淺論齒輪傳動中的齒輪副側(cè)隙調(diào)整

崔明杰

摘 要：齒輪轉(zhuǎn)動時，為了保證齒輪安全穩(wěn)定的生產(chǎn)工作模式，常常需要考慮齒輪副的側(cè)隙大小，來保障齒輪副工作的穩(wěn)定性，也有一些精度要求過高的齒輪轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)中需要消除側(cè)隙，避免其造成的往復(fù)運(yùn)動而帶來的精度缺失。本文系統(tǒng)分析常見的的幾種影響齒輪副側(cè)隙的因素和計(jì)算方法，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上給出了幾種利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來調(diào)整側(cè)隙的方法，從而可以減少生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：齒輪傳動;側(cè)隙;調(diào)整

1齒輪副側(cè)隙概述

1.1 齒輪誤差來源

齒輪誤差的主要來源來自于：傳動時造成的齒輪間誤差、安裝時產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差、設(shè)計(jì)圖紙和施工之間的誤差、加工精度缺失而產(chǎn)生的誤差、受溫度影響造成的系統(tǒng)誤差等。其中，傳動時產(chǎn)生的誤差成為轉(zhuǎn)動誤差，常見于多輪工作時，與軸承、齒輪之間的的傳動鏈在輸出轉(zhuǎn)角和理論轉(zhuǎn)角不一致造成的誤差，記為Δφ。傳動鏈中，齒輪加工中的零部件和安裝都會造成齒輪加工誤差，不同齒輪的粗糙度、孔軸間隙值、滾動軸承與機(jī)架配合的公差帶及軸承動環(huán)的偏心值，都是單個齒輪中的切向綜合誤差ΔFi及裝置誤差所產(chǎn)生誤差集合。

1.2 齒輪副側(cè)隙定義及作用

齒輪副側(cè)隙是指在一對齒輪嚙合時，非工作齒面間的間隙。在齒輪傳動時，會產(chǎn)生摩擦作用而產(chǎn)生發(fā)熱碰撞現(xiàn)象，在受力下也會造成齒輪表面變形，如果采取合適的間隙就會補(bǔ)償其所產(chǎn)生的空隙，降低制造誤差，起到齒廓潤滑的作用。通常情況下，可以通過制造公差來保證齒輪副側(cè)隙大小。而在一些精度要求過高的齒輪轉(zhuǎn)動中，常見一些伺服系統(tǒng)，會出現(xiàn)因齒側(cè)間隙造成的傳動死區(qū)現(xiàn)象，造成閉環(huán)系統(tǒng)工作，這會造成齒輪系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性，因此，在這種精度高的伺服系統(tǒng)中通常要采取較低的齒側(cè)隙值、精度較高的齒輪副傳動，以便提升傳動精度，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2齒輪副側(cè)隙的分類

2.1法向側(cè)隙

法向側(cè)隙的定義為齒輪副接觸在工作齒面和非工作齒面之間的最小距離。其距離可以用塞尺和鉛絲沿一對齒輪嚙合線上進(jìn)行測量，也可以將鉛絲放置在齒輪齒間，通過千分尺測量壓扁的鉛絲厚度得出。

2.2圓周側(cè)隙

圓周側(cè)隙的定義是在一個副齒輪固定的情況下，測量另外一個齒輪的圓周晃動量。測量方法為兩齒沿著輪節(jié)圓周方向測量，首先要保持兩齒輪的表面要齒面貼合，在齒輪分度圓切線方向也可以放置指示表，并通過晃動該齒輪顯示指示表的晃動量，該數(shù)值就能表示圓周側(cè)隙大小。

2.3嚙合側(cè)隙

嚙合側(cè)隙是當(dāng)擺線輪與針輪位于正常的嚙合位置情況下，在統(tǒng)一水平連接點(diǎn)上測量擺線輪齒廓與針齒齒廓之間量度的最短距離。當(dāng)擺線輪輪齒和針輪輪齒嚙合時位于不同的相對位置，所得的嚙合側(cè)隙值也不盡相同。

2.4輪齒側(cè)隙

輪齒側(cè)隙可以用副輪和主輪的相對圓周晃動量來表示，常常用分度圓弧的弧長值計(jì)算。

3齒輪副側(cè)隙的計(jì)算

3.1齒輪副側(cè)隙的計(jì)算準(zhǔn)則

齒輪副側(cè)隙的獲取方式通常有以下兩類，一類是通過固定基齒厚制的極限偏差來改變齒輪的中心距來獲取相應(yīng)精度的最小極限側(cè)隙;一類是通過基中心制來改變齒厚，從而獲得不同程度的中心距極限差來保證可以通過不同程度的的齒厚度偏差得到相應(yīng)精度的最小極限側(cè)隙。

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動中可以通過一定的方法來得到不同程度的最小極限側(cè)隙?；剞D(zhuǎn)軸和小齒輪常配合使用，但是齒輪往往要承受大負(fù)荷的力度，這就要求小齒輪的厚度不能過于小，生產(chǎn)中也會有用正變位的方法來提高齒輪厚度，這種方法往往不能很好地調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的側(cè)隙，那么最有效調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的側(cè)隙方法是利用中心距的基本偏差變化來獲得相應(yīng)的最小極限側(cè)隙。

3.2齒輪副側(cè)隙的極限偏差計(jì)算

齒輪副側(cè)隙的極限偏差可以通過兩個指標(biāo)確定，分別為最大極限側(cè)隙jnmax與最小極限側(cè)隙jnmin。實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過調(diào)整中心距偏差和齒輪厚度的方法來得到滿足生產(chǎn)需要的齒輪副側(cè)隙。工業(yè)生產(chǎn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒厚極限差，安裝偏差數(shù)值大小分為字母C、D、E……S依次從小到大表示。這些字母可表示齒輪極限偏差fpt的倍數(shù)值。

通過上述方法可以方便地根據(jù)安裝規(guī)定所要求的側(cè)隙數(shù)值來推算生產(chǎn)加工所需的齒厚極限偏差和公法線長度極限偏差，反過來也可以通過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案中的定齒厚極限偏差和公法線長度極限偏差來反向推算出最小極限側(cè)隙和最大極限側(cè)隙，從而判斷生產(chǎn)出的規(guī)格是否符合廠家需求，進(jìn)而決定能否投入加工生產(chǎn)。可見，科學(xué)的計(jì)算方式可以給生產(chǎn)加工模式提供現(xiàn)實(shí)的使用價值。

4齒輪副側(cè)隙的調(diào)整方法

4.1柔性消隙法

柔性消隙法的常用方法包括：雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法以及斜齒輪軸向壓簧錯齒調(diào)整法。其中雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法是通過把一對嚙合齒輪的其中之一做成寬齒輪，而嚙合齒輪的另外一個則由兩片薄齒輪組成，并在寬齒輪齒槽的左右兩邊分別緊貼兩片薄齒輪的左齒側(cè)、右齒側(cè)，從而達(dá)到減小齒側(cè)間隙的目的。如果要達(dá)成反向時無死區(qū)出現(xiàn)的效果，可采用以下兩種方式：周向彈簧式或者可調(diào)拉簧式，其中周向彈簧式會因彈簧尺寸以及周向圓弧槽受到一定影響，因此不適用于驅(qū)動裝置，但是非常適用于讀數(shù)裝置。而斜齒輪軸向壓簧錯齒調(diào)整法具有一個很大的優(yōu)勢，能夠自動補(bǔ)償齒側(cè)隙，但也具備一些較為明顯的劣勢，比如結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

4.2差補(bǔ)消隙

通過測量得到機(jī)構(gòu)的返程間隙，在控制程序中對反轉(zhuǎn)進(jìn)行差補(bǔ)來減少返程定位誤差。這種方法簡單，但因?yàn)槊看畏党痰姆党涕g隙并不完全相同，所以這種消隙精度不高。

4.3雙伺服電機(jī)消隙

原理是用相同的兩臺電機(jī)分別帶動兩套完全相同的減速機(jī)構(gòu)，再由兩減速機(jī)構(gòu)的輸出小齒輪帶動主軸大齒輪傳動。通過電氣控制，使主軸大齒輪在啟動和換向的過程中始終受到偏置力矩的作用-兩個輸出小齒輪分別緊貼大齒輪的兩個相反的嚙合面，使主軸大齒輪不能在齒輪間隙中來回?cái)[動，從而達(dá)到消除間隙，提高系統(tǒng)精度的目的。

4.4調(diào)整方式評價

通過論述研究齒輪傳動中的齒輪副隙調(diào)整方法，有針對性的根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境選取相應(yīng)的方法，這樣的好處在于可以不加大齒輪精度的同時，提高齒輪的傳動精度，從而可以極大程度地降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)業(yè)效益。

5 結(jié)束語

齒輪正常轉(zhuǎn)動離不開齒輪副側(cè)隙的調(diào)整技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中，面對的情況要復(fù)雜的多，就齒輪來說，常常要考慮參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這也是為了安裝時方便選取相應(yīng)精度的齒輪。在安裝使用時，要仔細(xì)檢測齒輪的轉(zhuǎn)動精度，用合適的消隙方法，使其精度達(dá)到生產(chǎn)要求，從而盡可能地提高生產(chǎn)效益。

參考文獻(xiàn)：

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