淺析機(jī)械設(shè)計(jì)中齒輪傳動側(cè)隙的解決方法

馬博

摘 要：齒輪具有改變運(yùn)動方向和運(yùn)動速度，以及傳遞動力的作用。齒輪在船舶、能源、制造、汽車等行業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備中廣泛地得到應(yīng)用。隨著各個領(lǐng)域技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，對高質(zhì)量齒輪的制造的要求也越來越高。為了有效提高齒輪傳動的傳動率以及精度，文章簡要地介紹了在齒輪的傳動作用中，通過對齒輪傳動側(cè)隙所產(chǎn)生的問題提出了解決側(cè)隙的有效方法。

關(guān)鍵詞：傳動；側(cè)隙；齒輪；嚙合狀態(tài)；設(shè)計(jì)問題；放大補(bǔ)償

齒輪從東漢時期的指南車開始被人們逐漸應(yīng)用，經(jīng)歷了許多年代，齒輪的形式以及作用都在不斷地演變和發(fā)展。有齒，并可以相互嚙合的機(jī)械零部件就是齒輪。按照齒輪的制造方法可以將齒輪分為燒結(jié)齒輪、軋制齒輪、切制齒輪、鑄造齒輪等；按照齒線的形狀可將齒輪分為曲線齒輪、人字齒輪、斜齒輪、直齒輪等；按照輪齒所處表面可將齒輪分為內(nèi)齒輪和外齒輪；按照齒輪的外形將能夠?qū)X輪分為蝸桿齒輪、非圓齒輪、錐齒輪、圓柱齒輪等等；再如按照齒廓曲線可將其分為圓弧齒輪、擺線齒輪、開線齒輪等。齒輪其結(jié)構(gòu)包括模數(shù)、周節(jié)即齒距、齒厚、齒廓、分度圓、齒根圓、齒頂圓、齒槽即齒間，輪齒等。

一、齒輪傳動側(cè)隙的優(yōu)劣

既然文章是對機(jī)械設(shè)計(jì)中齒輪法向側(cè)隙的解決方法進(jìn)行討論，那我們就先來了解一下什么是齒輪側(cè)隙。在2個齒輪互相嚙合的狀態(tài)下，齒輪與齒輪在接觸時，第二個齒輪和前一齒輪相互咬合的齒所鄰近的齒在分度圓上的間隙稱為齒輪側(cè)隙。在常溫的狀態(tài)下，齒輪與齒輪的嚙合如果沒有側(cè)隙的存在就會出現(xiàn)咬死的現(xiàn)象。在實(shí)際的齒輪運(yùn)行中，隨著機(jī)械工作過程中溫度的逐漸上升，理論上應(yīng)該為零的齒輪側(cè)隙就會隨著溫度的升高而間隙變大。因此，側(cè)隙的產(chǎn)生也是正常現(xiàn)象，而且，側(cè)隙中可以保留儲油的空間，這些都是齒輪側(cè)隙的特點(diǎn)。但是，側(cè)隙也會出現(xiàn)在齒輪轉(zhuǎn)向時的回程誤差，以至于給齒輪帶來沖擊影響，這就是齒輪側(cè)隙的劣勢所在。側(cè)隙過于窄小會因儲油空間不足導(dǎo)致潤滑不良，而且會容易造成齒輪咬死。如果想要減小回程誤差，就得適當(dāng)縮小側(cè)隙。但是側(cè)隙也不能過大，太大的側(cè)隙就會嚴(yán)重影響齒輪的工作狀態(tài)了。

二、齒輪側(cè)隙的設(shè)計(jì)問題

根據(jù)測量基礎(chǔ)齒厚與最大實(shí)效齒厚的偏差沒有實(shí)質(zhì)上的區(qū)別，它們都說明了實(shí)際的齒厚受到齒厚偏差的影響，或者齒厚受到端面實(shí)效齒厚偏差的影響。按照最小側(cè)隙的計(jì)算方法來看，真正能夠判斷齒厚的并不是上述2種情況，而是要根據(jù)最大檢測半徑來進(jìn)行齒厚的判斷。因此，我們應(yīng)該先充分思考齒厚的判斷標(biāo)準(zhǔn)，在對齒輪側(cè)隙進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三、齒輪傳動側(cè)隙的計(jì)算

我們要先考慮到2個因素，然后再對齒輪的最小側(cè)隙進(jìn)行計(jì)算，一個因素是齒輪傳動溫度，另一個因素是保證潤滑作用正常的側(cè)隙值，這個側(cè)隙值是由齒輪的速度以及潤滑的方式來決定。由此我們可以得出一個結(jié)果，那就是齒輪的最小側(cè)隙是2個因素的總和，溫度和材料的不同會直接對側(cè)隙值產(chǎn)生影響。為了有效防止齒輪的兩邊輪被卡住，應(yīng)確保齒面具有良好潤滑效果，這樣就能夠使存在適當(dāng)側(cè)隙的齒輪進(jìn)行正常的傳動工作。不僅如此，還可以對齒輪安裝、加工誤差以及齒輪在傳動的過程中所受的彈性變形、熱變形對齒輪傳動的影響進(jìn)行有效補(bǔ)償。

四、解決齒輪側(cè)隙的方法

過大的側(cè)隙會對精度要求較高的機(jī)械作業(yè)造成極大的障礙，盡管齒輪傳動側(cè)隙能夠給儲油空間提供潤滑效果，但是，針對過大的齒輪間隙我們還是要進(jìn)行必要的處理工作。

1.放大補(bǔ)償齒輪誤差

對傳動鏈的補(bǔ)償是十分重要的，因?yàn)閷τ邶X輪的傳動而言，傳動鏈的間隙會對其產(chǎn)生極大影響。我們首先要嚴(yán)密地測量誤差。整個測量過程的基礎(chǔ)就是機(jī)械原點(diǎn)，在對機(jī)械原點(diǎn)進(jìn)行確定后，測量誤差，誤差的補(bǔ)償通過測量誤差得出的值來進(jìn)行。為了最終能夠消除過大的齒輪傳動側(cè)隙，有效提高誤差的補(bǔ)償精度以及測量準(zhǔn)確度，我們必須在統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行誤差的補(bǔ)償以及測量。

2.渦輪蝸桿的傳動

蝸輪蝸桿主要作用是在2軸之間傳遞動力，其適合于2軸成九十度角，并且不平行也不想交的情況下使用。蝸輪蝸桿的被動件是蝸桿，主動件是渦輪，其傳動方式能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖，具有承載能力較強(qiáng)，沒有噪聲，運(yùn)行平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。渦桿的運(yùn)動由蝸輪來帶動，其機(jī)械具備了反向自鎖性能，自鎖條件為：嚙合齒之間的摩擦角度大于蝸桿的角度。

3.使用斜齒輪

采用軸向簧錯齒消除齒輪間隙，或者使用墊片錯齒調(diào)整齒輪間隙的措施就是斜齒輪。軸向壓簧錯齒方法能夠提高傳動精度，自動對齒輪產(chǎn)生的側(cè)隙進(jìn)行有效補(bǔ)償，在壓簧作用條件下，該方法錯開分布螺旋線，靠緊了預(yù)寬齒輪互相咬合的2個薄片齒輪。墊片錯齒調(diào)整方法的結(jié)構(gòu)非常簡單，它在與寬齒輪咬合的2個薄齒輪之間放置了墊片，使用這種方法能夠降低噪音，使齒輪實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)傳動，2輪齒廓的接觸線經(jīng)過了進(jìn)入嚙合狀態(tài)，再脫離嚙合狀態(tài)的過程從短變長，再變短的過程。

4.彈力補(bǔ)償消除側(cè)隙法

當(dāng)齒輪傳動系統(tǒng)處于反向狀態(tài)時，齒輪傳動作用產(chǎn)生的側(cè)隙會使傳動動作滯后，一旦齒輪發(fā)生了滯后，就會對其傳動精度產(chǎn)生不良影響。對此，我們可以采用橡膠彈簧來對其進(jìn)行有效補(bǔ)償。之所以選用橡膠彈簧是因?yàn)?，橡膠彈簧能夠吸收振動以及沖擊，在加載后也能形成較大彈性變形空間，彈性模量小，具有以上特點(diǎn)的橡膠彈簧在減振方面的效果十分好。當(dāng)橡膠彈簧被壓縮變形，其結(jié)構(gòu)變小，齒輪最大傳遞力矩的軸向分力會小于橡膠彈簧的彈力。

五、結(jié)語

為了提高齒輪傳動的精度，我們必須要嚴(yán)格控制齒輪傳動側(cè)隙的大小。通過改變齒輪的零部件、改變齒輪的種類等等方法，我們可以控制齒輪的傳動側(cè)隙。在齒輪的設(shè)計(jì)中，齒輪傳動側(cè)隙的作用是十分顯著的，但是齒輪側(cè)隙過大或過小都對齒輪傳動工作帶來不利影響，所以說，齒輪的側(cè)隙并不是越小越好，或是越大越好。我們必須要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算來得出齒輪的最小側(cè)隙。齒輪的側(cè)隙要根據(jù)齒輪中距精度、齒輪工作時溫度、箱的材料、齒輪的模數(shù)等方法來進(jìn)行有效計(jì)算，才能真正解決機(jī)械設(shè)計(jì)中齒輪傳動側(cè)隙存在的問題。

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