1、河南科技學(xué)院2009屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：機(jī)床變速箱的結(jié)構(gòu)特性分析學(xué)生姓名：黎正科所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化導(dǎo)師姓名：馬利杰完成時(shí)間：2009年 5 月摘要 機(jī)床變速箱是機(jī)床中重要的傳動(dòng)部件。其將機(jī)床電動(dòng)機(jī)和機(jī)床主軸聯(lián)結(jié)起來，將動(dòng)力和扭矩由電機(jī)傳遞到主軸，從而使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)以加工工件。其主要作用是通過變速裝置調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速和扭矩，從而使電機(jī)運(yùn)行在最佳的狀態(tài)。 在本文中主要介紹了三種變速箱換擋變速箱、無級(jí)變速箱、微型變速箱。分析了這三種變速箱各自的特點(diǎn)。結(jié)合實(shí)例探討了換擋變速箱和無級(jí)變速箱運(yùn)行過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)換擋變速箱的幾點(diǎn)缺陷提出了改進(jìn)意見；探討了關(guān)于克服無

2、級(jí)變速箱傳動(dòng)效率較低這一缺點(diǎn)的解決方案和未來研究方向；列出了微型變速箱得幾點(diǎn)重要特征，并分析了實(shí)現(xiàn)這幾點(diǎn)特征所需的技術(shù)條件。關(guān)鍵詞：變速箱，特征，分析，改進(jìn)，研究方向Analysis of the structural characteristics of gear-box of machine toolAbstract The gearbox of machine is the most important transmission part of machine tool. The machine motor and the machine tool spindle are linked

3、by it, and it deliveries power and torque from machine motor to machine tool spindle, so the machine tool spindle can rotate to process the work piece. The main role of the gearbox machine is to regulate the speed and torque of the spindle with the variable-speed device ， so the motor can run in a b

4、est state. In this article three kinds of gearboxes are introduced (Shift Gearbox; Continuously Variable Trans-mission;Micro Gearbox); The features of each kind of three gearboxes are analysized ; The advantages and disadvantages of Shift Gearbox and Continuously Variable Trans-mission are discussie

5、d with examples ,and some improvements are made for some defects of Shift Gearbox .The solutions and the direction of future research are discussied to overcome the disadvantages of the CVT ,which is inefficient ;Some important features of Micro Gearbox are stated ,and The technical conditions ,usin

6、g to achieve the features ,are considered.Key words:Gearbox,Feature,Analysis,Improvements,Direction of research目錄1.緒論11.1概述11.2 變速箱的發(fā)展?fàn)顩r21.3 研究目的、意義和內(nèi)容32.換擋變速箱32.1換擋變速箱的特點(diǎn)32.2 CA6140車床換擋變速箱結(jié)構(gòu)分析32.3 關(guān)于換擋變速箱的部分改進(jìn)意見73. 無級(jí)變速箱103.1無級(jí)變速箱的簡(jiǎn)介和發(fā)展103.2 兩種無級(jí)變速箱工作原理123.2.1 液壓無級(jí)變速器123.2.2摩擦盤式無級(jí)變速器133.3 關(guān)于提高無級(jí)變速箱

7、效率的方法探究154.微型機(jī)床變速箱154.1微型變速箱簡(jiǎn)介154.2 微型變速箱的特點(diǎn)164.3 微型變速箱特點(diǎn)的深入分析165. 結(jié)論18謝辭19參考文獻(xiàn)201.緒論1.1概述 機(jī)床變速箱是機(jī)床中的重要的傳動(dòng)裝置，機(jī)床運(yùn)行性能的好壞很大程度上決定于機(jī)床變速箱的傳動(dòng)性能。機(jī)床變速箱主要是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。它將電動(dòng)機(jī)和主軸聯(lián)結(jié)起來，通過傳動(dòng)軸和齒輪以及其它傳動(dòng)件將電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到主軸。既然是變速箱，顧名思義其主要作用是改變主軸轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)加工要求的目的。但是，其作用并不僅僅是改變轉(zhuǎn)速這么簡(jiǎn)單，這主要是由電動(dòng)機(jī)的物理性質(zhì)決定的。任何電動(dòng)機(jī)都有其峰值轉(zhuǎn)速；其次，電動(dòng)機(jī)最大功率及最大扭

8、矩在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)。變速箱中的變速機(jī)構(gòu)通過改變傳動(dòng)比從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的目的。保持合理的傳動(dòng)比可以使電動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。機(jī)床變速箱按照尺寸大小可劃分為傳統(tǒng)尺寸機(jī)床變速箱和微型機(jī)床變速箱。同時(shí)，傳統(tǒng)尺寸變速箱依照變速方式的不同可分為換擋變速箱（又稱有級(jí)變速箱）和無級(jí)變速箱。換擋變速箱是目前在機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。這種變速箱主要由傳動(dòng)軸、滑移齒輪、離合器、變速機(jī)構(gòu)以及其它傳動(dòng)件組成。變速過程通過箱體內(nèi)操縱變速機(jī)構(gòu)改變滑移齒輪的相對(duì)位置從而改變整體傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)的。它具有傳動(dòng)扭矩大，效率高，功率大以及傳動(dòng)比穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)

9、用于普通機(jī)床中。但是，其傳動(dòng)比比較固定，無法實(shí)現(xiàn)均勻變化，從而造成傳動(dòng)件有較大的沖擊載荷，且需要人工調(diào)定傳動(dòng)比以保證電機(jī)良好運(yùn)行。無級(jí)變速箱11是較換擋變速箱后發(fā)展起來并逐漸被廣泛應(yīng)用的變速裝置。它與換擋變速箱最大的區(qū)別是其可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比在一定范圍內(nèi)均勻連續(xù)的變化。無級(jí)變速的實(shí)現(xiàn)方式可分為液力式、電力式和機(jī)械式三種。機(jī)械無級(jí)變速裝置有鋼球式、寬帶式多種結(jié)構(gòu)，它們都利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩通過連續(xù)改變摩擦傳動(dòng)副的工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。其主要應(yīng)用于小型車床和銑床中。液壓無級(jí)變速裝置利用油液為介質(zhì)來傳動(dòng)動(dòng)力，通過連續(xù)的改變輸入液壓機(jī)的油液流量來實(shí)現(xiàn)無極變速。其主要應(yīng)用于刨床、拉床等執(zhí)行件為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)

10、床中。電氣無極變速裝置是通過連續(xù)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，其主要適用于大型機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。無級(jí)變速箱通過傳動(dòng)比連續(xù)均勻的變動(dòng)能使機(jī)床獲得最有利的切削速度。微型機(jī)床變速箱14是微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。微細(xì)加工技術(shù)是加工技術(shù)自身發(fā)展的必然，同時(shí)也是微型機(jī)械技術(shù)發(fā)展對(duì)加工技術(shù)需求的促進(jìn)。所謂微細(xì)加工技術(shù)就是能夠制造微小加工零件的加工技術(shù)的總稱。其包括微細(xì)切削加工、磨料加工、微細(xì)電火花加工、電解加工、化學(xué)加工、超聲波加工、等離子加工等45。在這里主要涉及微細(xì)切削加工。微型切削加工和精密加工是緊密聯(lián)系的，都是現(xiàn)代先進(jìn)加工技術(shù)的前沿。微細(xì)切削加工是指微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。隨著機(jī)械制造及其相關(guān)科

11、學(xué)技術(shù)的發(fā)展，切削加工技術(shù)可以達(dá)到極高的加工精度和極微細(xì)的尺寸，已經(jīng)成為微細(xì)加工領(lǐng)域中極為重要的加工手段。微細(xì)切削加工的主要方法有微細(xì)車削、微細(xì)銑削、微細(xì)磨削、微孔鉆削等，其均為微量切削（又稱極薄切削）。以上各種不同的切削加工方式都有與之對(duì)應(yīng)的微型加工機(jī)床。大多數(shù)微型機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成與宏觀機(jī)床相似，其中微型變速箱仍然是微型機(jī)床中最重要的傳動(dòng)部件。與傳統(tǒng)變速箱不同的是，微型變速箱尺寸極小，傳動(dòng)精度較高。1.2 變速箱的發(fā)展?fàn)顩r機(jī)床變速箱是機(jī)床中極其重要的傳動(dòng)部件，因此在人們開始應(yīng)用機(jī)械時(shí)變速箱就已經(jīng)誕生。早期的機(jī)床變速箱主要是簡(jiǎn)易的換擋變速箱，也就是通過單純通過齒輪和傳動(dòng)軸以及簡(jiǎn)單的變速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)

12、傳動(dòng)和變速。隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，加工技術(shù)和金屬材料日益先進(jìn)，使得換擋變速箱結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜和先進(jìn)。但是人們通過長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)換擋變速箱具有其設(shè)計(jì)原理上的缺陷，其無法實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的均勻變化，造成速度損失，從而影響加工條件。因此，人們開始研究實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比連續(xù)變化的方案，也就是無級(jí)變速。無級(jí)變速箱是在19世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，至20世紀(jì)30年代以后才開始發(fā)展，由于受當(dāng)時(shí)各方面因素如機(jī)械發(fā)展水平、材質(zhì)和加工工藝等條件的限制，進(jìn)展十分緩慢。20世紀(jì)50年代，尤其是70年代以后，隨著科技的發(fā)展，原本無法解決或很難解決的技術(shù)難題一一突破，加之實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)無級(jí)變速箱的需求越來越多，無級(jí)變速箱得到了很大的發(fā)展，

13、得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前無級(jí)變速箱的研究和應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面12：液力無級(jí)變速、電力無級(jí)變速和機(jī)械無級(jí)變速。近年來以液力和電力無級(jí)變速為主要的研究方向，取得了較為較大成果。在20世紀(jì)七十年代，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，人們不再滿足于對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械的應(yīng)用，從而提出微機(jī)械的概念。到20世紀(jì)90年代誕生了對(duì)應(yīng)于加工微型機(jī)械零件的微型機(jī)床，該機(jī)床所應(yīng)用的傳動(dòng)和變速裝置稱為微型機(jī)床變速箱。微型變速箱的發(fā)展是近些年才引起廣泛重視的。隨著微細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步，微小型傳動(dòng)件在生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量上都已經(jīng)達(dá)到一定得要求，使得微型變速箱在近幾年的發(fā)展迅速。但由于目前技術(shù)仍不夠先進(jìn)，微型變速箱在尺寸和傳動(dòng)精度上都無法達(dá)到令

14、人滿意的程度。但隨著微細(xì)加工技術(shù)的深入，微型變速箱發(fā)展前景將極其可觀。1.3 研究目的、意義和內(nèi)容機(jī)床變速箱是機(jī)床中的重要的傳動(dòng)裝置，機(jī)床運(yùn)行性能的好壞很大程度上決定于機(jī)床變速箱的傳動(dòng)性能。機(jī)床變速箱主要是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。它將電動(dòng)機(jī)和主軸聯(lián)結(jié)起來，通過傳動(dòng)軸和齒輪以及其它傳動(dòng)件將電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到主軸。變速箱中的變速機(jī)構(gòu)通過改變傳動(dòng)比從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的目的。保持合理的傳動(dòng)比可以使電動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。目前應(yīng)用的機(jī)床變速箱主要可以分為宏觀變速箱和微型變速箱。其中宏觀變速箱按照變速方式的不同又可分為換擋變速箱和無級(jí)變速箱兩種。對(duì)這幾種變速箱各自的特點(diǎn)進(jìn)行深入的分

15、析和總結(jié)有助于對(duì)機(jī)床變速箱這一重要部件產(chǎn)生系統(tǒng)性的理解，從而方便發(fā)現(xiàn)目前某些變速箱設(shè)計(jì)的不足之處以及某類變速箱的整體缺陷。這有助于提出針對(duì)目前機(jī)床變速箱的改進(jìn)意見，同時(shí)也有利于探索未來機(jī)床變速箱的研究方向。因此，對(duì)機(jī)床變速箱的進(jìn)一步研究和發(fā)展具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。2.換擋變速箱2.1換擋變速箱的特點(diǎn) 換擋變速箱是通過滑移齒輪、交換齒輪、離合器等變速傳動(dòng)副使執(zhí)行件實(shí)現(xiàn)速度的改變。其通過傳動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)（往往具有幾個(gè)到十幾個(gè)定值傳動(dòng)比），因此其傳動(dòng)比變換是跳躍式的，存在速度損失。但是其傳動(dòng)扭矩大，效率高切且制造成本較低。因此換擋變速箱廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)加工機(jī)床當(dāng)中。2.2 CA6140車床換擋變速箱

16、結(jié)構(gòu)分析我們結(jié)合CA6140車床變速箱進(jìn)行具體分析：CA6140車床15是目前使用極為廣泛的加工機(jī)床。這種機(jī)床的傳動(dòng)變速系統(tǒng)采用了典型的換擋變速箱形式。下面我們以CA6140車床變速箱為實(shí)例，描述換擋變速箱的工作特點(diǎn)。并結(jié)合其特點(diǎn)提出幾點(diǎn)局部的改進(jìn)方案。 下圖是CA6140傳動(dòng)系統(tǒng)圖1：圖1 CA6140機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)從圖中我們可以看出，CA6140車床變速箱共有兩條傳動(dòng)鏈：一條是從主電動(dòng)機(jī)到主軸的外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，在傳動(dòng)系統(tǒng)圖中體現(xiàn)為主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈；另一條是從主軸到刀架的傳動(dòng)鏈，它根據(jù)被加工工件的不同可分為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈和外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，其體現(xiàn)為進(jìn)給傳動(dòng)鏈。我們?cè)谶@里主要討論其主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。 主傳動(dòng)鏈的

17、執(zhí)行件為電動(dòng)機(jī)和主軸。它的作用是把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給主軸，使主軸帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，并滿足主軸轉(zhuǎn)向和換向的要求。 主運(yùn)動(dòng)從電動(dòng)機(jī)開始，經(jīng)過三角帶輪傳給第一根軸，再通過摩擦離合器，一組雙聯(lián)滑移齒輪以及反轉(zhuǎn)齒輪傳給軸二。軸二的運(yùn)動(dòng)通過一組三聯(lián)滑移齒輪傳至軸三。軸三的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)到主軸有兩條路線：一條是經(jīng)過齒輪副直接傳給主軸（此時(shí)主軸上的齒式離合器左移），使主軸得到4501400r/min的六種高轉(zhuǎn)速；另一條是主軸上的齒式離合器在圖示位置，運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副20/80或齒輪副50/50傳給軸四，再由齒輪副51/50傳給軸五，最后由齒輪副26/58和齒式離合器傳給主軸，使主軸獲得10500r/min的18種低轉(zhuǎn)速。

18、 CA6140車床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下圖2所示：圖2傳動(dòng)路線表達(dá)式雙向多片式摩擦離合器裝在主軸箱中的軸一上，由內(nèi)摩擦片、外摩擦片、止推片、壓塊和空套齒輪等組成。離合器右半部分使主軸反轉(zhuǎn)，主要用于退刀，傳遞的扭矩小，所以片數(shù)較少。下圖3中所示的是摩擦離合器左半部分，圖中內(nèi)摩擦片3的內(nèi)孔為花鍵孔，與軸一的花鍵嚙合，隨著軸一一起轉(zhuǎn)動(dòng)；外摩擦片2空套在軸一上，它的外圓上有四個(gè)凸爪，嵌在空套齒輪1的缺口槽中，能帶動(dòng)齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)外摩擦片壓緊時(shí)，軸一的轉(zhuǎn)動(dòng)通過內(nèi)外摩擦片的摩擦力傳給了齒輪1，再通過其他的傳動(dòng)齒輪使主軸正轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)右離合器內(nèi)外摩擦片壓緊時(shí)，軸一的轉(zhuǎn)動(dòng)傳給了軸一右端的齒輪，從而使主軸

19、反轉(zhuǎn)。當(dāng)左、右離合器都處于脫開狀態(tài)，這時(shí)軸一雖然轉(zhuǎn)動(dòng)，但主軸處于停止?fàn)顟B(tài)。 圖3雙向多片式摩擦離合器左半部分1、空套齒輪2、外摩擦片3、內(nèi)摩擦片4、彈簧銷5、銷6、元寶銷7、桿8、壓塊9、螺母10 11、止推片摩擦離合器的工作是通過手柄18來操縱的（見下圖4）。當(dāng)手柄18向上扳動(dòng)時(shí)，連桿20向外移動(dòng)，通過曲柄21、扇齒輪17、齒條22使滑套12向右移動(dòng)，將元寶銷6的右端向下壓，元寶銷6下端推動(dòng)軸一內(nèi)孔中的拉桿向左移動(dòng)，帶動(dòng)壓塊8向左壓緊。于是，左離合器開始傳遞運(yùn)動(dòng)。同理，將手柄18扳至下端位置時(shí)右離合器接合而傳遞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)手柄18處于中間位置時(shí)，左右離合器全部脫開，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。摩擦離合器除了傳

20、遞運(yùn)動(dòng)和扭矩外，還能起到過載保護(hù)的作用。摩擦片之間圖4CA6140開停操縱機(jī)構(gòu)12、滑套13、調(diào)節(jié)螺釘14、杠桿15、制動(dòng)帶16、制動(dòng)盤17、齒扇18、手柄19、操縱杠20、桿 21、曲柄22、齒軸條的壓緊力是根據(jù)離合器應(yīng)傳遞的轉(zhuǎn)矩來確定的。當(dāng)機(jī)床過載時(shí)摩擦片打滑，就可以避免損壞機(jī)床。壓緊力可以通過下圖a中的螺母9來調(diào)整。制動(dòng)器安裝在軸四上（見下圖5），由制動(dòng)盤16、制動(dòng)帶15、調(diào)節(jié)螺釘13和杠桿14等組件組成。制動(dòng)器的作用是在左、右離合器全部脫開時(shí)，是主軸迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以縮短輔助時(shí)間。為了使用方便和安全操作，摩擦離合器和制動(dòng)器采用聯(lián)合操縱，兩套機(jī)構(gòu)都由手柄18來操縱。當(dāng)左或右離合器接合時(shí)，杠

21、桿14與齒條20的左側(cè)或右側(cè)的凹槽相接觸，使制動(dòng)帶15放松，此時(shí)制動(dòng)器不起作用；當(dāng)左或右離合器都脫開時(shí)，齒條22處于中間位置、杠桿14與齒條軸22上的凸起相接觸，杠桿14向逆時(shí)針方向擺動(dòng)，將制動(dòng)帶15拉緊，制動(dòng)帶和制動(dòng)盤之間的摩擦力使主軸迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)帶為一鋼帶，為增加摩擦系數(shù)，在其內(nèi)側(cè)固定一層酚醛石棉。圖5 CA6140制動(dòng)器變速操縱機(jī)構(gòu)。主軸箱上有七個(gè)滑移齒輪，其中5個(gè)用于改變主軸的轉(zhuǎn)速，1個(gè)用于車削左右螺紋的變換，1個(gè)用于正常導(dǎo)程和擴(kuò)大導(dǎo)程的變換。改變主軸轉(zhuǎn)速的5個(gè)滑移齒輪由兩套操縱機(jī)構(gòu)控制，另2個(gè)滑移齒輪由一套操縱機(jī)構(gòu)控制。 下圖6所示為控制軸二和軸三上滑移齒輪的操縱機(jī)構(gòu)。軸二上有

22、1個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪A需有兩個(gè)嚙合位置，軸三上有一個(gè)三聯(lián)滑移齒輪B需有三個(gè)嚙合位置，這兩個(gè)滑移齒輪由一個(gè)裝在主軸箱前側(cè)的手柄同時(shí)操縱。手柄通過鏈傳動(dòng)使軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，在軸4上固定有盤形凸輪3和曲柄2、凸輪3有六個(gè)不同的變速位置。當(dāng)杠桿6的滾子中心處于凸輪曲線的大半徑時(shí)，軸二的雙滑移齒輪在左端位置，同時(shí)，曲柄2通過撥叉操縱軸三上的滑移齒輪，使該齒輪處于左、中、右三種不同的軸向位置。同理，當(dāng)杠桿5上的滾子中心處于凸輪曲線小半徑時(shí)，軸二上的雙聯(lián)滑移齒輪處于右端位置，同時(shí)，軸三上的滑移齒輪仍有左、中、右三個(gè)軸向位置。當(dāng)手柄轉(zhuǎn)一圈時(shí)，靠曲柄2和凸輪3的配合，使軸三得到六種不同的轉(zhuǎn)速。該機(jī)構(gòu)中采用鋼球定位裝置，使齒

23、輪在規(guī)定位置可靠的定位。 圖6 變速操縱機(jī)構(gòu)1、撥叉2、曲柄3、盤形凸輪4、軸5、杠桿6、撥叉2.3 關(guān)于換擋變速箱的部分改進(jìn)意見從理論上看，主軸的該套操縱機(jī)構(gòu)，構(gòu)思新穎，設(shè)計(jì)巧妙，開停及制動(dòng)使用一個(gè)操縱手柄7 ，彼此互鎖，易學(xué)易記，極為方便。但經(jīng)多年操作實(shí)踐，它還存在兩個(gè)不足之處:(1) 不方便停車換擋變速。在實(shí)際操作中，一般在主軸停轉(zhuǎn)后，常需要進(jìn)行換擋變速操作。此時(shí)操作者必須用一只手掛擋，用另一只手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸的卡盤，才能使換置機(jī)構(gòu)中的滑移齒輪嚙合換擋。而這時(shí)，主軸因傳動(dòng)軸被剎緊，故無法使同一傳動(dòng)鏈中的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，于是造成了變速換擋困難。所以在實(shí)際操作中，為了換擋，操作者不得不將制動(dòng)帶6調(diào)松。然

24、而這樣做，又給主軸的剎車造成困難，因此操作者便采取反轉(zhuǎn)剎車，讓主軸進(jìn)入瞬時(shí)反轉(zhuǎn)，使主軸進(jìn)入很快減速，然后將手柄7 移到中間停止位置上，使主軸停車。這種反轉(zhuǎn)剎車對(duì)于小載荷的加工影響不大，但如果是在大載荷、高轉(zhuǎn)速下加工工件時(shí)，反向剎車危害就顯而易見，一則反轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的沖擊力會(huì)打壞傳動(dòng)鏈上的齒輪，甚至發(fā)生大工件因夾具不力而飛出來的危險(xiǎn); 二則在高速反轉(zhuǎn)剎車中， 會(huì)產(chǎn)生損害操作者健康的高噪聲。(2) 制動(dòng)器的制動(dòng)力調(diào)整不方便， 造成主軸剎車不可靠。當(dāng)操作者將制動(dòng)帶6 調(diào)整的制動(dòng)力超過實(shí)際所需的制動(dòng)力時(shí)， 就會(huì)出現(xiàn)扳轉(zhuǎn)手柄7十分費(fèi)力， 甚至出現(xiàn)主軸不能穩(wěn)定地停留在所需的位置上的現(xiàn)象，若這時(shí)強(qiáng)行使主軸停轉(zhuǎn)后

25、，操作者的手一旦離開主軸7 時(shí)，主軸就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原來的運(yùn)動(dòng)。其所以出現(xiàn)此現(xiàn)象， 這主要是因制動(dòng)帶6 調(diào)節(jié)太短了，造成了杠桿5下部觸頭與齒條軸14上兩個(gè)凹圓柱面槽上的接觸應(yīng)力太大，杠桿5 的下部觸頭很難爬上兩凹圓柱槽之間的凸峰上，而凸峰與下部觸頭都是點(diǎn)接觸，稍有偏位它們之間的接觸應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生軸向方向的分力，當(dāng)人的手離開手柄7 后， 它就會(huì)克服原操作系統(tǒng)所設(shè)定的碰珠定位壓力 (圖略) ， 而將齒條軸14 推動(dòng)， 使之又滑回原來的凹圓柱面槽中， 于是主軸又自動(dòng)恢復(fù)原來的運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)極易發(fā)生災(zāi)難性事故的隱患，因此， 主軸開停及制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)很有改進(jìn)設(shè)計(jì)的必要。 改進(jìn)方案1如下： (1) 拆去現(xiàn)有機(jī)床上

26、的制動(dòng)帶6，杠桿5，以及傳動(dòng)軸 上的制動(dòng)輪;在傳動(dòng)軸 的尾端安上單片(或多片) 電磁制動(dòng)器 (見下圖7) 。 圖7開停及制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)改進(jìn)后1、銜鐵2、彈簧3、花鍵套4、制動(dòng)片5、激磁線圈6、箱體7、殼體8、傳動(dòng)軸9、磁軛（2） 從上圖中可知，電磁制動(dòng)器的激磁線圈、磁軛、殼體是安在主軸箱的外壁上， 依靠電磁場(chǎng)力吸回銜鐵而壓緊在制動(dòng)片上，從而使軸迅速停止， 故主軸也隨即停止。其制動(dòng)力的大小與電磁鐵的規(guī)格大小和所需的電流大小有關(guān)。（3） 保留原 CA6140 車床齒條軸14上已設(shè)定的碰珠定位裝置 (圖略)，該裝置已在齒條軸14 上設(shè)定了三個(gè)定位凹坑，三個(gè)凹坑與齒條軸14上兩個(gè)凹圓柱面槽和中間的凸峰的

27、距離相對(duì)應(yīng)， 并以此來限定主軸的正、停、反的運(yùn)轉(zhuǎn)。（4） 改進(jìn)原主電機(jī)控制線路 (見下圖9) 。其工作原理是:當(dāng)行程開關(guān) SQ 觸頭被凸輪頂點(diǎn)壓下， 此時(shí)圖中的電流立即使延時(shí)斷開繼電器 KT 帶電，因而電磁鐵 YB也得電，于是就執(zhí)行制動(dòng)任務(wù); 若KT繼電器所調(diào)定的延時(shí)時(shí)間已到了， 延時(shí)斷開繼電器KT將其常閉觸頭自動(dòng)切斷電流，進(jìn)而電磁鐵 YB 即刻斷電。這樣傳動(dòng)軸就處于自由停止?fàn)顟B(tài)， 主軸亦為自由停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)便可輕松扳動(dòng)主軸，進(jìn)行換擋變化，而不必再使用反轉(zhuǎn)剎車了。圖8 改進(jìn)前電路 圖9改進(jìn)后電路當(dāng)主軸由正轉(zhuǎn)進(jìn)入反轉(zhuǎn)， 或反轉(zhuǎn)進(jìn)入正轉(zhuǎn)時(shí)， 操作還是同樣方便，其中間僅通過瞬時(shí)剎車，SQ 僅瞬時(shí)接通

28、，立即又進(jìn)入切斷工作。YB電磁鐵的瞬時(shí)通電，這對(duì)于主軸改變運(yùn)轉(zhuǎn)方向還是有一定的緩沖作用， 因而保護(hù)了主軸及傳動(dòng)鏈上的元件。另外，對(duì)于傳統(tǒng)換擋變速箱中的齒輪換擋撥叉機(jī)構(gòu)也應(yīng)有所改進(jìn)。隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，齒輪換檔機(jī)構(gòu)中的滑移齒輪的線速度也大大提高，與之接觸的撥叉表面磨損也愈加嚴(yán)重，既損耗功率，也影響溫升。尤其在立式機(jī)床中，由于滑移齒輪是多聯(lián)齒輪、重量大，磨損也就嚴(yán)重。故有必要對(duì)傳統(tǒng)的撥叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。新機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的思路應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)放在如何減少撥叉與齒輪之間的摩擦系數(shù)。可以設(shè)想將滑動(dòng)改進(jìn)成為滾動(dòng)，即在撥叉與齒輪之間采用滾動(dòng)軸承，使滑動(dòng)接觸變?yōu)闈L動(dòng)接觸,從而達(dá)到減少摩擦 ，降低撥叉表面磨損的目的。摩擦離合

29、器拉桿在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中同樣也暴露出一些結(jié)構(gòu)缺陷3。下圖10為拉桿原始結(jié)構(gòu)圖：圖10拉桿原始結(jié)構(gòu)1、拉桿 2、擺桿拉桿1右端銑有一個(gè)槽，槽內(nèi)裝有擺桿2。其作用是，操縱離合器手柄，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)撥動(dòng)滑環(huán)，推動(dòng)擺桿2繞支點(diǎn)左右擺動(dòng)，從而推動(dòng)拉桿1 左右移動(dòng)，壓緊摩擦片，實(shí)現(xiàn)主軸的正轉(zhuǎn) 、反轉(zhuǎn)或 停車。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，特別是車削不能提開合螺母的螺紋時(shí) ，主軸頻繁地正反轉(zhuǎn)，需擺桿2左右頻繁擺動(dòng)，導(dǎo)致拉桿槽左下角處發(fā)生斷裂，影響車床正常工作。為此，我們對(duì)拉桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。如下圖11：圖11 拉桿改進(jìn)后在直徑為22mm的拉桿右端，加工出長(zhǎng)30mm寬12mm的方形通槽，從而將原來的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)改為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，

30、改善了拉桿受力狀況。原擺桿的下端插入通槽中，其他結(jié)構(gòu)不變。安裝好后，拉桿的使用性能與原結(jié)構(gòu)相同，拉桿斷裂現(xiàn)象消除。3. 無級(jí)變速箱3.1無級(jí)變速箱的簡(jiǎn)介和發(fā)展 無級(jí)變速器13是在19世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，至 20世紀(jì)30年代以后才開始發(fā)展，由于受當(dāng)時(shí)各方面因素如機(jī)械發(fā)展水平、材質(zhì)和加工工藝等條件的限制，進(jìn)展十分緩慢。 20世紀(jì) 50年代，尤其是70年代以后，隨著科技的發(fā)展，原本無法解決或很難解決的技術(shù)難題一一突破，加之實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)無級(jí)變速器的需求越來越多，無級(jí)變速器得到了很大的發(fā)展，并在汽車等交通工具上廣泛應(yīng)用。 無級(jí)變速需要解決的兩個(gè)技術(shù)問題就是轉(zhuǎn)速的連續(xù)變化與在任意傳動(dòng)位置下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。滿足

31、這兩個(gè)要求可以有多種傳動(dòng)方式：利用柔性介質(zhì)傳動(dòng)，如利用液體作傳動(dòng)介質(zhì)的液力傳動(dòng)。該種傳動(dòng)方式是一種組合傳動(dòng)方式，將中間充滿液體的液力變矩器或液力耦合器置于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間利用液體的柔性可使液力變矩器或液力耦合器的傳動(dòng)比在一定范圍內(nèi)變化，與有級(jí)的變速箱組合可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)范圍的無級(jí)變速。以電磁流為介質(zhì)的傳動(dòng)，該種變速方式以電機(jī)調(diào)速為主體，有電磁滑差式、直流電動(dòng)機(jī)式和交流電動(dòng)機(jī)式。摩擦傳動(dòng)，由于在摩擦傳動(dòng)中，主從動(dòng)件之間的接觸位置可以很容易的改變，利用這一特點(diǎn)可以連續(xù)改變傳動(dòng)比，所以摩擦式無級(jí)變速是目前應(yīng)用最為廣泛的一種變速方式。脈動(dòng)式無級(jí)變速是以組合方式來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，以連桿機(jī)構(gòu)為主體，單向超越離合

32、器為轉(zhuǎn)速過濾裝置，過濾出某一范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速，這一范圍之外的轉(zhuǎn)速將不被輸出，由于這種輸出轉(zhuǎn)速具有脈動(dòng)性，所以稱之為脈動(dòng)式無級(jí)變速。不同的實(shí)現(xiàn)方式將使對(duì)變速器的研究沿著不同的方向逐步向前發(fā)展。柔性液體或電磁流為介質(zhì)的傳動(dòng)方式導(dǎo)致對(duì)無級(jí)變速的研究朝著控制方向發(fā)展。液力無級(jí)變速的實(shí)現(xiàn)途徑是液力變矩器或液力耦合器，它們通常與齒輪變速箱組合。齒輪變速箱是有級(jí)傳動(dòng)方式，而前者是無級(jí)的，在齒輪變速箱的兩個(gè)傳動(dòng)比之間，液力變矩器 或耦合器 可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無級(jí)變化，因而實(shí)現(xiàn)無級(jí)傳動(dòng)。這種傳動(dòng)方式需要考慮液力變矩器或耦合器 的傳動(dòng)特性以及液力變矩器或耦合器與齒輪變速箱之間的協(xié)調(diào)控制，本質(zhì)上是用液力變矩器來控制齒輪變速箱

33、。電磁流為介質(zhì)的無級(jí)變速傳動(dòng)通常稱為電力無級(jí)調(diào)速傳動(dòng)，又可分為直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)，這種無級(jí)變速方式涉及到電機(jī)控制領(lǐng)域，調(diào)速性能依賴于電機(jī)調(diào)速與控制水平。由機(jī)構(gòu)或純機(jī)械構(gòu)件實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的稱為機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)，目前所具有的傳動(dòng)形式主要有摩擦式和脈動(dòng)式兩種。在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論中，機(jī)械傳動(dòng)的基本形式有摩擦傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)等。摩擦式無級(jí)變速器的傳動(dòng)方式就是由這些基本的傳動(dòng)方式演變組合而成，脈動(dòng)式無級(jí)變速器是由機(jī)構(gòu)組合而成。摩擦式是最簡(jiǎn)單且最容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的一種傳動(dòng)方式，無級(jí)變速器的設(shè)計(jì)就是從摩擦式開始的。滾輪平盤式是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，滾輪為主動(dòng)件，平盤是從動(dòng)件，滾輪依靠其與平盤

34、之間的摩擦力帶動(dòng)平盤轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪與平盤的接觸位置可隨意調(diào)整，傳動(dòng)半徑也就相應(yīng)改變，圓盤的角速度隨之改變。這種無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可滾輪與圓盤的接觸面積小，接觸處的接觸應(yīng)力大，而且由于受結(jié)構(gòu)尺寸的限制，變速范圍小。因而設(shè)計(jì)人員又提出一種新的結(jié)構(gòu)，錐盤環(huán)盤式無級(jí)變速器，原理與前一種相同，只是接觸面積大，故可傳遞功率也相應(yīng)有所增加，接著在錐盤環(huán)盤式的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了多盤式，可進(jìn)一步增大傳動(dòng)功率。上述幾種類型的無級(jí)變速器都是主從動(dòng)件之間直接接觸，依靠相互之間的摩擦力來傳遞動(dòng)力的，沒有使用中間滾動(dòng)體，之后又出現(xiàn)了在主從動(dòng)元件之間使用中間滾動(dòng)體的無級(jí)變速器，稱為中間元件式無級(jí)變速器。中間元件的出現(xiàn)為

35、無級(jí)變速器在機(jī)構(gòu)方面的擴(kuò)展提供了空間，也使無級(jí)變速器的設(shè)計(jì)開始步入了一個(gè)新的階段。 鋼球平盤式是最初形式，鋼球外錐式和鋼球內(nèi)錐式是平盤式的改進(jìn)，隨后又開始改變滾動(dòng)體的外形，如單滾錐平盤式、四滾錐平盤式等，最后滾動(dòng)體和傳動(dòng)件的形狀為實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)都相應(yīng)改變。與直接傳動(dòng)式相比，中間元件的出現(xiàn)為設(shè)計(jì)開拓出一個(gè)更為廣闊的空間。盡管中間元件或傳動(dòng)元件可以有多種外形，可傳動(dòng)形式?jīng)]有改變，只是簡(jiǎn)單形式的摩擦傳動(dòng)。鑒于行星齒輪傳動(dòng)出現(xiàn)了以錐盤和環(huán)盤為太陽(yáng)輪，中間滾動(dòng)體為行星輪的行星式傳動(dòng)，在機(jī)構(gòu)的組成上行星式傳動(dòng)無疑已向前邁了一大步，其變速范圍大、輸出特性好、承載能力高、結(jié)構(gòu)緊湊、加壓裝置和操縱機(jī)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單。

36、 由基本機(jī)械傳動(dòng)方式演變出來的無級(jí)變速器還有帶式和鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器，與普通傳動(dòng)方式不同的是鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器也是摩擦傳動(dòng)。 脈動(dòng)式無級(jí)變速是摩擦式之外的一種機(jī)械無級(jí)變速方式，它的實(shí)現(xiàn)方式有點(diǎn)像電路中二極管對(duì)交流電的過濾方式，采用連桿 或其它類型 的機(jī)構(gòu)組成一個(gè)相，由至少三個(gè)相組成一個(gè)無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，通過超越離合器的過濾作用，濾掉低于某一速度值的轉(zhuǎn)速，輸出符合單向離合器過濾條件的轉(zhuǎn)速，由于這種傳動(dòng)方式速度波動(dòng)比較大，因而稱為脈動(dòng)式。 目前對(duì)無級(jí)變速的研究主要沿著以下幾個(gè)方向：液力無級(jí)變速，電機(jī)調(diào)速和機(jī)械式無級(jí)變速。從研究與開發(fā)的領(lǐng)域來講，液力與電機(jī)調(diào)速均可視為對(duì)控制系統(tǒng)的研究，其可開發(fā)領(lǐng)域與機(jī)械式無級(jí)變

37、速器相比比較小，在液力變速器方面有關(guān)磁流變液無級(jí)變速器原理的論述，指明雖然中間介質(zhì)采用了一種特殊的材料，基本傳動(dòng)形式?jīng)]有質(zhì)的改變，電機(jī)調(diào)速局限性也很大。從機(jī)械式無級(jí)變速的發(fā)展歷程來看，摩擦式無級(jí)變速器經(jīng)過了直接傳動(dòng)式、中間元件式、進(jìn)而還演變出了行星式無級(jí)變速器，在這一過程中，在每一個(gè)發(fā)展階段，無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，傳動(dòng)元件之間的接觸面由簡(jiǎn)單的接觸方式發(fā)展到為提高傳動(dòng)特性而改成更能相互適應(yīng)的表面形狀，加壓和調(diào)速裝置也在不斷改進(jìn)。后來隨著機(jī)械材料和加工工藝的改進(jìn)使帶式和鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速也得以廣泛應(yīng)用。3.2 兩種無級(jí)變速箱工作原理我們可以通過下面兩個(gè)實(shí)例來具體描述兩種不同的無級(jí)變速裝置原理。

38、液壓無級(jí)變速器 如下圖12所示是近些年才出現(xiàn)的一種新穎的變速裝置。這種變速裝置采用液壓傳動(dòng)原理，由變量泵和定量馬達(dá)組成閉式調(diào)速系統(tǒng)。可在較大范圍進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。圖12液壓無級(jí)變速裝置液壓無級(jí)變速器簡(jiǎn)稱變速器6是由柱塞式雙向變量泵（簡(jiǎn)稱變量泵）、柱塞式雙向定量馬達(dá)簡(jiǎn)稱馬達(dá)、輔助油泵、低壓溢流閥和高壓安全閥等元件組成的閉式容積調(diào)速系統(tǒng)變速器的全部元件都安裝在全封閉的機(jī)殼內(nèi)。驅(qū)動(dòng)力由變速器輸人軸輸人，經(jīng)滑塊聯(lián)軸器帶動(dòng)變量泵的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子中的柱塞在變量泵定子內(nèi)表面反力和轉(zhuǎn)子離心力的共同作用下，沿本身軸線在轉(zhuǎn)子的柱塞孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸油和壓油過程由變量泵壓出的油液經(jīng)配油軸的油道送人馬達(dá)的柱塞腔內(nèi)，推動(dòng)柱

39、塞運(yùn)動(dòng)在液壓力和馬達(dá)定子內(nèi)表面反力的共同作用下，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，經(jīng)滑塊聯(lián)軸器通過輸出軸將動(dòng)力輸出 由馬達(dá)排出的油液再經(jīng)配油軸的油道返回到變量泵的人口，使油液在系統(tǒng)中完成一次循環(huán)配油軸同時(shí)完成為泵和馬達(dá)配油的工作輔助油泵通過單向閥隨時(shí)向 回路充液以保證液壓系統(tǒng)的正常工作。高壓安全閥用來限制主回路高壓側(cè)的最大工作壓力，防止系統(tǒng)超載通過變速手柄可以改變變量泵的轉(zhuǎn)子與定子的偏心距和偏心方向，使變量泵的排量和壓油方向發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器的無級(jí)調(diào)速和輸出軸旋轉(zhuǎn)方向的控制。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具體如下圖13： 圖13 液壓無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)原理1、輸入軸2、機(jī)殼3、轉(zhuǎn)子4、柱塞5、輔助油泵6、配油軸7、柱塞8、驅(qū)

40、動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子9、輸出軸 10、滑塊聯(lián)軸器11（14）、油道12、馬達(dá)定子13、定子15、擋油板16、變速手柄17、小軸 18、變量泵19、溢流閥20（21）、單向閥22（23）、安全閥24、液壓馬達(dá)摩擦盤式無級(jí)變速器 下圖14為Knodler公司出品的FK型雙級(jí)錐盤環(huán)盤干摩擦式無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)圖。這類變速器的功率范圍0.124kW，調(diào)速比 Rb = 1020 ;其動(dòng)力特性在低轉(zhuǎn)速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩特性，高轉(zhuǎn)速時(shí)為恒功率特性;其派生型的輸出軸后可加接各級(jí)各類型的減速器組成主機(jī)減速器。這種類型的變速器體積小，無污染，方便調(diào)速和維修。圖14 雙級(jí)錐盤環(huán)盤干摩擦式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)1、主動(dòng)錐盤 2、摩擦力驅(qū)動(dòng)環(huán)盤3

41、、調(diào)速架4、小齒輪5、摩擦盤6、加壓凸輪7、輸出軸8、圓柱螺旋彈簧其工作原理可概述為：主動(dòng)錐盤1裝在電機(jī)軸上，借摩擦力驅(qū)動(dòng)環(huán)盤2和錐盤9，此兩盤固聯(lián)并裝在調(diào)速架3的軸承座內(nèi)，經(jīng)過錐盤9驅(qū)動(dòng)環(huán)盤5，再經(jīng)加壓凸輪6驅(qū)動(dòng)輸出軸7將動(dòng)力輸出。圓柱螺旋彈簧8提供預(yù)壓力，調(diào)速時(shí)通過手柄轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪4 ，經(jīng)齒條使調(diào)速架3帶著環(huán)盤2和錐盤9上下移動(dòng)，從而改變了摩擦盤12摩擦盤9和摩擦盤22摩擦盤5的工作半徑，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。上圖中1 ，9 為鋼(鑄鐵)摩擦盤，半錐角約為8587，取大錐角是為了在較小的軸向尺寸范圍內(nèi)獲得較大的調(diào)速比和提供較大的法向壓緊力。2，5為組合式摩擦盤且直徑相同，其工作部分的材質(zhì)為可更換的硬碳酚

42、醛樹脂合成材料或布質(zhì)酚醛層壓板等，4個(gè)摩擦盤組合成2對(duì)摩擦副。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，調(diào)速架3安裝后與輸入輸出軸線呈 5。夾角。因此，2對(duì)摩擦副基本上呈點(diǎn)接觸。通過以上兩實(shí)例我們可以得出，雖然以上兩種變速裝置都具有其各自的優(yōu)點(diǎn)（液壓無級(jí)變速器變速器的全部元件都安裝在機(jī)體內(nèi)，元件之間采用內(nèi)連接形式聯(lián)接，因而不會(huì)產(chǎn)生外泄漏現(xiàn)象，可靠性好，容積效率高。由于元件均在液壓油中工作，磨損小，日常維修，保養(yǎng)工作量小，使用壽命長(zhǎng)。摩擦盤式無級(jí)變速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、有過載保護(hù)作用等優(yōu)點(diǎn)），但是摩擦式和液力無級(jí)變速器都存在傳動(dòng)效率低和功耗大等缺陷，且不能實(shí)現(xiàn)以精確傳動(dòng)比傳動(dòng)。摩擦式無級(jí)變速不能傳遞

43、大功率且有較大的摩擦損失，液力無級(jí)變速可傳遞功率比較大，卻需付出傳動(dòng)效率低、功耗大和造價(jià)高等代價(jià)。非摩擦式無級(jí)變速已經(jīng)逐漸成為無級(jí)變速器未來發(fā)展的方向。3.3 關(guān)于提高無級(jí)變速箱效率的方法探究我們知道換擋有級(jí)變速箱最大的優(yōu)點(diǎn)是其傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)效率高，扭矩大。這主要是因?yàn)槠洳捎谬X輪傳動(dòng)。無級(jí)變速器具有傳動(dòng)穩(wěn)定，且可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比在一定范圍內(nèi)均勻變化的特點(diǎn)，但其傳動(dòng)比卻不穩(wěn)定。能否有一種變速裝置將這兩種變速方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來？對(duì)于這個(gè)問題，我們可以大膽設(shè)想，并提出以下兩種比較可能實(shí)現(xiàn)的方案。 1、改變齒形使之適合無級(jí)變速的要求，比如設(shè)計(jì)出一種阿基米德螺線齒輪，齒形沿三維方向變化，以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。也可

44、大膽設(shè)想，在圓錐面上使用一種非常規(guī)齒形，這種齒形在圓錐面上的排布滿足以下幾個(gè)要求：在確定的傳動(dòng)位置可以以穩(wěn)定的傳動(dòng)比傳動(dòng)，齒數(shù)沿圓錐軸線方向遞增，兩傳動(dòng)元件之間的接觸位置在傳動(dòng)過程中可沿圓錐軸線方向變化，由于圓錐的線速度沿軸線方向變化，因而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 2、我們也可設(shè)計(jì)一種柔性齒輪，在嚙合過程中，齒輪的有效齒數(shù)可以根據(jù)需要調(diào)整， 也可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 另外在機(jī)構(gòu)方面，不同類型的機(jī)構(gòu)加以組合變化也能可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。結(jié)合以上分析，在未來一階段，我們必須對(duì)新型變速裝置的研發(fā)引起高度重視。4.微型機(jī)床變速箱4.1微型變速箱簡(jiǎn)介隨著微納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，以形狀尺寸微小或操作尺度極小為特征的微機(jī)械已成為

45、人們?cè)谖⒂^領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一種高新技術(shù)。微機(jī)械由于具有體積精小、性能穩(wěn)定可靠、能耗低、智能化等傳統(tǒng)機(jī)械無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在精密模具、航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用潛力，并成為納米技術(shù)研究的重要手段，因而受到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，被列為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。微細(xì)機(jī)械加工技術(shù)是制造微機(jī)械的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，包括微細(xì)切削加工、微細(xì)電火花加工、微細(xì)蝕刻、精密 電鑄 以及微細(xì)電解加工等。微細(xì)切削技術(shù)78是一種由傳統(tǒng)切削技術(shù)衍生出來的微細(xì)切削加工方法。幾乎沒有限制的形狀和材料的選擇使得微細(xì)切削技術(shù)越來越受重視，不斷電被優(yōu)先選擇。這種方法能夠在很多情況下進(jìn)行非常經(jīng)濟(jì)的加工制造。其

46、優(yōu)點(diǎn)在于其幾乎不受形狀的限制，特別是在使用5軸機(jī)床時(shí)，每一種切削材料哪怕一次只生產(chǎn)幾件，也能夠很經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行加工。但為了保證工藝的安全，必須滿足一系列的條件。必須是零件的尺寸偏差保證在幾微米以內(nèi)，且表面粗糙度很低。主要包括微細(xì)車削、微細(xì)銑削、微細(xì)鉆削、微細(xì)磨削、微沖壓等。與宏觀加工類似，也需要微細(xì)車床以及相應(yīng)的控制和傳動(dòng)系統(tǒng)。我們把微型機(jī)床中所應(yīng)用的變速裝置稱為微型機(jī)床變速箱。4.2 微型變速箱的特點(diǎn)與宏觀機(jī)床變速箱相比較，微型機(jī)床變速箱的傳動(dòng)原理和其內(nèi)部組件基本相同，但是微型機(jī)床變速箱在尺寸上要小得多。由此使得微型機(jī)床變速箱具有許多其自身特點(diǎn)：1、 由于微型變速箱箱體尺寸的限制，變速箱內(nèi)部各傳

47、動(dòng)件的尺寸都極小。同時(shí)，其傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度也受到了很大的限制。2、 微型機(jī)床變速箱中的主軸直徑極小，但是微細(xì)切削在加工工件時(shí)所需的切削速度較大。為滿足加工條件、保證工件加工質(zhì)量，主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)相當(dāng)高。這也意味著箱體內(nèi)其它傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)速同時(shí)也很高。3、 需要精度很高的微細(xì)操作和裝配技術(shù)。在狹窄的空間內(nèi)進(jìn)行微操作要同時(shí)具有微動(dòng)和微型，也就是說操作器能夠進(jìn)行微米尺度的微操作，同時(shí)還需要兼顧操作本體的微小性。4.3 微型變速箱特點(diǎn)的深入分析下面對(duì)以上幾點(diǎn)展開進(jìn)行分析：1、微型變速箱箱體體積限制了傳動(dòng)件的尺寸和傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度，但是由于現(xiàn)代微細(xì)加工技術(shù)的逐步發(fā)展和成熟，通過許多現(xiàn)代化的加工方法能夠加工出尺寸極小且精

48、度相當(dāng)高的傳動(dòng)齒輪以及傳動(dòng)軸。這在技術(shù)上保證了微型化的要求。下面介紹幾種現(xiàn)代化的微機(jī)械加工方法： （1）、微細(xì)電火花加工 微細(xì)電火花加工的原理與普通電火花加工并無本質(zhì)區(qū)別。實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵在于微小軸(工具電極)的制作、微小能量放電電源、工具電極的微量伺服進(jìn)給、加工狀態(tài)檢測(cè)、系統(tǒng)控制及加工工藝方法 等。由于微小電極本身就極難甚至無法制作，所以利用傳統(tǒng)的電火花成形加工方法進(jìn)行微綱三維輪廓加工是不現(xiàn)實(shí)的，于是人們開始探索使用簡(jiǎn)單形狀的電極，借鑒數(shù)控銑削的方法進(jìn)行微細(xì)三維輪廓的電火花加工。應(yīng)用微細(xì)電火花加工技術(shù)，目前已可加工出直徑2.5txm的微細(xì)軸和5txm的微細(xì)孔，可制作出長(zhǎng)0.5mm、寬

49、0.2nlIn、深0.2mm的微型汽車模具，并用其制作出了微型汽車模型。可制作出直徑為0.3mm、模數(shù)為0.1mm的微型齒輪。 （2）、離子束刻蝕 離子束蝕刻又分為聚焦離子束蝕刻和反應(yīng)離子束蝕刻。聚焦離子束蝕刻通過入射離子向工件材料表面 原子傳遞動(dòng)量而達(dá)到逐個(gè)蝕除工件表面原子的目的，因而可達(dá)到納米級(jí)的制造精度。反應(yīng)離子束蝕刻是一種物理化學(xué)反應(yīng)的蝕刻方法。它將一束反應(yīng)氣體的離子束直接引向工件表面，發(fā)生反應(yīng)后形成一種既易揮發(fā)又易靠離子動(dòng)能而加工的產(chǎn)物，同時(shí)通過反應(yīng)氣體離子束濺射作用達(dá)到蝕刻的目的。是一種亞微米級(jí)的微加工技術(shù)。 （3）、LIGA技術(shù) LIGA技術(shù)是采用深度x射線光刻、微電鑄成型和塑料

50、鑄模等技術(shù)相結(jié)合的一種綜合性加工技術(shù)，它是進(jìn)行非硅材料三維立體微細(xì)加工的首選工藝。LIGA技術(shù)制作各種微圖形的過程主要由兩步關(guān)鍵工藝組成，即首先利用同步輻射 x射線光刻技術(shù)光刻出所要求的圖形，然后利用電鑄方法制作出與光刻膠圖形相反的金屬模具，再利用微塑鑄制備微結(jié)構(gòu)。LIGA技術(shù)補(bǔ)償了表面微機(jī)械技術(shù)的不足，MEMS技術(shù)提供了一種新的加工手段。利用 LIGA技術(shù)可以制造出由各種金屬、塑料和陶瓷零件組成的三維微機(jī)電系統(tǒng)，并且得到的器件結(jié)構(gòu)具有深寬比大、結(jié)構(gòu)精細(xì)、側(cè)壁陡峭、表面光滑等特點(diǎn)，這些都是其它微加工工藝很難達(dá)到的。 除以上幾種微細(xì)加工方法外，還有多種特種微細(xì)加工方法可以加工出尺寸極小的傳動(dòng)件，

51、同時(shí)在考慮變速箱的制造成本和精度要求時(shí)為我們提供了多重的選擇空間。 2、變速箱的主軸轉(zhuǎn)速的高低主要取決于電動(dòng)機(jī)的性能。（目前電動(dòng)機(jī)2主要分為靜電式和電磁式兩種，靜電式電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的微型化，但是其轉(zhuǎn)速較低，不能滿足微型機(jī)床的加工要求。電磁式電機(jī)結(jié)構(gòu)中包含產(chǎn)生場(chǎng)的線圈，不易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的微小型化，但是近些年來通過在這一領(lǐng)域的研究實(shí)踐，已經(jīng)開發(fā)出可以滿足尺寸以及轉(zhuǎn)速條件的微型電磁式電機(jī)）另外，為滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，微型變速箱中傳動(dòng)軸的支承軸承在工作時(shí)摩擦阻力應(yīng)當(dāng)盡可能小，而且其同時(shí)也必須做到微型。因此，可以選用空氣靜壓軸承，其結(jié)構(gòu)為圓柱面徑向、平面止推型，前后徑向軸承采用雙軸承，同軸套結(jié)

52、構(gòu)，可以很好的保證同軸度結(jié)構(gòu)，同時(shí)摩擦系數(shù)也相當(dāng)小。 3、微裝配10是指毫米以下大于納米的器件裝配，微裝配并不是一個(gè)新興的領(lǐng)域，它很早就存在于人們的生活中，例如鐘表的裝配，只不過隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納米技術(shù)(Nano technology)的發(fā)展，以及人們?cè)谏钪袑?duì)微產(chǎn)品的迫切需要，使得微裝配技術(shù)的地位越來越重要。為了保證微型變速箱的傳動(dòng)精度和性能，在裝配時(shí)需要采用先進(jìn)的微型裝配技術(shù)。 （1）、使用微機(jī)械手的裝配 機(jī)械手因具有操作靈活，很好的柔性, 能適應(yīng)各種作業(yè)的特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。在微裝配中，由于要求的定位精度高，就必須使得微機(jī)械手有高的制造精度，零件的公差必須被限制在納米范圍內(nèi)，裝配時(shí)必須控制振動(dòng)、摩擦、 熱膨脹和計(jì)算誤差，雖然在 “宏” 裝配中這些因素可以忽略，但在微裝配中它們起著舉足輕重的作用，同時(shí)這些微機(jī)械手在使用中要經(jīng)常維護(hù)和標(biāo)定。 機(jī)械手用壓電器件作為微機(jī)器人的腿，以蠕動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)30 mm，機(jī)械手具有 3 個(gè)自由度(兩個(gè)平移，一個(gè)旋轉(zhuǎn))在一個(gè)玻璃平臺(tái)上移動(dòng)，它具有一個(gè)可拆換的三自由度手爪，能達(dá)到工作空間的任一點(diǎn)，玻璃平板被固定在桌子上。一個(gè)固定攝像機(jī)被用來控制機(jī)械手爪的精確定位，另一個(gè)攝像機(jī)和激光測(cè)距儀被用來控