圈導致的額外設計成本僅對 于輪系的最慢輪組是合理的，其中在該輪組中的力比較大，這就是為什么這種解決方法不 被用于所述第三輪39或上游，其中在該第三輪組或上游由于旋轉速度快而導致前述變化 被消除。可以想到的是，在花費小的實施例中，限制雙聯齒圈用于所述第一齒輪級，即發條 匣20和中間輪25之間。 在此處描述的雙聯齒圈中，其方便且有利的是以單獨部件的形式來制造兩個齒 環，從而可以單獨切割其齒廓。此處采用的術語"環"不必指代獨立部件例如，圖5示出發 條匣的齒環23a通常形成轂22的一體部分，而第二齒環23b被單獨制造，然后被驅動地裝 配到所述轂上。當然，在裝配中，必須通過適當的連接手段或采用外部儀表使第二環相對于 所述第一環被定位在精確的角位置。 在中間小齒輪24中，頂齒環24a形成心軸26的一體部分并被直接加工到心軸26 上，而底齒環24b是附加在上面的部件，其被單獨加工并被驅動地裝配于所述心軸。然而， 中間輪27通過疊置兩個相似的盤而制成，盤緣形成齒環27a和27b。這兩個輪可由心軸26 驅動，所述兩個輪或者一個接一個地被驅動，或者在被預裝配成具有相互相差后一起被驅 動。中心輪組31具有相似的構造。如果需要，所述形成雙聯齒圈的兩個相疊的輪可裝有精 密相差調節器。 圖6和7示出本發明具有旋轉擒縱機構(此處為陶比倫旋轉機構 (tourbillon)50)的時鐘機心的實施方式。陶比倫旋轉機構50的框架51具有飛輪形式且 每分鐘完成一周旋轉，該框架通常支撐帶有擺輪和主發條的振蕩器52及包括桿53和擒縱 輪54的擒縱機構，擒縱輪54固定于擒縱小齒輪55。在所述附圖中，為了清楚起見，支撐小 齒輪55的樞軸的橋接件被省略。該小齒輪與固定輪57的齒圈56嚙合，固定輪57通過球 軸承58支撐框架51的獨立樞軸60。通常，樞軸60具有陶比倫旋轉機構驅動小齒輪61，其 由運轉輪系驅動。 圖7中更詳細地示出，擒縱小齒輪55的齒圈和固定輪57的齒圈56都是之前描述 的雙聯形式，每個齒圈分別由一對齒環55a和55b， 56a和56b形成，所述齒環相對于彼此具 有齒圈的半節距的相位變化。小齒輪55的齒環55b可通過常規方式在擒縱輪組的心軸上 形成，而齒環55a優選地由獨立部件形成，其被驅動地裝配在心軸上。然而，在該實施例中， 固定輪57通過組裝兩個重疊齒環形成，所述兩個重疊齒環包括各自的盤57a和57b以及各 自的齒環56a和56b。在兩個齒環間的精確角度變化通過接合在盤57a和57b中高精度鉆 出的孔中的至少一個銷(未示出)而保持。 在旋轉擒縱機構且特別是陶比倫旋轉機構中，多重齒圈尤其是雙聯齒圈的使用具有上述的常規優勢以及其它明顯優勢。徑向間隙是百分之一毫米級的陶比倫旋轉機構框架 51為擒縱小齒輪55提供相對于固定齒圈56的一些徑向運動自由度。框架或擒縱輪組的任 何對中缺陷進一步增加了上述運動。任何產生的轉矩或速度變化直接影響通過每次脈沖從 擒縱輪傳遞到振蕩器的能量的一致性。如果擒縱小齒輪通常僅有11個齒，而擒縱輪54具 有20個齒，那么顯然通過輪54的兩個連續齒形成的脈沖與小齒輪的相同齒的兩個完全不 同的位置相對應，而且可由于參考圖l解釋的轉矩變化而因此顯著不同。應當想到的是，在 圖1中這些變化在接觸軌跡12的端部、接近于圖1的點A和B的位置更加顯著。通過移除 這些端部部件，在陶比倫旋轉機構中多重齒的應用大大減少了脈沖能量變化。在該應用中 由于與具有99個齒的大固定輪57嚙合的具有11個齒的擒縱小齒輪55的直徑非常小而使 本發明還具有其它優點。在手表的特定操作條件下，這些尺寸都是可機械加工所達到的限 度。雙聯齒圈的應用如同齒數加倍的情況那樣改進了操作，實際上從設計的角度來看也沒 有作出讓步。 圖6和7示出的第二實施例可通過在旋轉機構驅動小齒輪61和驅動該小齒輪的 輪上采用多聯齒圈(特別是雙聯齒圈)而實現，其效果是調整了主發條施加到陶比倫旋轉 機構的扭矩。本發明可依照相同原理應用于圓盤式(carrouseltype)旋轉擒縱機構的齒輪 連接。另外，此處描述的實施例顯然可與第一實施例相結合，例如采用圖2-5示出的形式或 更簡單的形式。 最后應當注意到的是，形成雙聯齒圈的輪例如，可優選地由硅和/或金屬通過常 規光刻法和蝕刻技術和/或與LIGA技術結合而制成一個整體。應當注意到的是，除允許精 度和簡單制造外，使這些雙聯輪一體地制造也在兩個齒圈之間提供了精確的分度。
權利要求
一種時鐘輪系，包括至少一對具有平行軸線的環狀齒元件(20，25，31，37，55，57)，所述齒元件具有互相嚙合的各自齒圈，其特征在于，兩個齒元件的每個的所述齒圈(23，24，28，30，34，36，56)都是多重的，每個所述齒圈包括N個同軸的齒環(23a，23b；24a，24b；28a，28b；30a，30b；24a，24b；36a，36b；55a，55b；56a，56b)，齒環相對彼此具有一部分齒圈節距的角度變化。
2. 根據權利要求l所述的時鐘輪系，其特征在于，每個所述齒圈是雙重的(N二2)，兩 個齒環具有半節距的角度變化。
3. 根據權利要求2所述的時鐘輪系，其特征在于，呈小齒輪(24， 30， 55)形式的齒元件 的雙重齒圈包括形成齒元件的心軸(26,32)的整體部分的第一齒環(24a，30b，55b)和由附 加部分形成的第二齒環(24b，30a，55a)。
4. 根據權利要求2所述的時鐘輪系，其特征在于，呈具有雙重齒圈的輪(27，33，57)形 式的齒元件通過疊置具有所述齒環的兩個相似的盤(57a，57b)而形成。
5. 根據權利要求2所述的時鐘輪系，其特征在于，發條匣(20)形式的雙重齒圈或齒元 件包括形成發條匣的轂(22)的整體部分的第一齒環(23a)和由附加部分形成的第二齒環 (23b)。
6. 根據前述任一項權利要求所述的時鐘輪系，其特征在于，成對齒元件的一個包括旋 轉機構(50)的擒縱小齒輪(55)和所述旋轉機構的固定輪(57)。
7. 根據權利要求6所述的時鐘輪系，其特征在于，成對齒元件的另一個包括旋轉機構 (50)框架的驅動小齒輪(61)。
全文摘要
本發明涉及一種時鐘齒輪系，其包括至少一對具有平行軸線的環狀齒元件(25，31)，所述齒元件具有互相嚙合的各自齒圈，這樣所述元件的一個(25)驅動另外一個。為了提高齒輪的傳動條件而不減小齒圈模數，所述兩個元件的每一個的相應齒圈都是多重的，每個齒圈均由N個同軸的齒環(28a，28b；30a，30b)形成，所述齒環相對彼此具有一部分齒圈節距的角度變化。最簡單的形式是，每個所述齒圈都是雙重的(N＝2)，兩個齒環具有半節距的角度變化。本發明防止距連接齒元件中心的線相對遠的區域內的傳動，因此，在齒的導程期間減小轉矩和速度變化。本發明可望應用于尤其是運轉輪系、顯示輪系和旋轉擒縱機構，如旋轉機構。
文檔編號F16H55/08GK101794112SQ20091024681
公開日2010年8月4日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月2日
發明者E·戈勒, V·卡拉布雷斯 申請人:寶璣表有限公司;布朗潘有限公司