背隙

背隙（），是機械工程名詞，有时又被称作空程差或者回程差，是二個工件結合時的間隙，可以定義為「機械系統中，在維持下一個零件靜止不動的條件下，一零件往一方向移動或旋轉的最大位移或是旋轉量。」p. 1-8。背隙是一種機械上的死區。例如在齿轮及齿轮組中就有背隙，是相嚙合的齒輪齒和齒之間的間隙。若齿轮先順時針旋轉，再以逆時針旋轉，剛開始逆時針旋轉時，相嚙合的齒輪不會旋轉，要等旋轉一個小角度後才會旋轉。像在火車調頭時，铁路连接器也會因為其背隙而發出聲音，另一個例子是氣門機構的梃杆，需維持一小段背隙才可以正常動作。

有些應用不希望背隙的存在，不過有些應用希望有背隙。幾乎所有會正反轉的機械耦合元件都不希望有背隙，不過背隙的影響不大，也可以加以補償。許多應用中，理想上會希望沒有背隙，但在實務上為了避免元件卡死，仍需要少許的背隙。需要有背隙的原因是允許潤滑、可以允許一些機械公差、有負載時的撓度、以及热胀冷缩。

齿轮
齿轮組中影響背隙大小的因素有齒廓、齒距、齒厚、螺旋角、中心距的誤差以及。若各參數的精度越高，其需要的背隙就越小。最常見出現背隙的原因是齒輪的齒在加工時，切削的深度比理想值要多，另一個引入背隙的方式是增加齒輪之間的中心距。

因為齿轮齒厚變化造成的背隙，一般會在節圓上量測，定義為：
:b_t=t_i-t_a\;

其中

若是因為中心距變化，在節圓上造成的背隙，可以用以下方式定義：

:b_c = 2 \left( \Delta c \right) \tan\phi

其中

標準的作法會讓兩個齒輪在齒厚位置各負責一半的背隙。不過若比另一個齒輪小很多，通常會讓大齒輪負責所有的背隙，可以讓小齒輪有較高的強度。

根據經驗法則，平均背隙為0.04除以直徑節距（diametral pitch），最大背隙為0.05除以直徑節距，最小背隙為0.03除以直徑節距，其作法是在方向相反時，略為轉快一點，讓背隙可以趕快用完。

有些運動控制器中會包括背隙補償，其作法可以是直接加上一補償的行程，或是利用控制理论感知負載的位置。背隙的動態響應在本質上就是延遲，會讓位置環較不穩定，而且容易振盪。

應用
低精度的齒輪聯軸器會用背隙來克服輕微的角度偏差。不過要求高精度的應用（例如工具機）不允許背隙。可以用設計的方式縮小機械中的背隙，例如用滾珠螺桿取代螺桿，並且用預緊軸承。預緊軸承會用彈簧或是其他元件，使得就算是正反轉的條件下，聯軸器和軸仍然是有接觸的。

非同步變速的手動變速器一般會有較大的背隙，原因是刻意在大齒輪（也稱為爪形離合器）之間留下空隙。空隙可以讓駕駛或是電子設備可以使引擎速度和轉軸速度同步，進而較簡單的使齒輪嚙合。若是空隙較小，在許多組態下都會出現干涉，就無法使齒輪嚙合。同步變速器中的齒輪同時咬合裝置（synchromesh）解決了上述的問題。

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參考資料