拨叉设计

换挡齿轮箱拨叉机构的优化设计

摘要

换挡齿轮箱具有速比可变的特点，它比定速比齿轮箱具有更大的应用空间和应用优势。拨叉机构是换挡齿轮箱的重要组成部分，然而由于其比较复杂且容易损坏，导致换挡齿轮箱的装配和维修较定速比齿轮箱困难许多；推动内齿轮滑动的零件，由于在换挡时受到的瞬间冲击力较大，并且由转子的动不平衡造成系统的振动，也会使零件加速损坏。

通过对推动内齿轮滑动的零件的合理选择，可以有效的减少维修次数，增加齿轮箱的使用寿命，降低生产成本。

通过对连杆零件的合理改造设计，可以大大降低加工、装配和维修困难，提高生产效率，降低维修费用。

关键词：滑块，轴承，内齿轮，连杆

目录

摘要 (1)

第一章引言 (3)

1.1 换挡齿轮箱的发展及应用 (3)

1.2 换挡齿轮箱的拨叉机构及其组成 (3)

第二章轴承与滑块的合理选择 (4)

2.1拨叉机构中轴承与滑块的选择 (4)

2.2滑块的设计 (7)

第三章连杆的优化设计 (8)

3.1连杆的改造 (8)

3.2连杆的剖分设计 (10)

第四章结论 (12)

参考文献 (13)

第一章引言

1.1 换挡齿轮箱的发展及应用

目前正处于国家大力发展基础设施建设和振兴实体经济的重要时期，各种有色金属产品的需求量非常庞大。冶金行业中，各种有色金属产品生产线的核心设备---轧机传动齿轮箱成为生产线正常运转的根本保证。齿轮箱的正常运转直接影响到企业的生产能力，这就要求其具有高安全系数，高寿命，高性能。有色金属轧机传动齿轮箱又有其自身的特点：大功率、高转速，速度变化范围大，需要变速。国内对这类型齿轮箱长期依赖进口。为满足用户需要、以及成套单位的总体工艺布置要求，替代进口，将十分有必要对此类齿轮箱进行设计开发。我们在充分消化国外同类产品，结合自身多年设计经验，攻破了多个技术难点，实现了这类产品的国产化，能够进行自主设计制造。

1.2 换挡齿轮箱的拨叉机构及其组成

为适应有色金属轧制速比变化大的特点，其轧制齿轮箱普遍采用换挡齿轮箱。齿轮箱的换挡装置具有多种离合方式可以选择，比如牙嵌式、齿轮式、摩擦式、滑销式等，针对冶金齿轮箱的重载、高速、传递扭矩较大的特点，换挡齿轮箱普遍采用齿轮式离合器来达到换挡的目的。而推动内齿轮滑动的机构普遍采用具有较高安全系数，较低成本的拨叉机构。

在换挡齿轮箱的结构中换挡装置普遍采用的是拨叉机构，而拨叉机构的复杂性对装配和维修带来了不便。通过对拨叉机构的优化设计，可以大大降低装配和维修困难、提高生产效率。

拨叉机构的结构组成如下图所示：

图（一）

主要组成部分：1.滑块或轴承2.压盖3.连杆4.轴5.内齿轮拨叉装置的工作过程为：箱体外侧的液压缸或气压缸推动摆杆转动，摆杆通过轴将转动传递给连杆，通过连杆的小角度转动推动内齿轮轴向移动，通过内齿轮和不同外齿轮的的啮合和分离以达到换挡的目的。

第二章轴承与滑块的合理选择

2.1拨叉机构中轴承与滑块的选择

在拨叉机构中通常采用滑块或深沟球轴承推动内齿轮滑动以达到变速的目的。然而由于内齿轮的高速旋转，使得内齿轮和滑块之间具有相当大的相对速度，这会造成滑块的严重磨损；而由于转子的动不平衡造成的振动则会造成轴承的碎裂，这些都会造成拨叉机构的失

效。因此合理的选择推动零件可以有效的降低维修次数，提高使用寿命和生产效率。

一般情况下推动零件的选择原则是当内齿轮较大时应选用滑块，而当内齿轮较小时则选择轴承。当内齿轮较大时，推动其滑动需要较大的力，此时若选用轴承则可能因过大的径向力而导致轴承碎裂；同时由于内齿轮沟槽侧壁的线速度由内到外逐渐变大，轴承的转速介于其中的一个平衡点处，在该平衡点处轴承外经和内齿轮沟槽接触点处相对速度为零，其余接触点则不为零，并始终具有相对速度。这将在轴承和内齿轮外沟槽侧壁之间产生滑动，使轴承始终受到一对大小相等方向相反的转矩的作用，这会降低轴承的寿命，严重的也会使轴承碎裂。

如上图所示：在平衡点处，轴承和内齿轮外沟槽侧壁相对速度为零，两者之间为纯滚动；在平衡点上方，外沟槽侧壁速度大于轴承滚动速度，轴承受到一摩擦力F作用：在平衡点下方，外沟槽侧壁速度小于轴承滚动速度，轴承受到一摩擦力-F的作用。两对摩擦力的最终作用结果使轴承上方受到一顺时针转矩的作用，轴承下方受到一逆时针转矩的作用，两者在平衡面处达到最大。

在换挡齿轮箱的设计过程中，应对转子的动平衡提出较高的要求，由于转子的动不平衡造成的振动对轴承的损坏也是致命的，较大的振动可能造成内齿轮的沟槽侧壁瞬间对轴承施加一较大的径向力，在径向力和扭矩的作用下会造成轴承的瞬间碎裂。在所有对轴承造成损害的方式中，振动的危害是最大的，因此必须对所有转子做动平衡试验，以减小振动的危害。任何方式的轴承碎裂都会造成拨叉机构的损坏失效，严重时会造成齿轮的损坏报废，同时过大的轴承其成本也较高。滑块作为整体零件，其所受的力主要为外沟槽侧壁对其的摩擦力，其损坏主要为磨损，在正常工作的情况中碎裂的可能性远远小于轴承，因此在内齿轮较大时应选择滑块。

但是当内齿轮较小时则应选择轴承，这是因为制造滑块的材料通常为有色金属，较小的内齿轮限制了滑块的尺寸，同时由于滑块材质较软容易受到磨损（滑块的材料一般不能选择硬度较大的淬火钢，因为如果滑块硬度高于内齿轮的硬度，在滑动过程中会划伤内齿轮的沟槽，严重时造成内齿轮的报废，因此滑块材料主要为硬度适中、耐磨损的有色金属），此时若仍选用滑块则可能造成经常停车开箱更换，

维修费用较大。

对于滑块和轴承的具体选择一般可凭经验选取，当内齿轮的的外沟槽宽度大于65mm时应选择滑块，而当其宽度小于65mm时则选择轴承。

2.2滑块的设计

滑块的结构设计如下两图图所示：

图（二）

图（三）