齿轮齿条啮合间隙调节方法应用研究

买志学，何捷军，严生辉

（共享智能装备有限公司，宁夏 银川 750021）

机械传动主要是指利用机械方式传递动力和运动的传动。机械传动机构，可以将动力所提供的运动的方式、方向或速度加以改变，被人们有目的地加以利用。

机械传动主要的传动方式有三种：齿轮传动、皮带传动、链传动。

齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的装置，可以由齿轮与齿轮啮合传动，也可以由齿轮与齿条啮合传动，它是现代各种设备中应用最广泛的一种机械传动方式。其传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。

齿轮传动精度不达标的情况，有三个方面：齿轮自身精度、加工件加工精度、装配精度。

本论文主要论述现有的齿轮啮合间隙调节方式，提出一种偏心销结构的间隙调节方法，解决现有技术齿轮与齿条啮合间隙调节繁琐问题，简化啮合间隙调节时不必要的操作，达到安装及维护简便的作用。

1 齿轮齿条啮合间隙调节方式

齿轮与齿条的啮合间隙直接会影响到其传动精度，齿轮是圆的，齿条是长的，齿轮的齿形是曲线（渐开线），而齿条的齿形是直线，齿轮的运动是转动即圆周运动，而齿条的运动是移动即直线运动。齿轮作为主传动，与齿条啮合带动某个部件做直线运动。

间隙调节目前具有三种形式：腰形孔+螺栓调整、精密垫片调整、偏心轮调整。

1.1 腰形孔+螺栓调整

腰形孔+螺栓调整是最为常见的调整方式。该调整机构结构简单，调整方便，且对工件的加工要求不高，成本也相对较低，成为首选方案。

工作原理是通过上下两侧的螺栓调整齿轮与齿条的中心距。看似很简单，实际上要规范调整好齿轮齿条的间隙需要借助千分表等工具，才能确定间隙是否符合要求，大部分工厂还是通过装配人员的感觉去调整。其实使用效果及寿命很大程度上是取决于装配的精度（前提是产品质量、机架加工符合要求），德国的设备，相同配置，之所以使用效果及寿命更为突出，主要是有完善的工序、制程为基础。

1.2 精密垫片调整

精密垫片调整需要根据设计结构需求来选用，精密垫片调整工作量看似比较大，但是每次调整的精度都比较精准，一般2～3 次调整就可以完成，从效率上应该还是比较高的，但是对装配人员的技术要求也比较高。

工作原理是通过在安装支架与滑台之间加减精密垫片（或者更换不同厚度的垫片）来调整间隙，采用该方式调整间隙时，建议通过千分表等工具检测间隙，可以较好的调整到位，不宜凭感觉调整。该接触面对加工精度要求较高，同时安装支架的垂直度要设计公差要求，保证齿轮齿条的平行度达到设计标准。

1.3 偏心轮调整

偏心轮调整主要应用在重载的场合，调整难度较高一般也是大部分应用首先的设计。该调整机构结构简单，调整方便，且对工件的加工要求不高，成本也相对较低，成为首先方案。

工作原理是由于中间齿轮与偏心轮的固定螺孔有中心偏移的，使得偏心轮在不同的位置都会改变齿轮齿条的中心距，即只要通过转动偏心轮使之与滑台的不同螺孔配合，即可调整齿轮齿条的间隙。当偏心距设计越小，调整精度越高，同时对加工件的加工要求也更高，该方式对加工精度要求最高，整体成本也是最高的，但在承载能力方面是比较突出的。

2 加砂小车齿轮齿条啮合间隙调节方法研究

2.1 3D 打印集中供砂系统加砂小车齿轮齿条啮合间隙调节现状

3D 打印集中供砂系统是配套工业级铸造砂型3D 打印机使用，为打印机提供混合固化剂后的砂子，该设备混砂效率高，可供多台打印机同时使用，从而代替了每台打印机自身的混砂机构。加砂小车作为集中供砂系统的重要组成部分，3D 打印机所需的砂子都需要加砂小车去运输，而加砂小车是靠电机带动齿轮与齿条的啮合运动，使得加砂小车沿导轨做直线运动，齿轮与齿条之间啮合间隙如果不合适，会直接影响到运砂的效率以及安全性，进而影响到打印机的生产成本及安全。

目前，加砂小车齿轮齿条啮合间隙调节方法主要采用偏心轮调节。其结构主体是一块带两组中心螺孔的连接法兰，两组螺孔中心存在偏移，如图1所示，一般中心齿轮与内圈螺孔固定，外圈与固定连接板固定。通过旋转偏心轮以达到调节齿轮与齿条间隙的作用。

图1 偏心轮主视图

该方法调节繁琐，需要拆掉外圈与连接板固定的所有螺栓进行旋转，调整合适后重新固定所有螺栓。

2.2 偏心调节方法原理及优点

本文所述偏心调节方法与偏心轮调节的区别在于：偏心调节是利用偏心销的转动带动电机连接板及电机整体平行移动，使得齿轮齿条啮合间隙得到调整，调节的源头只是偏心销的转动，操作简便。而偏心轮调节是整个偏心轮的转动带动电机连接连接板及电机旋转移动，操作繁琐。

本文所述的偏心调节方法，其装置结构如图2所示。包括电机、电机连接板、偏心销、锁紧螺母、齿轮、导轨平台、齿条、支撑板、紧固螺栓。

图2 间隙调节装置

电机与电机连接板通过螺栓连接，此连接是固定锁紧的；电机连接板（椭圆调节孔）与支撑板（螺纹孔）通过紧固螺栓连接，此连接是可调节的，未调节齿轮齿条间隙时紧固螺栓不锁紧；偏心销穿插在电机连接板、支撑板上，偏心销与连接板的接触区域为偏心圆柱，旋转偏心销的角度可带动电机连接板平移，电机连接板上的椭圆调节孔与支撑板上的螺纹孔的相对位置会发生改变，当齿轮与齿条间隙合适后，通过锁紧螺母固定偏心销，同时锁紧紧固螺栓；齿轮与电机连接，此连接是同轴心的，由电机带动齿轮旋转；齿条固定在导轨平台上，导轨平台及齿条是不能活动的。

电机、电机连接板、齿轮三者是连接在一起的，由电机连接板与支撑板通过偏心销、紧固螺栓连接，通过旋转调节偏心销的角度，偏心结构带动电机连接板平移，即电机、齿轮相应的平移运动，使齿轮与齿条的间隙发生改变，从而达到调节啮合间隙的作用。

本文中论述的间隙调节方法，其优点在于只需要将紧固螺栓调整至松动状态，不用完全拆除，待偏心销旋转一定角度，使得间隙满足精度要求时，即锁紧所有相关的螺栓即可。操作简便，节省成本。

2.3 应用效果

本文所述间隙调节方式在3D 打印集中供砂设备上得到验证和应用，在实际使用中，供砂小车由原来的偏心轮结构变更为偏心销结构。在成本方面，偏心销相较于偏心轮结构，其加工制作简单、费用降低80%；在应用方面，由原本繁琐的调节转而变为轻巧、简便的方式，节省了人员的时间，工作效率显著提升。

本文所述齿轮齿条间隙调节方式需注意以下方面：1）调节前需先松开电机连接板与支撑板之间的螺栓，再松开偏心销的锁紧螺母；2）调整后需先锁紧偏心销锁紧螺母，再紧固电机连接板与支撑板之间的螺栓。

3 结论

通过与现有齿轮齿条啮合间隙调节方式的分析对比，间隙调节方法克服了现有技术中调节齿轮与齿条间隙繁琐的问题；偏心调节方法，简化了齿轮与齿条间隙调节功能，达到了安装及维护简便的作用，为设计人员提供一种可参考的间隙调节方法，从而可以更好地满足实际生产需求。