CN106678361A - 一种静压支撑齿轮换挡机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静压支撑齿轮换挡机构，在变速箱体设置液压缸，缸内设活塞轴，活塞轴与箱体连接，从而驱动液压缸体上下移动，所述液压缸体上具有拨叉，所述拨叉上具有齿轮容纳凹槽形成上拨叉和下拨叉，所述齿轮容纳凹槽内容纳有滑移齿轮，所述拨叉内设有拨叉油路，所述拨叉油路贯穿至上拨叉和下拨叉，所述上拨叉上设有上压腔，所述上压腔与拨叉油路相连通，所述下拨叉上设有下压腔，所述下压腔与拨叉油路相连通，所述拨叉油路通过液压***进行供油，从而在拨叉运动过程中在下压腔和上压腔与滑移齿轮之间形成静压油膜，以此代替传统换挡机构支撑轴承的作用；同时换挡机构独立于变速箱传动轴系，易于装配，维修。

Description

一种静压支撑齿轮换挡机构

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是涉及一种静压支撑齿轮换挡机构。

背景技术

滑移换挡齿轮由拨叉推动，与不同齿数的从动齿轮啮合是变速箱实现变速、变扭矩的关键环节。在换挡过程中，滑移换挡齿轮一般需处于旋转状态才能正确与从动齿轮啮合，因此滑移换挡齿轮需可同时沿齿轮轴轴线滑移和绕齿轮轴轴线转动。换挡拨叉在实现换挡的过程中应满足三个功能要求：1、在滑移换挡齿轮啮合旋转工作状态下，能够支撑和保持齿轮在正确的工作位置(轴向位置)；2、换挡拨叉可推动滑移换挡齿轮沿齿轮轴轴向移动③换挡拨叉不影响滑移换挡齿轮转动。

主传动变速箱是重型切削机床设备的核心部件之一，其自身重量重，内部结构紧凑，制造精度高，装配难度大，拆卸维修费时、费工且不易完全恢复最佳的传动状态。传统齿轮换挡拨叉机构支撑轴承需安装到传动轴系上，将增加传动轴系的加工、装配难度；重型切削机床的主传动变速箱内的变速齿轮直径大、重量重，传统机构的拨叉强度和刚性又受到变速箱内紧凑空间的限制，难以很好的匹配；支撑轴承安装在滑移齿轮上，使其难以在变速箱内实现良好、均匀的润滑，同时轴承始终支撑滑移换挡齿轮旋转，长期发热、磨损，所以支撑轴承的工况决定了它是整个变速箱***的易损环节，而更换支撑轴承需拆卸传动轴系，因此会大大增加维修难度和工作量。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中存在的上述问题，提出一种静压支撑齿轮换挡机构，其结构紧凑，无支撑轴承，安装独立于传动轴系，装配、维护方便，解决支撑轴承易损，装配、维修困难等难题，提高设备可靠性和耐用度。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种静压支撑齿轮换挡机构，包括：变速箱体，所述变速箱体上一端设有定位端盖，所述变速箱体另一端设有支撑底座，所述定位端盖和支撑底座之间设有导向轴，所述定位端盖上连接有活塞轴，所述活塞轴穿设在液压缸体内，所述液压缸体一端设有液压缸上端盖，所述液压缸体另一端设有液压缸下端盖，所述活塞轴穿过液压缸上端盖，所述活塞轴内设有上行油路和下行油路，从而驱动液压缸体上下移动，所述导向轴穿过液压缸体，从而实现液压缸体的上下运动的导向，所述液压缸体上具有拨叉，所述拨叉上具有齿轮容纳凹槽形成上拨叉和下拨叉，所述齿轮容纳凹槽内容纳有滑移齿轮，所述拨叉内设有拨叉油路，所述拨叉油路贯穿至上拨叉和下拨叉，所述上拨叉上设有上压腔，所述上压腔与拨叉油路相连通，所述下拨叉上设有下压腔，所述下压腔与拨叉油路相连通，所述拨叉油路通过液压***进行供油，从而在拨叉运动过程中在下压腔和上压腔与滑移齿轮之间形成静压油膜。

本发明的一种静压支撑齿轮换挡机构，所述液压***从下到上包括：油箱、液压泵、溢流阀、滤油器和节流阀。

本发明的一种静压支撑齿轮换挡机构，所述下拨叉和滑移齿轮之间设有调整垫，所述调整垫与拨叉油路相连通，所述下压腔设于调整垫之上。

本发明的一种静压支撑齿轮换挡机构，所述上压腔与下压腔水平横截面面积的比值为：0.3-0.7。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、利用液压油在拨叉支撑面与滑移齿轮辐面之间形成静压油膜，以此代替传统换挡机构支撑轴承的作用。

2、同时换挡机构独立于变速箱传动轴系，易于装配，维修，减小了拨叉滑移轴线到支撑面的距离，大大缩短了拨叉的悬臂长度，提高了整体刚性和强度。

3、内置驱动液压缸，将整个换挡机构整合到变速箱内，减小了变速箱占用的空间。

4、同时由静压油膜溢出的液压油可对此位置啮合的齿轮提供润滑和冷却。

附图说明

图1是本发明一种静压支撑齿轮换挡机构示意图；

图2是本发明一种静压支撑齿轮换挡机构局部示意图；

图3是本发明一种静压支撑齿轮换挡机构工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3为本发明一种静压支撑齿轮换挡机构的实施例，一种静压支撑齿轮换挡机构，包括：变速箱体1，所述变速箱体1上一端设有定位端盖2，所述变速箱体1另一端设有支撑底座3，所述定位端盖2和支撑底座3之间设有导向轴4，所述定位端盖2上连接有活塞轴5，所述活塞轴5穿设在液压缸体6内，所述液压缸体6一端设有液压缸上端盖7，所述液压缸体6另一端设有液压缸下端盖8，所述活塞轴5穿过液压缸上端盖7，所述活塞轴5内设有上行油路19和下行油路18，从而驱动液压缸体6上下移动，所述导向轴4穿过液压缸体6，从而实现液压缸体6的上下运动的导向，所述液压缸体6上具有拨叉61，所述拨叉61上具有齿轮容纳凹槽形成上拨叉62和下拨叉63，所述齿轮容纳凹槽内容纳有滑移齿轮9，所述拨叉61内设有拨叉油路64，所述拨叉油路64贯穿至上拨叉62和下拨叉63，所述上拨叉62上设有上压腔65，所述上压腔65与拨叉油路64相连通，所述下拨叉63上设有下压腔66，所述下压腔66与拨叉油路64相连通，所述拨叉油路64通过液压***进行供油，从而在拨叉运动过程中在下压腔66和上压腔65与滑移齿轮9之间形成静压油膜，所述液压***从下到上包括：油箱13、液压泵14、溢流阀15、滤油器16和节流阀17，所述下拨叉63和滑移齿轮9之间设有调整垫10，所述调整垫10与拨叉油路64相连通，所述下压腔66设于调整垫10之上，所述上压腔65与下压腔66水平横截面面积的比值为：0.3-0.7。

如图3工作原理示意图所示，静压***采用恒压供油方式，运动件设置独立的油垫，由油腔和封油面组成，来自液压泵14并经过过滤的压强为Ps的油液，经节流器17节流后进入上压腔65和下压腔66，当油腔内的总压力升高到足以把滑移齿轮9浮起时，拨叉61和滑移齿轮9之间就被一层厚度为h0的油膜隔开，油腔中的油不断地穿过滑移齿轮9各封油面的间隙流回油箱，压力降低至零。

当滑移齿轮9到外载F的作用时，滑移齿轮9向下产生一个位移，间隙h0变为h(h<h0)，使封油间隙减小，造成油腔回阻力增大，在节流阀17的调节下油腔中的压强也相应增加，以平衡外载荷，并将滑移齿轮9的上下浮动量e限制在微小的范围之内。静压支撑***中静压油膜厚度h0(即工作间隙h0)越小，其支承刚度越大。

由于滑移齿轮9在换挡过程中要承受上下移动的负载，拨叉机构采用了恒压闭式静压结构，将油腔和封油面设置在不旋转的拨叉支臂上下工作面上，滑移齿轮9的上下辐面作为静压支撑面，通过共用的拨叉油路64向上压腔65和下压腔66内导入压强为Ps的液压油，使拨叉61与滑移齿轮9的上下面间均形成静压油膜。由下拨叉63作为主支撑承担滑移齿轮9的重量W和上移换挡时滑移齿轮9受到向上的外负载Fs,上拨叉62作为辅助支撑承担在下移换挡时滑移齿轮9受到向下的外负载Fx，下拨叉63支撑的负载大于上拨叉62，因此下压腔66的有效承载面积Sx应大于上压腔65的有效承载面积Ss。由于换挡机构对静压油膜的精度和刚度要求不高，选取工作间隙(油膜厚度)h为0.1～0.15mm，在装配中可通过调整垫10的厚度尺寸来实现最佳的工作间隙。

根据力学平衡条件：下油腔支撑力＝齿轮重量+上油腔压力

即Ps×Sx＝W+Ps×Ss，

油腔有效承载面积之比：Ka＝Ss/Sx，取经验值0.3～0.7

挤压变动系数：Cp＝(W+Fs)/(W-Fx)

进油压力：Ps＝[(W-Fx)×(1+Cp)×(1+λ0)]/[2×(1+Sx)×(1-Ka)]

流量：Q＝Ps×λ0×h3/12μ，μ为润滑油动力粘度,λ0为节流边系数

根据以上公式及设计要求确定设计尺寸和功能参数。

整个换挡机构整合到变速箱内部，结构更加紧凑，减小了变速箱占用的空间。

采用换挡拨叉工作面静压油膜支撑滑移换挡齿轮。静压油膜刚性强，摩擦力极小，保证齿轮获得稳定的支撑，拨叉工作面和齿轮支撑面进行无接触的相对滑动，无磨损和发热。

由静压面溢出的液压油可对此位置啮合的齿轮提供润滑和冷却。

由于相对滑动面之间的支撑为柔性的液压油介质，其可缓冲在换挡过程中齿轮啮合时的部分冲击，减小齿轮产生打齿的可能；

相比传统换挡机构，无相对易损的支撑轴承，简化了整体结构，将换挡机构整体独立于变速箱传动轴系，改善了换挡机构的耐用性，提高了设备的可靠性，方便装配、维修。

相比传统换挡机构，本发明采用静压支撑结构代替了轴承支撑结构，避免了轴承磨损和发热，提高了机构的耐用度和可靠性；静压油的供给同时提供了齿轮传动需要的润滑和冷却；滑动面间的液体介质可对换挡齿轮啮合过程中产生的冲击提供一定的缓冲；将换挡机构独立于变速箱传动轴系，便于单独装配、调试和维修。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种静压支撑齿轮换挡机构，包括：变速箱体，所述变速箱体上一端设有定位端盖，所述变速箱体另一端设有支撑底座，所述定位端盖和支撑底座之间设有导向轴，所述定位端盖上连接有活塞轴，所述活塞轴穿设在液压缸体内，所述液压缸体一端设有液压缸上端盖，所述液压缸体另一端设有液压缸下端盖，所述活塞轴穿过液压缸上端盖，所述活塞轴内设有上行油路和下行油路，从而驱动液压缸体上下移动，所述导向轴穿过液压缸体，从而实现液压缸体的上下运动的导向，所述液压缸体上具有拨叉，所述拨叉上具有齿轮容纳凹槽形成上拨叉和下拨叉，所述齿轮容纳凹槽内容纳有滑移齿轮，所述拨叉内设有拨叉油路，所述拨叉油路贯穿至上拨叉和下拨叉，所述上拨叉上设有上压腔，所述上压腔与拨叉油路相连通，所述下拨叉上设有下压腔，所述下压腔与拨叉油路相连通，所述拨叉油路通过液压***进行供油，从而在拨叉运动过程中在下压腔和上压腔与滑移齿轮之间形成静压油膜。

2.根据权利要求1所述的一种静压支撑齿轮换挡机构，其特征在于：所述液压***从下到上包括：油箱、液压泵、溢流阀、滤油器和节流阀。

3.根据权利要求1所述的一种静压支撑齿轮换挡机构，其特征在于：所述下拨叉和滑移齿轮之间设有调整垫，所述调整垫与拨叉油路相连通，所述下压腔设于调整垫之上。

4.根据权利要求1所述的一种静压支撑齿轮换挡机构，其特征在于：所述上压腔与下压腔水平横截面面积的比值为：0.3-0.7。