专利名称：无间隙齿轮传动装置及消除齿轮传动间隙的方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮传动装置及方法，具体是涉及一种可有效消除齿轮传动间隙的无间隙齿轮传动装置及消除齿轮传动间隙的方法。
背景技术：
在伺服驱动系统的传动机构中，齿轮传动因其瞬间传动比为常数，传动精度高，承载能力大等优点，是目前使用较多的传动机构。伺服驱动系统，比如机床进给系统，机械手臂，坦克瞄准系统等，都需要双向传动，并且要保证精度，这就要求齿轮传动机构必须采取措施消除齿侧间隙。目前已有的能减小或消除齿轮传动间隙的齿轮传动装置主要有以下几种一、刚性调整一采用双齿轮叠合加垫片的方式进行调整刚性调整只能用于斜齿轮间隙的调整，其采用厚齿轮同时与两个相同齿数的薄齿轮啮合，薄齿轮由平键与轴联接，互相不能相对回转。薄齿轮的齿形拼装在一起加工，并与键槽保持确定的相对位置。加工时，在两薄齿轮之间装入已知厚度的垫片。装配时，将垫片厚度增加或减少At，然后再用螺母拧紧。这时两齿轮的螺旋线就产生了错位，其左、右两齿面分别与厚齿轮的齿面贴紧，消除了间隙。垫片厚度的增减量At可以用以下公式计算At=A cot β式中，Δ—齿侧间隙；β—斜齿轮的螺旋角。刚性调整法调节齿轮间隙有较好的传动刚度，且结构比较简单。缺点是1.调整之后齿侧间隙不能自动补偿；2.这种方法只能应用与斜齿轮传动，无法适用于直齿轮。
3.垫片的厚度通常是由试测法确定，一般要经过几次修磨才能调整好。4.要求严格控制齿轮的加工精度，否则传动的灵活性将受到影响。二、柔性调整一采用双重叠合齿轮加弹簧装置调整一种方式是采用双齿轮错齿式结构消除间隙，即由两个套装在一起，并可作相对回转、具有相同齿数的薄齿轮分别与一个厚齿轮啮合。两个薄齿轮上其中一个开设四个螺孔，另一个开设8个螺孔(其中4个位置与另一齿轮上开设螺孔位置相同)，螺孔内分别装上凸耳A和凸耳B。弹簧的两端分别钩在凸耳A以及安装在凸耳B上的调节螺钉上，并通过调节螺母调节弹簧的拉力，调节完毕用螺母锁紧。弹簧的拉力使薄齿轮错位，即两个薄齿轮的左、右齿面分别紧贴在厚齿轮齿槽的左、右齿面上，消除了齿侧间隙。由于正向和反向旋转，分别只有一片齿轮承受扭矩，因此承载能力受到了限制。在设计时必须计算弹簧的拉力，使它能够克服最大扭矩，否则将失去消除间隙的作用。另一种方式是用碟形弹簧消除斜齿轮齿侧间隙的结构。两个同轴设置的薄斜齿轮同时与一宽齿轮啮合，蝶形弹簧设置于薄齿轮的轴上，以螺母通过垫圈来调节蝶形弹簧，使它保持一定的压力。弹簧作用力的调整必须适当，压力过小，达不到消隙作用；压力过大，将会使齿轮磨损加快。为了使齿轮在轴上能沿轴向移动，而又不产生偏斜，这就要求齿轮的内孔具有较长的导向长度，因而增大了轴向尺寸。
这种柔性调整法在齿轮的齿厚和周节有差异的情况下，仍可始终保持无间隙啮合，齿侧间隙可以自动补偿，对齿轮的加工精度和安装精度要求较低。但此种结构将影响齿轮的传动平稳性，而且这种调整法的结构比较复杂，传动刚度低，要求齿轮的内孔具有较长的导向长度，增大了轴向尺寸。
发明内容
本发明的目的是提供一种可有效消除齿轮的传动间隙的无间隙齿轮传动装置。本发明的另一目的是提供一种消除齿轮传动间隙的方法。为达上述目的，本发明采用了以下技术方案一种无间隙齿轮传动装置，包括与驱动装置输出轴相连的第三齿轮，以及与第三齿轮同时啮合且并列安装在齿轮轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿轮模数相同，其中，第一齿轮通过键槽固定在齿轮轴上，其齿轮面上设有贯通的类楔形孔洞； 第二齿轮套设在齿轮轴上，可绕齿轮轴转动，且通过安装在齿轮轴上的弹簧及调节螺母实现轴向移动，第二齿轮上对应类楔形孔洞的位置处设有与类楔形孔洞相匹配的类楔形凸块。所述的无间隙齿轮传动装置，其中，所述的类楔形孔洞的侧面a及与其相匹配的类楔形凸块的侧面b均为螺旋曲面，类楔形孔洞和类楔形凸块的其他侧面均与第一齿轮/ 第二齿轮的表面相垂直。所述的无间隙齿轮传动装置，其中，所述侧面a的螺旋曲面与侧面b的螺旋曲面螺距相同，曲面完全重合，螺旋曲面的最大螺旋角即螺旋曲面的外边线的螺旋角β ^actg f，其中，f是齿轮材料的摩擦系数。所述的无间隙齿轮传动装置，其中，所述侧面a/b设于齿轮的径向面上。所述的无间隙齿轮传动装置，其中，所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮同为直齿轮、斜齿轮或锥齿轮。一种消除齿轮间传动间隙的方法，包括与电机输出轴相连的第三齿轮，以及与第三齿轮同时啮合且并列安装在齿轮轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿轮模数相同，其中，第一齿轮和第二齿轮上分别设有相匹配的类楔形孔洞及类楔形凸块；类楔形孔洞的侧面a及与其相匹配的类楔形凸块的侧面b均为螺旋曲面，类楔形孔洞及类楔形凸块的其他侧面均与第一齿轮/第二齿轮的表面相垂直；通过侧面a/b之间的相互旋转来调节第一齿轮与第二齿轮间的错开角度，消除齿轮间传动间隙。所述的消除齿轮传动间隙的方法，其中，所述第一齿轮和第二齿轮呈反向传动，传动时，第一齿轮的齿面与第三齿轮一个方向的齿面紧密接触；第二齿轮在安装于齿轮轴上的弹簧及调整螺母的作用下，通过侧面a和侧面b间的配合，实现齿面与第三齿轮另一个方向的齿面紧密接触。所述的消除齿轮传动间隙的方法，其中，所述侧面a的螺旋曲面与侧面b的螺旋曲面螺距相同，曲面完全重合，螺旋曲面的最大螺旋角即螺旋曲面的外边线的螺旋角 β Sactg f，其中，f是齿轮材料的摩擦系数。所述的消除齿轮传动间隙的方法，其中，所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮同为直齿轮、斜齿轮或锥齿轮。
所述的消除齿轮传动间隙的方法，其中，以所述第一齿轮的中心为轴，以顺时针或逆时针旋转180度的排布方式开设两个类楔形孔洞；以所述第二齿轮的中心为轴，以顺时针或逆时针旋转180度的排布方式开设两个类楔形凸块。由于采用了以上技术方案，使得本发明具备如下技术效果I、本发明通过加工在第一齿轮和第二齿轮上的螺旋曲面之间的相互旋转来调节齿轮的错开角度，从而实现齿轮件的无间隙传动，这种传动装置不但适用于直齿轮，也适用于斜齿轮和锥齿轮，适用范围广泛；2、本发明的的第一齿轮通过键槽固定在齿轮轴上，第二齿轮既可以绕齿轮轴转动，也可以沿齿轮轴轴向移动。传动时，第一齿轮负责逆时针方向传动，第二齿轮负责顺时针方向传动。第一齿轮的齿面与第三齿轮的齿面的一个方向的齿面紧密接触，在弹簧的作用下，第二齿轮的齿面始终与第三齿轮相反方向的齿面紧密接触，即使齿轮磨损后也能保持这样的状态，实现了齿侧间隙的自动补偿；3、本发明的第一齿轮侧面a和第二齿轮的侧面b的最佳采用螺旋曲面，螺旋曲面的螺距相同，曲面可以完全重合，可以承受超过齿轮本身可承受的扭矩。鉴于实际应用过程中的复杂情况，如软化油的变性等情况的出现，均会影响曲面间的摩擦系数，故而只要螺旋曲面的最大螺旋角(即螺旋曲面的外边线的螺旋角)β ^actg f(i3是螺旋曲面的外边线的螺旋角，f是齿轮材料的摩擦系数)，第一齿轮和第二齿轮就可以实现自锁，传动刚度较好，且可有效防止齿轮抱死；4.本发明的第一齿轮和第二齿轮之间的力通过两个对称的螺旋曲面或斜面均匀传递，不会产生偏斜，也就不需要齿轮的内孔具有较长的导向长度，不会增加轴向尺寸，结构简单，使用方便。
图I为本发明无间隙齿轮传动装置的结构示意图；图2为本发明无间隙齿轮传动装置的第一齿轮的主视图；图3为图2的A-A向剖视图；图4为本发明无间隙齿轮传动装置的第二齿轮的主视图；图5为图4的B-B向剖视图；图中I.第一齿轮，11.类楔形孔洞；2.第二齿轮，21.类楔形凸块；3.第三齿轮，4..齿轮轴；5.弹簧；6.调整螺母。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明并不仅限于所述实施例。实施例I参见图1-5所示，一种无间隙齿轮传动装置，包括与驱动装置如电机的输出轴相连的第三齿轮3，以及与第三齿轮3同时啮合且并列安装在齿轮轴4上的第一齿轮I和第二齿轮2。第一齿轮I和第二齿轮2的齿轮模数相同，第一齿轮I通过键槽固定在齿轮轴4 上，其齿轮面上设有一贯通的类楔形孔洞11 ;第二齿轮2套设在齿轮轴4上，在齿轮轴4上位于第二齿轮2的上部安装有弹簧5及调整螺母6。使第二齿轮2即可绕齿轮轴4转动，又可通过弹簧5及调整螺母6实现轴向移动，第二齿轮2上对应第一齿轮I的类楔形孔洞11 的位置处设有一与类楔形孔洞11相匹配的类楔形凸块21。第一齿轮I的类楔形孔洞11及第二齿轮2的类楔形凸块21均由四个侧面组成， 设于齿轮的径向面上的第一齿轮I类楔形孔洞11的侧面a为与第一齿轮I/第二齿轮2的表面为螺旋曲面；与其相匹配的第二齿轮2的类楔形凸块21的侧面b亦为螺旋曲面。其余的侧面均为与第一齿轮I/第二齿轮2的表面相垂直的平面或弧面。侧面a的螺旋曲面与侧面b的螺旋曲面螺距相同，曲面完全重合，可以承受超过齿轮本身可承受的扭矩。螺旋曲面的最大螺旋角即螺旋曲面的外边线的螺旋角β ^actg f， 其中，f是齿轮材料的摩擦系数。螺旋曲面的螺旋角从外边线(即第一齿轮I与第二齿轮 2不相接触的面一侧的的外边线)向内侧逐渐呈螺旋形递减。这是考虑到实际操作中的复杂情况，将螺旋曲面的螺旋角设置为β ^actg f，从而使第一齿轮I与第二齿轮2可实现自锁，又避免抱死，达到刚性调整法同样的刚度。如钢与钢之间的摩擦系数为O. 1-0. 15，由上式可知，β = actgf = 5. 70-8. 60，由此可知第一齿轮I与第二齿轮2同为钢材的情况下，螺旋曲面的最大的螺旋角小于或等译 8°时，第一齿轮I与第二齿轮2即可实现自锁。由于本发明采用相配合的类楔形孔洞11和类楔形凸块21间的相互旋转来调接第一赤轮与第二齿轮2的错开角度，因此对齿轮的类型无特定的限制，第一齿轮I、第二齿轮2 和第三齿轮3可同为直齿轮、斜齿轮或锥齿轮,使用范围较广。实施例2一种消除齿轮间传动间隙的方法，包括与电机输出轴4相连的第三齿轮3，以及与第三齿轮3同时啮合且并列安装在齿轮轴4上的第一齿轮I和第二齿轮2，第一齿轮I和第二齿轮2的齿轮模数相同，第一齿轮I和第二齿轮2上分别设有相匹配的类楔形孔洞11及类楔形凸块21。设于齿轮径向面上的类楔形孔洞11的侧面a及与其相匹配的类楔形凸块 21的侧面b均为螺旋曲面，类楔形孔洞11及类楔形凸块21的其他侧面均与第一齿轮I/第二齿轮2的表面相垂直；通过侧面a/B之间的相互旋转来调节第一齿轮I与第二齿轮2间的错开角度，消除齿轮间传动间隙。传动时,第一齿轮I和第二齿轮2呈反向传动,如第一齿轮I为逆时针传动，则第二齿轮2呈顺时针传动。第一齿轮I的齿面与第三齿轮3—个方向的齿面紧密接触。第二齿轮2在安装于齿轮轴4上的弹簧5及调整螺母6的作用下，通过侧面a和侧面b间的配合，第二齿轮2始终与第三齿轮3相反方向的齿面紧密接触，即使齿轮磨损后也可通过弹簧 5及调整螺母6调节进入类楔形孔洞11内的类楔形凸块21的长度，从而实现齿侧间隙的自动补偿。侧面a的螺旋曲面与侧面b的螺旋曲面螺距相同，曲面完全重合，螺旋曲面的最大螺旋角即螺旋曲面的外边线的螺旋角β < actgf，其中，f是齿轮材料的摩擦系数。为了达到更好的效果，可以以第一齿轮I的中心为轴，在类楔形孔洞11顺时针或逆时针旋转180度的位置处再开设一个类楔形孔洞；同时以第二齿轮2的中心为轴，在类楔形凸块21顶时针或逆时针旋转180度的位置处再开设一个类楔形凸块。双方向同时作用， 从而使齿轮轴的弯矩为零，使用效果更佳。
本发明齿轮间传动间隙的方法，不仅适用于直齿轮，也适用于斜齿轮或锥齿轮。
权利要求
1.一种无间隙齿轮传动装置，包括与驱动装置输出轴相连的第三齿轮，以及与第三齿轮同时啮合且并列安装在齿轮轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿轮模数相同，其特征在于第一齿轮通过键槽固定在齿轮轴上，其齿轮面上设有贯通的类楔形孔洞；第二齿轮套设在齿轮轴上，可绕齿轮轴转动，且通过安装在齿轮轴上的弹簧及调节螺母实现轴向移动，第二齿轮上对应类楔形孔洞的位置处设有与类楔形孔洞相匹配的类楔形凸块；类楔形孔洞与类楔形凸块的结合面为螺旋曲面。
2.根据权利要求I所述的无间隙齿轮传动装置，其特征在于所述的类楔形孔洞的侧面a及与其相匹配的类楔形凸块的侧面b均为螺旋曲面，类楔形孔洞和类楔形凸块的其他侧面均与第一齿轮/第二齿轮的表面相垂直。
3.根据权利要求2所述的无间隙齿轮传动装置，其特征在于所述侧面a的螺旋曲面与侧面b的螺旋曲面螺距相同，曲面完全重合，螺旋曲面的最大螺旋角即螺旋曲面的外边线的螺旋角β Sactg f，其中，f是齿轮材料的摩擦系数。
4.根据权利要求2所述的无间隙齿轮传动装置，其特征在于所述侧面a/b设于齿轮的径向面上。
5.根据权利要求1-4中任一所述的无间隙齿轮传动装置，其特征在于所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮同为直齿轮、斜齿轮或锥齿轮。
6.一种消除齿轮间传动间隙的方法，包括与电机输出轴相连的第三齿轮，以及与第三齿轮同时啮合且并列安装在齿轮轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿轮模数相同，其特征在于第一齿轮和第二齿轮上分别设有相匹配的类楔形孔洞及类楔形凸块；类楔形孔洞的侧面a及与其相匹配的类楔形凸块的侧面b均为螺旋曲面，类楔形孔洞及类楔形凸块的其他侧面均与第一齿轮/第二齿轮的表面相垂直；通过侧面a/b之间的相互旋转来调节第一齿轮与第二齿轮间的错开角度，消除齿轮间传动间隙。
7.根据权利要求6所述的消除齿轮传动间隙的方法，其特征在于所述第一齿轮和第二齿轮呈反向传动，传动时，第一齿轮的齿面与第三齿轮一个方向的齿面紧密接触；第二齿轮在安装于齿轮轴上的弹簧及调整螺母的作用下，通过侧面a和侧面b间的配合，实现齿面与第三齿轮另一个方向的齿面紧密接触。
8.根据权利要求6所述的消除齿轮传动间隙的方法，其特征在于所述侧面a的螺旋曲面与侧面b的螺旋曲面螺距相同，曲面完全重合，螺旋曲面的最大螺旋角即螺旋曲面的外边线的螺旋角β ^actg f，其中，f是齿轮材料的摩擦系数。
9.根据权利要求6所述的消除齿轮传动间隙的方法，其特征在于所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮同为直齿轮、斜齿轮或锥齿轮。
10.根据权利要求6-9所述的消除齿轮传动间隙的方法，其特征在于以所述第一齿轮的中心为轴，以顺时针或逆时针旋转180度的排布方式开设两个类楔形孔洞；以所述第二齿轮的中心为轴，以顺时针或逆时针旋转180度的排布方式开设两个类楔形凸块。
全文摘要
本发明涉及无间隙齿轮传动装置及消除齿轮传动间隙的方法，该装置包括与驱动装置的输出轴相连的第三齿轮，以及与第三齿轮同时啮合且并列安装在齿轮轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的齿轮模数相同，其中，第一齿轮通过键槽固定在齿轮轴上，其齿轮面上设有贯通的类楔形孔洞；第二齿轮套设在齿轮轴上，可绕齿轮轴转动，且通过安装在齿轮轴上的弹簧及调节螺母实现轴向移动，第二齿轮上对应类楔形孔洞的位置处设有与类楔形孔洞相匹配的类楔形凸块，孔洞与凸块的结合面为螺旋曲面。通过类楔形孔洞与类楔形凸块间的相互旋转来调节第一齿轮与第二齿轮间的错开角度，消除齿轮间传动间隙。结构简单，操作方便，适用范围广。
文档编号F16H55/18GK102588559SQ201210030939
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者徐之敬, 成献礼 申请人:北京波尔通导科技有限公司