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• 齒輪的側隙

一對齒輪要想達到圓滑流暢的旋轉傳動, 需要有側隙。側隙是指一對齒輪嚙合時, 齒面間的間隙, 根據測定方向, 分類如下。

6.1 各種齒輪的側隙

（1）圓周方向側隙 ( j_t )

在齒輪副中, 固定其中一個齒輪, 另一個齒輪所能轉過的節圓弧長稱為圓周側隙。

（2）法線方向側隙 ( j_n )

兩齒輪的嚙合齒面互相接觸時, 其非嚙合齒面之間的最短距離, 稱為法向側隙

（3）旋轉角度側隙 ( j_θ )

齒輪副在標準中心距下固定時, 其中的一個齒輪所能轉動的最大角度。

（4）半徑方向側隙 ( j_r )

嚙合側齒面與非嚙合側齒面同時接觸時的中心距與所定中心距之差, 稱為徑向側隙。

（5）軸向側隙 ( j_x )

錐齒輪的嚙合齒面與非嚙合齒面同時接觸時的裝配距離與所定裝配距離之間的差, 稱為軸向側隙。

圖6.1 圓周方向／法線方向及半徑方向的側隙

6.2 各種齒輪的側隙關系式

表6.1 中, 列出了各種齒輪的側隙關系式。圓錐形齒輪( 錐齒輪) 的場合, 作為徑向側隙的替代, 需要討論軸向側隙。

表6.1 各種側隙間關系式

圖6.2 錐齒輪的軸向側隙

（1） 平行軸齒輪副的側隙換算例

表6.2 是正齒輪及斜齒齒輪副的側隙的計算例。增減中心距離（徑向齒隙）,可以調節齒輪副的齒隙。

表6.2 正齒輪及斜齒齒輪副

（2） 相交軸齒輪副的側隙換算例

表6.3 是錐齒輪的側隙的計算例。
錐齒輪的側隙調整, 最為一般的是使用墊片調整裝配距離（軸向側隙）。調整裝配距離時, 需要特別注意調整大小兩齒輪的平衡, 保持兩齒輪輪齒接觸的正常。

表6.3 錐齒輪副

（3）交錯軸齒輪副的側隙換算例

表6.4 是蝸桿蝸輪副側隙的計算例。
蝸桿蝸輪副的特點是驅動齒輪和被動齒輪的（蝸桿與蝸輪）的圓周側隙不同。

表6.4 蝸桿蝸輪副

表6.5 是交錯軸斜齒輪的側隙的計算例。

表6.5 交錯軸斜齒齒輪

6.3 齒厚與側隙

使齒輪產生側隙的方法有兩種, 一是將齒厚減薄, 二是增大中心距。一般的說, 前者較為常用。在這里, 將介紹齒厚減薄的方法。

前面已經介紹了齒輪的齒厚計算方法, 所計算的齒厚值為齒輪的基礎齒厚。在一對相互嚙合的正齒輪中,將小齒輪的圓弧齒厚 s₁ 減薄 Δs₁ , 大齒輪的齒厚 s₂ 減薄 Δs₂ 時, 圓周方向側隙為 Δs₁ ＋ Δs₂ 。設齒厚的減少量 Δs₁ 、Δs₂ 分別為0.1, 壓力角 α ＝ 20°時, 圓周側隙 j_t 為:

j_t = Δs₁ + Δs₂ = 0.1 + 0.1 = 0.2

將其換算成法向側隙 j_n , 則:

j_n = j_t cos α = 0.2 × cos 20° = 0.1879

換算成半徑方向側隙 j_r , 則:

實際上需要減少圓弧齒厚, 增加側隙時, 應該參考JIS 的側隙標準進行。
JIS 的側隙規格包括JIS B 1703 ? ₁₉₇₆（ 已廢止）正齒輪及斜齒齒輪的側隙和 JIS B 1705 ? ₁₉₇₃ 錐齒輪側隙。這些標準中, 都規定了在端平面上的圓周側隙 jt 的數值。標準中的數值是一般情況下的標準側隙值。據使用目的,亦可采用規格外的側隙。
在圖紙上注明齒厚值時, 除記入齒厚外, 還應該記入齒厚的容許尺寸公差及側隙。
例如:

因為齒厚的容許公差決定側隙, 所以非常重要。

6.4 齒輪系與側隙

在單級齒輪機構中的側隙已經在各種齒輪的側隙中做以介紹。在此, 來考慮二級齒輪機構的側隙。
如圖6.3 所示的二級齒輪機構中, 設 j_t1 為第一級的圓周側隙, j_t4 為第二級的圓周側隙。

圖6.3 二級齒輪機構的側隙

在此將第一級的小齒輪1 固定, 第二級的大齒輪4 的總圓周側隙 j_tT4 為:

換算成旋轉角側隙則為:

當固定大齒輪4 時, 第一級的小齒輪1 的總圓周側隙 j_tT1 為:

換算成旋轉角側隙則為:

6.5 減小側隙的方法

（ 無側隙齒輪）

在高精度定位的齒輪裝置中, 小側隙或無側隙齒輪是提高精度的重要性能。最近, 這種需求比以前更有增加。
這里介紹幾種減小各種齒輪側隙及實現零側隙的方法。

（1）小齒厚減少量齒輪 （一般方法）

在制作齒輪時控制齒厚減少量小于標準齒輪, 然后在正常的中心距或裝配距離下嚙合, 可以得到比較小的側隙。
使用這個方法雖然不能得到零側隙, 但是, 可以適用于所有類型的齒輪, 是最為簡單的方法。如果注意選用徑向跳動小的齒輪, 側隙的變動也可以很小。
側隙為零的齒輪有發生不能圓滑運轉的可能性, 需要多加注意。

（2）側隙可調小的齒輪

側隙可調至很小的齒輪或使用此類結構的方法。不為零側隙。

（a）調整中心距方式

這種方法可以適用于正齒輪、斜齒輪、交錯軸斜
齒輪及蝸桿蝸輪。
通過減小齒輪的中心距, 達到調整徑向側隙的目的, 使齒輪側隙變小。
可以調整中心距的構造比較復雜。

（b）調整裝配距離方式

通過減小錐齒輪的裝配距離, 達到調整軸向側隙的目的, 使錐齒輪側隙變小。
錐齒輪的場合, 如果過大調整一個齒輪的裝配距離, 會對齒輪的齒接觸產生不良影響。
在錐齒輪副中, 同時調整兩方齒輪的裝配距離以保持輪齒接觸的正常非常重要。
使用墊片調整裝配距離是最為一般的方法。

（c）兩個重疊齒輪移動調整方法

幾乎所有的齒輪都可以適用的方法。
將兩個重疊齒輪相互的輪齒相位關系調整固定, 使側隙減小。原理示意在圖6.4 中。
斜齒齒輪及蝸桿蝸輪中, 還有將其中的一個齒輪①

圖6.4 兩個重疊齒輪的調節（固定式）

沿軸向移動, 然后調整相互的輪齒相位的方法。原理示意在圖6.5 中。

圖6.5 斜齒齒輪的側隙調整

（d）錐形齒輪（正齒輪及錐形齒條）

錐形齒輪, 亦被稱為CONICAL GEAR。
因為錐形齒輪的輪齒是連續變位的圓錐狀齒輪,所以齒形和齒厚連續變化。
錐形正齒輪的齒形示意于圖6.6。
錐形齒輪沿軸向移動的話, 相嚙輪齒的齒厚發生變化, 達到調整側隙的目的。使用墊片調整錐形齒輪沿軸向移動是即簡單又確實的方法。
錐形齒輪的長處是即使沿軸向移動也不會改變輪齒的接觸。

圖6.6 錐形正齒輪的齒形

（e）雙導程蝸桿副

雙導程蝸桿蝸輪是左右齒面的模數變化的齒輪。
蝸桿的左右齒面的齒距不同, 所以齒厚連續變化。
蝸桿沿軸向移動時, 嚙合部的齒厚不斷變化, 側隙得以調整。
軸向的調整可以有各種各樣的方法, 與其他齒輪相同, 所以墊片調整是最為簡便、確實的方法。
為了保證嚙合齒面的油膜不被切斷, 需要保持適當的側隙。零側隙狀態的使用不被推薦。
圖6.7 示意了雙導程蝸桿副的原理。（詳細解說登載在第368 頁。請參考。）

圖6.7 雙導程蝸桿副原理圖

（3）側隙可以調整為零的齒輪

利用外力強行去除齒輪側隙的構造。
因為齒輪為兩齒面嚙合, 所以需要特別注意齒面的潤滑狀況, 避免發生齒面無潤滑現象。
這種方法, 不適合使用在蝸桿蝸輪及交錯軸斜齒輪等傳動時齒面的滑動大的齒輪。
齒面滑動大的齒輪在沒有油膜的狀態下傳動時, 會造成齒面的急速磨損。

圓周側隙為零的剪形夾齒輪

將分為兩半的齒輪利用彈簧等的外力與另一個齒輪的輪齒夾緊, 以去除輪齒間側隙。
圖6.8 示意了其構造圖。

圖6.8 剪形夾齒輪（盤簧使用例）