齒輪傳動具單位體積傳動扭矩大之優勢，早已被廣範用於各種領域之動力傳輸，其中車輛是占最大比率，而近50年來由於生產自動化的快速發展，齒輪傳動亦大量用於機器人、機械手臂、無人搬運車(AGV)、自動倉儲之穿梭車、自動輸送系統...等等，在許多生產自動化上是須講究低齒隙及高傳動精度，而不只是要求傳輸扭矩而已，因此在此應用領域，要如何達到低齒隙高傳動精度成為齒輪傳動產品之設計及製造的重要課題。以下摘述敝公司(盟英科技)之齒輪傳動產品(含平行軸圓柱齒輪減速機、行星齒輪減速機、諧波減速機)若干設計及製造心得供讀者參考，期望對讀者有所助益。
平行軸圓柱齒輪減速機
平行軸圓柱齒輪減速機主要包含正齒輪減速機及螺旋齒輪減速機，齒輪減速機之傳動精度是指其輸出之實際旋轉角度對理論旋轉角度之誤差，就一對齒輪而言其傳動精度量測方法如圖1，輸入及輸出齒輪軸上各裝一組編碼器偵測其旋轉角度位置，因齒輪減速比R是固定的，所以理論上其輸入齒輪轉θ角，則輸出齒輪應會轉θ/R角，但實際測試結果(如圖2)均會與θ/R角有差距，此差距就是所謂該對齒輪之「傳動誤差」或稱「傳動精度」，而且此傳動誤差通常呈正弦 (Sine)或餘弦(Cosine)波狀，此傳動誤差就與齒輪精度息息相關，整個大正弦波就是該對齒輪之節圓偏擺造成的，其餘的小波浪是單齒之傳動誤差，主要是齒形誤差造成，導程誤差及節距誤差亦會有若干影響。所以齒輪精度等級所含齒形誤差、導程誤差、節距誤差、節圓偏擺等四項誤差中，節圓偏擺對傳動精度之影響最大，圖2中之累積傳動誤差及總傳動誤差即呈現主要受節圓偏擺之大正弦波影響。
市面齒輪減速機產品之齒輪精度等級雖DIN3~10級(近似於JIS N3~N10級)皆有，不同用途，齒輪精度之需求就不一樣。要高傳動精度，通常採取滲碳硬化後磨齒到DIN 5級內且其節圓偏擺須作更高精度(甚至達DIN 3級內)，帶軸之齒輪(如圖3)只要兩端中心孔磨得夠好當基準，節圓偏擺要作到DIN3級，沒有太大困難。但中空之齒輪(如圖4)磨齒後之節圓偏擺要作到DIN5級以下，就要有良好之膨漲心軸(如圖5)或斜錐心軸(錐度通常在1/8000~12000)作支撐心軸，使得齒輪內孔對心軸之偏擺至少控制在2µm以內。齒輪通常採用SNCM220或SNCM420低碳合金鋼材作滲碳，表面硬度可達HRC58~62。小模數(M≦2)有效滲碳層深度(HRV550以上之深度)通常約模數之0.2~0.4倍，但較大模數(M2以上)隨著模數的增加則會縮減該倍率值及其上下限範圍，大致可參考齒輪手冊之建議值(如表1)。齒輪面一般研磨至表面粗度Ra0.4。
跨齒厚公差雖與傳動精度無關，但與齒隙有直接關係，一般小模數(≦M2)之齒輪磨齒之跨齒厚公差通常要求在20µm以內，如能控制在10µm內更佳。
齒輪中心距是受控於齒輪箱軸承安裝孔之距離公差，此亦會影響齒隙，如齒輪中心距是無法設計為可調整的，則一般齒輪箱齒輪軸安裝中心距公差可參考表2，通常±0.01mm是精密搪孔機尚可作到的精度，如要求再高就只能靠精密工具磨床(Jig Grinder)可作到±0.0025mm。齒輪中心距公差及跨齒厚公差縮小會增加齒輪減速機之製造困難度及製造成本，因此要解決低齒隙，最好是齒輪之中心距設計成可調整的，下列為幾種可降低齒隙的設計方法：
1. 一對齒輪中之一個齒輪中心位置設計成可移動(如圖6)，如馬達輸出之首對齒輪經常讓馬達之安裝位置可作些微(±0.2mm)調整。
2. 設計一個惰齒輪，且惰齒輪之中心位置是可調整的(如圖7)。
3. 將其中一個齒輪設計成兩片齒輪組合且兩片齒輪以彈簧強迫錯開一個角度(如圖8)，夾住其嚙合之齒輪，使其達到近乎零齒隙。
4. 齒輪設計成錐狀(如圖9)，安裝時調整軸向位置以縮減齒隙。
假如齒輪箱之齒輪軸平行度不夠好，該對嚙合齒輪其中一個齒輪最好作點導程上之隆齒(如圖10)，以避免齒接觸齒印偏單邊，隆齒量需依兩齒輪軸平行度而定。
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