機械設計中齒輪傳動側隙的解決方法

張九林

（貴州群建精密機械有限公司，貴州 遵義 563000）

機械齒輪構成了機械本體結構中的核心組成部分，機械齒輪的安全運行效能將會給機械運行過程帶來不可忽視影響。齒輪傳動側隙如果能得到準確的控制，那么機械齒輪的整體結構性能將會得到明顯的改善優化，客觀上有助于機械運行磨耗程度的減輕。由此能夠判斷得出，機械設計人員針對機械齒輪的關鍵組成部分應當全面致力于實現優化設計，旨在準確調整機械齒輪現有的間隔距離大小，靈活運用彈力補償以及放大補償等關鍵技術手段來輔助實現機械設計目標。

1 齒輪的概述

齒輪的基本含義在于具備相互咬合功能的機械部件，對于齒輪結構應當劃分為齒槽、輪齒、分度圓、根部圓、頂部圓、模數、齒間隔距離、齒厚度等重要因素。機械齒輪表現為特定的輪廓外形曲線特征，其中包含了擺線形式、漸開線形式、圓弧形式的不同齒輪外觀表現形態[1]。內齒輪與外齒輪共同組成了機械齒輪的本體結構，內外兩個部分的機械齒輪共同發揮機械運轉的促進作用。從齒輪的制造流程工藝角度來講，機械齒輪大體應當包含切制類型、鑄造類型、燒結類型、軋制類型的幾種不同齒輪加工制造處理方式。

2 機械設計中齒輪傳動側隙的優點及缺點

2.1 優點

側隙在任何種類的機械齒輪中都是普遍存在的，機械齒輪由于具備了特定尺寸大小的側隙間隔距離，因此齒輪能夠得以正常運轉[2]。齒輪機械本體結構中的分度圓通常表現為特定大小的相鄰輪齒間隙，在輪齒相互摩擦與運轉的全過程中，輪齒原有的機械性狀將會緩慢產生改變，進而表現為齒輪側隙的固有間隔距離縮小或者擴大傾向。從機械運行的基本原理角度來講，輪齒之間應當保持在零的間隔距離。然而在真實的機械運行中，外界環境溫度、輪齒固有的機械強度因素、人為操作因素等都會增加輪齒間隔距離。輪齒之間的機械側隙如果不復存在，那么運行狀態中的齒輪將會突然產生卡死現象，進而影響整個機械系統的平穩安全運行。因此可見，齒輪的機械傳動側隙客觀上具有保障齒輪安全運行、縮小齒條的機械摩擦損耗、控制齒輪運行速度等重要優勢。圖1 為齒輪傳動側隙的設計圖紙。

圖1 齒輪傳動側隙的設計圖紙

2.2 缺點

齒輪組成的機械系統如果突然表現為運行方向改變的狀態，那么傳動間隙有可能引發劇烈的機械運行沖擊，或者造成機械回程顯著增大的后果。在不同的情況下，機械齒輪中的側隙間隔距離應當能夠限定在適當的尺寸角度，避免表現為機械運行回程過大的情況[3]。通過進行以上的判斷分析，可以得知齒輪運行中的機械傳動側隙帶有某種程度缺陷，那么將會造成過大側隙導致機械運行損耗增加的不良后果，甚至引發機械齒輪的安全運行事故。

3 機械設計中齒輪傳動側隙的計算方式

齒輪側隙應當被控制在最佳的尺寸范圍內，有效確保齒輪的機械表面部位能得到充分的潤滑，并且對于潛在的機械彈性變形、機械熱變形與機械安裝操作失誤因素進行妥善的彌補[4]。因此，機械設計人員針對側隙的最小尺寸應當能夠著眼于最優化的合理設計，嚴格控制傳動側隙的最小間隔距離。機械設計人員必須要全面考慮到機械運行溫度、機械材料特性、機械齒輪的組成結構方式、輪齒間隔密度等關鍵因素，如圖2 所示。

圖2 齒輪傳動側隙在機械運行中的改變

4 機械設計中齒輪傳動側隙的設計問題

機械設計人員針對齒輪半徑在全面進行科學檢測判斷的情況下，應當能夠據此給出齒輪厚度的相關影響因素。通常來講，影響齒輪機械厚度的最關鍵因素應當體現在科學檢測得到的齒輪機械半徑，上述的檢測半徑數據直接決定了齒輪薄厚程度的最佳尺寸大小。機械設計人員應當避免片面按照齒輪端面部位的厚度測量數據來確定最佳尺寸大小，而是必須要通過實施嚴格全面的檢測操作，最終才能確定機械齒輪的傳動側隙間隔距離。機械設計人員針對機械齒輪的側隙大小應當運用自動化的齒輪檢測儀器來進行判斷，充分確保經過合理完善與優化后的齒輪傳動側隙能滿足最優的機械設計標準。

5 機械設計中齒輪傳動側隙的解決措施

5.1 運用渦輪蝸桿

渦輪蝸桿的機械齒輪傳動運行模式本身具有噪聲最低、結構最為緊湊、機械承載性能良好等獨特技術優勢，因此在目前的情況下，蝸輪蝸桿的齒輪側隙機械傳動設計模式正在被普遍運用于各個機械設計領域。齒輪的機械軸承之間如果表現為直角的狀態，并且不具備軸承平行或者相交的特征，那么機械設計人員可以選擇以上的渦輪蝸桿設計技術手段。齒輪傳動側隙在反向進行自我閉鎖的基礎上，機械運行渦輪可以經由蝸桿予以帶動。兩個相鄰的機械軸承之間應當達到緊密銜接的狀態，充分確保經由合理優化后的齒輪傳動機械間隔距離能達到最為適宜的程度標準。

熱變因素構成了影響加工尺寸精度的最關鍵要素，因此決定了機械加工人員針對熱變因素的形成產生根源必須要準確判斷，如此才能確保機械加工人員運用科學的手段方法來減少熱變因素干擾。機械加工人員針對磨削與車削機械零件毛坯的空間環境溫度應當給予必要監測，準確控制加工零件毛坯的環境空間溫度因素。

5.2 運用斜齒輪

機械設計人員對于存在過大間隙的齒輪傳動側隙應當進行合理的限定控制，最好選擇斜齒輪的技術手段來減小現有的機械側隙間隔。斜齒輪針對過大的齒輪間隙可以實現靈活調整，借助于軸向壓簧或者墊片的機械作用力來達到齒輪錯開的目標。機械設計人員通常可以將墊片放置于齒輪的適當區域部位，確保咬合狀態的兩個機械輪齒能達到逐步分離的狀態。在此基礎上，緊密銜接的機械齒輪薄片就會達到更加穩固的效果，依靠自動補償的機械作用力來確保螺旋線的排列分布更加緊湊，進而達到了機械傳動運行準確程度明顯提升的目的。

5.3 運用放大補償

機械設計人員在補償機械傳動鏈的過大間隙前提下，應當可以確保實現最優化的機械放大補償調整效果。具體針對于傳動鏈的機械運行間隔距離而言，機械設計人員必須要對此展開嚴格準確的測量計算工作，然后才能據此判斷得到最佳的機械運行誤差補償比例數值。機械設計人員針對測量誤差以及齒輪運行中的補償誤差數據應當保證滿足統一性的標準，據此實現全方位的機械補償精準程度優化提升效果，對于機械齒輪的過大傳動間隔距離進行有效的縮小。

5.4 運用彈力補償

橡膠彈簧本身具有優良的變形能力，對于強度較大的機械運行沖擊作用力可以進行全面抵消，同時還能達到保證機械平穩運行的良好效果。因此在實踐中，機械設計人員有必要考慮借助彈力補償的技術手段來消除過大的傳動側隙。機械設計人員可以將橡膠彈簧布置在傳動齒輪的適當區域部位，以此來抵消機械振動與沖擊。橡膠彈簧在原有形狀產生改變的情況下，機械緩沖作用力將會形成，充分體現了彈力補償作用在消除強烈機械沖擊以及保護機械齒輪中的重要意義。

6 結語

經過分析可見，齒輪傳動側隙能否得到合理與科學設計，直接關系到機械運行的綜合效能實現。目前，機械設計人員針對自動化的齒輪設計輔助平臺手段應當加以充分利用，通過實施因地制宜的齒輪傳動側隙改進設計方案來實現最大化的齒輪機械運行效益。具體在現階段的機械設計實踐中，設計技術人員必須要準確把握齒輪傳動側隙的優化設計思路，全面調整與改善齒輪各個機械部位的功能。