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论齿轮传动中的齿轮副侧隙调整

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齿轮副侧隙是指1对齿轮啮合时,非工作齿面间的间隙。适当的侧隙是齿轮副工作的必要条件:它可以补偿轮齿因受力变形和摩擦发热而膨胀所引起的挤压;补偿制造和装配的误差;便于齿廓润滑等。齿侧间隙的存在会产生齿间冲击，影响齿轮传动的平稳性和载荷分布均匀性。

齿轮；副侧隙；调整

一、齿轮传动中的侧隙作用

对于常用的渐开线齿轮，影响齿轮副侧隙的因素，除了齿形加工精度外，齿轮副的中心距的变化将极大地影响齿轮副的侧隙。为了保证齿轮副的侧隙能达到设计的要求，除了齿形加工精度和中心距精度外，可以将齿轮副的中心距设计成可调的。提高齿形加工精度和中心距精度将增加制造成本；可调中心距的设计将使得机械结构变得复杂。应根据具体情况权衡利弊。

齿轮传动中的侧隙的作用是：齿侧间隙可以弥补制造误差，便于进入润滑油。侧隙的定义是：齿轮啮合传动时，为了在啮合齿廓之间形成润滑油膜，避免因轮齿摩檫发热膨胀而卡死，齿廓之间必须留有间隙，此间隙称为齿侧间隙，简称侧隙。获得侧隙的方法有两种：一种是基齿厚制，即固定齿厚的极限偏差，通过改变中心距基本偏差来获得不同的最小极限侧隙；另一种方法是基中心制，即固定中心距的极限偏差，通过改变齿厚的上偏差来得到不同的最小极限侧隙。齿轮传动最小侧隙的考虑因素有如下几个方面： 1.在需要换向的齿轮机构（即，反向旋转）中，同时对瞬时传动比要求比较严格，或者，希望运动矢量保持一定的均衡性，则：需要考虑将齿轮的侧隙做到越小越好，甚至做到0侧隙。2.运动精度比较高的机构中，可以考虑将齿轮的侧隙做到越小越好 3.有较大冲击载荷的机构中，减小齿侧隙，能够降低冲击载荷带来的破坏性 4.精密机构中的齿轮 5.与总传动比无关 6.与瞬时传动比有关（在换向机构中，齿侧隙大的瞬时传动比不是一个定值，而是一个变数） 7.与运动精度有关，齿侧隙越小，运动精度越高8.齿侧隙越小，加工成本越高。

二、调整垫片厚度与齿轮副侧隙的关系

弧齿锥齿轮副侧隙对齿轮箱的使用寿命、传动平稳性等影响极大,间隙太大,齿轮箱会产生噪声、振动;间隙太小,会加剧轮齿的磨损,出现齿轮咬死甚至断齿。因此,弧齿锥齿轮副侧隙必须调整到合适大小。我们知道,通过改变齿轮的轴向位移可以改变齿轮副侧隙的大小,调整垫片薄,侧隙减小,调整垫片厚,侧隙增大。在实际工作,一般采取的方法都是配磨调整垫片的厚度,调整垫修磨量究竟是多少,由于没有理论依据,尺度很难把握。

图1 锥齿轮各部名称及代号

调整垫厚度与齿轮副侧隙间有什么定量关系呢?下面进行理论推导。假如一个锥齿轮不动,另一个锥齿轮作轴向位移(即调整垫修磨量)。齿宽中点从A移到A'(图2、图3)，则该点处法向位移Sn和切向位移St，为

图2 调整垫引起齿轮轴向位移及分解

切向分量St直接影响端面高度的变化，法向位移Sn。可以再次分解为接触区域法向分量Sa和切向分量Sf，则Sa=Sn *sina。

齿轮副侧隙就是工作面接触时，非工作面间的最小距离，这个最小距离的方向就是压力角方向。因此，位移Sa就是侧隙变化量，与螺旋角月无关。

图3 法向位移S。分解

图4 齿轮端面未对齐

应该怎么分配调整垫磨削量呢?下面加以论述。等宽配对齿轮安装过程中还要求齿宽与齿宽对齐，当齿轮端面不对齐时(图4)，在磨削调整垫时要求端面高的齿轮调整垫磨削量大。由式(1)可知，齿轮的轴向位移也会影响端面高度的变化，对于大小齿轮有

假如齿轮副侧隙需要减小。才能符合要求，齿轮端面高度差为△（图4），对于正交弧齿锥齿轮传动，因大齿轮高时△为正，小齿轮高时△为负，大小齿轮端面对齐时，△从式(3)、式(4)可以看出，两个齿轮的轴向位移引起的齿轮副侧隙变化Sa。与端面变动量St，是不同的，对侧隙变化量的影响，S1比S2要敏感;对端面高度变化量的影响，S2比S1要敏感。一般来说，弧齿锥齿轮多用于两轴相互垂直的场合，速比越大，数值相差越大，这种影响越明显。如果齿轮啮合时对端面高度不作要求，仅仅修磨单个调整垫片，用式(2)单个计算。

三、结语

在一般的齿轮传动中,齿侧间隙通常是由制造公差保证。但在要求传动精度较高的精密齿轮传动中(如伺服系统中),齿侧间隙会造成传动死区(失动量),若该死区是在闭环系统中,则可能造成系统不稳定,因此应该采用齿侧间隙较小、精度较高的齿轮传动副,以提高传动精度和系统的稳定性。但提高齿轮的制造精度会大大增加制造成本,为此,本文提出了几种在不提高齿轮制造精度的前提下通过结构设计来调整齿侧间隙的方法。

[1]孙桓,陈作模机械原理.北京:高等教育出版社,1996.

[2]李彦青,张国俊.机械设计基础.北京:机械工业出版社,2002.

[3]昊宗泽.机械设计师.北京:机械工业出版社,2002.