工程机械设计-第二篇工程机械底盘设计第三章人力换档变速箱分解
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三 、空间三轴变速箱
输入轴、中间轴、输出
轴呈三角形的空间布置。
结构刚度好;可以方便
的获得多个倒档。
换档元件一般布置在中
间轴上,而中间轴通常位于
变速箱中下部，使控制机构
比较复杂；除了前进五档外，
每个前进档要三对齿轮传动，
每个后退档要两对齿轮传动，
效率要比平面三轴式变速箱
低；箱体结构也比平面三轴
• （c）将接合齿的工作面加工成斜面，使斜面产生的轴向分力防止脱档。
22
3．变速箱轴和轴承
一般来说,由结构设计出的变速箱轴，其强度是能满足要求的。设计 完成后，应按弯扭组合受力对轴进行强度校核。相对于材料屈服极限， 安全系数应该大于5。对于机械式变速箱，计算转矩推荐取发动机最大 转矩的2~2.5倍。
以便于将来输出动力，实现多功能。货运汽车变速箱的侧盖打开后，通常都可以 装取力器。
19
二、主要零件设计
1．齿轮 齿轮的设计计算参照有关设计标准进行,初步设计时可按下式预 定中心距。
A1 K3 Mk1
Mk1－ 变 速 箱 Ⅰ 档 所 传转 递矩 的； K－ 轴 距 系 数 ， 通 常 13.6取~16。
式变速箱复杂。
D80推土机变速箱原理
12
13
红旗120推土机变速箱
14
第二节 结构设计要点
一 、变速箱总体布置的一般原则
变
轴在变速箱中的布置
速
箱
档位齿轮在轴上的布置
总
体 布
倒档齿轮的布置
置
的
轴的支承方式
一
般
确定齿轮齿数
原
则
预留取力口
15
1.轴在变速箱中的布置
布置时要充分考虑整机布置的需要和它前后连接部件的关系。
➢为了便于换档,换档齿轮轴的位 置要有利于布置拨叉;
➢为了降低机器的重心，输入轴应 布置于变速箱的上方；
➢尽量避免在箱体中间布置支承。
➢过渡轴、空间三轴中间轴等零部 件，应尽量布置在齿轮啮合力在轴 上合力小的一侧。
过渡轴的布置
16
2．档位齿轮在轴上的布置
➢各档位齿轮应按由高档位到低档位 的前后顺序排列,将啮合力最大的齿 轮靠近箱体布置。 ➢ 采用斜齿轮时，如果同一轴上既 有齿轮输入动力又有齿轮输出动力 时，同时工作的两个轮齿的倾斜方 向应相同，以抵消一部分轴向力。 ➢ 为了减少变速箱轴向长度，应该 尽量采用重叠的轴向空间,有利于缩 小变速箱的轴向尺寸。
n 21
n1
Z Z
1 2
n 22
n1
Z Z
3 4
2
2）啮合套换档 传动强度大,提高了换档时的抗冲击能力;可以采用斜齿轮。 齿轮工作时在轴上空转，结构较复杂；没有解决换档时的同步问题。 一般用于转矩较大，对换档过程没有严格要求的机械上。
3
啮合套结构
4
中介轮(惰轮,过轮):仅起着中间过渡和改变从动轮转向的作用。
➢ 齿轮一般用合金结构钢20CrMnTi、20CrMnMo制成,表面经过渗碳 淬火处理。
➢ 当采用啮合套或同步器换档时，可以采用斜齿轮。螺旋角β一般
取23°～27°。 ➢ 同一变速箱中的齿轮，应当尽量采用相同的模数和螺旋角。 ➢ 换档齿轮的啮入端，为了便于挂档应该将齿端倒圆。
20
2．啮合器 啮合器花键通常为渐开线齿形,啮合套、啮合轴材料都可以选用45 号钢、40Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等，强度计算方法与渐开线花键相 同。当受力较大时，最好采用合金结构钢表面渗碳淬火。 为了便于挂档，需要将啮入处的齿端倒圆，也可以再将啮合器的 齿做成长短齿，短齿一般缩进为2mm左右。
21
防脱档的方法:
• （a）啮合套的齿应该越过被接合的齿2~3mm,这样在使用中由于接触部位挤 压磨损，在啮合套上形成凸肩，可以阻止接合齿自动分开。
• （b）在啮合轴齿环上切两个槽，把环齿分为三段，中间的齿比两边的齿每边 削薄0.4~0.5mm，并在挂档后使厚齿位于啮合套环槽中间，这样厚齿形成的挡 肩便可以防止脱档。
23
三 、润滑与密封
变速箱轴应该有足够的刚度。两啮合齿轮工作时，啮合齿轮所在平 面处轴的挠度之和对高速档应小于0.13~0.15mm，对低速档应小于 0.15~0.25mm。齿轮所在平面处的转角应小于0.002rad。
轴承的寿命可以根据机器的实际情况确定。对于铲土运输机械，轴 承寿命最好在5000小时以上。如果个别轴承受结构限制难以达到这一点 时，可以适当放宽，但不能小于1000小时。
第四章 人力换档变速箱
Speed Change Box
主 要
1、变速箱的基本原理
讲 授
2、结构设计要点
内
容 3、换档操纵机构设计
1
第一节 变速箱的基本原理
一、 基本原理
1）移动齿轮换档
零部件数量少,结构 简单。
换档时齿轮不同步; 齿轮移动距离较长；不能 用斜齿轮换档。
通常用于小型机械和 不太常用的档位。
Baidu Nhomakorabea
输入轴、中间轴、输出轴在 同一平面内。
换档元件可以布置在变速箱 上部的轴上,控制机构简单;箱体 制造简单；多数档位从输入到输 出只有两对齿轮传动,传动效率 高。
输出轴支承在输入轴的齿轮 内部，刚度差，内部轴承工作条 件较差；难以获得多个倒档。
用于倒退不太频繁的机械设 备上，以及液压驱动的传动系。
EQ140型汽车五档变速器原理图
5
3）同步器 啮合套的改进。基本原理是挂档前首先利用摩擦力使两个元件同步,
然后再进行挂档。能够实现无冲击挂档。
1、4-锁环（同步锥环） 2-滑块 弹簧圈 5- 啮合座套 6- 啮合套
6
锁环 啮合座套
滑块
啮合套
锁环
锁环式同步器
7
锁环式同步器工作原理
8
两轴式变速箱
奥迪100型轿车变速箱
9
二 、平面三轴变速箱
中间轴的轴向力平衡
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3． 倒档齿轮的布置 两种布置形式:（1）在输出轴之前布置倒档齿轮 （2）在输入轴之后布置倒档齿轮
1-输出轴 2-中间轴 3-Ⅰ或Ⅱ档齿轮 4- 惰轮或双联齿轮 5- 倒档齿轮 6- 换档齿轮
18
4．轴的支承方式 为防止由于轴受热伸长卡死,通常一端轴承采用轴向双向定位，另一端轴向自 由。
在轴受力不大时，可以采用深沟球轴承;当轴受力较大时，一端采用双列球 面滚子轴承，另一端为圆柱滚子轴承。
5．确定齿轮齿数 高速转动的齿轮,为了减小线速度，应该设计小一点,由于中心距的原因，第 一级传动往往有较大的传动比。这时，设计各档位的传动齿轮时，可以将某些档 位设计成增速。
6．预留取力口 通用性较强或者批量较大的机器,在设计变速箱时要考虑预留取力口，
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三 、空间三轴变速箱
输入轴、中间轴、输出
轴呈三角形的空间布置。
结构刚度好;可以方便
的获得多个倒档。
换档元件一般布置在中
间轴上,而中间轴通常位于
变速箱中下部，使控制机构
比较复杂；除了前进五档外，
每个前进档要三对齿轮传动，
每个后退档要两对齿轮传动，
效率要比平面三轴式变速箱
低；箱体结构也比平面三轴
• （c）将接合齿的工作面加工成斜面，使斜面产生的轴向分力防止脱档。
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3．变速箱轴和轴承
一般来说,由结构设计出的变速箱轴，其强度是能满足要求的。设计 完成后，应按弯扭组合受力对轴进行强度校核。相对于材料屈服极限， 安全系数应该大于5。对于机械式变速箱，计算转矩推荐取发动机最大 转矩的2~2.5倍。
以便于将来输出动力，实现多功能。货运汽车变速箱的侧盖打开后，通常都可以 装取力器。
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二、主要零件设计
1．齿轮 齿轮的设计计算参照有关设计标准进行,初步设计时可按下式预 定中心距。
A1 K3 Mk1
Mk1－ 变 速 箱 Ⅰ 档 所 传转 递矩 的； K－ 轴 距 系 数 ， 通 常 13.6取~16。
式变速箱复杂。
D80推土机变速箱原理
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红旗120推土机变速箱
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第二节 结构设计要点
一 、变速箱总体布置的一般原则
变
轴在变速箱中的布置
速
箱
档位齿轮在轴上的布置
总
体 布
倒档齿轮的布置
置
的
轴的支承方式
一
般
确定齿轮齿数
原
则
预留取力口
15
1.轴在变速箱中的布置
布置时要充分考虑整机布置的需要和它前后连接部件的关系。
➢为了便于换档,换档齿轮轴的位 置要有利于布置拨叉;
➢为了降低机器的重心，输入轴应 布置于变速箱的上方；
➢尽量避免在箱体中间布置支承。
➢过渡轴、空间三轴中间轴等零部 件，应尽量布置在齿轮啮合力在轴 上合力小的一侧。
过渡轴的布置
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2．档位齿轮在轴上的布置
➢各档位齿轮应按由高档位到低档位 的前后顺序排列,将啮合力最大的齿 轮靠近箱体布置。 ➢ 采用斜齿轮时，如果同一轴上既 有齿轮输入动力又有齿轮输出动力 时，同时工作的两个轮齿的倾斜方 向应相同，以抵消一部分轴向力。 ➢ 为了减少变速箱轴向长度，应该 尽量采用重叠的轴向空间,有利于缩 小变速箱的轴向尺寸。
n 21
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Z Z
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n 22
n1
Z Z
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2）啮合套换档 传动强度大,提高了换档时的抗冲击能力;可以采用斜齿轮。 齿轮工作时在轴上空转，结构较复杂；没有解决换档时的同步问题。 一般用于转矩较大，对换档过程没有严格要求的机械上。
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啮合套结构
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中介轮(惰轮,过轮):仅起着中间过渡和改变从动轮转向的作用。
➢ 齿轮一般用合金结构钢20CrMnTi、20CrMnMo制成,表面经过渗碳 淬火处理。
➢ 当采用啮合套或同步器换档时，可以采用斜齿轮。螺旋角β一般
取23°～27°。 ➢ 同一变速箱中的齿轮，应当尽量采用相同的模数和螺旋角。 ➢ 换档齿轮的啮入端，为了便于挂档应该将齿端倒圆。
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2．啮合器 啮合器花键通常为渐开线齿形,啮合套、啮合轴材料都可以选用45 号钢、40Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等，强度计算方法与渐开线花键相 同。当受力较大时，最好采用合金结构钢表面渗碳淬火。 为了便于挂档，需要将啮入处的齿端倒圆，也可以再将啮合器的 齿做成长短齿，短齿一般缩进为2mm左右。
21
防脱档的方法:
• （a）啮合套的齿应该越过被接合的齿2~3mm,这样在使用中由于接触部位挤 压磨损，在啮合套上形成凸肩，可以阻止接合齿自动分开。
• （b）在啮合轴齿环上切两个槽，把环齿分为三段，中间的齿比两边的齿每边 削薄0.4~0.5mm，并在挂档后使厚齿位于啮合套环槽中间，这样厚齿形成的挡 肩便可以防止脱档。
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三 、润滑与密封
变速箱轴应该有足够的刚度。两啮合齿轮工作时，啮合齿轮所在平 面处轴的挠度之和对高速档应小于0.13~0.15mm，对低速档应小于 0.15~0.25mm。齿轮所在平面处的转角应小于0.002rad。
轴承的寿命可以根据机器的实际情况确定。对于铲土运输机械，轴 承寿命最好在5000小时以上。如果个别轴承受结构限制难以达到这一点 时，可以适当放宽，但不能小于1000小时。
第四章 人力换档变速箱
Speed Change Box
主 要
1、变速箱的基本原理
讲 授
2、结构设计要点
内
容 3、换档操纵机构设计
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第一节 变速箱的基本原理
一、 基本原理
1）移动齿轮换档
零部件数量少,结构 简单。
换档时齿轮不同步; 齿轮移动距离较长；不能 用斜齿轮换档。
通常用于小型机械和 不太常用的档位。
Baidu Nhomakorabea
输入轴、中间轴、输出轴在 同一平面内。
换档元件可以布置在变速箱 上部的轴上,控制机构简单;箱体 制造简单；多数档位从输入到输 出只有两对齿轮传动,传动效率 高。
输出轴支承在输入轴的齿轮 内部，刚度差，内部轴承工作条 件较差；难以获得多个倒档。
用于倒退不太频繁的机械设 备上，以及液压驱动的传动系。
EQ140型汽车五档变速器原理图
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3）同步器 啮合套的改进。基本原理是挂档前首先利用摩擦力使两个元件同步,
然后再进行挂档。能够实现无冲击挂档。
1、4-锁环（同步锥环） 2-滑块 弹簧圈 5- 啮合座套 6- 啮合套
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锁环 啮合座套
滑块
啮合套
锁环
锁环式同步器
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锁环式同步器工作原理
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两轴式变速箱
奥迪100型轿车变速箱
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二 、平面三轴变速箱
中间轴的轴向力平衡
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3． 倒档齿轮的布置 两种布置形式:（1）在输出轴之前布置倒档齿轮 （2）在输入轴之后布置倒档齿轮
1-输出轴 2-中间轴 3-Ⅰ或Ⅱ档齿轮 4- 惰轮或双联齿轮 5- 倒档齿轮 6- 换档齿轮
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4．轴的支承方式 为防止由于轴受热伸长卡死,通常一端轴承采用轴向双向定位，另一端轴向自 由。
在轴受力不大时，可以采用深沟球轴承;当轴受力较大时，一端采用双列球 面滚子轴承，另一端为圆柱滚子轴承。
5．确定齿轮齿数 高速转动的齿轮,为了减小线速度，应该设计小一点,由于中心距的原因，第 一级传动往往有较大的传动比。这时，设计各档位的传动齿轮时，可以将某些档 位设计成增速。
6．预留取力口 通用性较强或者批量较大的机器,在设计变速箱时要考虑预留取力口，