自动消除齿侧间隙新方法研究

另一端勾在螺钉 5 上。调整螺母 6、7 在螺钉 5 上的位 置，可改变拉簧 8 的张力大小。在拉簧拉力的作用下， 双齿轮 1、2 可相对转动，使齿轮错位，达到消除间隙的 目的。这种 错 位 调 隙 法 的 优 点 是 齿 侧 间 隙 可 自 动 补 偿，但存在两个缺点，其一，结构复杂，其二，承载能力 由拉簧的拉力决定，拉簧的拉力所产生的转矩必须大 于驱动系统的最大转矩。这样，不论是空载还是满载， 该对齿轮 的 轮 齿 啮 合 面 的 接 触 应 力 总 处 于 最 大 值 状 态，这将影响齿轮齿面的接触疲劳寿命。
L2———齿轮 4、5 的轮齿重叠时，滑销中心到齿
轮中心的距离
ΔL———滑销位移距离 图 3 中，若取α0 = 7º，ΔL = 10，L2 = 26，L1 = 55，由 式（2）有 β= arcsin（26 × 10sin7º）/｛（10 + 26）［（10 + 26）2 +
102 + 2 × 1（0 10 + 26）］1 / 2｝= 1 . 096º
Δ = 2πL1β/ 360º
（1）
式中 L1 ———分度圆半径
β ———齿轮 5 相对于齿轮 4 的转角
这里给出β 角的一个近似计算公式，证明从略。 β = arcsi（n L2ΔLsinα0）/｛（ΔL + L2）［（ΔL + L2）2 +
ΔL22
+
2ΔL（ΔL
+
1
L2）］2 ｝
（2）
式中 α0———齿轮 4、5 的轮齿重叠时，两滑槽中心线 夹角
关键词 圆柱齿轮 齿侧间隙 补偿 结构设计
引言
在伺服驱动系统的传动机构中，齿轮传动因其瞬 时传动比为常数，传动精度高，承载能力大等优点，是 目前使用较多的传动机构，尤其是圆柱齿轮传动。伺 服驱动有自动换向、变速功能，这就要求齿轮传动机构 必须采取措施消除齿侧间隙，以保证机构的双向传动 精度。为了解决这一问题，人们想了很多办法。但从 已知的消除齿侧间隙的方法看，它们总存在这样或那 样的不足，如结构复杂、尺寸大、承载能力差、不能自动 补偿等。因此，寻求结构简单、承载能力大、有自动补 偿功能的消除齿侧间隙的新方法对于齿轮传动在伺服 驱动系统中的应用有着重要的意义。
பைடு நூலகம்
销自锁的情况下，α 应尽量取大值。当然，设计时只要 α 取值合理，在保证强度的条件下滑销质量尽量小、弹 簧弹力在确保正常工作的情况下尽量取小值，当齿轮
转速不超过 3000r / min 时，上述两齿轮的相对错齿转
矩会远小于齿轮的额定转矩，对齿轮的影响不大。
根据 有 关 资 料［4］，钢 与 钢 的 摩 擦 系 数 为 0 . 1 ～
第 27 卷 第 4 期
圆柱齿轮齿侧间隙自动补偿新方法的研究
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文章编号：1004 - 253（9 2003）04 - 0049 - 02
圆柱齿轮齿侧间隙自动补偿新方法的研究
（湖北汽车工业学院机械工程系， 湖北 十堰 442002） 邱新桥 陈建国
摘要 在伺服驱动系统的齿轮传动机构中，为了保证双向传动精度，必须采取措施消除齿侧间隙。 本文给出了一种采用滑动销移动错齿消除齿侧间隙的新方法，论述了新方法结构设计中部分参数的相 互关系及取值范围。该结构简单，承载能力强，齿侧间隙可自动补偿。
3.1 齿侧间隙调整量Δ与滑销位移距离Δ L 之间的 关系
如图 2，当滑销沿滑槽滑动时，假设齿轮 5 不动，
则齿轮 4 会相对齿轮 5 旋转一个角度。图 3 示出了部
分参数之间的关系，当滑销从 e1 点移到 e2 点时，齿轮
4 滑槽轴线与分度圆的交点从 S1 点移到 S2 点，S1 S2
即为齿侧间隙的调整量。令 Δ = S1 S2，则
Δ = 2πL1β/ 360º = 2π × 55 × 1 . 096º ÷ 360º = 1 . 052 3 . 2 α 与ΔL 的关系分析
无论 ΔL 取什么值，即无论滑销处于什么位置，α 总不为零。因为两滑槽中心线总会在滑销中心处交于
一点，而齿轮 5 的滑槽中心线通过齿轮中心，齿轮 4 的
滑槽中心线不通过，所以两滑槽中心线只能相交于一
除双齿轮拉簧错齿调隙方法外，对于圆柱斜齿轮 传动，可采用双齿轮轴向压簧调隙方法，这种调隙方法 的轴向尺寸较大，其它优缺点与拉簧错齿调隙方法基 本相同，在此不作详细论述。
1，2 . 双齿轮 3，4 . 凸耳 5 . 螺钉 6，7 . 螺母 8 . 拉簧 图 1 拉簧错齿调隙
1 传统的调隙方法实例分析
图 1 示出了一种采用双齿轮拉簧错齿方法调整圆 柱直齿轮齿侧间隙的传统结构。在一对啮合的直齿圆 柱齿中，一个采用宽齿轮，另一个采用由双齿轮叠加形 成的复合齿轮，复合齿轮的宽度同宽齿轮相等，通过双 齿轮的错位，消除齿侧间隙。如图 1，双齿轮 1、2 上各 装有带螺纹的凸耳 3、4，螺钉 5 装在凸耳 3 上，螺母 6、 7 可调节螺钉 5 的伸长度。拉簧 8 一端勾在凸耳 4 上，
参考文献
1 陈瑜 . 机电一体化产品设计指南 . 北京：机械工业出版社，2000 2 张建民 . 机电一体化原理与应用 . 北京：国防工业出版社，1992 3 郑堤，唐可洪 . 机电一体化设计基础 . 北京：机械工业出版社，1997 4 银尧城等 . 简明实用机械手册 . 北京：机械工业出版社，1987
0 . 15，对应的摩擦角为α = 5 . 7º ～ 8 . 6º，考虑到弹簧的 作用，可取αmax = 8º
由于α 角是随ΔL 的增大而减小的，一般情况下， α 的变化量β 不大于 1º，如果要将α 控制在 5º ～ 8º范 围内，α0 的取值范围为 6º ～ 8º。
4 结论
采用滑销移动错齿调隙方法消除圆柱齿轮齿侧间 隙，结构简单、承载能力强，齿侧间隙可自动补偿。当 与滑销相配的两滑槽的夹角为 5º ～ 8º 时，消隙机构能 可靠工作。该消隙机构已成功应用于我院自行研制的 机电一体化伺服控制滑台上，其工作可靠，消隙效果良 好。如果将两套上述机构对称分布于齿轮上，既可解 决高速、超高速传动时的动平衡问题，还可减小单个滑 销质量，降低因滑销的离心力而产生的不利影响。
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机械传动
2003 年
齿侧间隙的目的。这种错齿调隙方法的齿侧间隙可自 动补偿，而且结构简单。更重要的是，滑销在滑槽中处 于自锁状态，在负载的作用下不可逆向运动，因此，齿 轮的承受能力与弹簧的弹力无关。这种调隙方法不仅 适用于直齿圆柱齿轮传动，也适用于斜齿圆柱齿轮。
图 3 部分参数的关系分析
3 部分参数的相互关系分析与计算
收稿日期：20021230 作者简介：邱新桥（1958 - ），男，湖北武汉人，副教授，工学硕士
α = 7º - 1 . 096º = 5 . 904º
3 . 3 α0 取值范围
若要保证滑销在滑槽内处于自锁状态，α 的角度 不能大于钢与钢之间的摩擦角。但α 又不能太小，若 α 太小，当齿轮高速旋转时，滑销在离心力及弹力的双 重作用下，再通过两滑槽所构成的斜面增力作用，将使
齿轮 4、5 产生一个较大的相对错齿转矩，α 越小，转矩 越大，这将增大齿轮齿面的接触应力。所以，在保证滑
点，不能重合。但随着滑销位置的变化，α 的大小会随 之变化。由图 3 可以看出
α =α0 -β =α0 - arcsi（n L2ΔLsinα0）/｛（ΔL + L2）×
［（ΔL
+
L2）2 + ΔL22
+
2ΔL（ΔL
+
1
L2）］2 ｝
（3）
若取α0 = 7º，ΔL = 10，L2 = 26，L1 = 55，由式（3）有
图 2 滑销滑动错齿调隙
2 新的调隙方法
图 2 示出了一种双齿轮滑销滑动错齿调隙新方 法，其调隙原理与传统的双齿轮错齿调隙相同，区别在 于齿轮的错齿形成方式有所不同。如图 2，在双齿轮 4、5 上分别开有与滑销 2 相配的滑槽，齿轮 5 上的滑槽 沿齿轮径向加工，齿轮 4 上的滑槽与齿轮 5 的滑槽中 心线夹角为α，滑销可在滑槽内沿纵向滑动。当滑销 在弹簧 3 的弹力作用下沿滑槽纵向移动时，双齿轮 4、 5 就会产生相对转动，使齿轮轮齿错位，从而达到消除