第四章变速箱

1、 变速箱是多种机械的核心传动部件。如运输机械、工程机械、加变速箱是多种机械的核心传动部件。如运输机械、工程机械、加工机械、钻孔机械等。钻机变速箱的主要功用是改变升降机，回转器工机械、钻孔机械等。钻机变速箱的主要功用是改变升降机，回转器等工作机构的转速及转矩；合理地向各工作机构分配动力；为回转器等工作机构的转速及转矩；合理地向各工作机构分配动力；为回转器提供反档；可为其它部件的安装提供支撑。提供反档；可为其它部件的安装提供支撑。 为保证钻机的优良性能，变速为保证钻机的优良性能，变速箱必需满足下列要求：箱必需满足下列要求： 1.1.变速箱输出的转速及扭矩必需变速箱输出的转速及扭矩必需满足各工作机构

2、的载荷和运动的要满足各工作机构的载荷和运动的要求；求； 2.2.合理地分配动力；合理地分配动力； 3.3.能提供反档。能提供反档。 变速箱一般由四部分组成：基本变速部分、分动部分、操纵部分变速箱一般由四部分组成：基本变速部分、分动部分、操纵部分和箱体和箱体。 变速箱内实现正转速度变换的机构变速箱内实现正转速度变换的机构称之为基本变速部分。目前主要有两大称之为基本变速部分。目前主要有两大类：两轴一传机构和三轴二传机构。类：两轴一传机构和三轴二传机构。 两轴一传机构的变速箱具有结构简两轴一传机构的变速箱具有结构简单、轴的支撑和受力条件好等优点。但单、轴的支撑和受力条件好等优点。但存在调速范围小、速

3、度档数少等不足。存在调速范围小、速度档数少等不足。适用于大口径钻机及浅孔钻机。适用于大口径钻机及浅孔钻机。 三轴二传 三轴二传机构根据三根轴的布置型式三轴二传机构根据三根轴的布置型式, ,又分为又分为空间三轴空间三轴式式与与平面三轴式平面三轴式。在钻机中多采用平面三轴式机构。平面。在钻机中多采用平面三轴式机构。平面三轴式机构又称为跨轮机构。其三根轴布置在一个平面内三轴式机构又称为跨轮机构。其三根轴布置在一个平面内, ,且输入轴和输出轴在一条直线上。在传递某一档速度时不且输入轴和输出轴在一条直线上。在传递某一档速度时不经过中间轴经过中间轴, ,直接由输入轴传递到输出轴直接由输入轴传递到输出轴,

4、,故称为跨轮机构。故称为跨轮机构。 三轴二传跨轮机构的优点是三轴二传跨轮机构的优点是: :调速范围大，结构紧凑调速范围大，结构紧凑, , 如果与两如果与两轴一传机构安排相同的挡数时，可轴一传机构安排相同的挡数时，可减小变速箱的尺寸和重量。当把直减小变速箱的尺寸和重量。当把直接档安排为最长用的档时接档安排为最长用的档时, , 可提高可提高变速箱的寿命。而三轴二传机构的变速箱的寿命。而三轴二传机构的不足是输入，输出轴的支撑条件比不足是输入，输出轴的支撑条件比两轴一传式差。两轴一传式差。 平面三轴式平面三轴式又分为又分为第一类第一类与与第二类第二类。二者结构上的差别。二者结构上的差别是第一类机构的输

5、出轴的一端是支撑在输入轴小齿轮的中心是第一类机构的输出轴的一端是支撑在输入轴小齿轮的中心孔内，而第二类机构是输入轴的一端支撑在输出轴上大齿轮孔内，而第二类机构是输入轴的一端支撑在输出轴上大齿轮的中心孔内。二者性能上的差别有的中心孔内。二者性能上的差别有: : （1 1）第一类机构中间轴的转速是不变的）第一类机构中间轴的转速是不变的, , 第二类机构的中第二类机构的中间轴的转速是随着档数不同而变化的间轴的转速是随着档数不同而变化的; ; （2 2）在速度档数相同的条件下）在速度档数相同的条件下, , 第二类机构的高转速齿轮较多第二类机构的高转速齿轮较多; ; （3 3）第二类机构轴的支撑条件）第

6、二类机构轴的支撑条件相对较好。相对较好。 空间三轴式空间三轴式变速箱的三变速箱的三根轴呈空间三角形布置。其根轴呈空间三角形布置。其优点是同一轴向空间可共两优点是同一轴向空间可共两个变速组共同利用来布置齿个变速组共同利用来布置齿轮，中间轴上的齿轮可作为轮，中间轴上的齿轮可作为两个变速组的公用齿轮，可两个变速组的公用齿轮，可减少变速箱齿轮的数目和轴减少变速箱齿轮的数目和轴向尺寸。向尺寸。（1 1）按照变速机构与分动机构安装关系分为：独立式与）按照变速机构与分动机构安装关系分为：独立式与共箱式；共箱式；（2 2）按照分动齿轮设置的位置分为：靠近变速箱输出轴）按照分动齿轮设置的位置分为：靠近变速箱输出

7、轴式和远离变速箱输出轴式；式和远离变速箱输出轴式；（3 3）按分动齿轮的结构形式分为）按分动齿轮的结构形式分为: :外齿分动与内齿分动。外齿分动与内齿分动。 有多手把操纵机构和单手把操纵机构。有多手把操纵机构和单手把操纵机构。 操纵机构主要有拨叉、操纵机构主要有拨叉、 拨叉轴、操纵手拨叉轴、操纵手把和定位装置等组成。但在有两个滑动齿轮把和定位装置等组成。但在有两个滑动齿轮以上的变速机构中以上的变速机构中, , 为了防止同时挂两个档为了防止同时挂两个档的误操作的误操作, , 必须设有互锁机构。必须设有互锁机构。 互锁互锁机构的类型主要由互锁盘式、凸轮式、互锁销机构的类型主要由互锁盘式、凸轮式、互

8、锁销球式、摆动杠杆式和转动钳口式。球式、摆动杠杆式和转动钳口式。 互定位装置有弹簧钢球式和弹簧销式。互定位装置有弹簧钢球式和弹簧销式。 图为典型的单手把操纵机构图为典型的单手把操纵机构, ,有操纵手把、限位板、三个拨叉、三根拨有操纵手把、限位板、三个拨叉、三根拨叉轴、支撑壳体、互锁机构和定位装置等组成。叉轴、支撑壳体、互锁机构和定位装置等组成。 三个拨叉分别固定安装在三根拨叉轴上三个拨叉分别固定安装在三根拨叉轴上 , , 三个拨叉的半圆形叉口分别三个拨叉的半圆形叉口分别插在三个滑动齿轮的拨槽内。拨叉的移动可使滑动齿轮变位插在三个滑动齿轮的拨槽内。拨叉的移动可使滑动齿轮变位, , 实现换档。拨实

9、现换档。拨叉的移动是由操纵手把操纵的。当三个滑动齿轮都处于空档位时叉的移动是由操纵手把操纵的。当三个滑动齿轮都处于空档位时, , 三个拨叉三个拨叉头部的拨槽对应在一条直线上头部的拨槽对应在一条直线上, , 此时操纵手把的尾部此时操纵手把的尾部, , 可插在任一拨叉的可插在任一拨叉的拨槽内拨槽内, , 拨动任一拨叉。三根拨叉轴两端支撑在支撑壳体的纵撑上拨动任一拨叉。三根拨叉轴两端支撑在支撑壳体的纵撑上, , 在一端在一端纵撑上钻有长度方向的圆孔纵撑上钻有长度方向的圆孔, , 并在每两根拨叉轴之间的圆孔内并在每两根拨叉轴之间的圆孔内, , 放有放有 两个两个互锁钢球互锁钢球 。中间拨叉轴对应空档位

10、的部位钻有径向孔。中间拨叉轴对应空档位的部位钻有径向孔 , , 并放有互锁销。而并放有互锁销。而其它两根轴的相应位置其它两根轴的相应位置 , ,加工有互锁球窝。加工有互锁球窝。 当操纵手把拨动任一拨叉移动时当操纵手把拨动任一拨叉移动时, ,其拨叉轴随着一起移动其拨叉轴随着一起移动, ,随之该拨叉轴的圆柱面迫使相应的互锁钢球挤入其它两根拨随之该拨叉轴的圆柱面迫使相应的互锁钢球挤入其它两根拨叉轴的互锁球窝内叉轴的互锁球窝内, ,把两根轴限制在空档位把两根轴限制在空档位, ,防止误操作。为防止误操作。为了避免自动跑档了避免自动跑档 , ,在对应档位的轴上加工有定位球窝在对应档位的轴上加工有定位球窝,

11、 , 并设并设有弹簧有弹簧, ,定位钢球。当拨叉轴移止相应的工作位时定位钢球。当拨叉轴移止相应的工作位时, , 在弹簧张在弹簧张力的作用下力的作用下 , , 定位钢球挤入定位球窝内定位钢球挤入定位球窝内 , ,以防止拨叉轴自动以防止拨叉轴自动移位而跑档移位而跑档 。为防止操纵手把动作过位。为防止操纵手把动作过位, , 支撑壳体内装有支撑壳体内装有“于于”字形的字形的 限位板。机构的换挡过程限位板。机构的换挡过程, ,参看下面的动画演参看下面的动画演示示。4-3 典型钻机的变速箱与分动箱典型钻机的变速箱与分动箱 下图所示的为下图所示的为XY-4型钻机的变速箱，它是典型的平面三轴跨型钻机的变速箱，

12、它是典型的平面三轴跨轮机构变速箱，结构式为：轮机构变速箱，结构式为：1 3+1=4。输出。输出4个正转，个正转，1个反转。个反转。采用单手柄操纵机构，并设有三轴互锁机构及定位装置。采用单手柄操纵机构，并设有三轴互锁机构及定位装置。（一）变速箱（一）变速箱采用东风采用东风EQ140汽汽车变速箱。属于车变速箱。属于 第一类第一类平面三轴式，输出五个平面三轴式，输出五个正转速度和一个反转速正转速度和一个反转速度，采用同步器和滑动度，采用同步器和滑动齿轮两种换档方式。齿轮两种换档方式。 （1）要便于轴端其它结构的布置及安装；）要便于轴端其它结构的布置及安装； （2）要有利于降低变速箱的重心；）要有利于

13、降低变速箱的重心； （3）有利于各齿轮的润滑；）有利于各齿轮的润滑； （4）有利于拨叉接近滑动齿轮；）有利于拨叉接近滑动齿轮； （5）高速齿轮不被浸泡在油液中。）高速齿轮不被浸泡在油液中。 （1）重量大、受力大的齿轮要布置在靠近轴的支撑部位；）重量大、受力大的齿轮要布置在靠近轴的支撑部位； （2）滑动齿轮的布置要有利顺序换档，换档时的位移量小；）滑动齿轮的布置要有利顺序换档，换档时的位移量小； （3）尽量利用轴向尺寸；）尽量利用轴向尺寸； （4）防止齿轮与齿轮，齿轮与轴之间的干涉；）防止齿轮与齿轮，齿轮与轴之间的干涉； （5）采用斜齿轮传动，要注意斜齿轮的螺旋方向，使它们产生的轴向）采用斜齿轮

14、传动，要注意斜齿轮的螺旋方向，使它们产生的轴向力相互抵消，以减小轴承上的轴向载荷。力相互抵消，以减小轴承上的轴向载荷。 a 设置在基本变速机构之后；设置在基本变速机构之后； b 设置在基本变速机构输入轴与输设置在基本变速机构输入轴与输出轴之间。出轴之间。 a 惰轮方案惰轮方案 b 固定双联齿轮方案固定双联齿轮方案 c 滑动双联齿轮方案滑动双联齿轮方案 1. 无特别结构限制，传动轴应采用简支式支撑；无特别结构限制，传动轴应采用简支式支撑； 2. 无轴向力和轴向力很小时，一般采用向心球轴承支承，并用一个轴承无轴向力和轴向力很小时，一般采用向心球轴承支承，并用一个轴承对轴进行轴向定位；对轴进行轴向定

15、位； 3. 轴向力大的轴，通常选用圆锥滚子轴承或向心推力轴承；轴向力大的轴，通常选用圆锥滚子轴承或向心推力轴承； 4. 轴承的安装结构要考虑拆装方便，有利于改善轴承及轴的受力条件。轴承的安装结构要考虑拆装方便，有利于改善轴承及轴的受力条件。 1. 滑移齿轮换档；滑移齿轮换档； 2. 摩擦离合器换档；摩擦离合器换档； 3. 同步器换档（常压式、惯性式、惯性增力式）；同步器换档（常压式、惯性式、惯性增力式）； 4. 啮合套换档。啮合套换档。 1. 零件的润滑零件的润滑 a. 强制性润滑强制性润滑 b.飞溅式润滑飞溅式润滑 2. 变速箱的密封变速箱的密封 1. 同轴线，而不同直径的各孔尽可能按孔径大

16、小顺序布置；同轴线，而不同直径的各孔尽可能按孔径大小顺序布置； 2. 孔和内突台的数目与内突台端面的加工尽可能减少。孔和内突台的数目与内突台端面的加工尽可能减少。 初定中心距，可用经验公式初定中心距，可用经验公式:31RIAIMKA 上面确定中心距的公式仅供草拟方案和选配齿轮用。当齿数确上面确定中心距的公式仅供草拟方案和选配齿轮用。当齿数确定后，应用下面的公式计算中心距。定后，应用下面的公式计算中心距。KA-中心距系数，钻机中心距系数，钻机KA=3035 汽车汽车KA=911 拖拉机拖拉机KA=1417)(2121ZZmA )(02121 COSZZmAN 直齿轮直齿轮斜齿轮斜齿轮 利用下面的

17、公式初定模数：利用下面的公式初定模数：31)(KImMKm 对于斜齿轮，上面公式算出的模数是法面模数。算出的模数应按对于斜齿轮，上面公式算出的模数是法面模数。算出的模数应按国家颁布的标准模数修正后确定。国家颁布的标准模数修正后确定。 为了提高齿轮的强度和减小噪音，有些变速箱采用斜齿轮传动。为了提高齿轮的强度和减小噪音，有些变速箱采用斜齿轮传动。而斜齿轮螺旋角的大小影响齿轮的弯曲强度和接触强度。齿螺旋角用而斜齿轮螺旋角的大小影响齿轮的弯曲强度和接触强度。齿螺旋角用下式确定：下式确定：bmna 0sin一般斜齿轮一般斜齿轮双斜齿轮和人字斜齿轮双斜齿轮和人字斜齿轮;000207 。0003525 三

18、、三、 斜齿轮的螺旋角斜齿轮的螺旋角Km-模数系数，钻机模数系数，钻机Km=0.91.2 汽车汽车Km=0.10.3 拖拉机拖拉机Km=0.450.55齿的宽度一般根据模数来确定：齿的宽度一般根据模数来确定：对于直齿：对于直齿：b=(4.47)m;对于斜齿：对于斜齿：b=(78.6)m。8712101ZZZZiii 多数变速箱一速均为降速传动，因多数变速箱一速均为降速传动，因此，此，Z1和和Z8为小齿轮。一般是跟据预先确为小齿轮。一般是跟据预先确定好的定好的 值，初选值，初选Z1或或Z8，然后然后根据上面的公式算出其他齿轮的齿数，并根据上面的公式算出其他齿轮的齿数，并将齿数修正为整数。将齿数修正为整数。101iii、z1z3z5z7z2z4z6z8z9 z10根据算出的齿数按下面的公式对中心距进行修正。根据算出的齿数按下面的公式对中心距进行修正。对于直齿对于直齿对于斜齿对于斜齿0212122 CO