手表齒輪輪片的相關(guān)參數(shù)計(jì)算

文 / 王劍勇 席戰(zhàn)輝 張磊

圖片來(lái)源 / 作者拍攝

摘要從航天衛(wèi)星零件到鐘表機(jī)心零件，都需經(jīng)過(guò)一些精密車床加工來(lái)完成。鐘表車床，鐘表業(yè)內(nèi)稱為“小擺車”，是一些鐘表維修大咖或獨(dú)立制表師非常熟悉的操作機(jī)器。鐘表車床主體構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，也利于操作，大致可分為四部分：即車床導(dǎo)軌、車頭、車刀架及頂針座。這種鐘表車床結(jié)構(gòu)小巧，操作方便，可以完成鐘表零件上的各種車削加工和銑齒等功能，可以完成銑平面、銑槽、分度銑削和刻線，用成型刀加工鐘表齒輪及磨削內(nèi)外圓、平面和小刀具刃磨等等。

手表齒輪材料的選擇要考慮到機(jī)械物理化學(xué)性能，如硬度、強(qiáng)度、耐磨性、磁性能、彈性模量、溫度系數(shù)、輸出力矩、耐腐蝕等。還要考慮到加工性能，如易切削、拉伸、拋光、熱處理等。

輪片材料一般選擇為HPb63-3 (HPb60-2、HPb59-1)。在一些創(chuàng)新手表技術(shù)品牌里，如瑞士Quinting手表就用很薄的圓盤狀的藍(lán)寶石水晶重疊在一起組成藍(lán)寶石水晶齒輪，該齒輪經(jīng)過(guò)了金屬處理和防反射涂層處理，是很有新穎的視覺(jué)效果。

齒輪在手表正常運(yùn)轉(zhuǎn)中承擔(dān)了很重要的作用，把發(fā)條產(chǎn)的力矩由條盒輪傳遞到擒縱輪；把分針的運(yùn)動(dòng)傳遞到時(shí)針；上條時(shí)把柄軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到條軸；撥針等。

一般機(jī)械制造所采用的齒輪為漸開(kāi)線齒形。手表機(jī)構(gòu)中的齒輪傳動(dòng)絕大多數(shù)采用圓弧齒形，也叫鐘表齒形；從齒形發(fā)展歷史來(lái)看，這種齒形是由擺線齒形演變而來(lái)的，所以也叫修正擺線齒形。修正的目的：是為了改進(jìn)嚙合質(zhì)量和便于生產(chǎn)，以便更好的適應(yīng)鐘表機(jī)構(gòu)工作和生產(chǎn)上的要求。

齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，也需要計(jì)算它的幾何參數(shù)和尺寸。如設(shè)定已知數(shù)據(jù)：輪片齒數(shù)（z2=46），模數(shù)m=0.5；齠輪齒數(shù)（z1=15），模數(shù)m=0.5。根據(jù)計(jì)時(shí)儀器用齒輪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。

1. 中心距 A A=1 2m(z1+z2)=1 2×0.5(15+46)=15.25 2. 分度圓半徑 r2 r2=1 2mz2=1 2×0.5×46=11.5 3. 角周節(jié) τ2 τ2=2π z =2×π 46=7.83°4. 周節(jié) ρ2 ρ2= π·m=3.14×0.5=1.57 5. 中心圓半徑 rc2rc2=r2-Δrc2?·m=11.5-0.15×0.5=11.43

6. 齒頂圓弧半徑 ρa(bǔ)2 ρa(bǔ)2=ρa(bǔ)2? ·m=2×0.5=12 8. βc角 βc2r22+rc2 2+ρa(bǔ)2 2r2rc2 st2? z 11.52+11.432-12 46 180 π=3.03°10. 齒根圓半徑 rf2 rf2=r2-hf2?·m=11.5-1.3×0.5=10.8512. ηc2角 ηc2= π z2-Ψc2=3.14 46×180 π-1.99=1.92°13. 齒根圓弧半徑 ρf2 ρf2=rf2· sinηc2 1-sin ηc2=10.85× sin0.04 1-sin0.04=0.43?·m=1.57×0.5=0.785 st2 14. 端面齒厚st2=st2

計(jì)算完成進(jìn)行結(jié)果匯總

手表齒輪作為機(jī)心工作的重要部件，要發(fā)揮傳遞動(dòng)力、指示時(shí)間、上條、撥針等功能，所以齒輪的計(jì)算是至關(guān)重要的。

鐘表齒輪的加工工藝

1. 材料準(zhǔn)備

C6104小車床、銑刀、夾頭、頂針、工裝、車刀、尾架、易切鋼，直徑φ1.5毫米的高碳易切鋼圓棒（高耐磨，加工精度高，熱處理變形小，機(jī)械性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于精密鐘表零件制作）。

2. 粗加工流程

加工前，為了避免浪費(fèi)和易操作，我們首先截取適當(dāng)長(zhǎng)度的棒料。

調(diào)整齒輪銑刀架搖柄，銑削一定齒長(zhǎng)，后面的分度盤則用于固定齒數(shù)。銑齒過(guò)程本身很快，前期準(zhǔn)備工作機(jī)床調(diào)試更為耗時(shí)。

銑削好齒形的坯料夾在卡盤上，對(duì)加工好的齒輪規(guī)格進(jìn)行測(cè)量，并檢查齒輪間是否達(dá)到光潔度。

車削其中一端齒輪軸，使用千分尺檢查直徑，一端齒輪軸車削完成。固定齒輪棒料不動(dòng)，車削另一端齒輪軸時(shí)需要用到其他的工具，重新計(jì)算需要車削的長(zhǎng)度。千分尺就是為應(yīng)對(duì)這種情況特別制作，探頭纖薄，可伸入齒槽間，常規(guī)千分尺僅能測(cè)量齒頂圓直徑。

下來(lái)就可以將齒輪從坯料上切下。雛形齒輪加工完成后，需將所有加工痕跡擦除，進(jìn)行修飾性打磨。針對(duì)齒輪表層的打磨，不但具有實(shí)際應(yīng)用功能，還有審美上的提高。在機(jī)心內(nèi)任何一個(gè)小零件上的工藝處理，都是對(duì)制作機(jī)心時(shí)最細(xì)微細(xì)節(jié)注重的呈現(xiàn)，因此保證了高級(jí)制表的技術(shù)完美。

對(duì)齒輪進(jìn)行拋光，將樞軸邊緣打磨圓潤(rùn)。對(duì)毛坯齒輪的邊緣需輕微打磨，去除零件上的缺陷，讓齒輪間隙在運(yùn)行中保持流暢和持久。接下來(lái)再在顯微鏡下去除毛邊。然后是采用超聲波清洗齒輪。

3. 對(duì)鋼軸齒的再加工——烤藍(lán)

對(duì)鋼制零件烤藍(lán)最初的目的是為了防銹，延長(zhǎng)零件的壽命，可以達(dá)到幾十年不生銹，但漸漸的，這種色澤漂亮的金屬附層成為機(jī)心中的一種裝飾。鋼的藍(lán)色實(shí)際上是鋼的表層氧化層，當(dāng)鋼制零件被加熱到特定的溫度時(shí)會(huì)發(fā)生不同顏色的變化。不同的溫度會(huì)產(chǎn)生多種顏色，如稻黃色、棕色、紫色、藍(lán)色。這張照片解釋了不同的回火溫度和顏色。

將鋼材質(zhì)軸齒進(jìn)行烤藍(lán)。先準(zhǔn)備酒精燈、支架、石棉網(wǎng)、黃銅屑、鑷子、鋼材質(zhì)軸齒。

金屬表面務(wù)必洗凈和干燥以后，才能進(jìn)行“烤藍(lán)”處理。搭好支架，將黃銅屑放置在石棉網(wǎng)上，點(diǎn)燃支架下的酒精燈加熱黃銅屑；待溫度升高后，將鋼軸齒埋入黃銅屑中，注意需將鋼軸齒全部掩蓋住，這樣加工出來(lái)的顏色更加均勻。

來(lái)回旋轉(zhuǎn)加熱黃銅屑，以確保鋼軸齒的所有部分均勻加熱。隨著時(shí)間長(zhǎng)短，它會(huì)變成稻黃色，然后是深黃色，然后是棕色，紫色，深藍(lán)色，藍(lán)色，淺藍(lán)色和灰色。

在達(dá)到所需顏色后用鑷子快速取下鋼軸齒，并浸油缸中冷卻。鋼軸齒幾乎立即冷卻下來(lái)，保持燒制而成的顏色。制作藍(lán)鋼軸齒加熱的過(guò)程很快，加熱零件達(dá)到合適的溫度只需要幾秒鐘。大部分的工作都是在磨和清理鋼軸齒表層的準(zhǔn)備，或多次反復(fù)燒制零件以至達(dá)到合適的藍(lán)色。

注意：打磨鋼軸齒時(shí)遺漏在其表層的污漬、污垢或灰塵顆粒，都會(huì)導(dǎo)致零件受熱溫度不均勻，這些都可能導(dǎo)致有斑點(diǎn)的藍(lán)色。這意味著在達(dá)到完美藍(lán)色之前，軸齒時(shí)可能需要多次發(fā)藍(lán)，并且每次嘗試都必須再次對(duì)螺絲進(jìn)行打磨和清潔。