浅谈齿形的质量对手表走时的影响

机械手表是一种精密的机械计时工具。一只普通的自动机械表表机心包含有原动系统、主传动系统、走针系统、调速系统、上条拨针系统和自动系统，有的还包含有日历部分。在手表的这些系统中，大部分都含有齿轮，高质量的齿轮对手表的精准工作有着非常重要的作用。我结合我的工作，分析一下手表齿轮中齿形的质量对手表机心走时的影响。

手表中齿轮的齿形历经了很多演变，在早起怀表中是比较直的齿形进行传动，齿形经过漫长的发展演变，现在海鸥公司使用的是一种标准的钟表齿形。现代的钟表齿形是从摆线齿形演变而来，叫做修正摆线齿形或者叫圆弧齿形。这种齿形是为了便于设计制造，同时改善手表传动的性能，将摆线齿形进行了修正，使用近似的圆弧来代替摆线而形成的一种齿形。随着科技的进步，我也了解到一些瑞士和日本的手表机心中的齿形已经与摆线齿形相脱离，与我们海鸥还在使用的圆弧齿形有很大的差别。下面我仅以海鸥公司正在使用的圆弧齿形的质量，分析一下对手表走时的影响。

手表的齿形，按照使用功能的不同也是有区分的。有单向传动和双向传动的。主传动部分、上条部分的齿轮都是单向传动的;拨针、走针部分正常走时的时候是单向传动，调整时间的时候是双向传动的;自动结构中按照单向上弦和双向上弦的不同，其传动齿轮有的是单向传动，有的是双向传动。

以手表的主传动齿轮为例，其齿形有几个特点：

1. 机械手表的主传动轮系是增速运动;

2. 机械手表的主传动轮系是间歇运动，每次跳动都会有相应的齿形冲击;

3. 机械手表的主传动轮系需要长时间运行，因此要求耐磨性比较好;

4. 由于机心空间有限，齿轮的传动比都比较大，通常都在6：1以上，齿轴的齿数都很少，齿数大多在在6～20之间，这种小齿数的齿形也是普通渐开线齿形由于有根切的问题而无法使用的原因之一;

5. 圆弧齿形对中心距的要求比渐开线齿形要求高;

6. 圆弧齿形拥有比较高的传动效率，通常都在96%以上;

7. 传动的齿形模数都比较小，有的可以小到0.06，因此齿形都很小。

综合以上几个特点可以看出，主传动齿轮对齿形的要求是很高的。齿形啮合中使用的部分绝大多数是齿尖的圆弧面和直线段，齿顶圆弧使用的情况较少，因此在检验的过程中也是重点要对齿形的节圆部分尺寸进行重点关注，齿形要完整、对称，齿厚要符合尺寸要求，齿形的节距要符合要求。在检验齿形的时候，一般都需要使用投影仪放大100倍来检测，因此轮片的齿形通常不能完整的检验，需要分段进行，而后使用小倍数的20倍或者50倍的投影来检测同心度等尺寸，这其中就可能造成检测的误差。另外投影机的检测无法看清齿形的断面，还需要使用双管实体放大镜来观察齿形的光洁度。

在齿形的制造过程中，齿形加工后会产生毛刺，在去刺的过程中也会对齿形造成二次伤害，造成齿形碰损、变形、光洁度缺失等等问题。因此还是一次性加工完成是最佳选择。齿形如果有缺损都缺陷就会对齿轮的啮合产生不必要的阻力，假如是出现在秒轮上那么对机心的运转影响更大，直接的表现可能是出现周期性的摆幅不稳定，极端情况下手表也会停止运行。

齿形对中心孔的偏差是决定齿轮跟齿轴结合后是否同心的重要指标，齿轮在零件阶段的齿形同心度的要求必须高于跟部件结合后的同心度要求，否則很难保证零件的合格。例如齿轮部件上的径向跳动是0.024，那么轮片的齿形对中心孔的径向跳动要保证在0.015才行。齿形的径向跳动直接影响着手表的运转，过大的径向跳动会导致齿轮和齿轴啮合位置的偏移，时而深时而浅，导致啮合的不平稳，极端情况下产生脱啮或者卡死的情况。

主传动轮系中的轮片与齿轴的啮合过程是两个齿形产生相对的滚动或者滑动摩擦的过程，理想情况下是全部都是滚动摩擦。这样的啮合状态对齿形的光洁度就有着比较高的要求。通常情况下，齿轴的光洁度都要求在0.1以上，而轮片齿形的光洁度要求在0.4以上。这个指标是越高越高，但是也要同时满足生产设备的能力。我们海鸥的齿形加工不是很先进，轴持的加工也缺乏齿形抛光工艺，因此对机心的走时也是会产生影响的。

主传动轮系中还有一个特殊的齿形，就是擒纵轮片的齿形。这个齿形不是用于常规的啮合传动，而是与擒纵叉上的叉瓦产生释放、传冲、跌落、牵引、锁接（了解这几个过程）的过程的轮片，用于不断给摆轮调速系统补充能量。手表中的杠杆式擒纵结构的传动效率不高，其中擒纵轮片的齿形的精度对传动效率有着至关重要的作用。擒纵轮片的齿形要求光洁度非常高，齿顶部分还要有减轻摩擦的斜坡，每个齿形的节距都直接影响擒纵叉能否正常工作。因此这个擒纵轮片的齿形是所有齿形中要求最高的。目前我们制作的擒纵轮齿形的光洁度还是不好，缺少磨光的环节，对手表的走时有不小的影响。

手表零件中的其他齿轮对手表的走时精度的影响相比主传动零件要小很多。例如走针系统旋转速度很慢，分针一天也仅仅是旋转24圈，时针是一天2圈。上条、自动轮系都是间歇运动，仅仅是为机心补充能量，而拨针轮系使用频率更低，对走时的影响更可以忽略不计。

总的来说，手表的主传动轮系是关系到手表走时精度高低，其齿轮齿形的质量是其中一个重要的关键点。我的日常工作是做零件的检验工作，我想只有了解了手表零件的工作原理以及在手表机心中起到的作用才能更好的指导我的检验工作。我也是在日常的工作中不断钻研手表原理了解到齿轮的作用。以上的论述是我的一点粗浅认识，请指正。

作者简介：

王雨辰（1988.08--），性别：女，籍贯：天津人，学历：本科，毕业于湖南工程学院，现有职称：初级工程师，研究方向：精密机械;