1994, Vol. 8引用本文 |
| 消除齿侧间隙的几种措施 |  [PDF全文] |
齿轮传动中，由于齿轮的制造和装配误差、齿轮传动时的弹性变形和热膨胀以及轮齿润滑等原因，在一对啮合齿轮的非工作侧齿廓之间留有齿侧间隙。因齿轮间隙的存在，在齿轮双向传动中，当主动齿轮反转，即齿轮的非工作侧齿廓变为工作侧齿廓时，轮齿不能及时啮合，在接触瞬间产生换向冲击；在齿轮单向传动中，因齿轮上载荷的变化或是齿轮起、制动时，同样会在轮齿上产生冲击。这种冲击负荷势必会影响齿轮强度和传动的工作平稳性，这一点在高速重载的冶金、矿山机械中尤为突出。
本文就如何消除齿侧间隙这一问题加以综述。
1 利用主、副齿轮机构消除一对啮合齿轮的齿侧间隙为了消除齿侧间隙，可将一对传动齿轮的从动齿轮制成主、副齿轮形式，其中从动齿轮用键与从动轴相连，用来传递工作扭矩，而副齿轮则空套在从动齿轮上，通过装在从动齿轮上的弹簧、销钉装置，使副齿轮相对于从动齿轮在啮合间隙范围内回转，即在旋转方向上越前于从动齿轮，而与主动齿轮的非工作侧齿廓啮合（如图 1所示），从而消除齿侧间隙。
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| 1——从动齿轮；1——副齿轮；3——主动齿轮。 图 1 齿轮传动的主、副啮合 |
图 2为某厂四连杆曲轴式飞剪机消除齿侧间隙的主、副齿轮机构简图。从动齿轮1的侧旁装有副齿轮5, 副齿轮是空套在从动齿轮的轮缘上，档板6起轴向固定副齿轮之用，销子2通过螺母固定在从动齿轮上，其头部又位于副齿轮的椭圆孔内，且与螺栓4相接触。螺栓装有蝶形弹簧3, 装入时将弹簧压紧，装入后弹簧一端顶住副齿轮，另一端顶住销子，以销子头部为支点，靠弹簧产生的弹性恢复力，顶动副齿轮沿着从动齿轮的转动方向转过一定角度，并与主动齿轮接触，做到无侧隙啮合。
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| 1——从动齿轮；2——销子；3——蝶形弹簧；4——螺栓；5——副齿轮；6——挡板。 图 2 主、副齿轮消除侧隙机构(一) |
图 3为另一种用来消除齿侧间隙的主、副齿轮机构。副齿轮4仍空套在从动齿轮5的轮毂上，主销钉2穿过副齿轮上的长孔，压配在从动齿轮的轮毂上，而副销钉3则装在副齿轮上。装入时拧动螺母，使弹簧受到压缩。装入后弹簧产生弹性恢复，通过螺杆7拉动副销钉向主销钉方向靠拢，也就带动副齿轮沿从动齿轮的旋转方向转动一定角度，与主动齿轮的非工作侧齿廓啮合，起到消除齿侧间隙的作用。
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| 1——弹簧；2——主销钉；3——副销钉；4——副齿轮；5——从动齿轮；6——主动齿轮；7——螺杆。 图 3 主、副齿轮消除侧隙机构(二) |
2 消除多级啮合齿轮齿侧间隙的方法
当主动轴与被动轴的间距过大或需要从动轴换向运动时，往往采用配有过渡齿轮的多级齿轮的传动方式。由于是多级传动，齿侧间隙将存在于每一对啮合齿轮的轮齿间。在这种情况下，若还是采用仅在从动齿轮上设主、副齿轮机构，则达不到消除各啮合处侧隙的目的。
图 4为一组二级传动齿轮。运动由主动齿轮6输入，经过渡齿轮5由从动齿轮2输出。此时，在主动齿轮与过渡齿轮、过渡齿轮与从动齿轮的非工作齿廓间都存在有侧隙，为了消除这两个啮合处的侧隙，可以这样设计主、副齿轮机构。将主动齿轮6制成整体形式，不带副齿轮。从动齿轮2仍带有上述的弹簧、销子的主、副齿轮机构。在过渡齿轮5上空套有副齿轮4, 但不设弹簧、销子机构。这样，当从动齿轮的弹簧推动其上面的副齿轮向转动方向超前从动齿轮一定角度时，也将迫使过渡副齿轮向转动方向超前过渡齿轮一定角度，并与主动齿轮的非工作侧齿廓啮合。所以，可同时消除主动齿轮与过渡齿轮、过渡齿轮与从动齿轮间的齿侧间隙。
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| 1——销子、弹簧机构；2——从动齿轮；3——从动副齿轮；4——过渡副齿轮；5——过渡齿轮；6——主动佐轮。 图 4 二级齿轮传动时主、副齿轮配置 |
同理，在三级齿轮传动中，把从动齿轮制成带销子、弹簧机构的主、副齿轮形式。中间两个过渡齿轮都制成不带销子、弹簧机构的主、副齿形式。主动齿轮仍制成整体式。这样，由从动齿轮上的销子、弹簧机构产生的切向推力，将迫使三个副齿轮齿廓沿旋转方向越前各自的主齿轮，与各自的主动齿轮的非工作侧齿廓相啮合，从而消除了各啮合处的齿侧间隙。
这种结构形式可推广到N级齿轮传动中。即把N级齿轮传动中的主动齿轮都制成整体形式，过渡齿轮都制成不带销子、弹簧的空套主、副齿轮形式，从动齿轮制成带销子、弹簧的主、副齿轮形式。如此配置，就能消除N级齿轮传动中(N-1)啮合处的齿侧间隙。
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| 1——销子、弹簧机构；2——从动副齿轮；3——从动齿轮；4——过渡副齿轮；5——过渡齿轮；6——主动齿轮。 图 5 三级齿轮传动时主、副齿轮配置 |
3 以加宽斜齿轮取代主、副齿轮机构
在斜齿圆柱齿轮传动中，齿面上的接触线不是与齿轮轴线平行，而是与其成βb角(基圆螺旋角)。从动轮齿是由齿顶开始进入啮合，齿面上的接触线由短变长, 而后又由长变短, 直到脱开啮合为止。因此, 轮齿上所受的载荷也是逐渐增加, 逐渐减小的。此外, 斜齿圆柱齿轮传动的重迭系数, 不仅比直齿圆柱齿轮大, 而且将随齿轮宽度的增加而增加。
图 6(a)为直齿从动齿轮基圆柱面展开图。整个齿宽上的轮齿在c点同时进入啮合, 而在d点又同时退出啮合, 
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(1) |
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| 图 6 基圆柱面展开图 |
式中Pbt为齿轮端面基节。
图 6(b)为斜齿从动齿轮基圆柱面展开图。轮齿在位置1时, 从c点开始逐渐进入啮合, 在位置2完全进入啮合; 在位置3，从d点开始逐渐退出啮合, 在位置4则完全退出啮合。在整个啮合区内, 轮齿在基圆柱面上所走过的长度为(L+△L), 即比直齿轮多转过一段弧长△L=btgβb。根据定义, 斜齿圆柱齿轮传动的重迭系数为
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(2) |
式中 b为齿轮的齿宽。
从式(2)中可以看出, 斜齿轮传动的重迭系数比直齿轮传动的要大, 而且当齿宽b增加时, ε也随之增大。ε愈大, 则表示同时处于啮合的渐开线对数愈多, 传动将愈平稳, 冲击、振动大为减小。所以, 采用加宽的斜齿轮传动, 可大大减轻轮起、制动时引起的冲击负荷。在一定程度上起到主、副齿轮机构的作用。
必须指出, 采用加宽齿宽的斜齿轮传动一般只能减缓冲击负荷, 利于齿轮平稳起、制动。但不能消除齿侧间隙。要想以加宽的斜齿轮完全取代主、副齿轮机构来消除齿侧间隙, 只有在一定的工艺条件下才能得以实现。
通过以上分析可知, 消除齿轮传动中齿侧间隙的方法有几种。在实际使用时, 需综合考虑工艺条件、齿轮传动形式和齿轮啮合的对数, 选用一种消除齿侧间隙效果最好、结构最简单的消除侧隙方式，以达到减少冲击, 平稳传动之目的。