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論齒輪傳動(dòng)中的齒輪副側(cè)隙調(diào)整

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齒輪副側(cè)隙是指1對(duì)齒輪嚙合時(shí),非工作齒面間的間隙。適當(dāng)?shù)膫?cè)隙是齒輪副工作的必要條件:它可以補(bǔ)償輪齒因受力變形和摩擦發(fā)熱而膨脹所引起的擠壓;補(bǔ)償制造和裝配的誤差;便于齒廓潤(rùn)滑等。齒側(cè)間隙的存在會(huì)產(chǎn)生齒間沖擊，影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和載荷分布均勻性。

齒輪；副側(cè)隙；調(diào)整

一、齒輪傳動(dòng)中的側(cè)隙作用

對(duì)于常用的漸開(kāi)線齒輪，影響齒輪副側(cè)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(cè)隙。為了保證齒輪副的側(cè)隙能達(dá)到設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成可調(diào)的。提高齒形加工精度和中心距精度將增加制造成本；可調(diào)中心距的設(shè)計(jì)將使得機(jī)械結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。應(yīng)根據(jù)具體情況權(quán)衡利弊。

齒輪傳動(dòng)中的側(cè)隙的作用是：齒側(cè)間隙可以彌補(bǔ)制造誤差，便于進(jìn)入潤(rùn)滑油。側(cè)隙的定義是：齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，為了在嚙合齒廓之間形成潤(rùn)滑油膜，避免因輪齒摩檫發(fā)熱膨脹而卡死，齒廓之間必須留有間隙，此間隙稱為齒側(cè)間隙，簡(jiǎn)稱側(cè)隙。獲得側(cè)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(guò)改變中心距基本偏差來(lái)獲得不同的最小極限側(cè)隙；另一種方法是基中心制，即固定中心距的極限偏差，通過(guò)改變齒厚的上偏差來(lái)得到不同的最小極限側(cè)隙。齒輪傳動(dòng)最小側(cè)隙的考慮因素有如下幾個(gè)方面： 1.在需要換向的齒輪機(jī)構(gòu)（即，反向旋轉(zhuǎn)）中，同時(shí)對(duì)瞬時(shí)傳動(dòng)比要求比較嚴(yán)格，或者，希望運(yùn)動(dòng)矢量保持一定的均衡性，則：需要考慮將齒輪的側(cè)隙做到越小越好，甚至做到0側(cè)隙。2.運(yùn)動(dòng)精度比較高的機(jī)構(gòu)中，可以考慮將齒輪的側(cè)隙做到越小越好 3.有較大沖擊載荷的機(jī)構(gòu)中，減小齒側(cè)隙，能夠降低沖擊載荷帶來(lái)的破壞性 4.精密機(jī)構(gòu)中的齒輪 5.與總傳動(dòng)比無(wú)關(guān) 6.與瞬時(shí)傳動(dòng)比有關(guān)（在換向機(jī)構(gòu)中，齒側(cè)隙大的瞬時(shí)傳動(dòng)比不是一個(gè)定值，而是一個(gè)變數(shù)） 7.與運(yùn)動(dòng)精度有關(guān)，齒側(cè)隙越小，運(yùn)動(dòng)精度越高8.齒側(cè)隙越小，加工成本越高。

二、調(diào)整墊片厚度與齒輪副側(cè)隙的關(guān)系

弧齒錐齒輪副側(cè)隙對(duì)齒輪箱的使用壽命、傳動(dòng)平穩(wěn)性等影響極大,間隙太大,齒輪箱會(huì)產(chǎn)生噪聲、振動(dòng);間隙太小,會(huì)加劇輪齒的磨損,出現(xiàn)齒輪咬死甚至斷齒。因此,弧齒錐齒輪副側(cè)隙必須調(diào)整到合適大小。我們知道,通過(guò)改變齒輪的軸向位移可以改變齒輪副側(cè)隙的大小,調(diào)整墊片薄,側(cè)隙減小,調(diào)整墊片厚,側(cè)隙增大。在實(shí)際工作,一般采取的方法都是配磨調(diào)整墊片的厚度,調(diào)整墊修磨量究竟是多少,由于沒(méi)有理論依據(jù),尺度很難把握。

圖1 錐齒輪各部名稱及代號(hào)

調(diào)整墊厚度與齒輪副側(cè)隙間有什么定量關(guān)系呢?下面進(jìn)行理論推導(dǎo)。假如一個(gè)錐齒輪不動(dòng),另一個(gè)錐齒輪作軸向位移(即調(diào)整墊修磨量)。齒寬中點(diǎn)從A移到A'(圖2、圖3)，則該點(diǎn)處法向位移Sn和切向位移St，為

圖2 調(diào)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?？梢栽俅畏纸鉃榻佑|區(qū)域法向分量Sa和切向分量Sf，則Sa=Sn *sina。

齒輪副側(cè)隙就是工作面接觸時(shí)，非工作面間的最小距離，這個(gè)最小距離的方向就是壓力角方向。因此，位移Sa就是側(cè)隙變化量，與螺旋角月無(wú)關(guān)。

圖3 法向位移S。分解

圖4 齒輪端面未對(duì)齊

應(yīng)該怎么分配調(diào)整墊磨削量呢?下面加以論述。等寬配對(duì)齒輪安裝過(guò)程中還要求齒寬與齒寬對(duì)齊，當(dāng)齒輪端面不對(duì)齊時(shí)(圖4)，在磨削調(diào)整墊時(shí)要求端面高的齒輪調(diào)整墊磨削量大。由式(1)可知，齒輪的軸向位移也會(huì)影響端面高度的變化，對(duì)于大小齒輪有

假如齒輪副側(cè)隙需要減小。才能符合要求，齒輪端面高度差為△（圖4），對(duì)于正交弧齒錐齒輪傳動(dòng)，因大齒輪高時(shí)△為正，小齒輪高時(shí)△為負(fù)，大小齒輪端面對(duì)齊時(shí)，△從式(3)、式(4)可以看出，兩個(gè)齒輪的軸向位移引起的齒輪副側(cè)隙變化Sa。與端面變動(dòng)量St，是不同的，對(duì)側(cè)隙變化量的影響，S1比S2要敏感;對(duì)端面高度變化量的影響，S2比S1要敏感。一般來(lái)說(shuō)，弧齒錐齒輪多用于兩軸相互垂直的場(chǎng)合，速比越大，數(shù)值相差越大，這種影響越明顯。如果齒輪嚙合時(shí)對(duì)端面高度不作要求，僅僅修磨單個(gè)調(diào)整墊片，用式(2)單個(gè)計(jì)算。

三、結(jié)語(yǔ)

在一般的齒輪傳動(dòng)中,齒側(cè)間隙通常是由制造公差保證。但在要求傳動(dòng)精度較高的精密齒輪傳動(dòng)中(如伺服系統(tǒng)中),齒側(cè)間隙會(huì)造成傳動(dòng)死區(qū)(失動(dòng)量),若該死區(qū)是在閉環(huán)系統(tǒng)中,則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,因此應(yīng)該采用齒側(cè)間隙較小、精度較高的齒輪傳動(dòng)副,以提高傳動(dòng)精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但提高齒輪的制造精度會(huì)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(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整齒側(cè)間隙的方法。

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