КОЛЕСО С ГИБКИМ ЗУБЧАТЫМ ВЕНЦОМ
WHEEL WITH FLEXIBLE GEAR RIM

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к часовому колесу, содержащему зубья с компенсацией люфта, каждый из которых включает в себя язычок, выступающий из основания язычка, и упругую полоску, выступающую из основания полоски напротив вышеупомянутого язычка, от которого она отделена передней впадиной, и внутренняя поверхность которой на стороне, противоположной вышеупомянутому язычку, ограничивает заднюю впадину, причем вышеупомянутое основание полоски ограничено, в направлении к оси вращения вышеупомянутого колеса, внутренним концом вышеупомянутой передней впадины и внутренним концом вышеупомянутой задней впадины.
Данное изобретение также касается зубчатой передачи часов, содержащей по меньшей мере одно колесо этого типа.
Данное изобретение также касается ходового механизма часов, включающего в себя по меньшей мере одну зубчатую передачу этого типа.
Данное изобретение также касается часов, включающих в себя по меньшей мере один ходовой механизм часов этого типа и по меньшей мере одну зубчатую передачу этого типа.
Данное изобретение также касается области часовых механизмов или научного измерительного оборудования, содержащего зубчатую передачу.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Изготовление зубчатых передач часов, имеющих зубчатые колеса без люфта, является сложным, поскольку оно включает в себя обеспечение совместимости между оптимальной передачей крутящего момента с наилучшим возможным выходом годных деталей, с одной стороны, и хорошей стойкостью к ударным нагрузкам, с другой стороны.
Техническое решение с гибким зубчатым венцом, когда каждый зуб содержит жесткую часть и упругую часть, удовлетворительно решает проблему передачи энергии, но менее удовлетворительно в отношении стойкости к ударным нагрузкам. Это тем более справедливо, поскольку эти гибкие зубчатые венцы обычно рассчитаны на их изготовление из микрообрабатываемого материала, кремния или аналогичного материала, с помощью технологии «LIGA» (рентгеновская литография, гальванопластика и пресс-формовка) или аналогичного способа. В европейской патентной заявке №2112567 A1 на имя фирмы «Rolex» описана зубчатая передача с компенсацией люфта, содержащая колесо с гибкими, упругими частями, изготовленными таким образом.
Краткое описание изобретения
В данном изобретении предлагается определить геометрию гибкого колеса, которое может быть изготовлено из микрообрабатываемого материала, кремния или аналогичного материала, с помощью технологии «LIGA" или аналогичного способа, и удовлетворительно решает две проблемы - повышения выхода годных и стойкости к ударным нагрузкам.
Данное изобретение, таким образом, относится к часовому колесу, содержащему зубья с компенсацией люфта, каждый из которых включает в себя язычок, выступающий из основания язычка, и упругую полоску, выступающую из основания полоски напротив вышеупомянутого язычка, от которого она отделена передней впадиной, и внутренняя поверхность которой на стороне, противоположной вышеупомянутому язычку, ограничивает заднюю впадину, причем вышеупомянутое основание полоски ограничено по направлению к оси вращения вышеупомянутого колеса внутренним концом вышеупомянутой передней впадины и внутренним концом вышеупомянутой задней впадины, характеризующемуся тем, что вышеупомянутый внутренний конец вышеупомянутой задней впадины расположен ближе к вышеупомянутой оси, чем вышеупомянутый внутренний конец вышеупомянутой передней впадины, и проходит на стороне вышеупомянутой оси под вышеупомянутым основанием язычка или под внутренним геометрическим продолжением вышеупомянутой передней впадины в направлении к вышеупомянутой оси вращения.
Данное изобретение, кроме того, касается зубчатой передачи часов, содержащей по меньшей мере одно колесо этого типа, характеризующейся тем, что вышеупомянутое колесо входит в зацепление с противоположной шестерней, зубья которой содержат зону максимального поперечного сечения, предназначенную для взаимодействия в движущемся контакте с внешней частью, по существу радиальной относительно вышеупомянутой оси вращения вышеупомянутого колеса, вышеупомянутого язычка или вышеупомянутой полоски.
Данное изобретение также касается ходового механизма часов, включающего в себя по меньшей мере одну зубчатую передачу этого типа.
Данное изобретение также касается часов, включающих в себя по меньшей мере один ходовой механизм часов этого типа и по меньшей мере одну зубчатую передачу этого типа.
Краткое описание чертежей
Прочие характерные особенности и преимущества данного изобретения станут очевидны после прочтения последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 дан схематический вид в плане колеса, имеющего гибкий зубчатый венец, выполненного согласно первому варианту осуществления данного изобретения;
на фиг.2 дан схематический вид в плане детали зоны зубчатого зацепления зубчатой передачи, содержащей колесо, выполненное согласно фиг.1, и жесткую противоположную шестерню, в котором на первом зубе язычок и полоска находятся в контакте друг с другом, тогда как на втором зубе соответствующий язычок и полоска все еще удалены друг от друга. Стрелка показывает механическое усилие, приложенное зубом жесткой шестерни к упругой полоске вышеупомянутого второго зуба, а двойная линия представляет кронштейн рычага, к которому прикладывается вышеупомянутое прижимное усилие, благодаря особой конфигурации вышеупомянутой упругой полоски, окруженной впадинами, в конкретном исполнении согласно данному изобретению;
на фиг.3 дана схема, аналогичная фиг.2, показывающая другой вариант осуществления данного изобретения и другое относительное положение между жесткой шестерней и гибким колесом, причем здесь отсутствует полоска, прижимающаяся к одному из язычков;
на фиг.4 дан схематический вид в плане концевой детали встроенного сегмента колеса согласно варианту фиг.3, включающей в себя язычок этого типа и полоску этого типа;
на фиг.5 дан схематический вид в плане различных рабочих радиусов компонентов данного изобретения;
на фиг.6 дан схематический вид в плане жесткой шестерни, предназначенной для взаимодействия с гибким колесом, выполненным согласно фиг.1;
на фиг.7 дан схематический вид в плане детали периферии гибкого колеса, выполненного согласно данному изобретению, в варианте, отличном от вариантов, проиллюстрированных на предыдущих рисунках, и в котором внутренний конец задней впадины расположен между осью вращения колеса и основанием ближайшего язычка;
на фиг.8 дан схематический вид в плане детали внутреннего конца задней и передней впадин колеса, изображенного на фиг.1, тогда как на фиг.9 показана другая конфигурация, которая является менее преимущественной, чем конфигурация фиг.8;
на фиг.10 приведена блок-схема часов, включающих в себя ходовой механизм, который, в свою очередь, включает в себя зубчатую передачу, содержащую гибкое колесо, выполненное согласно данному изобретению;
на фиг.11-14 показан конкретный вариант осуществления данного изобретения, в котором внешняя часть язычка раздвоена и включает в себя первый зуб и второй зуб, разделенные полостью. Каждый из этих двух зубьев является намного более жестким, чем упругая полоска:
на фиг.11 показан пример применения с этим типом колеса, которое входит в зацепление с двумя шестернями: центральной шестерней, обеспечивающей крутящий момент, который должен передаваться. Эта шестерня приводит во вращение колесо, которое, в свою очередь, приводит во вращение вторую малую шестерню, на которой насажена приводимая в движение секундная стрелка (не показана);
на фиг.12 и 13 показаны конкретные варианты, которые будут описаны ниже;
на фиг.14 показана конфигурация, предназначенная для приведения в движение механизма даты со стрелками с помощью гибкой пластины, образующей колесо.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Данное изобретение касается области часовых механизмов или научного измерительного оборудования, содержащего зубчатую передачу.
В данном изобретении предлагается определить геометрию гибкого зубчатого колеса, которое может быть изготовлено из микрообрабатываемого материала, кремния или аналогичного материала, с помощью технологии «LIGA» или аналогичного способа, и который гарантирует как хороший выход годных, так и хорошую стойкость к ударным нагрузкам.
Данное изобретение касается усовершенствования рабочих характеристик этого типа гибкого зубчатого венца, при одновременном удовлетворении ограничений, накладываемых способом изготовления. В действительности, чтобы обеспечить достаточную прочность для упругих полосок или просто зубьев колеса, изготовленных из микрообрабатываемого материала и установленных в пластине, наряду с другими ограничениями, которые не описаны здесь подробно, необходимо соблюдать минимальное аспектное отношение, т.е. минимальную ширину для сплошных частей или полых частей относительно толщины пластины. Это аспектное отношение обычно составляет от 5 до 10, и при производстве его тем легче обеспечить, чем оно ближе к 5. Это аспектное отношение одинаково справедливо как для сплошных частей, таких как упругие полоски, так и для полых частей, прорезей или впадин. Квадратные (острые) внутренние углы не допускаются, особенно внизу прорезей или впадин. В общем случае, минимальный радиус кривизны должен соблюдаться для каждой части геометрии детали.
Таким образом, данное изобретение касается часового колеса 10, содержащего зубья 2 с компенсацией люфта. Каждый зуб 2 содержит язычок 3, выступающий из основания 31 язычка, и упругую полоску 4, выступающую из основания 41 полоски напротив вышеупомянутого язычка 3, от которого она отделена передней впадиной 5. Эта полоска 4 имеет внутренний профиль 43 на стороне, противоположной относительно вышеупомянутого язычка 3. Вышеупомянутый внутренний профиль 43 ограничивает заднюю впадину 6. Основание 41 полоски ограничено, по направлению к оси вращения D колеса 10, внутренним концом 51 передней впадины 5 и внутренним концом 61 задней впадины 6.
Согласно данному изобретению, внутренний конец 61 задней впадины 6 расположен ближе к оси D, чем внутренний конец 51, и проходит на стороне вышеупомянутой оси D под основанием 31 язычка или под внутренним продолжением 52 вышеупомянутой передней впадины 5 по направлению к оси вращения D. Термин "продолжение 52" относится здесь только к геометрическому, криволинейному продолжению медианного профиля передней впадины, представленному на рисунках двойной штриховой линией, а не к конкретному компоненту профиля колеса 10.
Говоря более конкретно, это колесо 10, предназначенное для часового механизма, содержит на периферии корпуса 11 колеса множество зубьев 2 с компенсацией люфта, имеющих изменяющуюся геометрию.
Каждый из этих зубьев 2 содержит по меньшей мере один язычок 3, прикрепленный в консольной конструкции к корпусу 11 колеса с помощью основания 31 язычка, и по меньшей мере одну упругую полоску 4, прикрепленную в консольной конструкции к корпусу 11 колеса с помощью основания 41 полоски, причем вышеупомянутая полоска 4 расположена напротив язычка 3 этого типа, от которого она отделена передней впадиной 5. Упругая полоска 4 проходит между самым задним профилем 42 на стороне вышеупомянутого язычка 3 и внутренним профилем 43 на стороне, противоположной вышеупомянутому язычку 3. Внутренний профиль 43 ограничивает заднюю впадину 6, которая отделяет полоску 4 от остальной части колеса 10. Основание 41 полоски ограничено, с одной стороны, внутренним концом 51 передней впадины 5 на стороне оси вращения D колеса 10 и, с другой стороны, внутренним концом 61 задней впадины 6.
Согласно данному изобретению, чтобы позволить язычку 3 изгибаться в случае ударной нагрузки, приложенной к зубчатой передаче 100, в состав которой входит колесо 10, внутренний конец 61 задней впадины 6 расположен ближе к оси вращения D, чем внутренний конец 51 передней впадины 5. Внутренний конец 61 задней впадины 6 проходит, на стороне оси вращения D, под основанием 31 язычка или под внутренним продолжением 52 передней впадины 5 по направлению к оси вращения D.
На самом деле, ограничения, связанные с изготовлением этого типа колеса 10 из микрообрабатываемого материала, требуют, чтобы передние впадины 5 и задние впадины 6 были изогнуты с определенным радиусом на их внутренних концах, соответственно 51 и 61. Минимальная величина Rmin1 этого концевого радиуса определяется природой материала и толщиной пластины. Аналогично этому, величина Rmin2 любого радиуса кривизны также определяется природой материала и толщиной пластины.
На фиг.2 и 8 показаны внутренние концы 51 и 61 передней и задней впадин 5 и 6, которые изогнуты с соответствующими величинами радиусов R1 и R2, обе из которых обязательно должны быть больше, чем величины Rmin1 и Rmin2.
Жесткость каждой части зуба 2, в упрощенном предположении, когда толщина пластины является постоянной, по существу зависит от длины и ширины соответствующей части. В конкретном варианте осуществления данного изобретения, показанном на фиг.1 и 2, длина язычка 3, измеренная от основания 31 этого язычка, и длина полоски 4, измеренная от основания 41 этой полоски, аналогичны. Это можно упростить объяснением того, что куб (третья степень) ширины определяет величину усилия, необходимого для получения данного отклонения на конце полоски или язычка. К примеру, если отношение ширины LE к ширине LL полоски равно 4, то отношение усилий будет равно 64.
При нормальной работе, когда момент, который необходимо преодолевать, фактически равен нулю, жесткая часть, образованная язычком 3, не подвергается какой-либо значительной деформации. Чтобы получить нулевую величину люфта, гибкие части, образованные полосками 4, должны изгибаться, и это именно этот изгиб связан с отбором крутящего момента, связанным с зубчатой передачей. В случае удара ситуация будет совершенно иной, поскольку жесткая часть, образованная язычком, изгибается значительно, и именно ее эффективная жесткость является критической для обеспечения стойкости к ударным нагрузкам, а вклад полосок 4 в стойкость к ударным нагрузкам является незначительным. Однако если эти полоски 4 зажаты между зубом 71 противоположной шестерни 7 и жестким язычком 3, их деформацию необходимо ограничить, чтобы предотвратить их поломку. Таким образом, преимуществом является то, что язычок 3 имеет внутренний профиль 36, который аналогичен самому заднему профилю 42 полоски 4, и самый задний профиль 37, который аналогичен внутреннему профилю 43 полоски 4, как видно на фиг.2. Относительная параллельность под нагрузкой между внешними профилями язычка и полоски обеспечивает колесу 10 лучшую устойчивость в случае ударов, чем существующие упругие колеса.
Ширина LL полосок 4 определяется аспектным отношением. В предпочтительном случае, когда все зубья 2 одного и того же колеса 10 соединены между собой, как показано на фиг.1, ширина задней впадины 6 ограничена периферийным распределением зубьев 2 на колесе. На фиг.1 и 2 показан конкретный вариант, в котором ширина LL полоски 4 является постоянной от основания 41 полоски до дальнего конца 47 полоски, причем полоска 4 просто изогнута с радиусом, который больше или равен Rmin2. Ширина задней впадины 6 в свободном состоянии без напряжения близка или равна ширине полоски 4.
Проблема, таким образом, возникает касательно относительного положения этих концов 51 и 61, которые должны обеспечить полоске 4 достаточную гибкость, соответствующим образом распределить нагрузки, прикладываемые зубчатой передачей 100, к которой принадлежит данное колесо 10, на вышеупомянутой полоске 4 (или наоборот), без ослабления тем самым язычка 3 больше, чем это необходимо. Согласно данному изобретению, положения внутренних концов 51 и 61 передней и задней впадин 5 и 6 выполняют таких размеров и располагают таким образом, чтобы язычок 3 имел минимальную деформацию при нормальном использовании, и чтобы он мог изгибаться только тогда, когда приложена намного большая нагрузка, чем обычная, в частности, в случае удара.
Ширина LE в плоскости колеса 10 язычка 3 у основания 31 язычка более чем в три раза, а предпочтительно более чем в шесть раз больше соответствующей ширины LL у основания 41 полоски. В варианте, показанном на фиг.1 и 2, ширина язычка 3 не изменяется значительно вдоль его длины, и в контактной зоне во внешней части 34 вышеупомянутого язычка 3 с противоположной шестерней 7 в зубчатой передаче 100, в которую встроено колесо 10, вышеупомянутая ширина также более чем в пять раз превышает соответствующую ширину полоски 4 в зоне изгиба 48, содержащейся в ней, образующей предпочтительную зону контакта с шестерней 7.
Естественно, ширина язычка 3 других вариантов, таких, как показан на фиг.3, может сужаться от основания 31 к дальнему концу 35 язычка. Важным моментом здесь является то, что язычок 3 имеет большую ширину у его основания, т.е. у основания 3 язычка, поскольку эта зона испытывает наибольшие напряжения в случае ударов.
Концы 51 и 61 не должны располагаться с той же величиной радиуса относительно оси вращения D, поскольку это дало бы слишком много гибкости как для язычка 3, так и для полоски 4: поперечное сечение полоски 4 больше не соответствовало бы аспектному отношению, и полоску 4 невозможно было бы изготовить, а язычок 3 был бы слишком упругим, т.е. он имел бы гибкость в нормальной работе, которая нежелательна для обеспечения хорошего выхода годных деталей. Таким образом, предпочтительно, чтобы расстояние между концом 51 передней впадины 5 и осью вращения D отличалось от расстояния между концом 61 задней впадины 6 и вышеупомянутой той же осью D.
Аналогично этому, изготовление конечного радиуса R1 или R2 в оси симметрии передней впадины 5 или задней впадины 6 у их основания 51 или 61 не является преимущественным в отношении остальной части полоски 4. Соответственно, является предпочтительным, особенно тогда, когда конечный радиус больше, чем половина ширины данной впадины у ее внутреннего конца, чтобы этот конечный радиус был смещен в поперечном направлении относительно оси впадины у ее внутреннего конца.
Конечный радиус R1 передней впадины 5 не может быть сдвинут на стороне полоски 4 по причине предельного напряжения, накладываемого аспектным отношением. Таким образом, его можно сместить только на стороне язычка 3, как видно в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг.2.
Конечный радиус R2 задней впадины 6 также не может быть сдвинут на стороне полоски 4 по причине предельного напряжения, накладываемого аспектным отношением. Таким образом, его можно сместить только на стороне язычка 3, как видно в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг.2. Однако жесткость язычка 3 необходимо поддерживать при нормальной работе зубчатого зацепления, и, следовательно, нежелательно создавать слишком большое местное ослабление у основания 31 язычка. Именно поэтому, согласно данному изобретению, радиус R2 располагают «под» радиусом R1, т.е. ближе к оси вращения D, чем радиус R1. Ослабление язычка 3 в результате уменьшается. Кроме того, любой удар, который достигает низа задней впадины 6, затем распространяется по существу в радиальном направлении и, следовательно, непосредственно в сплошной материал.
Короче говоря, основание 31 язычка 3 является ослабленным, с одной стороны, на радиусе R1 у внутреннего конца 51 передней впадины 5 и, с другой стороны, на радиусе R2 внутреннего конца 61 задней впадины 6, который расположен ближе к оси D, чем конец 51. Это постепенное ослабление поддерживает прочность язычка 3 при нормальной работе и тем самым обеспечивает хороший выход годных при изготовлении зубчатой передачи, в то же время обеспечивая достаточную гибкость в случае удара. Говоря более конкретно, в обычном случае зубчатая передача, связанная с большой секундной стрелкой, перемещает секундную стрелку с большим дисбалансом: ослабление основания 31 язычка согласно данному изобретению обеспечивает стойкость к обычному удару, например такому, когда часы роняют, в соответствии с обычными экспериментальными значениями, которые здесь не описаны.
При всех прочих равных условиях прохождение задней впадины 6 под передней впадиной 5 увеличивает активную длину полоски 4, без слишком большого ослабления язычка 3.
Это относительное расположение радиусов R1 и R2 также создает условия для установки полоски 4 на основании 41 этой полоски наклонно под углом В относительно радиальной линии, начинающейся от оси вращения D и проходящей через основание 41 полоски.
Таким образом, когда упругая полоска 4 изгибается, ее внутренняя часть 44 стремится повернуться вокруг основания 41 полоски, и дальний конец 47 совершает почти один полный оборот вокруг точки, расположенной приблизительно на одной третьей длины полоски 4 между внутренней частью 4 и медианной зоной 45, и как только это вращение произойдет, внутренние профили 36 язычка 3 и 42 полоски 4 предпочтительно оказываются по существу параллельными друг другу.
В конкретном варианте осуществления данного изобретения, как видно на рисунках, каждый зуб 2 включает в себя язычок 3 этого типа и полоску 4 этого типа. Вариант осуществления данного изобретения с большим числом компонентов теоретически возможен, но ширина компонентов ограничена способом изготовления и совместимостью с аспектным отношением, и конструирование зуба 2 только с двумя компонентами - язычком 3 и полоской 4 - позволяет обеспечить оптимальное изготовление и обеспечивает этим компонентам достаточную прочность.
В конкретном варианте осуществления данного изобретения, как показано на рисунках, впадина 6 проходит между язычком 3 зуба 2 и полоской 4 и зубом 2, соседним с предыдущим зубом.
В конкретном варианте осуществления данного изобретения, проиллюстрированном на фиг.1, передняя впадина 5 имеет по существу параллельные кромки, и язычок 3 включает в себя между основанием 31 язычка и медианной зоной 33 внутреннюю, по существу прямолинейную часть 32, образующую угол αЕ, составляющий от 10° до 30° и предпочтительно от 15° до 20°, относительно радиальной линии, начинающейся от оси вращения D. Этот язычок 3, кроме того, включает в себя между медианной зоной 33 и его дальним концом 35, наиболее удаленным от оси вращения D, наружную часть 46, проходящую по существу радиально относительно оси вращения D.
Когда шестерня 7 или противоположное колесо колеса 10 прикладывает прижимное усилие к дальнему концу 47 полоски 4, этот угол αЕ позволяет плечу рычага увеличиваться относительно основания 41 полоски 4. На фиг.2 стрелка обозначает усилие, приложенное зубом жесткой шестерни 7 к упругому плечу 4 t, а двойная линия показывает плечо рычага, к которому прикладывается это прижимное усилие.
Предпочтительно, чтобы величины углов αЕ и αL были близки друг к другу или равны, в частности величина 15° дает хорошие результаты.
В конкретных вариантах осуществления данного изобретения, показанных на фиг.2 и 8, внутренний конец 51 передней впадины 5 закруглен с первым радиусом R1. Внутренний конец 61 задней впадины 6 закруглен со вторым радиусом R2, имеющим большую величину, чем величина первого радиуса R1. Предпочтительно, чтобы задняя впадина 6 имела профиль, который проходит вблизи ее внутреннего конца 61 с третьим радиусом R3, имеющим большую величину, чем величина второго радиуса R2, так чтобы задняя впадина 6 проходила между осью вращения D и внутренним концом 51 передней впадины 5.
В варианте, проиллюстрированном на фиг.1, между основанием 41 полоски и медианной зоной 45 полоска 4 имеет по существу прямолинейную внутреннюю часть 44, образующую угол αL, составляющий от 10° до 30°, относительно радиальной линии, начинающейся от оси вращения D. Полоска 4, кроме того, включает в себя между медианной зоной 45 и ее дальним концом 47, наиболее удаленным от оси вращения D, наружную часть 46, проходящую по существу радиально относительно оси вращения D вплоть до зоны изгиба 48 между вогнутой частью, образованной внутренней частью 44, и наружной частью 46, с одной стороны, и выпуклой частью 49, с другой стороны, вплоть до дальнего конца 47. Эта выпуклая часть 49 предназначена для контактного взаимодействия на дальнем конце 35 язычка 3.
Данное изобретение также предлагает преимущество, заключающееся в том, что оно нечувствительно к изменениям в расстоянии центров между осью вращения D колеса 10 и осью вращения ΩPR_противоположной шестерни 7.
К примеру, в варианте осуществления данного изобретения NiP, выполненным с помощью способа «LIGA» (ультрафиолетового), с модулем упругости, составляющим приблизительно 90 ГПа, как показано на фиг.1, 2 и 5, пластина имеет толщину от 0,10 мм до 0,18 мм.
Вариант колеса, проиллюстрированный на фиг.3 и 4, выполнен вдоль тех же самых линий, что и линии на фиг.1, и предназначен для обеспечения величины аспектного отношения как можно ближе к 5. Величина отбора крутящего момента и стойкость к ударным нагрузкам этих двух вариантов аналогичны. Чтобы удовлетворить этим критериям, вариант фиг.3 содержит 90 зубьев, тогда как вариант фиг.1 содержит 99 зубьев, и толщина варианта фиг.3 составляет 0,12 мм, тогда как толщина варианта фиг.1 составляет 0,15 мм. Глубина и угол наклона передней и задней впадин оптимизированы для обеспечения хороших рабочих характеристик как в нормальном зубчатом зацеплении, так и в случае ударов. В этом варианте, изображенном на фиг.3, внутренние части 44 и 32 полоски 4 и язычка 3 являются по существу прямолинейными от их соответствующего основания 41 и 31, тогда как полоска 4 и язычок 3 варианта, изображенного на фиг.1, имеют профиль, приближающийся к дуге окружности или параболе, в их внутренних частях 44 и 32, продолжаясь в их медианные части 45 и 33. Выбор аспектного отношения, равного 5,5, для варианта фиг.3 совместим с массовым производством и в этом случае используется с пластиной, имеющей толщину 0,12 мм.
Для пояснения с помощью примера, не ограничивающего рамки данного изобретения и проверенного экспериментами, геометрии варианта колеса, изображенного на фиг.1 и 2, расстояние Е между центрами составляет 2,78 мм и допускает разброс +/-0,03 мм. Жесткая шестерня 7 с 11-ю зубьями имеет модуль упругости 0,052, максимальная ширина LD ее зубьев составляет 0,073 мм при радиусе 0,286 мм, и максимальный радиус RH шестерни составляет 0,35 мм. Колесо 10 с 99-ю зубьями имеет максимальный радиус RA полоски, равный 2,64 мм, максимальный радиус RB язычка 3, равный 2,63 мм, радиус RC зубчатого зацепления, равный 2,574 мм, и конечный радиус RE передней впадины, равный 2,23 мм, и конечный радиус RF задней впадины, равный 2,19 мм. Ширина LE язычка 3 составляет 0,070 мм, ширина LL полоски 4 составляет 0,022 мм. Радиус полоски 4 в зоне изгиба 48 составляет 0,062 мм, причем вышеупомянутая полоска 4 также имеет вогнутый радиус, равный 0,020 мм, на ее дальнем конце 47, предназначенном для прижатия к дальнему концу 35 язычка 3.
Следующие ожидаемые результаты были достигнуты с помощью этой геометрии:
- зубчатое зацепление все еще не имеет люфта с расстоянием между центрами, увеличенным на 0,03 мм или уменьшенным на 0,03 мм по сравнению с номинальной величиной. Шестерня 7, таким образом, всегда находится в контакте с пластиной колеса 10, независимо от их соответствующих направлений вращения: либо упругая полоска 4 закручивается, либо пластина вращается, контакт тогда имеет место на язычке 3;
- средняя величина отбора крутящего момента не превышает 5% крутящего момента вала относительно пластины, даже при расстоянии между центрами, составляющем его наименьшую величину. Полоски 4 изгибаются и трутся с зубьями 71 шестерни 7 и полностью используют крутящий момент;
- самая жесткая часть каждого зуба, образованная язычком 3, не разрушается, когда в случае удара дисбаланс стрелки, соединенной с шестерней, в частности малой секундной стрелки, прикладывает крутящий момент к пластине. Растягивающие напряжения никогда не превышали предел упругости Nip, т.е. приблизительно 17000 МПа.
Большая длина упругой части полоски 4 обеспечивается благодаря наклону оснований 31 и 41 язычков 3 и полосок 4, что обеспечивает преимущество для уменьшения величины отбора крутящего момента. При минимальном расстоянии между центрами этот наклон также предотвращает вхождение зуба 71 шестерни 7 в контакт с дальним концом 35 язычков 3 в почти дугообразной ситуации, что было бы очень нежелательно.
Данное изобретение также касается зубчатой передачи 100 часов, содержащей по меньшей мере одно колесо 10 этого типа, входящее в зацепление с противоположной шестерней 7, зубья 71 которой содержат зону 72 максимального поперечного сечения, предназначенную для взаимодействия в подвижном рабочем контакте с внешней частью, по существу радиальной относительно оси вращения D колеса 10, язычка 3 или полоски 4 вышеупомянутого колеса 10, как видно на фиг.2.
Предпочтительным применением является обеспечение часовой зубчатой передачи без люфта. Конкретным применением являются небольшие счетчики, такие как малые секундные стрелки, которые не натянуты в зубчатой передаче и которые могут свободно перемещаться в наборе шестерен. Данное изобретение, таким образом, избегает стабилизации с помощью трения, пружин или магнитов, чтобы стабилизировать плавающую стрелку.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения зона 72 максимального поперечного сечения взаимодействует с колесом 10 на радиусе, соответствующем радиусу зоны изгиба 48 полоски 4.
На фиг.11-14 проиллюстрирован конкретный вариант, в котором внешняя часть 34 язычка 3 раздвоена и включает в себя первый зуб 81 и второй зуб 85, отделенные полостью 87. Каждый из этих двух зубьев 81 и 85 является намного более жестким, чем упругая полоска 4. Противоположное колесо 7, таким образом, входит в зацепление один раз в каждый второй раз с упругой полоской 4 и один раз с одним из зубьев 81 или 85 язычка 3, как видно на примере фиг.11 для малого секундного дисплея.
Дальний конец 47 упругой полоски 4 и дальние концы зубьев 81 и 85 расположены внутри того же самого цилиндра, имеющего центр на оси вращения упругого колеса 10, и предпочтительно, чтобы все эти дальние концы располагались по касательной к тому же самому цилиндру и имели максимальный радиальный размер.
Первый зуб 81 расположен непосредственно напротив дальнего конца 47 упругой полоски 4 и на его первой грани принимает на себя вогнутый профиль 84, дополняющий по форме выпуклый профиль 49 вышеупомянутого дальнего конца 47, так чтобы позволить осуществить контактное взаимодействие на относительно широкой поверхности, когда под действием зуба 71 противоположного колеса 7 упругая полоска 4 изгибается вниз по направлению к соответствующему язычку 3. Противоположная грань вышеупомянутого первого зуба 81 имеет профиль 83, в частности свернутый в эвольвенту окружности или аналогичный, который предназначен для взаимодействия с зубьями 71 колеса 7, как видно на фиг.11 или 14.
Этот вариант колеса, содержащий наборы, каждый из которых образован упругой полоской 4 и раздвоенным язычком 3, обеспечивает общую работу ходового механизма в отношении скорости хода, амплитуды и стойкости к износу и особенно хорошей стойкости к ударным нагрузкам, которая значительно улучшается. Когда оно встроено в зубчатую передачу, не наблюдается никакого «плавания» малой секундной стрелки. Стойкость к износу и старению является даже лучшей, чем стойкость к износу и старению вариантов, изображенных на фиг.1-9, в частности, что касается противоположного колеса и осей вращения.
Улучшение износостойкости здесь, по сравнению с вариантами фиг.1-9, достигается за счет удаления каждого второго гибкого кронштейна. Она может быть дополнительно улучшена путем покрытия зубчатого венца слоем золота для улучшения его трибологических свойств, уменьшения механических напряжений в зубчатом зацеплении или уменьшения закручивания гибких кронштейнов.
Что касается уменьшения механических напряжений в зубчатом зацеплении, необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить, что нет люфта при максимальном расстоянии между центрами. Геометрию жестких зубьев 81 и 84 и гибкого зуба 4 исследуют для обеспечения того, что также нет люфта в зубчатом зацеплении при максимальном расстоянии между центрами (выбираемом здесь на основании номинального расстояния между центрами, увеличенного на 30 мкм).
Конфигурация, изображенная на фиг.14, предназначена для приведения в движение механизма даты со стрелками с помощью гибкой пластины, образующей колесо 1.
Для облегчения процесса сборки и чтобы избежать установки зуба шестерни на неправильной стороне упругого кронштейна или даже поломки гибкого кронштейна, колесо 10 преимущественно имеет небольшие крючки 89 на конце жестких зубьев 81, которые взаимодействуют с упругими полосками 4. Целью является получение правильной стороны упругой полоски 4, которая имеет первое отверстие 91, значительно большее, чем второе отверстие 92 на другой стороне, как видно на фиг.14. Таким образом, во время сборки зубья 71 противоположного колеса 7 легко устанавливать в правильное место.
Гибкое колесо 10, выполненное согласно данному изобретению, предназначено для работы в обоих направлениях. На фиг.11 показан пример применения с этим типом колеса 10, которое входит в зацепление с двумя шестернями: центральной шестерней 701, обеспечивающей крутящий момент, который необходимо передавать. Эта шестерня 701 приводит во вращение колесо 10, которое, в свою очередь, приводит в движение малую секундную шестерню 702, на которой расположена приводимая в движение малая секундная стрелка. Соответственно, зубчатый венец колеса 10 не взаимодействует тем же самым образом с центральной шестерней 701, как он взаимодействует с малой секундной шестерней 702. В первом случае упругие полоски 4 всегда деформируются насколько это возможно до тех пор, пока они не коснутся жесткой части, образованной ближайшим зубом 81. Этот контакт не должен затем вызвать заклинивание, в частности, когда расстояние между центрами выполнено с минимальным допуском, тогда как во втором случае упругие полоски 4 не входят в принципе в контакт с жесткими частями 81 или 85, за исключением того случая, когда происходит удар. Конечно же, в обоих этих зубчатых зацеплениях никогда не должно быть никакого люфта.
Противоположное колесо 7 может быть выполнено с различными типами зубьев, в частности, но не ограничивая рамок данного изобретения:
- либо с очень широкими зубьями, почти квадратного профиля, способствующего уменьшению люфта. Этот профиль предназначен скорее для уменьшения люфта, чем для обеспечения улучшенной передачи крутящего момента и эффективности в соотношении передаваемого момента и выхода годных деталей;
- либо со стандартным эвольвентным профилем, который более полезен для эффективности передачи крутящего момента, чем для решения проблемы люфта. Конечное положение упругой полоски должно затем быть отрегулировано для исключения люфта также с этим профилем.
Методология конструирования является сложной и требует долгих имитаций моделирования и итераций. Начиная со стандартных жестких профилей, форму упругой полоски, которая исключает люфт, рисуют с минимальным расстоянием между центрами. Имитационная проверка касается всех угловых положений расстояния между центрами. В каждом угловом положении проверяется, что отсутствует люфт, и профиль полоски модифицируется для достижения этого первого условия. Следующая проверка касается имитации в обоих направлениях вращения. В частности, когда противоположное колесо 7 вращается, проверяется, прижимается ли упругая полоска 4 к обоим зубьям, которые образуют жесткую часть, и вызывает ли этот контакт какое-либо заклинивание или нежелательные напряжения в упругих полосках. Эта имитация должна выполняться во всех угловых положениях и на различных расстояниях между центрами, между минимальным расстоянием между центрами и максимальным расстоянием между центрами. Профиль корректируют столько раз, сколько необходимо для достижения желаемого результата.
В случае для примера, показанного на фиг.11, где приходится иметь дело со значительными нагрузками в отношении отбора крутящего момента и стойкости к ударным нагрузкам, форма жесткой и гибкой частей должна быть дополнительно оптимизирована, и в частности упругие полоски 4 должны быть удлинены, чтобы сделать их более гибкими, и изогнуты для того, чтобы удерживать жесткую часть достаточно широкой внизу зубьев для сопротивления ударам.
Согласно этим вариантам, упругая полоска 4 занимает изменяющееся положение в зазоре между двумя ближайшими жесткими зубьями 81 и 85.
На фиг.12 показан вариант, в котором в неограниченной конфигурации в положении покоя свободные пространства и концы полоски 4 и зубьев 81 и 85 распределены следующим образом:
- весь угловой сегмент, начинающийся от центра ΩRF гибкого колеса 10, ограничен между радиусом R1, касательным к выступающей точке 82 первого зуба 81 на стороне полоски 4, и между аналогичным радиусом R10 следующей группы зубьев. Колесо 10 показано здесь в предпочтительном, но не ограничивающем рамки изобретения варианте осуществления данного изобретения, в котором оно образовано набором групп идентичных зубьев, расположенных периодически на периферии колеса. Этот угловой сегмент делится между пятью сегментами по существу равной угловой амплитуды:
- первый сегмент, расположенный между радиусом R1 и радиусом R2, проходящим через основание 41 следующей полоски 4. Этот сегмент содержит весь первый зуб 81;
- второй сегмент между радиусом R2 и радиусом R3, касательным относительно второго зуба 85 на стороне полости 87 зуба в точке 870. Этот сегмент соответствует всей полости 87 зуба;
- третий сегмент между радиусом R3 и радиусом R4, касательным относительно другой стороны второго зуба 85 в точке 860. Этот сегмент содержит весь второй зуб 85;
- четвертый сегмент между радиусом R4 и радиусом R5, касательным относительно упругой полоски 4 в выступающей точке 491 на ее стороне, направленной в сторону второго зуба 85. Этот сегмент является пустым;
- пятый сегмент между радиусом R5 и радиусом R10. Этот сегмент содержит весь дальний конец 47 полоски 4.
На фиг.13 показан вариант, в котором в неограниченной конфигурации в состоянии покоя свободные пространства и концы полоски 4 и зубьев 81 и 85 распределены следующим образом:
- весь угловой сегмент, начинающийся от центра QRF гибкого колеса 10, расположен между радиусом R1, проходящим через полоску 4 группы соответствующих зубьев и касательным относительно выступающей точки 82 первого зуба 81 на стороне полоски 4, и между аналогичным радиусом R10 следующей группы зубьев. Колесо 10 показано здесь в предпочтительном, но не ограничивающем рамки изобретения варианте осуществления данного изобретения, в котором он образован набором групп идентичных зубьев, расположенных периодически на периферии колеса. Этот весь угловой сегмент делится между пятью сегментами по существу равной угловой амплитуды:
- первый сегмент, расположенный между радиусом R1 и радиусом R2, определяющий с ним весь пятый угловой сегмент. Этот сегмент содержит весь первый зуб 81;
- второй сегмент между радиусом R2 и радиусом R3, касательным относительно второго зуба 85 на стороне полости 87 зуба в точке 870. Этот сегмент соответствует всей полости 87 зуба;
- третий сегмент между радиусом R3 и радиусом R4, касательным относительно другой стороны второго зуба 85 в точке 860. Этот сегмент содержит весь второй зуб 85;
- четвертый сегмент между радиусом R4 и радиусом R5, выходящим из внутреннего конца 51 передней впадины 5 следующей группы зубьев. Этот сегмент является пустым;
- пятый сегмент между радиусом R5 и радиусом R10. Этот сегмент содержит весь дальний конец 47 полоски 4.
Данное изобретение также касается ходового механизма 300 часов, включающего в себя по меньшей мере один ходовой механизм 200 часов этого типа и/или по меньшей мере одну зубчатую передачу 100 этого типа.