黎正科机床变速箱的结构特性分析Word文件下载.docx
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完成时间：
2009年5月
摘要
机床变速箱是机床中重要的传动部件。
其将机床电动机和机床主轴联结起来，将动力和扭矩由电机传递到主轴，从而使主轴转动以加工工件。
其主要作用是通过变速装置调节主轴转速和扭矩，从而使电机运行在最佳的状态。
在本文中主要介绍了三种变速箱——换挡变速箱、无级变速箱、微型变速箱。
分析了这三种变速箱各自的特点。
结合实例探讨了换挡变速箱和无级变速箱运行过程中的优缺点，并针对换挡变速箱的几点缺陷提出了改进意见；
探讨了关于克服无级变速箱传动效率较低这一缺点的解决方案和未来研究方向；
列出了微型变速箱得几点重要特征，并分析了实现这几点特征所需的技术条件。
关键词：
变速箱，特征，分析，改进，研究方向
Analysisofthestructuralcharacteristicsofgear-boxofmachinetool
Abstract
Thegearboxofmachineisthemostimportanttransmissionpartofmachinetool.Themachinemotorandthemachinetoolspindlearelinkedbyit,anditdeliveriespowerandtorquefrommachinemotortomachinetoolspindle,sothemachinetoolspindlecanrotatetoprocesstheworkpiece.Themainroleofthegearboxmachineistoregulatethespeedandtorqueofthespindlewiththevariable-speeddevice，sothemotorcanruninabeststate.
Inthisarticlethreekindsofgearboxesareintroduced（ShiftGearbox;
ContinuouslyVariableTrans-mission;
MicroGearbox）;
Thefeaturesofeachkindofthreegearboxesareanalysized;
TheadvantagesanddisadvantagesofShiftGearboxandContinuouslyVariableTrans-missionarediscussiedwithexamples,andsomeimprovementsaremadeforsomedefectsofShiftGearbox.Thesolutionsandthedirectionoffutureresearchare
discussiedtoovercomethedisadvantagesoftheCVT,whichisinefficient;
SomeimportantfeaturesofMicroGearboxarestated,andThetechnicalconditions,usingtoachievethefeatures,areconsidered.
Keywords:
Gearbox,Feature,Analysis,Improvements,Directionofresearch
1.绪论
1.1概述
机床变速箱是机床中的重要的传动装置，机床运行性能的好坏很大程度上决定于机床变速箱的传动性能。
机床变速箱主要是由变速传动机构和操纵机构组成。
它将电动机和主轴联结起来，通过传动轴和齿轮以及其它传动件将电动机动力传递到主轴。
既然是变速箱，顾名思义其主要作用是改变主轴转速，从而实现加工要求的目的。
但是，其作用并不仅仅是改变转速这么简单，这主要是由电动机的物理性质决定的。
任何电动机都有其峰值转速；
其次，电动机最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。
变速箱中的变速机构通过改变传动比从而达到改变电动机运行状态的目的。
保持合理的传动比可以使电动机工作在其最佳的动力性能状态下。
机床变速箱按照尺寸大小可划分为传统尺寸机床变速箱和微型机
床变速箱。
同时，传统尺寸变速箱依照变速方式的不同可分为换挡变速箱（又称有级变速箱）和无级变速箱。
换挡变速箱是目前在机床上应用最广泛的一种。
它采用齿轮传动，
具有若干个定值传动比。
这种变速箱主要由传动轴、滑移齿轮、离合器、变速机构以及其它传动件组成。
变速过程通过箱体内操纵变速机构改变滑移齿轮的相对位置从而改变整体传动比来实现的。
它具有传动扭矩大，效率高，功率大以及传动比稳定的优点。
这些优点使其广泛应用于普通机床中。
但是，其传动比比较固定，无法实现均匀变化，从而造成传动件有较大的冲击载荷，且需要人工调定传动比以保证电机良好运行。
无级变速箱[11]是较换挡变速箱后发展起来并逐渐被广泛应用的变速
装置。
它与换挡变速箱最大的区别是其可以实现传动比在一定范围内均匀连续的变化。
无级变速的实现方式可分为液力式、电力式和机械式三种。
机械无级变速装置有钢球式、宽带式多种结构，它们都利用摩擦力来传递转矩通过连续改变摩擦传动副的工作半径来实现无级变速。
其主要应用于小型车床和铣床中。
液压无级变速装置利用油液为介质来传动动力，通过连续的改变输入液压机的油液流量来实现无极变速。
其主要应用于刨床、拉床等执行件为直线运动的机床中。
电气无极变速装置是通过连续改变电动机的转速来实现无级变速，其主要适用于大型机床和数控机床。
无级变速箱通过传动比连续均匀的变动能使机床获得最有利的切削速度。
微型机床变速箱[14]是微细加工技术发展的产物。
微细加工技术是加工
技术自身发展的必然，同时也是微型机械技术发展对加工技术需求的促进。
所谓微细加工技术就是能够制造微小加工零件的加工技术的总称。
其包括微细切削加工、磨料加工、微细电火花加工、电解加工、化学加工、超声波加工、等离子加工等[4][5]。
在这里主要涉及微细切削加工。
微型切削加工和精密加工是紧密联系的，都是现代先进加工技术的前沿。
微细切削加工是指微小尺寸零件的生产加工技术。
随着机械制造及其相关科学技术的发展，切削加工技术可以达到极高的加工精度和极微细的尺寸，已经成为微细加工领域中极为重要的加工手段。
微细切削加工的主要方法有微细车削、微细铣削、微细磨削、微孔钻削等，其均为微量切削（又称极薄切削）。
以上各种不同的切削加工方式都有与之对应的微型加工机床。
大多数微型机床的结构组成与宏观机床相似，其中微型变速箱仍然是微型机床中最重要的传动部件。
与传统变速箱不同的是，微型变速箱尺寸极小，传动精度较高。
1.2变速箱的发展状况
机床变速箱是机床中极其重要的传动部件，因此在人们开始应用机械时变速箱就已经诞生。
早期的机床变速箱主要是简易的换挡变速箱，也就是通过单纯通过齿轮和传动轴以及简单的变速机构来实现传动和变速。
随着机械行业的发展，加工技术和金属材料日益先进，使得换挡变速箱结构日趋复杂和先进。
但是人们通过长时间的生产和应用，发现换挡变速箱具有其设计原理上的缺陷，其无法实现传动比的均匀变化，造成速度损失，从而影响加工条件。
因此，人们开始研究实现传动比连续变化的方案，也就是无级变速。
无级变速箱是在19世纪90年代出现的，至20世纪30年代以后才开始发展，由于受当时各方面因素如机械发展水平、材质和加工工艺等条件的限制，进展十
分缓慢。
20世纪50年代，尤其是70年代以后，随着科技的发展，原本无法解决或很难解决的技术难题一一突破，加之实际生产中对无级变速箱的需求越来越多，无级变速箱得到了很大的发展，得到了较为广泛的应用。
目前无级变速箱的研究和应用主要包括以下几个方面[12]：
液力无级变速、电力无级变速和机械无级变速。
近年来以液力和电力无级变速为主要的研究方向，取得了较为较大成果。
在20世纪七十年代，随着机械制造业的发展，人们不再满足于对传统机械的应用，从而提出微机械的概念。
到20世纪90年代诞生了对应于加工微型机械零件的微型机床，该机床所应用的传动和变速装置称为微型机床变速箱。
微型变速箱的发展是近些年才引起广泛重视的。
随着微细加工技术的进步，微小型传动件在生产数量和质量上都已经达到一定得要求，使得微型变速箱在近几年的发展迅速。
但由于目前技术仍不够先进，微型变速箱在尺寸和传动精度上都无法达到令人满意的程度。
但随着微细加工技术的深入，微型变速箱发展前景将极其可观。
1.3研究目的、意义和内容
机床变速箱是机床中的重要的传动装置，机床运行性能的好坏很大程度上决定于机床变速箱的传动性能。
目前应用的机床变速箱主要可以分为宏观变速箱和微型变速箱。
其中宏观变速箱按照变速方式的不同又可分为换挡变速箱和无级变速箱两种。
对这几种变速箱各自的特点进行深入的分析和总结有助于对机床变速箱这一重要部件产生系统性的理解，从而方便发现目前某些变速箱设计的不足之处以及某类变速箱的整体缺陷。
这有助于提出针对目前机床变速箱的改进意见，同时也有利于探索未来机床变速箱的研究方向。
因此，对机床变速箱的进一步研究和发展具有理论和现实意义。
2.换挡变速箱
2.1换挡变速箱的特点
换挡变速箱是通过滑移齿轮、交换齿轮、离合器等变速传动副使执行件实现速度的改变。
其通过传动齿轮实现定比传动（往往具有几个到十几个定值传动比），因此其传动比变换是跳跃式的，存在速度损失。
但是其传动扭矩大，效率高切且制造成本较低。
因此换挡变速箱广泛应用于传统加工机床当中。
2.2CA6140车床换挡变速箱结构分析
我们结合CA6140车床变速箱进行具体分析：
CA6140车床[15]是目前使用极为广泛的加工机床。
这种机床的传动变速系统采用了典型的换挡变速箱形式。
下面我们以CA6140车床变速箱为实例，描述换挡变速箱的工作特点。
并结合其特点提出几点局部的改进方案。
下图是CA6140传动系统图1：
图1CA6140机床传动系统
从图中我们可以看出，CA6140车床变速箱共有两条传动链：
一条是从主电动机到主轴的外联系传动链，在传动系统图中体现为主运动传动链；
另一条是从主轴到刀架的传动链，它根据被加工工件的不同可分为内联系传动链和外联系传动链，其体现为进给传动链。
我们在这里主要讨论其主运动传动链。
主传动链的执行件为电动机和主轴。
它的作用是把电动机的运动和动力传给主轴，使主轴带动工件转动，并满足主轴转向和换向的要求。
主运动从电动机开始，经过三角带轮传给第一根轴，再通过摩擦离合器，一组双联滑移齿轮以及反转齿轮传给轴二。
轴二的运动通过一组三联滑移齿轮传至轴三。
轴三的运动转到主轴有两条路线：
一条是经过齿轮副直接传给主轴（此时主轴上的齿式离合器左移），使主轴得到450~1400r/min的六种高转速；
另一条是主轴上的齿式离合器在图示位置，运动经齿轮副20/80或齿轮副50/50传给轴四，再由齿轮副51/50传给轴五，最后由齿轮副26/58和齿式离合器传给主轴，使主轴获得10~500r/min的18种低转速。
CA6140车床主运动的传动路线表达式如下图2所示：
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