1 緒論

齒輪傳動是近代機器中最常見的一種機械傳動，是傳遞機器動力和運動的一種主要形式，是機械產(chǎn)品的重要的基礎(chǔ)零部件。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機械傳動相比，具有功率范圍大、傳動效率高、圓周速度高、傳動比準確、使用壽命長、結(jié)構(gòu)尺寸小等一系列特點。因此，它已成為許多機械產(chǎn)品不可缺少的傳動部件，也是機器中所占比重最大的傳動形式。齒輪的設(shè)計與制造水平將直接影響到機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。由于齒輪在工業(yè)發(fā)展中的突出地位，致使齒輪被公認為工業(yè)化的一種象征。
隨著現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用，齒輪技術(shù)有了飛速的發(fā)展，齒輪傳動的形式也愈發(fā)豐富和多樣。在現(xiàn)代進給驅(qū)動及一些專用精密傳動裝置中,要求提高運動精度、減小回程誤差的情況愈來愈多,也常常提出無間隙傳動的要求。其中變厚齒輪具有傳動精度高、剛性好、無振顫等顯著優(yōu)點，利用其軸向串動可方便地調(diào)整齒側(cè)間隙(理論上可消除間隙)、減小回差，能夠?qū)崿F(xiàn)平行軸、相交軸、交錯軸傳動，近幾年來己在機械行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1.1 變厚齒輪的國內(nèi)、外研究狀況
隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和高品質(zhì)產(chǎn)品需求，對傳動精度和回差即齒側(cè)間隙提出了新的要求，如機床領(lǐng)域、起重運輸、印刷機械、輕紡機械等對回差和振顫的嚴格要求，各國紛紛開發(fā)各種形式的無間隙減速器或間隙可調(diào)的減速器,以便減小回差,實現(xiàn)精密傳動。
對于變厚齒輪的研究，國外開始于50年代，在這方面,德國和日本走在了最前列,他們已經(jīng)開發(fā)出了很多種可調(diào)間隙的減速器。 德國的Alpha Getriebsbau GmbH公司從80年代初起專門生產(chǎn)小間隙行星齒輪減速器，用于精密定位機構(gòu)、機器人等。Infrano公司生產(chǎn)的無間隙行星齒輪減速器包括與三個行星齒輪嚙合的中心齒輪和輸出導(dǎo)架，減速器特點是無間隙嚙合，輪齒帶有一些錐度，在行星齒輪的軸上有一碟形彈簧，產(chǎn)生壓向行星齒輪的軸向力。在運轉(zhuǎn)載荷的作用下形成滿足傳動要求所必須的齒輪輪齒嚙合間隙。其它還有各種各樣間隙可調(diào)的或無間隙的蝸輪一蝸桿減速器，如Leroy-Sourer公司生產(chǎn)的可調(diào)嚙合間隙的蝸輪減速器系列。
國內(nèi)對變厚齒輪的研究是從80年代開始的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械傳動與控制研究室(現(xiàn)在的特種傳動智能設(shè)計及控制研究室)李瑰賢教授指導(dǎo)下的博士生吳俊飛在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃〔863計劃)資助下研制了一種可調(diào)隙新型RV減速器，該減速器采用一級漸開線齒輪傳動和一級少齒差內(nèi)嚙合變厚齒輪傳動，首次成功地將變厚齒輪應(yīng)用于RV減速器中，代替了一般RV傳動中的擺線針輪，使得該減速器不僅具有傳動比大、運動精度高、扭轉(zhuǎn)剛度大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高等優(yōu)點，而且可以通過調(diào)節(jié)變厚齒輪的軸向位置改變齒輪的嚙合側(cè)隙，從而減小回差，實現(xiàn)精密傳動。機械傳動實驗室陳小安教授和陳昶于2006年6月申請了可調(diào)側(cè)隙變厚齒輪傳動副的發(fā)明專利（專利號200610054346.5）。說明書中指出，公知的齒輪傳動的齒側(cè)間隙的控制方法和技術(shù)有：1)變齒厚斜齒輪傳動，在滾齒機上滾切斜齒輪時，如果滾刀既沿軸向作進給運動也同時作微量的徑向進給，將嚙合齒輪副的分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，可形成變齒厚斜齒輪，調(diào)整嚙合齒輪副兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側(cè)間隙的目的。但嚙合齒輪副的分度圓為帶有小錐度的圓錐面，因此齒輪輪齒磨損后齒側(cè)間隙不能補償，同時加工時對齒輪的齒厚及齒距公差要求較嚴。文獻“變厚斜齒輪”(舒長生《傳動技術(shù)》2000年第4期p16—20)介紹了變齒厚斜齒輪傳動進行了描述。2)雙齒輪錯齒傳動，兩個齒輪參數(shù)相同的薄片齒輪與另外一個寬齒輪相嚙合構(gòu)成齒輪副。兩個薄片齒輪套裝在一起，通過彈簧使兩個薄片齒輪錯位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙。專利申請?zhí)朥S5400672A提出的發(fā)明即是此類型的雙齒輪錯齒傳動。在雙齒輪錯齒傳動類型中，無論正向或反向旋轉(zhuǎn)，都因分別只有一個薄片齒輪承受轉(zhuǎn)矩，所以承載能力受到限制，同時由于采用了彈性元件其傳動剛度亦受到限制。這種調(diào)整法結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對齒輪的齒厚和齒距要求相對較低。

1.2 現(xiàn)行的變厚齒輪的特點
變齒厚漸開線齒輪（以下簡稱變厚齒輪）傳動是漸開線齒輪的一種情況。它的幾何特點是:在不同的端截面上，其齒形具有不同的變位系數(shù)，就像漸開線齒輪插齒刀的齒一樣。變厚齒輪有直齒和斜齒兩種。所謂直齒，是指輪齒有一個通過齒輪軸線的對稱平面，其齒面則和斜齒輪一樣，是螺旋漸開面。斜齒變厚齒輪則沒有這樣的對稱平面，其齒厚中點連線為螺旋線。
變厚齒輪可以實現(xiàn)平行軸、相交軸和交錯袖之間的傳動。它可以通過軸向竄動很方便地調(diào)節(jié)兩輪的側(cè)隙.故宜用于對回差要求嚴格的精密傳動。此外，在交錯軸傳動的情況下，適當選擇變厚齒輪的幾何參數(shù)，可以使輪齒一側(cè)實現(xiàn)線接觸或近似線接觸，這是一般漸開線交錯軸斜齒輪所不能比擬的。
變厚齒輪副由于傳動方式靈活，具有一般錐齒輪傳動所無法比擬的優(yōu)點:1）可以通過將變厚齒輪沿軸向調(diào)節(jié)而調(diào)整齒側(cè)間隙(理論上可以消除間隙)，從而減小回差而保持傳動比不變；2）理論上相交軸和交錯軸變厚齒輪傳動屬于空間點嚙合，但是可以根據(jù)包絡(luò)原理，利用加工修形的方法實現(xiàn)線接觸而提高承載能力，而錐齒輪純屬點接觸的空間嚙合，承載能力差；3）變厚齒輪插齒和滾齒都能加工，而錐齒輪則需要采用專用機床，加工及調(diào)整都相對復(fù)雜；4）變厚齒輪可以實現(xiàn)極小軸交角傳動，并且對加工誤差不敏感，而錐齒輪則不宜實現(xiàn)極小軸交角傳動；5）當需要進行硬齒面磨削加工時，錐齒輪的加工難度大、磨削成本高，而變厚齒輪則相對容易，成本較低。

1.3切向變位的變厚齒輪的原理