机电一体化系统设计
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3.3 齿轮副传动

当使用齿轮副传动时,要求有足够的刚度,其转动惯量尽量小,精度高;齿轮传动比i应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求;采用必要调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙。

3.3.1 齿轮副等效惯量计算和传动比分配

以二级齿轮减速器为例,说明等效惯量计算和传动比分配方法。二级齿轮减速器如图3-1(齿轮1、3相同)所示。设i1i2分别为齿轮1和2、齿轮3和4的传动比,则总传动比i

各齿轮近似实心圆柱体,分度圆直径d,齿宽B、比重γ均相同,则转动惯量J

图3-1 二级齿轮减速器示意图

由此可得各齿轮的转动惯量为

根据式(3-3)和式(3-4)可得

;同理可求出。等效到电机轴的转动惯量为

简化为

根据等效转动惯量最小原则,令,得到

即按照等效转动惯量最小原则,传动比分配方法可按式(3-8)进行计算。

3.3.2 齿轮副间隙的调整

齿轮副间隙的调整作用主要是消除或缩小齿轮传动中的反向误差,即齿轮副的啮合间隙。

1. 偏心套(轴)调整法

调整偏心套(轴)的位置,使两个啮合中心距变化,消除齿侧间隙,如图3-2(a)所示为通过调整偏心套调整小齿轮和大齿轮啮合中心距的大小,图3-2(b)所示为通过调整偏心轴调整啮合中心距的大小。

特点:结构简单,但其侧隙不能自动补偿。

图3-2 偏心套、偏心轴调整示意图

2. 轴向垫片调整法

如图3-3所示为轴向垫片调整示意图,沿齿轮轴向各个截面,齿轮变位系数不同,齿根、齿顶有锥度,利用垫片使两个齿轮沿轴向相对移动,以消除齿侧间隙。

特点:结构简单,但其侧隙不能自动补偿。

图3-3 轴向垫片调整

3. 双片薄齿轮错齿调整法

特点:输出扭矩小,适用于读数装置而不适用于驱动装置。

(1)双片薄齿轮错齿调整法——周向弹簧式。

如图3-4所示,一个齿轮做成宽齿轮,另一个齿轮由两个薄片齿轮组成,在两个薄片齿轮3和4端面上有安装弹簧2的短柱1,在弹簧力的作用下,使两个薄片齿轮3、4产生错位,可以消除与宽齿轮的齿侧间隙。

图3-4 周向弹簧式

(2)双片薄齿轮错齿调整法——可拉弹簧式。

如图3-5所示,一个齿轮做成宽齿轮,另一个齿轮由两个薄片齿轮组成,在两个薄片齿轮1、2上装有凸耳3,弹簧4一端装在凸耳3上,另一端挂在螺钉7上,弹簧力的大小可用螺母5调节螺钉7的伸出长度实现,调好后通过螺母6锁紧。

图3-5 可拉弹簧式