自动消除限转角齿轮齿侧间隙的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动消除限转角齿轮齿侧间隙的方法，适用于在有限体积空间内进行有限转角的无间隙齿轮传动。
【背景技术】
[0002]齿轮传动是一种广泛应用于各种机械系统和装备的主要传动方式。齿轮传动机构是机电产品中常见的控制和测量机构，齿轮传动的精度直接影响到产品的控制和测量性能。齿轮传动机构在单向传动时，传动精度较高。但是在一些伺服机电系统中，普通齿轮的齿侧间隙造成的回差会使伺服系统反应滞后。齿轮本身作为一个具有复杂形状的几何实体和回转运动的传动元件，其以基准孔中心为圆心的圆周切线方向相对于理想的位置产生偏移而传递转动。齿轮副圆周侧隙是由设计时的进刀误差，单个齿轮本身的制造误差和传动中心距误差等组成的。齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。齿轮传动链的伺服系统中存在各种传动误差，这些误差大致可以分成角度传动误差和线性传动误差。上述类型的传动误差均与齿轮传动过程中轮齿侧隙的存在有很大关系。在伺服系统工作过程中，不可避免地会将上述由轮齿侧隙产生的误差传递。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。(一)传递运动准确性要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。(二)传递运动平稳性。要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。(三)载荷分布均匀性。要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。(四)传动侧隙的合理性。要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。受加工精度的限制，齿面形貌存在偏差，齿轮传动难以避免由于齿形误差及安装误差等造成的啮合间隙。当需要驱动控制对象(或被测对象)往复转动时，由于啮合间隙的存在，使齿轮传动链产生空回，而带来较大的控制误差或测量误差，对控制精度产生严重影响，因此，在需要传递高精度角度信息或者位置信息的场合，必须采用合适的误差控制方法，以提高传动精度，达到更好的运行效果。通常的回程误差控制方法有:双电机消隙法，双斜齿轮消隙法，齿轮中心距调整法，扭/弹簧加载双片齿轮消隙法，摩擦消隙法等。齿轮侧隙的消除方法很多。为了解决这一问题，人们想了很多办法。但从已知的消除齿侧间隙的方法看，它们总存在这样或那样的不足，如结构复杂、尺寸大、承载能力差、不能自动补偿等。数十年来，有关齿轮消隙的研宄已较为深入，研宄方法总结起来，工程中常用的消除或减小空回的主要方法有: 1.调整中心距法:通过改变主动齿轮和从动齿轮转轴的中心距控制齿隙。这种方法的缺点是调整中心距后会使齿轮的滑动磨损增大，调整过大时甚至会出现咬死的现象。
[0003]2.接触游丝法:通过在传动链中的最后一环安放游丝，产生反扭矩，使传动链中所有零件都保持单向压紧，齿轮在正转或反转过程中使齿面始终处于单面啮合状态，从而消除齿隙对空回的影响。这种方法的主要缺点是传动链中仍然有齿隙存在、传递力矩小，主要适用于小型仪表中。
[0004]3.偏心套(轴)调整法:将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮装在电机输出轴上，并将电机安装在偏心轴上，通过转动偏心套(轴)的转角，调节两啮合齿轮的中心距，消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。
[0005]4.双片薄齿轮错齿调整法:相互啮合的一对齿轮中，一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。工作中，使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区，具体调整措施是:周向弹簧在两个薄片齿轮上各开了几条周向圆弧槽，并在两个齿轮的端面上安装弹簧的短柱。在弹簧的作用下使两个薄片齿轮错位而消除齿侧间隙。这种结构形式中的弹簧的拉力必须足以克服驱动转矩才能起作用。因该方法受到周向圆弧槽及弹簧尺寸限制，故仅适用于机床电气实训装置、读数装置而不适用于驱动装置。可调拉簧在两个薄片齿轮上装有凸耳，弹簧的一端钩在凸耳上，另一端钩在螺钉上。弹簧的拉力大小可用螺母调节螺钉的伸出长度，调整好后再用螺母锁紧。这种薄片错齿调整机构，其特点是结构比较简单，但调整较费时，且齿侧间隙不能自动补偿，轴向尺寸较大，结构欠紧凑。
[0006]在传动精度要求高的应用场合，大多采用以上双片齿轮错齿消除间隙的方法。在该类机构的典型应用中，固定主齿轮与转轴固联，固定主齿轮一侧加工略大于轴径的柱面，加载副齿轮加工同样大小的圆孔将其同轴套在该柱面上，并保持与固定主齿轮贴合。同时，为保证在360°范围内任意角度上都能较好地消除齿隙，一般都在主、加载副齿轮面上沿圆周方向安装2?4组弹簧，以提供消除齿隙的强迫拉力，弹簧数量较多，结构复杂，尺寸大。
[0007]而在较多的工业控制及测量应用中，控制对象或被测对象往往只需在较小的有限范围内往复转动，则固定在其上的主、加载副齿轮中有大部分齿面位于转动范围外，从未参与啮合，浪费了加工和材料成本，且在部分机构空间受限的产品中，这些齿不但完全没有用处，还会占用较大的空间，并容易和周围构件形成干涉，不利于空间利用和装配实现，限制了机构的应用。随着消隙齿轮工况复杂程度的提升，现有技术消隙齿轮并不能满足含消隙齿轮机构的机电系统动力学特性研宄的需要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种方式简单，结构紧凑，能够实现齿轮传动无啮合间隙，提高齿轮传动的精度，并能降低成本、改善装配性的自动消除限转角齿轮齿侧间隙的方法。
[0009]本发明采用的技术方案是:将相互啮合的主动齿轮、从动齿轮的中的一个制成沿厚度方向分成主、副两片的扇形齿轮，:主动齿轮或从动齿轮由固联在齿轮转轴筒I上的固定主齿轮6和平行于固定主齿轮6的加载副齿轮2组成，固定主齿轮6工作部分和加载副齿轮2设为扇形，加载副齿轮2小端扇面底部圆弧贴合齿轮转轴筒I圆柱面；在所述固定主齿轮和加载副齿轮2的扇形面上制出斜孔槽7，斜孔槽7内安装保持拉伸状态的齿轮拉簧4，齿轮拉簧4沿斜孔槽7两端分别将固定主齿轮6和加载副齿轮2连接在一起，固定主齿轮6和加载副齿轮2相互错开一定角度的圆周角，同时从相向方向与从动齿轮5啮合。
[0010]本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
本发明在所述固定主齿轮和加载副齿轮的扇形面斜孔槽7内安装保持拉伸状态的齿轮拉簧，通过齿轮拉簧沿斜孔斜拉固定主齿轮与加载副齿轮，既能提供加载副齿轮相对固定主齿轮沿圆周方向的强迫拉力，保证主、加载副齿轮均能同时与从动齿轮5啮合，无反向传动间隙，又能提供加载副齿轮扇面底部圆弧面与固定主齿轮上一侧圆柱台面的贴合力，从而限制加载副齿轮与固定主齿轮只能在周向同轴地错开一定角度，保证了正反两个转动方向的啮合精度。
[0011]方法简单，结构紧凑，体积小巧，便于安装。本发明采用非满圆形主从动齿扇形轮啮合，可减小体积，实现结构紧凑。能够有效减小尺寸和构件数目，并能降低成本。采用固联在齿轮转轴筒上的固定主齿轮6和平行于固定主齿轮6的加载副齿轮2错开一定角度的圆周角组成主动齿轮，无须过分提高齿轮加工精度和装配精度，即可实现齿轮传动无啮合间隙，大大提高齿轮传动的精度，进而提高了控制对象的控制精度或对被测对象的测量精