有间隙？消除掉！—齿轮侧隙及消除方法探讨

本文主要是介绍有间隙？消除掉！—齿轮侧隙及消除方法探讨，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

“水至清则无鱼，人至察则无徒”说的是对人或物不可要求太高。就像对设备精度的追求，精度高则间隙小，间隙小则难以运动。“鱼呢，我这一大盆鱼呢”姜黄色的猫敲敲饭盆的边缘，盆底的一汪清水来回荡漾，财神哥只好拿出藏在身后的鱼罐头。

图 |龙门式桁架机械手（模型在文末）

桁架机械手想必大家经常用到，对于大型工件和长行程的移动时，我们通常用齿轮齿条传动进行设计。众所周知，一对齿轮啮合时齿之间是存在间隙的，称为侧隙。在齿轮对频繁的双向转动时，会造成传动系统的反应滞后于电机指令的发出，产生反向死区（空行程），同时产生冲击、振动、噪声等，对传动精度影响很大。

图 |齿轮侧隙示意图

有间隙，还影响精度，对财神哥这样的完美主义者（钻牛角尖）来说不能忍！必须消除这样的间隙。身边的老工程师听闻纷纷开导说“齿轮传动的精度其实很高的，装配的误差也可以控制在很小的范围内，完全可以达到你设计的要求。”

财神哥反驳道“就不！你们想想一个齿的侧隙虽然很小，但是齿条那么长，那么多齿累积起来可就兜不住了！”

嗯，也是……等等，老工程师们的眼神不对了“呔，差点儿把我们绕进去，齿侧间隙是不会累加的，无论你齿条多长！

（老工程师当然是对的）

这就是齿轮啮合的特性，齿轮一经加工完毕，基圆大小和齿廓间隙就确定了，标准齿轮啮合情况下，主动轮在转动α角度后，从动轮必定转动（α±△）/i角度，误差△由齿侧间隙决定，假如主动轮再次转动α角度，上一个齿侧间隙△角并不会带到下一对齿轮的啮合中去。由于主动轮的转动角度α是确定的，当前的齿轮对的啮合误差只与△有关。

所以无论主动轮转动多少角度，齿条有多长，从动轮（齿条）的转动误差都在△角度内。（注意：由于制造工艺的连续性，同一个齿轮上各齿的齿侧间隙基本一致，）

那侧隙误差是怎么产生的呢？

齿轮传动的（静态）误差主要来源两方面：制造误差和装配误差。装配误差主要是由中心距、齿轮轴和轴承的同轴度、各种轴孔之间配合间隙产生。而制造误差与加工设备精度、温度和材料有关。对于我们直接使用齿轮的工程师，制造误差我们很少关注。

因此想要获得高精度传动和加工，就必须消除齿轮啮合中的间隙。

那要如何消除侧隙呢？

根据文献《精密齿轮传动中齿轮副侧隙的调整方法》来介绍一些可行的消除齿侧间隙的方法：我们可以把这些方法分为两大类，刚性消隙法和柔性消隙法[1]。

刚性消隙法是一种通过结构调整来改变齿轮副侧隙的方法。它包括偏心套(轴)调整法、轴向垫片调整法和斜齿轮传动等方法。这些方法通过调整齿轮的位置、使用垫片或改变齿轮的结构来消除齿侧间隙。这种方法的特点是结构相对简单，但侧隙不能自动补偿。

（1）偏心套(轴)调整法-圆柱直齿轮

通过转动偏心套 (偏心轴)的转角,就可调节2个啮合齿轮的中心距, 从而消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙，如下图所示。其实直接调整电机座相对齿轮5的位置也可以达到相同的效果。

（2）轴向垫片调整法-锥（伞）直齿轮

用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动,从而消除2个齿轮的齿侧间隙。如下图所示。

（3）双齿交错调整法-斜/直齿轮

消除斜齿轮传动齿侧隙的方法是用2个薄齿轮与l个宽齿轮啮合,只在2个薄斜齿轮的中间隔开一小段距离,使其螺旋线错开。直齿轮则是用2个薄齿轮的齿轮夹住l个宽齿轮的齿。

而柔性消隙法则是在刚性消隙法中的调整方向上通过弹簧施加一个持续的力。主要包括周向弹簧式和轴向压簧调整法，通过使用弹簧或压簧来调整齿轮的位置，从而消除齿侧间隙，并且可以自动补偿侧隙。

如图6所示, 将大锥齿轮加工成1和2两部分,齿轮的外圈1开有三个圆弧槽8, 内圈2的端面带有三个凸爪4, 套装在圆弧槽内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上, 使内外齿圈1、2的锥齿错位与小锥齿轮啮合达到消除间隙的作用。

齿轮齿条传动间隙的消除

根据文献《齿轮传动间隙的消除方法》当载荷较小、进给力不大时, 齿轮齿条可采用双片薄齿轮错齿调整, 分别与齿条的齿槽左、右二侧贴紧来消除间隙。而当载荷较大所需进给力较大时, 通常采用双厚齿轮的传动结构, 其原理如图8所示。进给运动由轴1输入, 通过两对斜齿轮将运动传给轴2和轴5, 然后由两个直齿轮3和4去传动齿条带动工作台移动。轴1上两个斜齿轮的螺旋线的方向相反。在轴1上作用一个轴向力F , 弹簧弹力使斜齿轮产生微量的轴向移动。这时轴2和轴5以相反的方向转过一个角度, 使直齿轮3和4分别与齿条的两齿面贴紧, 消除了间隙[3]。