論齒輪傳動中的齒輪副側隙調整

雍 東/浙江港都電子有限公司

論齒輪傳動中的齒輪副側隙調整

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齒輪副側隙是指1對齒輪嚙合時,非工作齒面間的間隙。適當的側隙是齒輪副工作的必要條件:它可以補償輪齒因受力變形和摩擦發熱而膨脹所引起的擠壓;補償制造和裝配的誤差;便于齒廓潤滑等。齒側間隙的存在會產生齒間沖擊，影響齒輪傳動的平穩性和載荷分布均勻性。

齒輪；副側隙；調整

一、齒輪傳動中的側隙作用

對于常用的漸開線齒輪，影響齒輪副側隙的因素，除了齒形加工精度外，齒輪副的中心距的變化將極大地影響齒輪副的側隙。為了保證齒輪副的側隙能達到設計的要求，除了齒形加工精度和中心距精度外，可以將齒輪副的中心距設計成可調的。提高齒形加工精度和中心距精度將增加制造成本；可調中心距的設計將使得機械結構變得復雜。應根據具體情況權衡利弊。

齒輪傳動中的側隙的作用是：齒側間隙可以彌補制造誤差，便于進入潤滑油。側隙的定義是：齒輪嚙合傳動時，為了在嚙合齒廓之間形成潤滑油膜，避免因輪齒摩檫發熱膨脹而卡死，齒廓之間必須留有間隙，此間隙稱為齒側間隙，簡稱側隙。獲得側隙的方法有兩種：一種是基齒厚制，即固定齒厚的極限偏差，通過改變中心距基本偏差來獲得不同的最小極限側隙；另一種方法是基中心制，即固定中心距的極限偏差，通過改變齒厚的上偏差來得到不同的最小極限側隙。齒輪傳動最小側隙的考慮因素有如下幾個方面： 1.在需要換向的齒輪機構（即，反向旋轉）中，同時對瞬時傳動比要求比較嚴格，或者，希望運動矢量保持一定的均衡性，則：需要考慮將齒輪的側隙做到越小越好，甚至做到0側隙。2.運動精度比較高的機構中，可以考慮將齒輪的側隙做到越小越好 3.有較大沖擊載荷的機構中，減小齒側隙，能夠降低沖擊載荷帶來的破壞性 4.精密機構中的齒輪 5.與總傳動比無關 6.與瞬時傳動比有關（在換向機構中，齒側隙大的瞬時傳動比不是一個定值，而是一個變數） 7.與運動精度有關，齒側隙越小，運動精度越高8.齒側隙越小，加工成本越高。

二、調整墊片厚度與齒輪副側隙的關系

弧齒錐齒輪副側隙對齒輪箱的使用壽命、傳動平穩性等影響極大,間隙太大,齒輪箱會產生噪聲、振動;間隙太小,會加劇輪齒的磨損,出現齒輪咬死甚至斷齒。因此,弧齒錐齒輪副側隙必須調整到合適大小。我們知道,通過改變齒輪的軸向位移可以改變齒輪副側隙的大小,調整墊片薄,側隙減小,調整墊片厚,側隙增大。在實際工作,一般采取的方法都是配磨調整墊片的厚度,調整墊修磨量究竟是多少,由于沒有理論依據,尺度很難把握。

圖1 錐齒輪各部名稱及代號

調整墊厚度與齒輪副側隙間有什么定量關系呢?下面進行理論推導。假如一個錐齒輪不動,另一個錐齒輪作軸向位移(即調整墊修磨量)。齒寬中點從A移到A'(圖2、圖3)，則該點處法向位移Sn和切向位移St，為

圖2 調整墊引起齒輪軸向位移及分解

切向分量St直接影響端面高度的變化，法向位移Sn。可以再次分解為接觸區域法向分量Sa和切向分量Sf，則Sa=Sn *sina。

齒輪副側隙就是工作面接觸時，非工作面間的最小距離，這個最小距離的方向就是壓力角方向。因此，位移Sa就是側隙變化量，與螺旋角月無關。

圖3 法向位移S。分解

圖4 齒輪端面未對齊

應該怎么分配調整墊磨削量呢?下面加以論述。等寬配對齒輪安裝過程中還要求齒寬與齒寬對齊，當齒輪端面不對齊時(圖4)，在磨削調整墊時要求端面高的齒輪調整墊磨削量大。由式(1)可知，齒輪的軸向位移也會影響端面高度的變化，對于大小齒輪有

假如齒輪副側隙需要減小。才能符合要求，齒輪端面高度差為△（圖4），對于正交弧齒錐齒輪傳動，因大齒輪高時△為正，小齒輪高時△為負，大小齒輪端面對齊時，△從式(3)、式(4)可以看出，兩個齒輪的軸向位移引起的齒輪副側隙變化Sa。與端面變動量St，是不同的，對側隙變化量的影響，S1比S2要敏感;對端面高度變化量的影響，S2比S1要敏感。一般來說，弧齒錐齒輪多用于兩軸相互垂直的場合，速比越大，數值相差越大，這種影響越明顯。如果齒輪嚙合時對端面高度不作要求，僅僅修磨單個調整墊片，用式(2)單個計算。

三、結語

在一般的齒輪傳動中,齒側間隙通常是由制造公差保證。但在要求傳動精度較高的精密齒輪傳動中(如伺服系統中),齒側間隙會造成傳動死區(失動量),若該死區是在閉環系統中,則可能造成系統不穩定,因此應該采用齒側間隙較小、精度較高的齒輪傳動副,以提高傳動精度和系統的穩定性。但提高齒輪的制造精度會大大增加制造成本,為此,本文提出了幾種在不提高齒輪制造精度的前提下通過結構設計來調整齒側間隙的方法。

[1]孫桓,陳作模機械原理.北京:高等教育出版社,1996.

[2]李彥青,張國俊.機械設計基礎.北京:機械工業出版社,2002.

[3]昊宗澤.機械設計師.北京:機械工業出版社,2002.