淺析機械設計中齒輪傳動側隙的解決方法

馬博

摘 要：齒輪具有改變運動方向和運動速度，以及傳遞動力的作用。齒輪在船舶、能源、制造、汽車等行業領域的設備中廣泛地得到應用。隨著各個領域技術的不斷更新與發展，對高質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，通過對齒輪傳動側隙所產生的問題提出了解決側隙的有效方法。

關鍵詞：傳動；側隙；齒輪；嚙合狀態；設計問題；放大補償

齒輪從東漢時期的指南車開始被人們逐漸應用，經歷了許多年代，齒輪的形式以及作用都在不斷地演變和發展。有齒，并可以相互嚙合的機械零部件就是齒輪。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齒輪和外齒輪；按照齒輪的外形將能夠將齒輪分為蝸桿齒輪、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。齒輪其結構包括模數、周節即齒距、齒厚、齒廓、分度圓、齒根圓、齒頂圓、齒槽即齒間，輪齒等。

一、齒輪傳動側隙的優劣

既然文章是對機械設計中齒輪法向側隙的解決方法進行討論，那我們就先來了解一下什么是齒輪側隙。在2個齒輪互相嚙合的狀態下，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隙。在常溫的狀態下，齒輪與齒輪的嚙合如果沒有側隙的存在就會出現咬死的現象。在實際的齒輪運行中，隨著機械工作過程中溫度的逐漸上升，理論上應該為零的齒輪側隙就會隨著溫度的升高而間隙變大。因此，側隙的產生也是正常現象，而且，側隙中可以保留儲油的空間，這些都是齒輪側隙的特點。但是，側隙也會出現在齒輪轉向時的回程誤差，以至于給齒輪帶來沖擊影響，這就是齒輪側隙的劣勢所在。側隙過于窄小會因儲油空間不足導致潤滑不良，而且會容易造成齒輪咬死。如果想要減小回程誤差，就得適當縮小側隙。但是側隙也不能過大，太大的側隙就會嚴重影響齒輪的工作狀態了。

二、齒輪側隙的設計問題

根據測量基礎齒厚與最大實效齒厚的偏差沒有實質上的區別，它們都說明了實際的齒厚受到齒厚偏差的影響，或者齒厚受到端面實效齒厚偏差的影響。按照最小側隙的計算方法來看，真正能夠判斷齒厚的并不是上述2種情況，而是要根據最大檢測半徑來進行齒厚的判斷。因此，我們應該先充分思考齒厚的判斷標準，在對齒輪側隙進行設計。

三、齒輪傳動側隙的計算

我們要先考慮到2個因素，然后再對齒輪的最小側隙進行計算，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隙值，這個側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果，那就是齒輪的最小側隙是2個因素的總和，溫度和材料的不同會直接對側隙值產生影響。為了有效防止齒輪的兩邊輪被卡住，應確保齒面具有良好潤滑效果，這樣就能夠使存在適當側隙的齒輪進行正常的傳動工作。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行有效補償。

四、解決齒輪側隙的方法

過大的側隙會對精度要求較高的機械作業造成極大的障礙，盡管齒輪傳動側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行必要的處理工作。

1.放大補償齒輪誤差

對傳動鏈的補償是十分重要的，因為對于齒輪的傳動而言，傳動鏈的間隙會對其產生極大影響。我們首先要嚴密地測量誤差。整個測量過程的基礎就是機械原點，在對機械原點進行確定后，測量誤差，誤差的補償通過測量誤差得出的值來進行。為了最終能夠消除過大的齒輪傳動側隙，有效提高誤差的補償精度以及測量準確度，我們必須在統一的基準點上進行誤差的補償以及測量。

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，其傳動方式能夠實現自鎖，具有承載能力較強，沒有噪聲，運行平穩，結構緊湊等特點。渦桿的運動由蝸輪來帶動，其機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，自動對齒輪產生的側隙進行有效補償，在壓簧作用條件下，該方法錯開分布螺旋線，靠緊了預寬齒輪互相咬合的2個薄片齒輪。墊片錯齒調整方法的結構非常簡單，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，使齒輪實現平穩傳動，2輪齒廓的接觸線經過了進入嚙合狀態，再脫離嚙合狀態的過程從短變長，再變短的過程。

4.彈力補償消除側隙法

當齒輪傳動系統處于反向狀態時，齒輪傳動作用產生的側隙會使傳動動作滯后，一旦齒輪發生了滯后，就會對其傳動精度產生不良影響。對此，我們可以采用橡膠彈簧來對其進行有效補償。之所以選用橡膠彈簧是因為，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，具有以上特點的橡膠彈簧在減振方面的效果十分好。當橡膠彈簧被壓縮變形，其結構變小，齒輪最大傳遞力矩的軸向分力會小于橡膠彈簧的彈力。

五、結語

為了提高齒輪傳動的精度，我們必須要嚴格控制齒輪傳動側隙的大小。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隙。在齒輪的設計中，齒輪傳動側隙的作用是十分顯著的，但是齒輪側隙過大或過小都對齒輪傳動工作帶來不利影響，所以說，齒輪的側隙并不是越小越好，或是越大越好。我們必須要通過嚴謹的計算來得出齒輪的最小側隙。齒輪的側隙要根據齒輪中距精度、齒輪工作時溫度、箱的材料、齒輪的模數等方法來進行有效計算，才能真正解決機械設計中齒輪傳動側隙存在的問題。

參考文獻：

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