第四章變速箱

第四章變速箱與分動箱§4-1變速箱與分動箱的功用與要求

一、變速箱的功用及對變速箱的要求

變速箱是多種機械的核心傳動部件。如運輸機械、工程機械、加工機械、鉆孔機械等。鉆機變速箱的主要功用是改變升降機，回轉(zhuǎn)器等工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩；合理地向各工作機構(gòu)分配動力；為回轉(zhuǎn)器提供反檔；可為其它部件的安裝提供支撐。為保證鉆機的優(yōu)良性能，變速箱必需滿足下列要求：

1.變速箱輸出的轉(zhuǎn)速及扭矩必需滿足各工作機構(gòu)的載荷和運動的要求；

2.合理地分配動力；

3.能提供反檔。§4-2變速箱的組成和結(jié)構(gòu)形式

變速箱一般由四部分組成：基本變速部分、分動部分、操縱部分和箱體。

一、基本變速部分

變速箱內(nèi)實現(xiàn)正轉(zhuǎn)速度變換的機構(gòu)稱之為基本變速部分。目前主要有兩大類：兩軸一傳機構(gòu)和三軸二傳機構(gòu)。

1.兩軸一傳結(jié)構(gòu)兩軸一傳機構(gòu)的變速箱具有結(jié)構(gòu)簡單、軸的支撐和受力條件好等優(yōu)點。但存在調(diào)速范圍小、速度檔數(shù)少等不足。適用于大口徑鉆機及淺孔鉆機。

三軸二傳

2.三軸二傳結(jié)構(gòu)

三軸二傳機構(gòu)根據(jù)三根軸的布置型式,又分為空間三軸式與平面三軸式。在鉆機中多采用平面三軸式機構(gòu)。平面三軸式機構(gòu)又稱為跨輪機構(gòu)。其三根軸布置在一個平面內(nèi),且輸入軸和輸出軸在一條直線上。在傳遞某一檔速度時不經(jīng)過中間軸,直接由輸入軸傳遞到輸出軸,故稱為跨輪機構(gòu)。三軸二傳跨輪機構(gòu)的優(yōu)點是:調(diào)速范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊,如果與兩軸一傳機構(gòu)安排相同的擋數(shù)時，可減小變速箱的尺寸和重量。當(dāng)把直接檔安排為最長用的檔時,可提高變速箱的壽命。而三軸二傳機構(gòu)的不足是輸入，輸出軸的支撐條件比兩軸一傳式差。

平面三軸式又分為第一類與第二類。二者結(jié)構(gòu)上的差別是第一類機構(gòu)的輸出軸的一端是支撐在輸入軸小齒輪的中心孔內(nèi)，而第二類機構(gòu)是輸入軸的一端支撐在輸出軸上大齒輪的中心孔內(nèi)。二者性能上的差別有:

（1）第一類機構(gòu)中間軸的轉(zhuǎn)速是不變的,第二類機構(gòu)的中間軸的轉(zhuǎn)速是隨著檔數(shù)不同而變化的;

（2）在速度檔數(shù)相同的條件下,第二類機構(gòu)的高轉(zhuǎn)速齒輪較多;

（3）第二類機構(gòu)軸的支撐條件相對較好。

空間三軸式變速箱的三根軸呈空間三角形布置。其優(yōu)點是同一軸向空間可共兩個變速組共同利用來布置齒輪，中間軸上的齒輪可作為兩個變速組的公用齒輪，可減少變速箱齒輪的數(shù)目和軸向尺寸。

二、分動部分

1.分動部分的結(jié)構(gòu)形式（1）按照變速機構(gòu)與分動機構(gòu)安裝關(guān)系分為：獨立式與共箱式；（2）按照分動齒輪設(shè)置的位置分為：靠近變速箱輸出軸式和遠離變速箱輸出軸式；（3）按分動齒輪的結(jié)構(gòu)形式分為:外齒分動與內(nèi)齒分動。三、操縱機構(gòu)1.操縱機構(gòu)的功用2.操縱機構(gòu)的類型

有多手把操縱機構(gòu)和單手把操縱機構(gòu)。3.操縱機構(gòu)的組成操縱機構(gòu)主要有撥叉、撥叉軸、操縱手把和定位裝置等組成。但在有兩個滑動齒輪以上的變速機構(gòu)中,為了防止同時掛兩個檔的誤操作,必須設(shè)有互鎖機構(gòu)。4.互鎖機構(gòu)

互鎖機構(gòu)的類型主要由互鎖盤式、凸輪式、互鎖銷球式、擺動杠桿式和轉(zhuǎn)動鉗口式。5.定位裝置

互定位裝置有彈簧鋼球式和彈簧銷式。

圖為典型的單手把操縱機構(gòu),有操縱手把、限位板、三個撥叉、三根撥叉軸、支撐殼體、互鎖機構(gòu)和定位裝置等組成。三個撥叉分別固定安裝在三根撥叉軸上,三個撥叉的半圓形叉口分別插在三個滑動齒輪的撥槽內(nèi)。撥叉的移動可使滑動齒輪變位,實現(xiàn)換檔。撥叉的移動是由操縱手把操縱的。當(dāng)三個滑動齒輪都處于空檔位時,三個撥叉頭部的撥槽對應(yīng)在一條直線上,此時操縱手把的尾部,可插在任一撥叉的撥槽內(nèi),撥動任一撥叉。三根撥叉軸兩端支撐在支撐殼體的縱撐上,在一端縱撐上鉆有長度方向的圓孔,并在每兩根撥叉軸之間的圓孔內(nèi),放有兩個互鎖鋼球。中間撥叉軸對應(yīng)空檔位的部位鉆有徑向孔,并放有互鎖銷。而其它兩根軸的相應(yīng)位置,加工有互鎖球窩。

當(dāng)操縱手把撥動任一撥叉移動時,其撥叉軸隨著一起移動,隨之該撥叉軸的圓柱面迫使相應(yīng)的互鎖鋼球擠入其它兩根撥叉軸的互鎖球窩內(nèi),把兩根軸限制在空檔位,防止誤操作。為了避免自動跑檔,在對應(yīng)檔位的軸上加工有定位球窩,并設(shè)有彈簧,定位鋼球。當(dāng)撥叉軸移止相應(yīng)的工作位時,在彈簧張力的作用下,定位鋼球擠入定位球窩內(nèi),以防止撥叉軸自動移位而跑檔。為防止操縱手把動作過位,支撐殼體內(nèi)裝有“于”字形的限位板。機構(gòu)的換擋過程,參看下面的動畫演示。

1、四速的換檔過程及傳動路線§4-3典型鉆機的變速箱與分動箱一、XY-4型鉆機變速箱與分動箱

下圖所示的為XY-4型鉆機的變速箱，它是典型的平面三軸跨輪機構(gòu)變速箱，結(jié)構(gòu)式為：13+1=4。輸出4個正轉(zhuǎn)，1個反轉(zhuǎn)。采用單手柄操縱機構(gòu)，并設(shè)有三軸互鎖機構(gòu)及定位裝置。（一）變速箱

2、三檔的換檔過程和傳遞路線3、反檔的換檔過程與傳遞路線（二）分動箱二、YL-6型鉆機變速箱

采用東風(fēng)EQ140汽車變速箱。屬于

第一類平面三軸式，輸出五個正轉(zhuǎn)速度和一個反轉(zhuǎn)速度，采用同步器和滑動齒輪兩種換檔方式。§4-4

變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

一、主要傳動軸在變速箱中的布置（1）要便于軸端其它結(jié)構(gòu)的布置及安裝；（2）要有利于降低變速箱的重心；（3）有利于各齒輪的潤滑；（4）有利于撥叉接近滑動齒輪；（5）高速齒輪不被浸泡在油液中。

二、各傳動齒輪在軸上的布置（1）重量大、受力大的齒輪要布置在靠近軸的支撐部位；（2）滑動齒輪的布置要有利順序換檔，換檔時的位移量?。唬?）盡量利用軸向尺寸；（4）防止齒輪與齒輪，齒輪與軸之間的干涉；（5）采用斜齒輪傳動，要注意斜齒輪的螺旋方向，使它們產(chǎn)生的軸向力相互抵消，以減小軸承上的軸向載荷。

三、反檔的設(shè)置方案1.反檔齒輪設(shè)置位置

a設(shè)置在基本變速機構(gòu)之后；

b

設(shè)置在基本變速機構(gòu)輸入軸與輸出軸之間。

2.圓柱齒輪反檔方案

a

惰輪方案

b

固定雙聯(lián)齒輪方案

c

滑動雙聯(lián)齒輪方案3.圓錐齒輪反檔方案四、軸的支撐方式及軸承的選擇與定位

1.

無特別結(jié)構(gòu)限制，傳動軸應(yīng)采用簡支式支撐；

2.

無軸向力和軸向力很小時，一般采用向心球軸承支承，并用一個軸承對軸進行軸向定位；

3.

軸向力大的軸，通常選用圓錐滾子軸承或向心推力軸承；

4.

軸承的安裝結(jié)構(gòu)要考慮拆裝方便，有利于改善軸承及軸的受力條件。五、換檔方式的選擇

1.

滑移齒輪換檔；

2.

摩擦離合器換檔；

3.

同步器換檔（常壓式、慣性式、慣性增力式）；

4.

嚙合套換檔。六、變速箱零件的潤滑與密封

1.

零件的潤滑a.強制性潤滑

b.飛濺式潤滑

2.

變速箱的密封七、變速箱的箱體設(shè)計原則

1.

同軸線，而不同直徑的各孔盡可能按孔徑大小順序布置；

2.

孔和內(nèi)突臺的數(shù)目與內(nèi)突臺端面的加工盡可能減少?！?-5變速箱主要參數(shù)的確定一、傳動軸的中心距初定中心距，可用經(jīng)驗公式:上面確定中心距的公式僅供草擬方案和選配齒輪用。當(dāng)齒數(shù)確定后，應(yīng)用下面的公式計算中心距。KA-中心距系數(shù)，鉆機KA=30~35

汽車KA=9~11

拖拉機KA=14~17直齒輪斜齒輪二、齒輪模數(shù)利用下面的公式初定模數(shù)：對于斜齒輪，上面公式算出的模數(shù)是法面模數(shù)。算出的模數(shù)應(yīng)按國家頒布的標(biāo)準模數(shù)修正后確定。為了提高齒輪的強度和減小噪音，有些變速箱采用斜齒輪傳動。而斜齒輪螺旋角的大小影響齒輪的彎曲強度和接觸強度。齒螺旋角用下式確定：一般斜齒輪雙斜齒輪和人字斜齒輪三、斜齒輪的螺旋角Km-模數(shù)系數(shù)，鉆機Km=0.9~1.2

汽車Km=0.1~0.3拖拉機Km=0.45~0.55四、齒輪的寬度齒的寬度一般根據(jù)模數(shù)來確定：對于直齒：b=(4.4~7)m;對于斜齒：b=(7~8.6)m。五、選配齒數(shù)(一)確定一檔齒輪的齒數(shù)多數(shù)變速箱一速均為降速傳動，因此，Z1和Z8為小齒輪。一般是跟據(jù)預(yù)先確定好的值，初選Z1或Z8，然后根據(jù)上面的公式算出其他齒輪的齒數(shù)，并將齒數(shù)修正為整數(shù)。z1z3z5z7z2z4z6z8z9z10（二）對中心距進行修正根據(jù)算出的齒數(shù)按下面的公式對中心距進行修正。對于直齒對于斜齒當(dāng)一檔速度各傳動齒輪的齒數(shù)、中心距及其他各檔速度的傳動比確定后，便可求出其他各檔速度齒輪的齒數(shù)。例如，二檔速度各齒輪的齒數(shù)可用聯(lián)立的下列二式計算。算出的齒數(shù)要圓整為整數(shù)。如果中心距有誤差，可采用變位齒輪