可调侧隙变厚齿轮传动副结构设计及分析（本科毕业论文设计）.doc
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可调侧隙变厚齿轮传动副结构设计及分析（本科毕业论文设计）,1绪论齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是机械产品的重要的基础零部件。它与带、链、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、结构尺寸小等一系列特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比重最大的传动形式。...
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1 绪论
齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是机械产品的重要的基础零部件。它与带、链、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、结构尺寸小等一系列特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比重最大的传动形式。齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量。由于齿轮在工业发展中的突出地位，致使齿轮被公认为工业化的一种象征。
随着现代设计方法的应用，齿轮技术有了飞速的发展，齿轮传动的形式也愈发丰富和多样。在现代进给驱动及一些专用精密传动装置中,要求提高运动精度、减小回程误差的情况愈来愈多,也常常提出无间隙传动的要求。其中变厚齿轮具有传动精度高、刚性好、无振颤等显著优点，利用其轴向串动可方便地调整齿侧间隙(理论上可消除间隙)、减小回差，能够实现平行轴、相交轴、交错轴传动，近几年来己在机械行业中得到越来越广泛的应用。
1.1 变厚齿轮的国内、外研究状况
随着生产技术的发展和高品质产品需求，对传动精度和回差即齿侧间隙提出了新的要求，如机床领域、起重运输、印刷机械、轻纺机械等对回差和振颤的严格要求，各国纷纷开发各种形式的无间隙减速器或间隙可调的减速器,以便减小回差,实现精密传动。
对于变厚齿轮的研究，国外开始于50年代，在这方面,德国和日本走在了最前列,他们已经开发出了很多种可调间隙的减速器。 德国的Alpha Getriebsbau GmbH公司从80年代初起专门生产小间隙行星齿轮减速器，用于精密定位机构、机器人等。Infrano公司生产的无间隙行星齿轮减速器包括与三个行星齿轮啮合的中心齿轮和输出导架，减速器特点是无间隙啮合，轮齿带有一些锥度，在行星齿轮的轴上有一碟形弹簧，产生压向行星齿轮的轴向力。在运转载荷的作用下形成满足传动要求所必须的齿轮轮齿啮合间隙。其它还有各种各样间隙可调的或无间隙的蜗轮一蜗杆减速器，如Leroy-Sourer公司生产的可调啮合间隙的蜗轮减速器系列。
国内对变厚齿轮的研究是从80年代开始的。哈尔滨工业大学机械传动与控制研究室(现在的特种传动智能设计及控制研究室)李瑰贤教授指导下的博士生吴俊飞在国家高技术研究发展计划〔863计划)资助下研制了一种可调隙新型RV减速器，该减速器采用一级渐开线齿轮传动和一级少齿差内啮合变厚齿轮传动，首次成功地将变厚齿轮应用于RV减速器中，代替了一般RV传动中的摆线针轮，使得该减速器不仅具有传动比大、运动精度高、扭转刚度大、体积小、重量轻、结构紧凑、传动效率高等优点，而且可以通过调节变厚齿轮的轴向位置改变齿轮的啮合侧隙，从而减小回差，实现精密传动。机械传动实验室陈小安教授和陈昶于2006年6月申请了可调侧隙变厚齿轮传动副的发明专利（专利号200610054346.5）。说明书中指出，公知的齿轮传动的齿侧间隙的控制方法和技术有：1)变齿厚斜齿轮传动，在滚齿机上滚切斜齿轮时，如果滚刀既沿轴向作进给运动也同时作微量的径向进给，将啮合齿轮副的分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，可形成变齿厚斜齿轮，调整啮合齿轮副两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。但啮合齿轮副的分度圆为带有小锥度的圆锥面，因此齿轮轮齿磨损后齿侧间隙不能补偿，同时加工时对齿轮的齿厚及齿距公差要求较严。文献“变厚斜齿轮”(舒长生《传动技术》2000年第4期p16—20)介绍了变齿厚斜齿轮传动进行了描述。2)双齿轮错齿传动，两个齿轮参数相同的薄片齿轮与另外一个宽齿轮相啮合构成齿轮副。两个薄片齿轮套装在一起，通过弹簧使两个薄片齿轮错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。专利申请号US5400672A提出的发明即是此类型的双齿轮错齿传动。在双齿轮错齿传动类型中，无论正向或反向旋转，都因分别只有一个薄片齿轮承受转矩，所以承载能力受到限制，同时由于采用了弹性元件其传动刚度亦受到限制。这种调整法结构较复杂，对齿轮的齿厚和齿距要求相对较低。
1.2 现行的变厚齿轮的特点
变齿厚渐开线齿轮（以下简称变厚齿轮）传动是渐开线齿轮的一种情况。它的几何特点是:在不同的端截面上，其齿形具有不同的变位系数，就像渐开线齿轮插齿刀的齿一样。变厚齿轮有直齿和斜齿两种。所谓直齿，是指轮齿有一个通过齿轮轴线的对称平面，其齿面则和斜齿轮一样，是螺旋渐开面。斜齿变厚齿轮则没有这样的对称平面，其齿厚中点连线为螺旋线。
变厚齿轮可以实现平行轴、相交轴和交错袖之间的传动。它可以通过轴向窜动很方便地调节两轮的侧隙.故宜用于对回差要求严格的精密传动。此外，在交错轴传动的情况下，适当选择变厚齿轮的几何参数，可以使轮齿一侧实现线接触或近似线接触，这是一般渐开线交错轴斜齿轮所不能比拟的。
变厚齿轮副由于传动方式灵活，具有一般锥齿轮传动所无法比拟的优点:1）可以通过将变厚齿轮沿轴向调节而调整齿侧间隙(理论上可以消除间隙)，从而减小回差而保持传动比不变；2）理论上相交轴和交错轴变厚齿轮传动属于空间点啮合，但是可以根据包络原理，利用加工修形的方法实现线接触而提高承载能力，而锥齿轮纯属点接触的空间啮合，承载能力差；3）变厚齿轮插齿和滚齿都能加工，而锥齿轮则需要采用专用机床，加工及调整都相对复杂；4）变厚齿轮可以实现极小轴交角传动，并且对加工误差不敏感，而锥齿轮则不宜实现极小轴交角传动；5）当需要进行硬齿面磨削加工时，锥齿轮的加工难度大、磨削成本高，而变厚齿轮则相对容易，成本较低。
1.3切向变位的变厚齿轮的原理
齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是机械产品的重要的基础零部件。它与带、链、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、结构尺寸小等一系列特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比重最大的传动形式。齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量。由于齿轮在工业发展中的突出地位，致使齿轮被公认为工业化的一种象征。
随着现代设计方法的应用，齿轮技术有了飞速的发展，齿轮传动的形式也愈发丰富和多样。在现代进给驱动及一些专用精密传动装置中,要求提高运动精度、减小回程误差的情况愈来愈多,也常常提出无间隙传动的要求。其中变厚齿轮具有传动精度高、刚性好、无振颤等显著优点，利用其轴向串动可方便地调整齿侧间隙(理论上可消除间隙)、减小回差，能够实现平行轴、相交轴、交错轴传动，近几年来己在机械行业中得到越来越广泛的应用。
1.1 变厚齿轮的国内、外研究状况
随着生产技术的发展和高品质产品需求，对传动精度和回差即齿侧间隙提出了新的要求，如机床领域、起重运输、印刷机械、轻纺机械等对回差和振颤的严格要求，各国纷纷开发各种形式的无间隙减速器或间隙可调的减速器,以便减小回差,实现精密传动。
对于变厚齿轮的研究，国外开始于50年代，在这方面,德国和日本走在了最前列,他们已经开发出了很多种可调间隙的减速器。 德国的Alpha Getriebsbau GmbH公司从80年代初起专门生产小间隙行星齿轮减速器，用于精密定位机构、机器人等。Infrano公司生产的无间隙行星齿轮减速器包括与三个行星齿轮啮合的中心齿轮和输出导架，减速器特点是无间隙啮合，轮齿带有一些锥度，在行星齿轮的轴上有一碟形弹簧，产生压向行星齿轮的轴向力。在运转载荷的作用下形成满足传动要求所必须的齿轮轮齿啮合间隙。其它还有各种各样间隙可调的或无间隙的蜗轮一蜗杆减速器，如Leroy-Sourer公司生产的可调啮合间隙的蜗轮减速器系列。
国内对变厚齿轮的研究是从80年代开始的。哈尔滨工业大学机械传动与控制研究室(现在的特种传动智能设计及控制研究室)李瑰贤教授指导下的博士生吴俊飞在国家高技术研究发展计划〔863计划)资助下研制了一种可调隙新型RV减速器，该减速器采用一级渐开线齿轮传动和一级少齿差内啮合变厚齿轮传动，首次成功地将变厚齿轮应用于RV减速器中，代替了一般RV传动中的摆线针轮，使得该减速器不仅具有传动比大、运动精度高、扭转刚度大、体积小、重量轻、结构紧凑、传动效率高等优点，而且可以通过调节变厚齿轮的轴向位置改变齿轮的啮合侧隙，从而减小回差，实现精密传动。机械传动实验室陈小安教授和陈昶于2006年6月申请了可调侧隙变厚齿轮传动副的发明专利（专利号200610054346.5）。说明书中指出，公知的齿轮传动的齿侧间隙的控制方法和技术有：1)变齿厚斜齿轮传动，在滚齿机上滚切斜齿轮时，如果滚刀既沿轴向作进给运动也同时作微量的径向进给，将啮合齿轮副的分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，可形成变齿厚斜齿轮，调整啮合齿轮副两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。但啮合齿轮副的分度圆为带有小锥度的圆锥面，因此齿轮轮齿磨损后齿侧间隙不能补偿，同时加工时对齿轮的齿厚及齿距公差要求较严。文献“变厚斜齿轮”(舒长生《传动技术》2000年第4期p16—20)介绍了变齿厚斜齿轮传动进行了描述。2)双齿轮错齿传动，两个齿轮参数相同的薄片齿轮与另外一个宽齿轮相啮合构成齿轮副。两个薄片齿轮套装在一起，通过弹簧使两个薄片齿轮错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。专利申请号US5400672A提出的发明即是此类型的双齿轮错齿传动。在双齿轮错齿传动类型中，无论正向或反向旋转，都因分别只有一个薄片齿轮承受转矩，所以承载能力受到限制，同时由于采用了弹性元件其传动刚度亦受到限制。这种调整法结构较复杂，对齿轮的齿厚和齿距要求相对较低。
1.2 现行的变厚齿轮的特点
变齿厚渐开线齿轮（以下简称变厚齿轮）传动是渐开线齿轮的一种情况。它的几何特点是:在不同的端截面上，其齿形具有不同的变位系数，就像渐开线齿轮插齿刀的齿一样。变厚齿轮有直齿和斜齿两种。所谓直齿，是指轮齿有一个通过齿轮轴线的对称平面，其齿面则和斜齿轮一样，是螺旋渐开面。斜齿变厚齿轮则没有这样的对称平面，其齿厚中点连线为螺旋线。
变厚齿轮可以实现平行轴、相交轴和交错袖之间的传动。它可以通过轴向窜动很方便地调节两轮的侧隙.故宜用于对回差要求严格的精密传动。此外，在交错轴传动的情况下，适当选择变厚齿轮的几何参数，可以使轮齿一侧实现线接触或近似线接触，这是一般渐开线交错轴斜齿轮所不能比拟的。
变厚齿轮副由于传动方式灵活，具有一般锥齿轮传动所无法比拟的优点:1）可以通过将变厚齿轮沿轴向调节而调整齿侧间隙(理论上可以消除间隙)，从而减小回差而保持传动比不变；2）理论上相交轴和交错轴变厚齿轮传动属于空间点啮合，但是可以根据包络原理，利用加工修形的方法实现线接触而提高承载能力，而锥齿轮纯属点接触的空间啮合，承载能力差；3）变厚齿轮插齿和滚齿都能加工，而锥齿轮则需要采用专用机床，加工及调整都相对复杂；4）变厚齿轮可以实现极小轴交角传动，并且对加工误差不敏感，而锥齿轮则不宜实现极小轴交角传动；5）当需要进行硬齿面磨削加工时，锥齿轮的加工难度大、磨削成本高，而变厚齿轮则相对容易，成本较低。
1.3切向变位的变厚齿轮的原理
