第1个回答 2012-06-30
若齿轮的横截面采用“之”字形构造，就可利用弹性补偿齿轮的膨胀和变形，实现无间隙啮合传动
生产小间隙变速箱的费用是非常高昂的。因此，许多变速箱生产厂家都把最小间隙的扭转角作为衡量变速器质量高低的特征值。由塑料材料制成的齿轮有着很大的热膨胀，由于其弹性模量较小，因此，比金属齿轮的变形更严重。据了解，塑料齿轮啮合时的齿轮间隙始终大于金属材料的齿轮。
随着技术的不断发展，一个创新的方案彻底解决了上述问题：现在所有齿形啮合的传动系都可以实现无间隙的传动。这一解决方案的基本原理是：弹性的补偿平衡齿轮副的膨胀，避免产生破坏性后果。
变速箱要实现力及力矩的传递，就要求弹性补偿的预压力必须大于外部负载引起的压力。
弹性补偿的解决方案是：传动副由两个塑料齿轮或者一个塑料齿轮和一个金属齿轮组成。弹性补偿所需的弹性由塑料齿轮的特殊结构提供：在齿轮腹板处由两个或者多个环型槽构成“之”字形的横截面形状（图2）。
通过力的分解，可以将轮齿受到的力分解为径向力和切向力。这种“之”字形结构的齿轮在啮合时能够对径向力产生弹性的弯曲变形。“之”字形结构承担的负载为齿轮轮齿受力的34％（标准渐开线齿轮）。它的结构相对较软，能够对膨胀变形给予补偿。切向的圆周力由“之”字形结构的环形横截面来承受。它相当于一个具有很高抗扭性能的管材，能够承受94％的负载。
图3 周期性的回复力要求锥齿轮副是一个无间隙的传动副
圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、圆锥齿轮、涡轮和齿条等都可以按照这一原理来制成无间隙的齿形传动机构。在圆锥齿轮传动副中，可以通过简单地调整圆锥齿轮的安装位置得到合理的预应力。
为了保证齿轮传动系统足够的稳定性，塑料齿轮应该采用正变位，变位系数x＝0.5或1。如果同时也能拥有比较大的螺旋角β，而且齿宽达到8～10倍的模数时，则可以有更多的轮齿参与啮合，这样就可以传递相对较大的扭矩。对于刚性更大的金属齿轮，既可以采用零变位也可以采用负变位，能够保持齿轮副的中心距不变。
图3所示锥齿轮是某曲柄传动机构的动力输入齿轮，周期性的回复力要求锥齿轮副是一个无间隙的传动副。曲柄传动机构驱动着图4所示的直齿轮副按照1500r/min的速度来回摆动，摆动角为120，铝合金齿轮的摆动角为240。由此传动机构把动力传递给另一个悬挂较大重量物体的机构。这一机构运转时非常平稳，而且没有噪声。因为它们是一个无间隙传递的系统：没有反向冲击，也没有噪声。
图4 无间隙传递圆柱直齿轮副的剖切示意图
在其他应用场合中，例如，为做摆动运动的元器件进行驱动的变速箱、要求以最小间隙传动转角的传动机构（检测仪表中的齿轮啮合）、传递扭转振动的变速箱以及转向机构等。这些机构中热膨胀所产生的变形均被齿轮的弹性部分所抵消补偿。在许多应用中，这样的无间隙传动齿轮都不需要很高的质量。也就是说，可以利用注塑工艺来生产无间隙传动的塑料齿轮。
这种无间隙传动的齿轮是本文作者自主研发的，其在纺织机械中得到了广泛的应用，有着很长的使用寿命，而且只需要在最初安装时一次性嵌入润滑脂即可保证长寿命，连续工作时间ED为40％。
塑料齿轮所使用的材料为无需压力即可注塑的PA 12G材料，可以毫无问题的在失油工况下正常运行。这种塑料有着很好的机械性能，吸水性和热膨胀系数都非常低。其最大的优点是可以在注塑时把金属材料的齿轮毂直接注塑成一体，从而可以制成没有扭转角间隙的变速机构。但这种无间隙啮合齿轮传动的应用仅限于中低负载工况下，连续工作时间ED值为50％，可以在温度较低的环境中使用，也可以在食品、药品、印刷、造纸以及纺织机械等领域中使用。另外，在钟表和玩具制造业中，这种无间隙传动的齿轮副也能有着非常广泛的应用。