变速箱设计

变速箱设计
变速箱又叫牙箱,广泛应用于惯性玩具,发条玩具,电动玩具和各类电器产品.牙箱的主要零部件包括:各种齿轮\轴\:
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图中:1 牙箱小盖 2. 马达散热片 3 马达 4 马达齿轮 5 牙箱下壳 6 圆柱齿轮
7 轴8 牙箱上壳9 介子
一.常用牙箱零件的规格和用途：
1.齿轮：
齿轮又叫牙仔,是牙箱的主要零件，一般玩具和电器,电子产品牙箱的齿轮用聚甲醛(POM)制作，转速较高或承载较大的齿轮用黄铜制作。

玩具齿轮的模数以0.5居多，也有0.4,0.6,1.0等规格，视具体情况而定.各项技术参数的换算如下：
D=MZ
De=M(Z+2)
Di=M(Z-2)
式中De 牙仔外径
Di 牙仔根径
M 模数
Z 齿数
D 牙仔分度圆直径
根据形状和功能不同，常用的牙仔还可分为以下几种：
(1)圆柱齿轮：
圆柱齿轮是最常用的齿轮，其外形是圆柱形，如下图所示：
两个互相啮合的圆柱齿轮的模数必须相同。

一般大齿轮的厚度为2MM左右，小齿轮的厚度为
3-4MM.小齿轮比大齿轮厚一点，可保证齿轮啮合时不会打滑。

一般情况下，一对圆柱齿轮的减速比不可大于5，小齿轮的齿数不可少于6。

一对互相啮合的圆柱齿轮，其中心距应很准确，若中心距过大，则牙箱工作时噪音大且易打滑。

若中心距过小，则牙箱工作时阻力大，且容易卡死。

一对互相啮合的圆柱齿轮的中心距的理论值按以下公式计算：
DT=M(Z1+Z2)/2
式中DT 中心距
M 模数
Z1 小齿轮的模数
Z2 大齿轮的模数
实际设计时可根据具体情况适当调整。

(2)蜗杆：又叫猪肠牙，它是一种特殊的齿轮，当一个圆柱斜齿齿轮的傾斜角度足够大，可以绕圆
柱一圈以上时，即为蜗杆。

蜗杆一般和马达连接，可改变传动方向，并可实现大幅度的减速。

蜗杆的表示方法如下：
OT _ _ X _ X _ X _
孔径
长度
外径
模数
头数
如OT105X7X6X2.6，意即该蜗杆的头数为单头，模数为0.5，外径7，长度6，孔径2.6。

蜗杆可以和任何模数相同的圆柱直齿齿轮互相啮合。

蜗杆和圆柱直齿齿轮啮合的传动比计算公式如下：
N=Z/T
N 传动比
Z 圆柱直齿齿轮的齿数
T 蜗杆的头数
蜗杆传动具有反向自锁的特点，设计时应该注意以下几点：
a 蜗杆应为主动部件
b 传动机构中应有离合机构，防止齿轮损坏。

C 蜗杆传动的传动损耗较大，一般不用，负载较轻，受力不大的传动部件可用蜗杆传动。

(3)圆锥齿轮：
圆锥齿轮的齿形是加工在圆锥面上的，沿着圆锥方向，齿轮的模数是渐变的，如下图示：
圆锥齿轮可实现实现传动方向的改变，不会反向自锁，而且传动损耗很小。

圆锥齿轮传动一般设计在传动机构的最后一级。

(4)皇冠齿轮：
皇冠齿轮又叫皇冠牙，其作用相当于伞形齿轮，可改变传动方向，也可实现较大的减速比。

一般在设计中将圆柱齿轮作为主动轮，将皇冠牙作为从动轮。

2 轴：
玩具牙箱的轴一般用钢丝截断加工而成，常用的直径规格有2mm,2.5mm,3mm,3.5mm,4mm等几种。

为简化轴的加工工艺及降低成本，尽量不要使用阶梯轴。

齿轮的轴向定位可通过齿轮上加台阶来实现。

若要求齿轮和轴之间传动扭矩并要求轴向定位时，可在轴上的响应位置搓花加工，常用的搓花形式有以下几种：
a 搓直花：
沿轴的轴向加工一条一条的花纹，如下图示：
撮直花加工容易，适用于需要传动扭力，且轴向受力不大的场合。

B搓菠萝花：
在轴上加工出纵横交错且沿轴向倾斜一定角度的花纹。

如下图示：
搓菠萝花适用于需要传动扭力，且轴向受力较大的场合。

C搓竹节花：
在轴上垂直于轴的轴线方向加工出一条一条的花纹，如下图示：
搓竹节花适用于需要轴向受力的场合。

设计轴时应注意以下两点：
A轴的搓花部分的直径比光身部分的直径不可大太多，一般大0.2MM
B 周的两端要倒角方便齿轮装入。

3 马达
马达是牙箱的动力源。

设计牙箱时马达的选用非常重要，马达按照扭力的大小可分为强磁马达和平
磁马达。

强磁马达扭力大但价格高，平磁马达扭力小但价格低。

选用马达时应遵循价格低廉，功能达标的原则。

4 牙箱外壳：
牙箱外壳用来将马达、齿轮、轴等零件组装在一起。

牙箱外壳一般用ABS注塑而成，其装轴的孔的位置要求很准确，并且要装配方便。

为了使牙箱散热良好，可在外壳适当的位置开一些孔.若牙箱发热严重，可在马达上装一个金属的散热片。

为使齿轮转动顺畅，减少摩损，可在牙箱装配时加入适量的牙仔油。

5 介子：
若牙箱的输出轴传递较大的扭力(如遥控车的后轮驱动牙箱)，如果轴直接和牙箱外壳接触，则牙箱的外壳很容易磨损，可在轴上套一个材料为POM(此材料的耐磨性能好，但是价格昂贵)的介子。

再将介子固定在牙箱外壳上。

如下图：
6 凸轮：
有时需要玩具实现较复杂而有规律的动作(如狗嘴一张一合)，可用凸轮来实现。

凸轮一般装在牙箱的输出端。

和牙箱的输出轴紧固连接.。

凸轮一般用POM制成。

凸轮的形状根据所要完成的动作而定。

常见牙箱设计范例
一 惯性牙箱：
惯性牙箱使用于擦辘车等擦辘玩具，将车仔的车轮着地,用手按住推动一段距离后放手车仔就会凭惯性前进一段距离。

惯性牙箱的装配和工作原理图如下：
图中：1。

牙箱上壳 2。

惯性轮 3。

牙仔固定板 4。

小轴 5。

齿轮4 6。

齿轮3 7。

牙箱下壳 8。

齿轮2 9。

齿轮1 10。

棘轮 11。

输出轴
输出轴和车仔的车轮连接，棘轮和输出轴紧固连接，齿轮1套在棘轮上。

惯性轮和小轴紧固连接，齿
轮4和小轴也是紧固连接。

当车仔的车轮转动时，输出轴响应转动，带动棘轮转动，棘轮带动齿轮1转动，齿轮1带动齿轮2转动，齿轮2带动齿轮3转动，齿轮3带动齿轮4转动，齿轮4带动小轴转动，小轴带动惯性轮转动。

当取消外力后，惯性轮依靠惯性继续转动，又反过来带动输出轴转动，从而驱动车仔前进。

惯性轮由几片钢板叠制而成，惯性轮的重量越重,则其惯性越大。

棘轮的作用是使牙箱单向动作。

从齿轮1到齿轮4是一个加速的过程。

二 发条牙箱：
发条牙箱使用于反向擦辘车仔等玩具。

将车仔的车轮着地，用手按住往后拉动一段距离，放手后车仔就会在发条的作用下前进一段距离。

发条牙箱的装配和工作原理图如下：
三 单向离合牙箱：
单向离合牙箱只可单方向工作，反方向不能工作，其装配和工作原理图如下：
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图中 1。

轴 2。

牙箱上壳 3。

齿轮1 4。

牙箱下壳 5。

齿轮3 6。

齿轮2
齿轮1和轴紧固连接，齿轮2定位不足，可在长槽内移动。

当齿轮1顺时针转动时，齿轮2逆时钟方
向转动，由于受力关系，齿轮2紧靠长槽的左边，可保证和齿轮1啮合，牙箱即可工作。

当齿轮1逆时针方向转动时。

齿轮2顺时针方向转动。

由于受力关系，齿轮2被推向长槽的右边，离开齿轮1，牙箱则不能工作。

四 差速牙箱：
一般的遥控车，其后端的两个车轮由一个牙箱和一个马达驱动，所以两个后轮的转速一样，当车转向时，内侧的车轮在地上摩擦，导致车不平稳。

差速牙箱也是由一个马达驱动。

可实现车的无级变速，当车直线前进或后退时，两个后轮的转速一致。

当车转弯时，内侧的车轮转速慢一些，外侧的车轮转速快一些。

差速牙箱的结构和工作原理图如下：
图中 1。

介子 2。

左车轴 3。

铁轴 4。

大齿轮 5。

马达齿轮 6。

马达 7。

散热片 8。

行星
轮组件
9。

右车轮
马达齿轮和马达轴紧固连接，马达带动马达齿轮转动，马达齿轮带动大齿轮转动。

大齿轮带动行星轮组件转动。

左右车轴的两端是六边形，一边的六边形和行星轮组件连接，另一边的六边形和车轮连接。

行星轮组件可实现无级变速。

由于马达的转速很高，马达齿轮发热较严重。

故马达齿轮一般用黄铜制成。

另外，为了增加散热效果，在马达上覆盖一个铝合金制成的散热片。

行星轮组件的结构和工作原理图如下：
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图中 1。

输出锥齿轮 2。

输入锥齿轮 3。

行星架 4。

齿轮盖 5。

齿轮套
齿轮套\行星架\齿轮盖用螺丝紧固，连为一体。

输入锥齿轮固定在行星架上，可随行星架一起转动，此外，还可绕自身轴线转动。

输出锥齿轮和输入锥齿轮互相啮合并且和行星架同心。

两个输出锥齿轮的六方孔分别装配左右车轴。

行星架同齿轮盖一起转动。

带动输入锥齿轮绕着行星架的轴心转动，从而带动两个输出锥齿轮转动。

若一边的输出锥齿轮受到的阻力大于另外一边，则其旋转速度可自行调整减慢。

五 遥控车前轮转向机构：
一般的遥控车，其前轮的转向由一个马达控制，当马达正转时，前轮偏向一边，当马达反转时，前轮偏向另一边，从而实现车的转向。

其结构和原理图如下：
图中： 1车底 2车轮 3左轮架 4微调制 5复位弹簧 6右轮架 7摆杆 8齿轮 9马达 车轮固定在轮架上，轮架可带动车轮绕其长轴转动。

摆杆的上面有齿条和齿轮啮合，下面有一个柱子插入复位弹簧的中间，两端的两个孔套在轮架的短轴上，微调制是一个偏心轮，篇心部分插入弹簧之间，可调节弹簧的对中程度。

当马达逆时针转动时，齿轮带动摆杆向右摆动，从而带动轮架顺时针方向转动，车轮响应顺时针方向摆动，同时摆杆下面的柱子顺时针反向拨动复位弹簧。

当马达停止转动后，摆杆在复位弹簧的作用下回中，带动车轮复位。

反之，当马达顺时针方向转动时，带动车轮逆时针方向摆动。

六 比例牙箱：
上图所示的遥控车转向机构，虽然结构简单，但是有一个很大的缺点，转向时，前轮会一下转达到头，不能像真车一样实现任意角度的摆动。

若用比例牙箱作为遥控车的前轮摆动机构，则可以实现前轮任意角度的摆动。

比例牙箱的结构和工作原理图如下图所示：
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