淺論齒輪傳動中的齒輪副側隙調整

崔明杰

摘 要：齒輪轉動時，為了保證齒輪安全穩定的生產工作模式，常常需要考慮齒輪副的側隙大小，來保障齒輪副工作的穩定性，也有一些精度要求過高的齒輪轉動機構中需要消除側隙，避免其造成的往復運動而帶來的精度缺失。本文系統分析常見的的幾種影響齒輪副側隙的因素和計算方法，在傳統的基礎上給出了幾種利用結構設計來調整側隙的方法，從而可以減少生產成本。

關鍵詞：齒輪傳動;側隙;調整

1齒輪副側隙概述

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、安裝時產生的系統誤差、設計圖紙和施工之間的誤差、加工精度缺失而產生的誤差、受溫度影響造成的系統誤差等。其中，傳動時產生的誤差成為轉動誤差，常見于多輪工作時，與軸承、齒輪之間的的傳動鏈在輸出轉角和理論轉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、滾動軸承與機架配合的公差帶及軸承動環的偏心值，都是單個齒輪中的切向綜合誤差ΔFi及裝置誤差所產生誤差集合。

1.2 齒輪副側隙定義及作用

齒輪副側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，會產生摩擦作用而產生發熱碰撞現象，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償其所產生的空隙，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隙大小。而在一些精度要求過高的齒輪轉動中，常見一些伺服系統，會出現因齒側間隙造成的傳動死區現象，造成閉環系統工作，這會造成齒輪系統工作的不穩定性，因此，在這種精度高的伺服系統中通常要采取較低的齒側隙值、精度較高的齒輪副傳動，以便提升傳動精度，增強系統的穩定性。

2齒輪副側隙的分類

2.1法向側隙

法向側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圓周側隙

圓周側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，該數值就能表示圓周側隙大小。

2.3嚙合側隙

嚙合側隙是當擺線輪與針輪位于正常的嚙合位置情況下，在統一水平連接點上測量擺線輪齒廓與針齒齒廓之間量度的最短距離。當擺線輪輪齒和針輪輪齒嚙合時位于不同的相對位置，所得的嚙合側隙值也不盡相同。

2.4輪齒側隙

輪齒側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算。

3齒輪副側隙的計算

3.1齒輪副側隙的計算準則

齒輪副側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精度的最小極限側隙;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精度的最小極限側隙。

回轉機構轉動中可以通過一定的方法來得到不同程度的最小極限側隙。回轉軸和小齒輪常配合使用，但是齒輪往往要承受大負荷的力度，這就要求小齒輪的厚度不能過于小，生產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節回轉機構的側隙，那么最有效調節回轉機構中的側隙方法是利用中心距的基本偏差變化來獲得相應的最小極限側隙。

3.2齒輪副側隙的極限偏差計算

齒輪副側隙的極限偏差可以通過兩個指標確定，分別為最大極限側隙jnmax與最小極限側隙jnmin。實際生產中，可以通過調整中心距偏差和齒輪厚度的方法來得到滿足生產需要的齒輪副側隙。工業生產中規定的標準齒厚極限差，安裝偏差數值大小分為字母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的倍數值。

通過上述方法可以方便地根據安裝規定所要求的側隙數值來推算生產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設計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隙和最大極限側隙，從而判斷生產出的規格是否符合廠家需求，進而決定能否投入加工生產。可見，科學的計算方式可以給生產加工模式提供現實的使用價值。

4齒輪副側隙的調整方法

4.1柔性消隙法

柔性消隙法的常用方法包括：雙片薄齒輪錯齒調整法以及斜齒輪軸向壓簧錯齒調整法。其中雙片薄齒輪錯齒調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、右齒側，從而達到減小齒側間隙的目的。如果要達成反向時無死區出現的效果，可采用以下兩種方式：周向彈簧式或者可調拉簧式，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，因此不適用于驅動裝置，但是非常適用于讀數裝置。而斜齒輪軸向壓簧錯齒調整法具有一個很大的優勢，能夠自動補償齒側隙，但也具備一些較為明顯的劣勢，比如結構不夠緊湊。

4.2差補消隙

通過測量得到機構的返程間隙，在控制程序中對反轉進行差補來減少返程定位誤差。這種方法簡單，但因為每次返程的返程間隙并不完全相同，所以這種消隙精度不高。

4.3雙伺服電機消隙

原理是用相同的兩臺電機分別帶動兩套完全相同的減速機構，再由兩減速機構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擺動，從而達到消除間隙，提高系統精度的目的。

4.4調整方式評價

通過論述研究齒輪傳動中的齒輪副隙調整方法，有針對性的根據生產環境選取相應的方法，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成本，提高產業效益。

5 結束語

齒輪正常轉動離不開齒輪副側隙的調整技術，在實際生產中，面對的情況要復雜的多，就齒輪來說，常常要考慮參數和結構設計，這也是為了安裝時方便選取相應精度的齒輪。在安裝使用時，要仔細檢測齒輪的轉動精度，用合適的消隙方法，使其精度達到生產要求，從而盡可能地提高生產效益。

參考文獻：

[1]馬博.淺析機械設計中齒輪傳動側隙的解決方法[J].農家科技旬刊，2017，22（02）123-125.

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