齒輪齒條嚙合間隙調節方法應用研究

買志學，何捷軍，嚴生輝

（共享智能裝備有限公司，寧夏 銀川 750021）

機械傳動主要是指利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。機械傳動機構，可以將動力所提供的運動的方式、方向或速度加以改變，被人們有目的地加以利用。

機械傳動主要的傳動方式有三種：齒輪傳動、皮帶傳動、鏈傳動。

齒輪傳動是指由齒輪副傳遞運動和動力的裝置，可以由齒輪與齒輪嚙合傳動，也可以由齒輪與齒條嚙合傳動，它是現代各種設備中應用最廣泛的一種機械傳動方式。其傳動比較準確，效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長。

齒輪傳動精度不達標的情況，有三個方面：齒輪自身精度、加工件加工精度、裝配精度。

本論文主要論述現有的齒輪嚙合間隙調節方式，提出一種偏心銷結構的間隙調節方法，解決現有技術齒輪與齒條嚙合間隙調節繁瑣問題，簡化嚙合間隙調節時不必要的操作，達到安裝及維護簡便的作用。

1 齒輪齒條嚙合間隙調節方式

齒輪與齒條的嚙合間隙直接會影響到其傳動精度，齒輪是圓的，齒條是長的，齒輪的齒形是曲線（漸開線），而齒條的齒形是直線，齒輪的運動是轉動即圓周運動，而齒條的運動是移動即直線運動。齒輪作為主傳動，與齒條嚙合帶動某個部件做直線運動。

間隙調節目前具有三種形式：腰形孔+螺栓調整、精密墊片調整、偏心輪調整。

1.1 腰形孔+螺栓調整

腰形孔+螺栓調整是最為常見的調整方式。該調整機構結構簡單，調整方便，且對工件的加工要求不高，成本也相對較低，成為首選方案。

工作原理是通過上下兩側的螺栓調整齒輪與齒條的中心距。看似很簡單，實際上要規范調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整。其實使用效果及壽命很大程度上是取決于裝配的精度（前提是產品質量、機架加工符合要求），德國的設備，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。

1.2 精密墊片調整

精密墊片調整需要根據設計結構需求來選用，精密墊片調整工作量看似比較大，但是每次調整的精度都比較精準，一般2～3 次調整就可以完成，從效率上應該還是比較高的，但是對裝配人員的技術要求也比較高。

工作原理是通過在安裝支架與滑臺之間加減精密墊片（或者更換不同厚度的墊片）來調整間隙，采用該方式調整間隙時，建議通過千分表等工具檢測間隙，可以較好的調整到位，不宜憑感覺調整。該接觸面對加工精度要求較高，同時安裝支架的垂直度要設計公差要求，保證齒輪齒條的平行度達到設計標準。

1.3 偏心輪調整

偏心輪調整主要應用在重載的場合，調整難度較高一般也是大部分應用首先的設計。該調整機構結構簡單，調整方便，且對工件的加工要求不高，成本也相對較低，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改變齒輪齒條的中心距，即只要通過轉動偏心輪使之與滑臺的不同螺孔配合，即可調整齒輪齒條的間隙。當偏心距設計越小，調整精度越高，同時對加工件的加工要求也更高，該方式對加工精度要求最高，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節方法研究

2.1 3D 打印集中供砂系統加砂小車齒輪齒條嚙合間隙調節現狀

3D 打印集中供砂系統是配套工業級鑄造砂型3D 打印機使用，為打印機提供混合固化劑后的砂子，該設備混砂效率高，可供多臺打印機同時使用，從而代替了每臺打印機自身的混砂機構。加砂小車作為集中供砂系統的重要組成部分，3D 打印機所需的砂子都需要加砂小車去運輸，而加砂小車是靠電機帶動齒輪與齒條的嚙合運動，使得加砂小車沿導軌做直線運動，齒輪與齒條之間嚙合間隙如果不合適，會直接影響到運砂的效率以及安全性，進而影響到打印機的生產成本及安全。

目前，加砂小車齒輪齒條嚙合間隙調節方法主要采用偏心輪調節。其結構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，一般中心齒輪與內圈螺孔固定，外圈與固定連接板固定。通過旋轉偏心輪以達到調節齒輪與齒條間隙的作用。

圖1 偏心輪主視圖

該方法調節繁瑣，需要拆掉外圈與連接板固定的所有螺栓進行旋轉，調整合適后重新固定所有螺栓。

2.2 偏心調節方法原理及優點

本文所述偏心調節方法與偏心輪調節的區別在于：偏心調節是利用偏心銷的轉動帶動電機連接板及電機整體平行移動，使得齒輪齒條嚙合間隙得到調整，調節的源頭只是偏心銷的轉動，操作簡便。而偏心輪調節是整個偏心輪的轉動帶動電機連接連接板及電機旋轉移動，操作繁瑣。

本文所述的偏心調節方法，其裝置結構如圖2所示。包括電機、電機連接板、偏心銷、鎖緊螺母、齒輪、導軌平臺、齒條、支撐板、緊固螺栓。

圖2 間隙調節裝置

電機與電機連接板通過螺栓連接，此連接是固定鎖緊的；電機連接板（橢圓調節孔）與支撐板（螺紋孔）通過緊固螺栓連接，此連接是可調節的，未調節齒輪齒條間隙時緊固螺栓不鎖緊；偏心銷穿插在電機連接板、支撐板上，偏心銷與連接板的接觸區域為偏心圓柱，旋轉偏心銷的角度可帶動電機連接板平移，電機連接板上的橢圓調節孔與支撐板上的螺紋孔的相對位置會發生改變，當齒輪與齒條間隙合適后，通過鎖緊螺母固定偏心銷，同時鎖緊緊固螺栓；齒輪與電機連接，此連接是同軸心的，由電機帶動齒輪旋轉；齒條固定在導軌平臺上，導軌平臺及齒條是不能活動的。

電機、電機連接板、齒輪三者是連接在一起的，由電機連接板與支撐板通過偏心銷、緊固螺栓連接，通過旋轉調節偏心銷的角度，偏心結構帶動電機連接板平移，即電機、齒輪相應的平移運動，使齒輪與齒條的間隙發生改變，從而達到調節嚙合間隙的作用。

本文中論述的間隙調節方法，其優點在于只需要將緊固螺栓調整至松動狀態，不用完全拆除，待偏心銷旋轉一定角度，使得間隙滿足精度要求時，即鎖緊所有相關的螺栓即可。操作簡便，節省成本。

2.3 應用效果

本文所述間隙調節方式在3D 打印集中供砂設備上得到驗證和應用，在實際使用中，供砂小車由原來的偏心輪結構變更為偏心銷結構。在成本方面，偏心銷相較于偏心輪結構，其加工制作簡單、費用降低80%；在應用方面，由原本繁瑣的調節轉而變為輕巧、簡便的方式，節省了人員的時間，工作效率顯著提升。

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

3 結論

通過與現有齒輪齒條嚙合間隙調節方式的分析對比，間隙調節方法克服了現有技術中調節齒輪與齒條間隙繁瑣的問題；偏心調節方法，簡化了齒輪與齒條間隙調節功能，達到了安裝及維護簡便的作用，為設計人員提供一種可參考的間隙調節方法，從而可以更好地滿足實際生產需求。