摘要：齿轮转动时，为了保证齿轮安全稳定的生产工作模式，常常需要考虑齿轮副的侧隙大小，来保障齿轮副工作的稳定性，也有一些精度要求过高的齿轮转动机构中需要消除侧隙，避免其造成的往复运动而带来的精度缺失。本文系统分析常见的的几种影响齿轮副侧隙的因素和计算方法，在传统的基础上给出了几种利用结构设计来调整侧隙的方法，从而可以减少生产成本。
关键词：齿轮传动；侧隙；调整
1齿轮副侧隙概述
1.1 齿轮误差来源
齿轮误差的主要来源来自于：传动时造成的齿轮间误差、安装时产生的系统误差、设计图纸和施工之间的误差、加工精度缺失而产生的误差、受温度影响造成的系统误差等。其中，传动时产生的误差成为转动误差，常见于多轮工作时，与轴承、齿轮之间的的传动链在输出转角和理论转角不一致造成的误差，记为Δφ。传动链中，齿轮加工中的零部件和安装都会造成齿轮加工误差，不同齿轮的粗糙度、孔轴间隙值、滚动轴承与机架配合的公差带及轴承动环的偏心值，都是单个齿轮中的切向综合误差ΔFi及装置误差所产生误差集合。这些误差都将通过传动链传递到齿轮，在执行部件中显现出对应的参数值，可以对照理论值，产生的偏差即为误差大小。
1.2 齿轮副侧隙定义及作用
齿轮副侧隙是指在一对齿轮啮合时，非工作齿面间的间隙。在齿轮传动时，会产生摩擦作用而产生发热碰撞现象，在受力下也会造成齿轮表面变形，如果采取合适的间隙就会补偿其所产生的空隙，降低制造误差，起到齿廓润滑的作用。通常情况下，可以通过制造公差来保证齿轮副侧隙大小。而在一些精度要求过高的齿轮转动中，常见一些伺服系统，会出现因齿侧间隙造成的传动死区现象，造成闭环系统工作，这会造成齿轮系统工作的不稳定性，因此，在这种精度高的伺服系统中通常要采取较低的齿侧隙值、精度较高的齿轮副传动，以便提升传动精度，增强系统的稳定性。
工作齿轮齿面要求有润滑油膜，非工作齿面需要增加补偿升温和受力变形的影响，而渐开线圆柱齿轮副在正常传动中，齿轮副必须始终呈单齿面啮合工作状态。结合上述工作要求，需要保证工作齿轮副具备一定的侧隙大小，来避免两齿轮卡住。
2齿轮副侧隙的分类
2.1法向侧隙
法向侧隙的定义为齿轮副接触在工作齿面和非工作齿面之间的最小距离。其距离可以用塞尺和铅丝沿一对齿轮啮合线上进行测量，也可以将铅丝放置在齿轮齿间，通过千分尺测量压扁的铅丝厚度得出。
2.2圆周侧隙
圆周侧隙的定义是在一个副齿轮固定的情况下，测量另外一个齿轮的圆周晃动量。测量方法为两齿沿着轮节圆周方向测量，首先要保持两齿轮的表面要齿面贴合，在齿轮分度圆切线方向也可以放置指示表，并通过晃动该齿轮显示指示表的晃动量，该数值就能表示圆周侧隙大小。
2.3啮合侧隙
啮合侧隙是当摆线轮与针轮位于正常的啮合位置情况下，在统一水平连接点上测量摆线轮齿廓与针齿齿廓之间量度的最短距离。当摆线轮轮齿和针轮轮齿啮合时位于不同的相对位置，所得的啮合侧隙值也不尽相同。
2.4轮齿侧隙
轮齿侧隙可以用副轮和主轮的相对圆周晃动量来表示，常常用分度圆弧的弧长值计算。
3齿轮副侧隙的计算
3.1齿轮副侧隙的计算准则
齿轮的正常运行需要正常的润滑油膜和合适的齿侧间隙。正常的润滑油膜可以保障齿轮的快速转动，而在齿轮转动过程中，势必会产生过高的温度，致使齿轮热变形造成齿轮卡顿的现象，这就需要预先设置好合适的齿侧间隙，保证齿轮一直在正常的轨道上转动。一般齿侧间隙主要是由润滑方式和分度圆线速度决定。
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齿轮副侧隙的获取方式通常有以下两类，一类是通过固定基齿厚制的极限偏差来改变齿轮的中心距来获取相应精度的最小极限侧隙；一类是通过基中心制来改变齿厚，从而获得不同程度的中心距极限差来保证可以通过不同程度的的齿厚度偏差得到相应精度的最小极限侧隙。
回转机构转动中可以通过一定的方法来得到不同程度的最小极限侧隙。回转轴和小齿轮常配合使用，但是齿轮往往要承受大负荷的力度，这就要求小齿轮的厚度不能过于小，生产中也会有用正变位的方法来提高齿轮厚度，这种方法往往不能很好地调节回转机构的侧隙，那么最有效调节回转机构中的侧隙方法是利用中心距的基本偏差变化来获得相应的最小极限侧隙。
3.2齿轮副侧隙的极限偏差计算
齿轮副侧隙的极限偏差可以通过两个指标确定，分别为最大极限侧隙jnmax与最小极限侧隙jnmin。实际生产中，可以通过调整中心距偏差和齿轮厚度的方法来得到满足生产需要的齿轮副侧隙。工业生产中规定的标准齿厚极限差，安装偏差数值大小分为字母C、D、E……S依次从小到大表示。这些字母可表示齿轮极限偏差fpt的倍数值。
通过上述方法可以方便地根据安装规定所要求的侧隙数值来推算生产加工所需的齿厚极限偏差和公法线长度极限偏差，反过来也可以通过图纸设计方案中的定齿厚极限偏差和公法线长度极限偏差来反向推算出最小极限侧隙和最大极限侧隙，从而判断生产出的规格是否符合厂家需求，进而决定能否投入加工生产。可见，科学的计算方式可以给生产加工模式提供现实的使用价值。
4齿轮副侧隙的调整方法
4.1柔性消隙法
柔性消隙法的常用方法包括：双片薄齿轮错齿调整法以及斜齿轮轴向压簧错齿调整法。其中双片薄齿轮错齿调整法是通过把一对啮合齿轮的其中之一做成宽齿轮，而啮合齿轮的另外一个则由两片薄齿轮组成，并在宽齿轮齿槽的左右两边分别紧贴两片薄齿轮的左齿侧、右齿侧，从而达到减小齿侧间隙的目的。如果要达成反向时无死区出现的效果，可采用以下两种方式：周向弹簧式或者可调拉簧式，其中周向弹簧式会因弹簧尺寸以及周向圆弧槽受到一定影响，因此不适用于驱动装置，但是非常适用于读数装置。而斜齿轮轴向压簧错齿调整法具有一个很大的优势，能够自动补偿齿侧隙，但也具备一些较为明显的劣势，比如结构不够紧凑。
4.2差补消隙
通过测量得到机构的返程间隙，在控制程序中对反转进行差补来减少返程定位误差。这种方法简单，但因为每次返程的返程间隙并不完全相同，所以这种消隙精度不高。
4.3双伺服电机消隙
原理是用相同的两台电机分别带动两套完全相同的减速机构，再由两减速机构的输出小齿轮带动主轴大齿轮传动。通过电气控制，使主轴大齿轮在启动和换向的过程中始终受到偏置力矩的作用-两个输出小齿轮分别紧贴大齿轮的两个相反的啮合面，使主轴大齿轮不能在齿轮间隙中来回摆动，从而达到消除间隙，提高系统精度的目的。这种结构精度高，但实施起来比较复杂、成本高。
4.4调整方式评价
通过论述研究齿轮传动中的齿轮副隙调整方法，有针对性的根据生产环境选取相应的方法，这样的好处在于可以不加大齿轮精度的同时，提高齿轮的传动精度，从而可以极大程度地降低生产成本，提高产业效益。在齿轮转动过程中对齿轮副侧隙调整的方法，在生产使用中应大力推广，并通过筛选其合适的调整方法来提高生产效益。
5 结束语
齿轮正常转动离不开齿轮副侧隙的调整技术，在实际生产中，面对的情况要复杂的多，就齿轮来说，常常要考虑参数和结构设计，这也是为了安装时方便选取相应精度的齿轮。在安装使用时，要仔细检测齿轮的转动精度，用合适的消隙方法，使其精度达到生产要求，从而尽可能地提高生产效益。
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论文作者:李昌鼎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
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