齒輪齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)方法應(yīng)用研究

買志學(xué)，何捷軍，嚴(yán)生輝

（共享智能裝備有限公司，寧夏 銀川 750021）

機(jī)械傳動(dòng)主要是指利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以將動(dòng)力所提供的運(yùn)動(dòng)的方式、方向或速度加以改變，被人們有目的地加以利用。

機(jī)械傳動(dòng)主要的傳動(dòng)方式有三種：齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)。

齒輪傳動(dòng)是指由齒輪副傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置，可以由齒輪與齒輪嚙合傳動(dòng)，也可以由齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)，它是現(xiàn)代各種設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)方式。其傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)。

齒輪傳動(dòng)精度不達(dá)標(biāo)的情況，有三個(gè)方面：齒輪自身精度、加工件加工精度、裝配精度。

本論文主要論述現(xiàn)有的齒輪嚙合間隙調(diào)節(jié)方式，提出一種偏心銷結(jié)構(gòu)的間隙調(diào)節(jié)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)齒輪與齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)繁瑣問題，簡(jiǎn)化嚙合間隙調(diào)節(jié)時(shí)不必要的操作，達(dá)到安裝及維護(hù)簡(jiǎn)便的作用。

1 齒輪齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)方式

齒輪與齒條的嚙合間隙直接會(huì)影響到其傳動(dòng)精度，齒輪是圓的，齒條是長(zhǎng)的，齒輪的齒形是曲線（漸開線），而齒條的齒形是直線，齒輪的運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)即圓周運(yùn)動(dòng)，而齒條的運(yùn)動(dòng)是移動(dòng)即直線運(yùn)動(dòng)。齒輪作為主傳動(dòng)，與齒條嚙合帶動(dòng)某個(gè)部件做直線運(yùn)動(dòng)。

間隙調(diào)節(jié)目前具有三種形式：腰形孔+螺栓調(diào)整、精密墊片調(diào)整、偏心輪調(diào)整。

1.1 腰形孔+螺栓調(diào)整

腰形孔+螺栓調(diào)整是最為常見的調(diào)整方式。該調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，且對(duì)工件的加工要求不高，成本也相對(duì)較低，成為首選方案。

工作原理是通過上下兩側(cè)的螺栓調(diào)整齒輪與齒條的中心距?？此坪芎?jiǎn)單，實(shí)際上要規(guī)范調(diào)整好齒輪齒條的間隙需要借助千分表等工具，才能確定間隙是否符合要求，大部分工廠還是通過裝配人員的感覺去調(diào)整。其實(shí)使用效果及壽命很大程度上是取決于裝配的精度（前提是產(chǎn)品質(zhì)量、機(jī)架加工符合要求），德國(guó)的設(shè)備，相同配置，之所以使用效果及壽命更為突出，主要是有完善的工序、制程為基礎(chǔ)。

1.2 精密墊片調(diào)整

精密墊片調(diào)整需要根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需求來選用，精密墊片調(diào)整工作量看似比較大，但是每次調(diào)整的精度都比較精準(zhǔn)，一般2～3 次調(diào)整就可以完成，從效率上應(yīng)該還是比較高的，但是對(duì)裝配人員的技術(shù)要求也比較高。

工作原理是通過在安裝支架與滑臺(tái)之間加減精密墊片（或者更換不同厚度的墊片）來調(diào)整間隙，采用該方式調(diào)整間隙時(shí)，建議通過千分表等工具檢測(cè)間隙，可以較好的調(diào)整到位，不宜憑感覺調(diào)整。該接觸面對(duì)加工精度要求較高，同時(shí)安裝支架的垂直度要設(shè)計(jì)公差要求，保證齒輪齒條的平行度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 偏心輪調(diào)整

偏心輪調(diào)整主要應(yīng)用在重載的場(chǎng)合，調(diào)整難度較高一般也是大部分應(yīng)用首先的設(shè)計(jì)。該調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，且對(duì)工件的加工要求不高，成本也相對(duì)較低，成為首先方案。

工作原理是由于中間齒輪與偏心輪的固定螺孔有中心偏移的，使得偏心輪在不同的位置都會(huì)改變齒輪齒條的中心距，即只要通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪使之與滑臺(tái)的不同螺孔配合，即可調(diào)整齒輪齒條的間隙。當(dāng)偏心距設(shè)計(jì)越小，調(diào)整精度越高，同時(shí)對(duì)加工件的加工要求也更高，該方式對(duì)加工精度要求最高，整體成本也是最高的，但在承載能力方面是比較突出的。

2 加砂小車齒輪齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)方法研究

2.1 3D 打印集中供砂系統(tǒng)加砂小車齒輪齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

3D 打印集中供砂系統(tǒng)是配套工業(yè)級(jí)鑄造砂型3D 打印機(jī)使用，為打印機(jī)提供混合固化劑后的砂子，該設(shè)備混砂效率高，可供多臺(tái)打印機(jī)同時(shí)使用，從而代替了每臺(tái)打印機(jī)自身的混砂機(jī)構(gòu)。加砂小車作為集中供砂系統(tǒng)的重要組成部分，3D 打印機(jī)所需的砂子都需要加砂小車去運(yùn)輸，而加砂小車是靠電機(jī)帶動(dòng)齒輪與齒條的嚙合運(yùn)動(dòng)，使得加砂小車沿導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)，齒輪與齒條之間嚙合間隙如果不合適，會(huì)直接影響到運(yùn)砂的效率以及安全性，進(jìn)而影響到打印機(jī)的生產(chǎn)成本及安全。

目前，加砂小車齒輪齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)方法主要采用偏心輪調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)主體是一塊帶兩組中心螺孔的連接法蘭，兩組螺孔中心存在偏移，如圖1所示，一般中心齒輪與內(nèi)圈螺孔固定，外圈與固定連接板固定。通過旋轉(zhuǎn)偏心輪以達(dá)到調(diào)節(jié)齒輪與齒條間隙的作用。

圖1 偏心輪主視圖

該方法調(diào)節(jié)繁瑣，需要拆掉外圈與連接板固定的所有螺栓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整合適后重新固定所有螺栓。

2.2 偏心調(diào)節(jié)方法原理及優(yōu)點(diǎn)

本文所述偏心調(diào)節(jié)方法與偏心輪調(diào)節(jié)的區(qū)別在于：偏心調(diào)節(jié)是利用偏心銷的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電機(jī)連接板及電機(jī)整體平行移動(dòng)，使得齒輪齒條嚙合間隙得到調(diào)整，調(diào)節(jié)的源頭只是偏心銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，操作簡(jiǎn)便。而偏心輪調(diào)節(jié)是整個(gè)偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電機(jī)連接連接板及電機(jī)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，操作繁瑣。

本文所述的偏心調(diào)節(jié)方法，其裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括電機(jī)、電機(jī)連接板、偏心銷、鎖緊螺母、齒輪、導(dǎo)軌平臺(tái)、齒條、支撐板、緊固螺栓。

圖2 間隙調(diào)節(jié)裝置

電機(jī)與電機(jī)連接板通過螺栓連接，此連接是固定鎖緊的；電機(jī)連接板（橢圓調(diào)節(jié)孔）與支撐板（螺紋孔）通過緊固螺栓連接，此連接是可調(diào)節(jié)的，未調(diào)節(jié)齒輪齒條間隙時(shí)緊固螺栓不鎖緊；偏心銷穿插在電機(jī)連接板、支撐板上，偏心銷與連接板的接觸區(qū)域?yàn)槠膱A柱，旋轉(zhuǎn)偏心銷的角度可帶動(dòng)電機(jī)連接板平移，電機(jī)連接板上的橢圓調(diào)節(jié)孔與支撐板上的螺紋孔的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)齒輪與齒條間隙合適后，通過鎖緊螺母固定偏心銷，同時(shí)鎖緊緊固螺栓；齒輪與電機(jī)連接，此連接是同軸心的，由電機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)；齒條固定在導(dǎo)軌平臺(tái)上，導(dǎo)軌平臺(tái)及齒條是不能活動(dòng)的。

電機(jī)、電機(jī)連接板、齒輪三者是連接在一起的，由電機(jī)連接板與支撐板通過偏心銷、緊固螺栓連接，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)偏心銷的角度，偏心結(jié)構(gòu)帶動(dòng)電機(jī)連接板平移，即電機(jī)、齒輪相應(yīng)的平移運(yùn)動(dòng)，使齒輪與齒條的間隙發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)嚙合間隙的作用。

本文中論述的間隙調(diào)節(jié)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于只需要將緊固螺栓調(diào)整至松動(dòng)狀態(tài)，不用完全拆除，待偏心銷旋轉(zhuǎn)一定角度，使得間隙滿足精度要求時(shí)，即鎖緊所有相關(guān)的螺栓即可。操作簡(jiǎn)便，節(jié)省成本。

2.3 應(yīng)用效果

本文所述間隙調(diào)節(jié)方式在3D 打印集中供砂設(shè)備上得到驗(yàn)證和應(yīng)用，在實(shí)際使用中，供砂小車由原來的偏心輪結(jié)構(gòu)變更為偏心銷結(jié)構(gòu)。在成本方面，偏心銷相較于偏心輪結(jié)構(gòu)，其加工制作簡(jiǎn)單、費(fèi)用降低80%；在應(yīng)用方面，由原本繁瑣的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)而變?yōu)檩p巧、簡(jiǎn)便的方式，節(jié)省了人員的時(shí)間，工作效率顯著提升。

本文所述齒輪齒條間隙調(diào)節(jié)方式需注意以下方面：1）調(diào)節(jié)前需先松開電機(jī)連接板與支撐板之間的螺栓，再松開偏心銷的鎖緊螺母；2）調(diào)整后需先鎖緊偏心銷鎖緊螺母，再緊固電機(jī)連接板與支撐板之間的螺栓。

3 結(jié)論

通過與現(xiàn)有齒輪齒條嚙合間隙調(diào)節(jié)方式的分析對(duì)比，間隙調(diào)節(jié)方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)節(jié)齒輪與齒條間隙繁瑣的問題；偏心調(diào)節(jié)方法，簡(jiǎn)化了齒輪與齒條間隙調(diào)節(jié)功能，達(dá)到了安裝及維護(hù)簡(jiǎn)便的作用，為設(shè)計(jì)人員提供一種可參考的間隙調(diào)節(jié)方法，從而可以更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。