第四章变速箱

第四章变速箱与分动箱§4-1变速箱与分动箱的功用与要求

一、变速箱的功用及对变速箱的要求

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。为保证钻机的优良性能，变速箱必需满足下列要求：

1.变速箱输出的转速及扭矩必需满足各工作机构的载荷和运动的要求；

2.合理地分配动力；

3.能提供反档。§4-2变速箱的组成和结构形式

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。

一、基本变速部分

变速箱内实现正转速度变换的机构称之为基本变速部分。目前主要有两大类：两轴一传机构和三轴二传机构。

1.两轴一传结构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。

三轴二传

2.三轴二传结构

三轴二传机构根据三根轴的布置型式,又分为空间三轴式与平面三轴式。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,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,直接由输入轴传递到输出轴,故称为跨轮机构。三轴二传跨轮机构的优点是:调速范围大，结构紧凑,如果与两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。当把直接档安排为最长用的档时,可提高变速箱的寿命。而三轴二传机构的不足是输入，输出轴的支撑条件比两轴一传式差。

平面三轴式又分为第一类与第二类。二者结构上的差别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的中心孔内。二者性能上的差别有:

（1）第一类机构中间轴的转速是不变的,第二类机构的中间轴的转速是随着档数不同而变化的;

（2）在速度档数相同的条件下,第二类机构的高转速齿轮较多;

（3）第二类机构轴的支撑条件相对较好。

空间三轴式变速箱的三根轴呈空间三角形布置。其优点是同一轴向空间可共两个变速组共同利用来布置齿轮，中间轴上的齿轮可作为两个变速组的公用齿轮，可减少变速箱齿轮的数目和轴向尺寸。

二、分动部分

1.分动部分的结构形式（1）按照变速机构与分动机构安装关系分为：独立式与共箱式；（2）按照分动齿轮设置的位置分为：靠近变速箱输出轴式和远离变速箱输出轴式；（3）按分动齿轮的结构形式分为:外齿分动与内齿分动。三、操纵机构1.操纵机构的功用2.操纵机构的类型

有多手把操纵机构和单手把操纵机构。3.操纵机构的组成操纵机构主要有拨叉、拨叉轴、操纵手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,为了防止同时挂两个档的误操作,必须设有互锁机构。4.互锁机构

互锁机构的类型主要由互锁盘式、凸轮式、互锁销球式、摆动杠杆式和转动钳口式。5.定位装置

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,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。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,三个拨叉头部的拨槽对应在一条直线上,此时操纵手把的尾部,可插在任一拨叉的拨槽内,拨动任一拨叉。三根拨叉轴两端支撑在支撑壳体的纵撑上,在一端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,放有两个互锁钢球。中间拨叉轴对应空档位的部位钻有径向孔,并放有互锁销。而其它两根轴的相应位置,加工有互锁球窝。

当操纵手把拨动任一拨叉移动时,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叉轴的互锁球窝内,把两根轴限制在空档位,防止误操作。为了避免自动跑档,在对应档位的轴上加工有定位球窝,并设有弹簧,定位钢球。当拨叉轴移止相应的工作位时,在弹簧张力的作用下,定位钢球挤入定位球窝内,以防止拨叉轴自动移位而跑档。为防止操纵手把动作过位,支撑壳体内装有“于”字形的限位板。机构的换挡过程,参看下面的动画演示。

1、四速的换档过程及传动路线§4-3典型钻机的变速箱与分动箱一、XY-4型钻机变速箱与分动箱

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轮机构变速箱，结构式为：13+1=4。输出4个正转，1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。（一）变速箱

2、三档的换档过程和传递路线3、反档的换档过程与传递路线（二）分动箱二、YL-6型钻机变速箱

采用东风EQ140汽车变速箱。属于

第一类平面三轴式，输出五个正转速度和一个反转速度，采用同步器和滑动齿轮两种换档方式。§4-4

变速箱的结构设计要点

一、主要传动轴在变速箱中的布置（1）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；（3）有利于各齿轮的润滑；（4）有利于拨叉接近滑动齿轮；（5）高速齿轮不被浸泡在油液中。

二、各传动齿轮在轴上的布置（1）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；（3）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；（5）采用斜齿轮传动，要注意斜齿轮的螺旋方向，使它们产生的轴向力相互抵消，以减小轴承上的轴向载荷。

三、反档的设置方案1.反档齿轮设置位置

a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出轴之间。

2.圆柱齿轮反档方案

a

惰轮方案

b

固定双联齿轮方案

c

滑动双联齿轮方案3.圆锥齿轮反档方案四、轴的支撑方式及轴承的选择与定位

1.

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，并用一个轴承对轴进行轴向定位；

3.

轴向力大的轴，通常选用圆锥滚子轴承或向心推力轴承；

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。五、换档方式的选择

1.

滑移齿轮换档；

2.

摩擦离合器换档；

3.

同步器换档（常压式、惯性式、惯性增力式）；

4.

啮合套换档。六、变速箱零件的润滑与密封

1.

零件的润滑a.强制性润滑

b.飞溅式润滑

2.

变速箱的密封七、变速箱的箱体设计原则

1.

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。§4-5变速箱主要参数的确定一、传动轴的中心距初定中心距，可用经验公式: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。KA-中心距系数，钻机KA=30~35

汽车KA=9~11

拖拉机KA=14~17直齿轮斜齿轮二、齿轮模数利用下面的公式初定模数：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。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。齿螺旋角用下式确定：一般斜齿轮双斜齿轮和人字斜齿轮三、斜齿轮的螺旋角Km-模数系数，钻机Km=0.9~1.2

汽车Km=0.1~0.3拖拉机Km=0.45~0.55四、齿轮的宽度齿的宽度一般根据模数来确定：对于直齿：b=(4.4~7)m;对于斜齿：b=(7~8.6)m。五、选配齿数(一)确定一档齿轮的齿数多数变速箱一速均为降速传动，因此，Z1和Z8为小齿轮。一般是跟据预先确定好的值，初选Z1或Z8，然后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。z1z3z5z7z2z4z6z8z9z10（二）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。对于直齿对于斜齿当一档速度各传动齿轮的齿数、中心距及其他各档速度的传动比确定后，便可求出其他各档速度齿轮的齿数。例如，二档速度各齿轮的齿数可用联立的下列二式计算。算出的齿数要圆整为整数。如果中心距有误差，可采用变位齿轮