張九林

（貴州群建精密機(jī)械有限公司，貴州 遵義 563000）

機(jī)械齒輪構(gòu)成了機(jī)械本體結(jié)構(gòu)中的核心組成部分，機(jī)械齒輪的安全運(yùn)行效能將會給機(jī)械運(yùn)行過程帶來不可忽視影響。齒輪傳動側(cè)隙如果能得到準(zhǔn)確的控制，那么機(jī)械齒輪的整體結(jié)構(gòu)性能將會得到明顯的改善優(yōu)化，客觀上有助于機(jī)械運(yùn)行磨耗程度的減輕。由此能夠判斷得出，機(jī)械設(shè)計人員針對機(jī)械齒輪的關(guān)鍵組成部分應(yīng)當(dāng)全面致力于實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，旨在準(zhǔn)確調(diào)整機(jī)械齒輪現(xiàn)有的間隔距離大小，靈活運(yùn)用彈力補(bǔ)償以及放大補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)手段來輔助實現(xiàn)機(jī)械設(shè)計目標(biāo)。

1 齒輪的概述

齒輪的基本含義在于具備相互咬合功能的機(jī)械部件，對于齒輪結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)劃分為齒槽、輪齒、分度圓、根部圓、頂部圓、模數(shù)、齒間隔距離、齒厚度等重要因素。機(jī)械齒輪表現(xiàn)為特定的輪廓外形曲線特征，其中包含了擺線形式、漸開線形式、圓弧形式的不同齒輪外觀表現(xiàn)形態(tài)[1]。內(nèi)齒輪與外齒輪共同組成了機(jī)械齒輪的本體結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩個部分的機(jī)械齒輪共同發(fā)揮機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的促進(jìn)作用。從齒輪的制造流程工藝角度來講，機(jī)械齒輪大體應(yīng)當(dāng)包含切制類型、鑄造類型、燒結(jié)類型、軋制類型的幾種不同齒輪加工制造處理方式。

2 機(jī)械設(shè)計中齒輪傳動側(cè)隙的優(yōu)點及缺點

2.1 優(yōu)點

側(cè)隙在任何種類的機(jī)械齒輪中都是普遍存在的，機(jī)械齒輪由于具備了特定尺寸大小的側(cè)隙間隔距離，因此齒輪能夠得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。齒輪機(jī)械本體結(jié)構(gòu)中的分度圓通常表現(xiàn)為特定大小的相鄰輪齒間隙，在輪齒相互摩擦與運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程中，輪齒原有的機(jī)械性狀將會緩慢產(chǎn)生改變，進(jìn)而表現(xiàn)為齒輪側(cè)隙的固有間隔距離縮小或者擴(kuò)大傾向。從機(jī)械運(yùn)行的基本原理角度來講，輪齒之間應(yīng)當(dāng)保持在零的間隔距離。然而在真實的機(jī)械運(yùn)行中，外界環(huán)境溫度、輪齒固有的機(jī)械強(qiáng)度因素、人為操作因素等都會增加輪齒間隔距離。輪齒之間的機(jī)械側(cè)隙如果不復(fù)存在，那么運(yùn)行狀態(tài)中的齒輪將會突然產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，進(jìn)而影響整個機(jī)械系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行。因此可見，齒輪的機(jī)械傳動側(cè)隙客觀上具有保障齒輪安全運(yùn)行、縮小齒條的機(jī)械摩擦損耗、控制齒輪運(yùn)行速度等重要優(yōu)勢。圖1 為齒輪傳動側(cè)隙的設(shè)計圖紙。

圖1 齒輪傳動側(cè)隙的設(shè)計圖紙

2.2 缺點

齒輪組成的機(jī)械系統(tǒng)如果突然表現(xiàn)為運(yùn)行方向改變的狀態(tài)，那么傳動間隙有可能引發(fā)劇烈的機(jī)械運(yùn)行沖擊，或者造成機(jī)械回程顯著增大的后果。在不同的情況下，機(jī)械齒輪中的側(cè)隙間隔距離應(yīng)當(dāng)能夠限定在適當(dāng)?shù)某叽缃嵌?，避免表現(xiàn)為機(jī)械運(yùn)行回程過大的情況[3]。通過進(jìn)行以上的判斷分析，可以得知齒輪運(yùn)行中的機(jī)械傳動側(cè)隙帶有某種程度缺陷，那么將會造成過大側(cè)隙導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)行損耗增加的不良后果，甚至引發(fā)機(jī)械齒輪的安全運(yùn)行事故。

3 機(jī)械設(shè)計中齒輪傳動側(cè)隙的計算方式

齒輪側(cè)隙應(yīng)當(dāng)被控制在最佳的尺寸范圍內(nèi)，有效確保齒輪的機(jī)械表面部位能得到充分的潤滑，并且對于潛在的機(jī)械彈性變形、機(jī)械熱變形與機(jī)械安裝操作失誤因素進(jìn)行妥善的彌補(bǔ)[4]。因此，機(jī)械設(shè)計人員針對側(cè)隙的最小尺寸應(yīng)當(dāng)能夠著眼于最優(yōu)化的合理設(shè)計，嚴(yán)格控制傳動側(cè)隙的最小間隔距離。機(jī)械設(shè)計人員必須要全面考慮到機(jī)械運(yùn)行溫度、機(jī)械材料特性、機(jī)械齒輪的組成結(jié)構(gòu)方式、輪齒間隔密度等關(guān)鍵因素，如圖2 所示。

圖2 齒輪傳動側(cè)隙在機(jī)械運(yùn)行中的改變

4 機(jī)械設(shè)計中齒輪傳動側(cè)隙的設(shè)計問題

機(jī)械設(shè)計人員針對齒輪半徑在全面進(jìn)行科學(xué)檢測判斷的情況下，應(yīng)當(dāng)能夠據(jù)此給出齒輪厚度的相關(guān)影響因素。通常來講，影響齒輪機(jī)械厚度的最關(guān)鍵因素應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在科學(xué)檢測得到的齒輪機(jī)械半徑，上述的檢測半徑數(shù)據(jù)直接決定了齒輪薄厚程度的最佳尺寸大小。機(jī)械設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)避免片面按照齒輪端面部位的厚度測量數(shù)據(jù)來確定最佳尺寸大小，而是必須要通過實施嚴(yán)格全面的檢測操作，最終才能確定機(jī)械齒輪的傳動側(cè)隙間隔距離。機(jī)械設(shè)計人員針對機(jī)械齒輪的側(cè)隙大小應(yīng)當(dāng)運(yùn)用自動化的齒輪檢測儀器來進(jìn)行判斷，充分確保經(jīng)過合理完善與優(yōu)化后的齒輪傳動側(cè)隙能滿足最優(yōu)的機(jī)械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

5 機(jī)械設(shè)計中齒輪傳動側(cè)隙的解決措施

5.1 運(yùn)用渦輪蝸桿

渦輪蝸桿的機(jī)械齒輪傳動運(yùn)行模式本身具有噪聲最低、結(jié)構(gòu)最為緊湊、機(jī)械承載性能良好等獨特技術(shù)優(yōu)勢，因此在目前的情況下，蝸輪蝸桿的齒輪側(cè)隙機(jī)械傳動設(shè)計模式正在被普遍運(yùn)用于各個機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域。齒輪的機(jī)械軸承之間如果表現(xiàn)為直角的狀態(tài)，并且不具備軸承平行或者相交的特征，那么機(jī)械設(shè)計人員可以選擇以上的渦輪蝸桿設(shè)計技術(shù)手段。齒輪傳動側(cè)隙在反向進(jìn)行自我閉鎖的基礎(chǔ)上，機(jī)械運(yùn)行渦輪可以經(jīng)由蝸桿予以帶動。兩個相鄰的機(jī)械軸承之間應(yīng)當(dāng)達(dá)到緊密銜接的狀態(tài)，充分確保經(jīng)由合理優(yōu)化后的齒輪傳動機(jī)械間隔距離能達(dá)到最為適宜的程度標(biāo)準(zhǔn)。

熱變因素構(gòu)成了影響加工尺寸精度的最關(guān)鍵要素，因此決定了機(jī)械加工人員針對熱變因素的形成產(chǎn)生根源必須要準(zhǔn)確判斷，如此才能確保機(jī)械加工人員運(yùn)用科學(xué)的手段方法來減少熱變因素干擾。機(jī)械加工人員針對磨削與車削機(jī)械零件毛坯的空間環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)給予必要監(jiān)測，準(zhǔn)確控制加工零件毛坯的環(huán)境空間溫度因素。

5.2 運(yùn)用斜齒輪

機(jī)械設(shè)計人員對于存在過大間隙的齒輪傳動側(cè)隙應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的限定控制，最好選擇斜齒輪的技術(shù)手段來減小現(xiàn)有的機(jī)械側(cè)隙間隔。斜齒輪針對過大的齒輪間隙可以實現(xiàn)靈活調(diào)整，借助于軸向壓簧或者墊片的機(jī)械作用力來達(dá)到齒輪錯開的目標(biāo)。機(jī)械設(shè)計人員通常可以將墊片放置于齒輪的適當(dāng)區(qū)域部位，確保咬合狀態(tài)的兩個機(jī)械輪齒能達(dá)到逐步分離的狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，緊密銜接的機(jī)械齒輪薄片就會達(dá)到更加穩(wěn)固的效果，依靠自動補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械作用力來確保螺旋線的排列分布更加緊湊，進(jìn)而達(dá)到了機(jī)械傳動運(yùn)行準(zhǔn)確程度明顯提升的目的。

5.3 運(yùn)用放大補(bǔ)償

機(jī)械設(shè)計人員在補(bǔ)償機(jī)械傳動鏈的過大間隙前提下，應(yīng)當(dāng)可以確保實現(xiàn)最優(yōu)化的機(jī)械放大補(bǔ)償調(diào)整效果。具體針對于傳動鏈的機(jī)械運(yùn)行間隔距離而言，機(jī)械設(shè)計人員必須要對此展開嚴(yán)格準(zhǔn)確的測量計算工作，然后才能據(jù)此判斷得到最佳的機(jī)械運(yùn)行誤差補(bǔ)償比例數(shù)值。機(jī)械設(shè)計人員針對測量誤差以及齒輪運(yùn)行中的補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)保證滿足統(tǒng)一性的標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此實現(xiàn)全方位的機(jī)械補(bǔ)償精準(zhǔn)程度優(yōu)化提升效果，對于機(jī)械齒輪的過大傳動間隔距離進(jìn)行有效的縮小。

5.4 運(yùn)用彈力補(bǔ)償

橡膠彈簧本身具有優(yōu)良的變形能力，對于強(qiáng)度較大的機(jī)械運(yùn)行沖擊作用力可以進(jìn)行全面抵消，同時還能達(dá)到保證機(jī)械平穩(wěn)運(yùn)行的良好效果。因此在實踐中，機(jī)械設(shè)計人員有必要考慮借助彈力補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)手段來消除過大的傳動側(cè)隙。機(jī)械設(shè)計人員可以將橡膠彈簧布置在傳動齒輪的適當(dāng)區(qū)域部位，以此來抵消機(jī)械振動與沖擊。橡膠彈簧在原有形狀產(chǎn)生改變的情況下，機(jī)械緩沖作用力將會形成，充分體現(xiàn)了彈力補(bǔ)償作用在消除強(qiáng)烈機(jī)械沖擊以及保護(hù)機(jī)械齒輪中的重要意義。

6 結(jié)語

經(jīng)過分析可見，齒輪傳動側(cè)隙能否得到合理與科學(xué)設(shè)計，直接關(guān)系到機(jī)械運(yùn)行的綜合效能實現(xiàn)。目前，機(jī)械設(shè)計人員針對自動化的齒輪設(shè)計輔助平臺手段應(yīng)當(dāng)加以充分利用，通過實施因地制宜的齒輪傳動側(cè)隙改進(jìn)設(shè)計方案來實現(xiàn)最大化的齒輪機(jī)械運(yùn)行效益。具體在現(xiàn)階段的機(jī)械設(shè)計實踐中，設(shè)計技術(shù)人員必須要準(zhǔn)確把握齒輪傳動側(cè)隙的優(yōu)化設(shè)計思路，全面調(diào)整與改善齒輪各個機(jī)械部位的功能。