专利名称：具有恒定力矩的齿轮传动轮廓的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及构成表的轮系的轮(wheel)和小齿轮(pinion)，更特别地涉及这些轮和小齿轮的齿的轮廓。本发明还涉及表的机芯，以及包括根据本发明的轮或小齿轮的钟表。
背景技术：
已知在表中游丝摆轮的振荡不会是完全等时的。换句话说，振荡的持续时间不是完全与它们的幅度无关。还已知的是，如果摆轮振荡的总角度超过了极限值，则摆轮圆盘的圆盘钉可能抵靠擒纵叉头的外侧，这会导致在表的机芯中的显著前进。因此，这种情况被称为发生碰撞。从前述内容可以理解，希望摆轮的振荡幅度尽可能地相等。螺旋摆轮的振荡幅度的变化可能具有多种原因。众所周知的一个原因是，当表从水平位置朝竖直位置移动时摆轮枢轴所受到的摩擦力的强度增加。另一方面，众所周知的是，由擒纵机构传递到摆轮的力的变化同样可引起摆轮振荡幅度的变化。多种因素可以引起从擒纵机构向摆轮传递的力的变化。首先，发条盒弹簧的张力取决于发条盒弹簧的卷绕程度。这通常导致作为能量存储的函数的由轮系所传递的力的变化。另一方面，在齿轮传动系统中，在齿驱动期间相啮合的两个齿的侧面的轮廓之间的接触点沿径向移动，朝主动齿的齿顶爬升。这种现象在图1中示意性地示出，该图1示出了具有八十二个齿以及节圆半径Rl的主动轮10和具有十二个齿以及节圆半径R2的从动轮11之间的啮合。箭头指示转动的方向。被称为啮合线12的接触点的轨迹从点A延伸到点B，并且在连接两个轮的中心的中心线13附近穿过轮的两个节圆。在已知的齿轮传动系统中，当主动轮与从动轮的接触点沿着啮合线行进时，传递的力矩和接收的力矩之间的比率不是恒定的。相反，在齿驱动的过程中，该比率例如如曲线14所示对着图1的竖直中心刻度而变化。在表的机芯中，由轮系从发条盒向擒纵机构传递力。已知此轮系是增速传动轮系。 因此，如果在轮系的下游端擒纵轮常规地每秒前进几步，则在相同时间段内轮系的上游部件几乎不移动。在这种情况下，轮系的上游部分中单独一个齿驱动可能持续相当多数量的摆轮振荡。因而可以理解，在轮系上游的一个齿驱动的过程中传递的力矩的变化通常会持续足以影响摆轮的振荡幅度的时间。最后，从擒纵机构向摆轮传递的力也可能在一个钟表与另一个钟表之间不同，即使这些钟表在理论上相同也是如此。实际上，由于钟表制造业的高度微型化的特点，表的轮和小齿轮定位的制造公差可能足以显著影响由表的轮系所传递的力。出现这种情况的原因是，在采用已知的齿轮传动轮廓的情况下，一旦两个带齿的轮的旋转轴之间的距离偏离理论值，则在齿轮传动系统中传递的力矩就会发生显著变化。齿轮传动系统的这种对轴心距变化的敏感性的主要弊端在于，为了消除任何碰撞风险，必须在相当长的时间上测量表的机芯的每一个样品的摆轮的振荡幅度。在钟表制造领域中，已知基于几何曲线例如摆线，外摆线，内摆线或者圆的渐开线，来确定带齿的轮的齿的轮廓和小齿轮的叶片的轮廓。由此得到的轮和小齿轮具有允许 “按比例传递”的特点，或者换句话说，在一个齿驱动的过程中传递的转速保持恒定。此外， 具有基于圆的渐开线的轮廓的齿的轮和小齿轮具有允许以相同的传递比率按比例传递的附加特性，即使当两个轮的轴间距偏离理论值时也是如此。代表具有圆的渐开线的齿轮传动系统的图2A示出了具有二十四个齿的轮1与具有十六个齿的轮2之间的啮合。图2A进一步示出了叠加在两个轮中的每一个上的两个同心圆。这两个圆中较小的一个(分别标记为Bl和B2)是渐开线的基圆。较大的圆(分别标记为Pl和P2)是节圆。按照定义，轮1的节圆Pl与轮2的节圆P2相切。此外，节圆的半径Cl1和d2的比值被选择为等于齿轮传动比。应当指出的是，与节圆的半径Cl1和d2不同， 两个基圆Bl和B2的半径R1和&不依赖于两个轮的中心间距。然而，根据定义，他们具有与屯和d2相同的比例。在图2A和2B中再次示出啮合线7。可以看出，在图示的示例中，该啮合线具有由两个点A和B界定的直线段的形状。能够进一步指出的是，根据具有圆的渐开线的齿轮传动系统的独特特征，与啮合线7相对向的直线与两个基圆Bl和B2精确相切。具有圆的渐开线的齿轮传动系统的另一个独特特征是，在接触点处两个齿的边缘的公共法线总是取向为啮合线的方向(图2B)。具有圆的渐开线的齿轮传动系统的一个有利特征在于，主动轮和从动轮的角速度之间的比保持恒定，并且与两个轮之间的轴心距无关。换句话说，如前所述， 具有圆的渐开线的齿轮传动系统具有允许以相同的传递比按比例传递的特点，即使当两个轮的轴之间的距离偏离额定值时也是如此。根据前面所述的内容也许有人会得出这样的结论具有圆的渐开线的齿轮传动系统不论两个轮之间的轴心距如何，在齿驱动的过程中其传递的力矩保持恒定。但是，如此就忽略了一旦齿轮传动系统不再处于平衡状态时不可避免的摩擦力。实际上，轮的转动总是伴随着彼此接触的表面的滑动以及因此也伴随着与相接触的两个齿的侧面相切的摩擦力。能够理解的是，这些摩擦力垂直于在接触点处两个齿的边缘的公共垂线。因而，摩擦力具有使传递的力偏离啮合线方向的作用。如果参考与图 2B类似的图3，可以看到由彼此接触的边缘所施加的力(这些力由起点在两个齿之间的接触点的两个相反的箭头表示)。可以看出，这些力的方向与啮合线并不共线。力和啮合线之间偏离的结果是在齿驱动过程中传递的力矩不恒定。实际上，能够说明的是，为了传递恒定力矩，从齿驱动的开始到结束，在两个齿之间的接触处的力必须恒定地朝向中心线上的同一个点(图8A、8B、8C中的标记IV定向。因而，由前述内容可以理解，具有圆的渐开线的齿轮传动系统不能传递恒定力矩，除非相接触的齿之间能够无摩擦地滑动。
发明内容
因而，本发明的一个目的是，通过提供一种具有在齿驱动过程中、即使当两个轮的轴间距偏离理论值时，也能够传递恒定力矩的特性的齿轮传动轮廓，来克服现有技术的不足。本发明一方面通过提供根据权利要求1所述的轮或小齿轮来实现该目的，另一方面通过提供一种包括根据本发明的轮或小齿轮的表的机芯或钟表来实现该目的。
通过参考附图阅读下面仅作为非限制性示例给出的说明，将会看到本发明的其它特性和优点，在附图中-图1是现有齿轮传动系统的局部示意图；-图2A是具有圆的渐开线的现有齿轮传动系统的示意图；-图2B是图2A中具有圆的渐开线的齿轮传动系统的局部放大示意图；-图3是与图2B类似的示意图，其中额外地标示出在接触点处通过齿彼此施加的力；-图4是根据本发明的齿轮传动系统的局部示意图，此时两个齿之间的接触点与中心线重合；-图5示出两个齿之间的接触点沿着中心线的位置与齿轮传动系统的平均输出之间的关系；-图6示出在通过中心线期间接触点处的齿的边缘的倾斜角；-图7示出齿轮传动系统的两个轮的齿的边缘的功能性头部部分和足部部分的构造；-图8A、8B、8C对应于三个连续的快照，其实际上示出在根据本发明的齿轮传动系统中，所传递的力的方向总是与中心线相交于同一点；-图9是与图8B类似的示意图，示出了由两个直线段所形成的啮合线；-图10A、10BU0C为分别示出彼此之间以三个间距放置的同一对轮的啮合情况的三个局部示意图；-图11是包含三个曲线的图表，这三个曲线分别代表在图10AU0B和IOC示出的三种情况下在齿驱动过程中传递的力矩的变化；-图12A和12B示出处于齿驱动过程中的两个不同时刻的根据本发明第二实施例的齿轮传动系统。
具体实施例方式图4是在两个齿17、18之间的接触点(标记为Pj位于中心线上的时刻，根据本发明的齿轮传动系统的局部示意图。下文将简要描述用于产生图4的齿轮传动系统的过程。即将描述的过程以某些参数值是已知的(或选定的)作为起点。这些参数是以下参数-标称轴心距“d”；-轴心距公差，或者换句话说，齿的轮廓在其中必然产生恒定力矩的区间[dmin， dmax]；-两个轮的齿数“Zl”和“z2”；-两个齿之间的接触处的摩擦系数“μ ”。1、该过程的第一步是确定齿轮传动系统必须具有的效率“ ε ”。如果轮1施加到轮2的力矩标记为Μ"2，轮2对轮1的反作用力矩标记为M2^1, 则在齿驱动过程中轮1对轮2做的功(能量)等于2 π/Z1Mb2,并且轮2接收的能量等于 2 π/z2 M2^10在这种情况下，如果效率输出等于ε，则可以得出2 π/z2 M2^1 = ε 2 π/Zl M^2，或者等效地
权利要求
1.一种带齿的轮，其特征在于，每个齿的边缘的功能性部分具有的轮廓符合参数双公式(采用笛卡尔坐标)
2.根据权利要求1所述的带齿的轮，其特征在于，每个齿的所述边缘的第一功能性部分和第二性功能部分是连续的，并且每个功能性部分具有的轮廓符合参数双公式
3.根据权利要求1所述的带齿的轮，其特征在于，所述功能性部分完全包含每个齿的所述边缘的功能性部分。
全文摘要
本发明涉及一种带齿的轮，其中每个齿的边缘的功能性部分具有的轮廓符合参数双公式(采用笛卡尔坐标)其中，R1＝d1cos(a-atanμ)，α和d1是参数，其中μ是对应于所述边缘与另一个轮的齿的边缘之间的接触处的摩擦系数的参数，μ能够在0.05和0.5之间取值，并且其中u是在区间(0，1/μ)内变化的变量，从而通过改变u完成轮廓。
文档编号F16H55/17GK102563007SQ20111045953
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者J-L·黑尔费尔 申请人:Eta瑞士钟表制造股份有限公司