1 緒論

齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng)，是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式，是機(jī)械產(chǎn)品的重要的基礎(chǔ)零部件。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、圓周速度高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)尺寸小等一系列特點(diǎn)。因此，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重最大的傳動(dòng)形式。齒輪的設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響到機(jī)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(rèn)為工業(yè)化的一種象征。
隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，齒輪技術(shù)有了飛速的發(fā)展，齒輪傳動(dòng)的形式也愈發(fā)豐富和多樣。在現(xiàn)代進(jìn)給驅(qū)動(dòng)及一些專(zhuān)用精密傳動(dòng)裝置中,要求提高運(yùn)動(dòng)精度、減小回程誤差的情況愈來(lái)愈多,也常常提出無(wú)間隙傳動(dòng)的要求。其中變厚齒輪具有傳動(dòng)精度高、剛性好、無(wú)振顫等顯著優(yōu)點(diǎn)，利用其軸向串動(dòng)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(cuò)軸傳動(dòng)，近幾年來(lái)己在機(jī)械行業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1.1 變厚齒輪的國(guó)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(duì)傳動(dòng)精度和回差即齒側(cè)間隙提出了新的要求，如機(jī)床領(lǐng)域、起重運(yùn)輸、印刷機(jī)械、輕紡機(jī)械等對(duì)回差和振顫的嚴(yán)格要求，各國(guó)紛紛開(kāi)發(fā)各種形式的無(wú)間隙減速器或間隙可調(diào)的減速器,以便減小回差,實(shí)現(xiàn)精密傳動(dòng)。
對(duì)于變厚齒輪的研究，國(guó)外開(kāi)始于50年代，在這方面,德國(guó)和日本走在了最前列,他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了很多種可調(diào)間隙的減速器。 德國(guó)的Alpha Getriebsbau GmbH公司從80年代初起專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)小間隙行星齒輪減速器，用于精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器人等。Infrano公司生產(chǎn)的無(wú)間隙行星齒輪減速器包括與三個(gè)行星齒輪嚙合的中心齒輪和輸出導(dǎo)架，減速器特點(diǎn)是無(wú)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(yùn)轉(zhuǎn)載荷的作用下形成滿足傳動(dòng)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(wú)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(guó)內(nèi)對(duì)變厚齒輪的研究是從80年代開(kāi)始的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)與控制研究室(現(xiàn)在的特種傳動(dòng)智能設(shè)計(jì)及控制研究室)李瑰賢教授指導(dǎo)下的博士生吳俊飛在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃〔863計(jì)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(jí)漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)和一級(jí)少齒差內(nèi)嚙合變厚齒輪傳動(dòng)，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(dòng)中的擺線針輪，使得該減速器不僅具有傳動(dòng)比大、運(yùn)動(dòng)精度高、扭轉(zhuǎn)剛度大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且可以通過(guò)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(shí)現(xiàn)精密傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室陳小安教授和陳昶于2006年6月申請(qǐng)了可調(diào)側(cè)隙變厚齒輪傳動(dòng)副的發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)200610054346.5）。說(shuō)明書(shū)中指出，公知的齒輪傳動(dòng)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(dòng)，在滾齒機(jī)上滾切斜齒輪時(shí)，如果滾刀既沿軸向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也同時(shí)作微量的徑向進(jìn)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(duì)位置即可達(dá)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(bǔ)償，同時(shí)加工時(shí)對(duì)齒輪的齒厚及齒距公差要求較嚴(yán)。文獻(xiàn)“變厚斜齒輪”(舒長(zhǎng)生《傳動(dòng)技術(shù)》2000年第4期p16—20)介紹了變齒厚斜齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了描述。2)雙齒輪錯(cuò)齒傳動(dòng)，兩個(gè)齒輪參數(shù)相同的薄片齒輪與另外一個(gè)寬齒輪相嚙合構(gòu)成齒輪副。兩個(gè)薄片齒輪套裝在一起，通過(guò)彈簧使兩個(gè)薄片齒輪錯(cuò)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(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朥S5400672A提出的發(fā)明即是此類(lèi)型的雙齒輪錯(cuò)齒傳動(dòng)。在雙齒輪錯(cuò)齒傳動(dòng)類(lèi)型中，無(wú)論正向或反向旋轉(zhuǎn)，都因分別只有一個(gè)薄片齒輪承受轉(zhuǎn)矩，所以承載能力受到限制，同時(shí)由于采用了彈性元件其傳動(dòng)剛度亦受到限制。這種調(diào)整法結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)齒輪的齒厚和齒距要求相對(duì)較低。

1.2 現(xiàn)行的變厚齒輪的特點(diǎn)
變齒厚漸開(kāi)線齒輪（以下簡(jiǎn)稱(chēng)變厚齒輪）傳動(dòng)是漸開(kāi)線齒輪的一種情況。它的幾何特點(diǎn)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(kāi)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(gè)通過(guò)齒輪軸線的對(duì)稱(chēng)平面，其齒面則和斜齒輪一樣，是螺旋漸開(kāi)面。斜齒變厚齒輪則沒(méi)有這樣的對(duì)稱(chēng)平面，其齒厚中點(diǎn)連線為螺旋線。
變厚齒輪可以實(shí)現(xiàn)平行軸、相交軸和交錯(cuò)袖之間的傳動(dòng)。它可以通過(guò)軸向竄動(dòng)很方便地調(diào)節(jié)兩輪的側(cè)隙.故宜用于對(duì)回差要求嚴(yán)格的精密傳動(dòng)。此外，在交錯(cuò)軸傳動(dòng)的情況下，適當(dāng)選擇變厚齒輪的幾何參數(shù)，可以使輪齒一側(cè)實(shí)現(xiàn)線接觸或近似線接觸，這是一般漸開(kāi)線交錯(cuò)軸斜齒輪所不能比擬的。
變厚齒輪副由于傳動(dòng)方式靈活，具有一般錐齒輪傳動(dòng)所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn):1）可以通過(guò)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(dòng)比不變；2）理論上相交軸和交錯(cuò)軸變厚齒輪傳動(dòng)屬于空間點(diǎn)嚙合，但是可以根據(jù)包絡(luò)原理，利用加工修形的方法實(shí)現(xiàn)線接觸而提高承載能力，而錐齒輪純屬點(diǎn)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(zhuān)用機(jī)床，加工及調(diào)整都相對(duì)復(fù)雜；4）變厚齒輪可以實(shí)現(xiàn)極小軸交角傳動(dòng)，并且對(duì)加工誤差不敏感，而錐齒輪則不宜實(shí)現(xiàn)極小軸交角傳動(dòng)；5）當(dāng)需要進(jìn)行硬齒面磨削加工時(shí)，錐齒輪的加工難度大、磨削成本高，而變厚齒輪則相對(duì)容易，成本較低。

1.3切向變位的變厚齒輪的原理