一种变速箱的制作方法

本发明属于机械变速，特别是涉及机床和车辆，航空器，轮船的变速箱领域。

背景技术：

目前，变速箱主要分为齿轮变速，蜗杆涡轮变速两种，后者适用于变速比比较大的场合，蜗杆涡轮变速其变速比取决于涡轮的多少，例如40齿的涡轮其变速就是40：1，输入速度是1400，输出速度就是1400/40=35，齿轮变速取决于主动轮和从动轮的齿数比，主动轮是48，从动轮是96，输入速度是1400，则输出速度是1400*48/96=700，输入速度不变的情况下，需要多种输出速度的，往往需要多组齿轮完成任务，以输出1000和700两种转速为例，主动轮是48和40，从动轮是96和56，将从动轮的96和主动轮的48啮合，输出转速就是700，从动轮的56和主动轮的40啮合，输出转速就是1000，但二者可能同时啮合出现问题，所以，变速时，都是通过移动一组齿轮，这一组齿轮有的资料称为联合齿轮，设计时通过距离限制，当和某一齿轮啮合时，就不可能和另一齿轮啮合，反之亦然，变速档多的变速箱，虽然设计相对复杂，但是，通过移动齿轮啮合这一原理却没有改变，这一原理的缺陷是，当没有停车的情况下进行换挡或挂档，特别是齿轮在高速旋转时，很有可能将齿轮打坏，对于机床而言，出现这种情况还仅仅是机床的损坏，但是，车辆出现异常情况后，有的司机往往会采取强行挂档或换挡的方法防止车辆失控，不过，这种方法会造成变速箱损坏还是小事，最关键是不一定成功，齿轮损坏后，照样无法挂档，往往会造成车毁人亡的悲剧。

技术实现要素：

技术原理：参与啮合的齿轮不再利用移动齿轮的方法进行，而是将齿轮的位置固定，参与啮合的齿轮始终处于啮合状态，在啮合的两个齿轮中，有一个和中心轴是同步旋转的，这里记为同步齿轮，有一个则是不同步的，即齿轮旋转，中心轴不一定旋转，反之亦然，这里称为离合齿轮，在离合齿轮所在的中心轴上，有和中心轴同步旋转的离合器，通过移动离合器，离合器和离合齿轮扣合后，离合齿轮和中心轴旋转，离合齿轮和离合器分离后，离合齿轮和其所在的中心轴旋转不再同步，而参与啮合的齿轮对数没有限制，但是，离合器离合时不能同时向一根中心轴传送两种转速在两个中心轴所有参与的啮合齿轮中，其变速主要由离合齿轮，同步齿轮，离合器，拨动杆部分，操作杆部分和手柄部分完成。

具体实施方式：这里以设计一种车床的16档速主轴变速箱为例说明，手柄分为两个，即分别完成4档变速，与目前广泛采用的普通车床变速手柄是相同的，操作人员容易熟悉，将变速的啮合齿轮分两大组，都是是4对啮合齿轮组参与变速，每一组啮合齿轮组都由一个同步齿轮和一个离合齿轮组成，在两个离合齿轮之间设计离合器，也就是总共4个离合器，离合器左右移动，就可以与两侧的离合齿轮进行离合，具体见图2：

动力由皮带轮f传送到中心轴d1，而齿轮a1、齿轮a2、齿轮a3、齿轮a4是离合齿轮，离合器g1和离合器g2处于分离状态时，中心轴d1的动力无法传送，当离合器g1与齿轮a1或齿轮a2扣合后，或者是离合器g2与齿轮a3或齿轮a4扣合，此时动力由中心轴d1通过离合器g1或离合器g2，传送到齿轮a1或齿轮a2或齿轮a3或齿轮a4，再由齿轮a1传送到齿轮b1，或者是齿轮a2传送到齿轮b2，或者是齿轮a3传送到齿轮b3，或者是齿轮a4传送到齿轮b4，动力由中心轴d1就传送到了中心轴d2，再通过齿轮c1，齿轮c2传送到中心轴d3，而齿轮a5、齿轮a6、齿轮a7、齿轮a8、齿轮b5、齿轮b6、齿轮b7、齿轮b8和中心轴d1和中心轴d2上的齿轮工作原理是相同的，最终，动力传送到主轴d4，但是，要实现上述功能，离合齿轮a1、a2、a3、a4只能有一个处于扣合状态，同理，离合齿轮a5、a6、a7、a8也只能有一个处于扣合状态，如果离合齿轮a1、a2、a3、a4有两个或以上同时处于扣合状态，那么，离合齿轮和同步齿轮就会有两组同时处于扣合状态，这会导致向同一根中心轴传送两种或以上不同的转速，这种情况是禁止出现的，同理，不论啮合齿轮组是多少组，都只能有一组啮合齿轮组处于扣合状态，也就是禁止向同一根中心轴传送两种或以上的转速，例如，6组啮合齿轮组完成的变速，将扣合状态记为1，分离状态记为0，则设计时这6组啮合齿轮组的扣合只能有6种情况，即100000、010000、001000、000100、000010、000001，这是一个最基本原理，此处所指的中心轴是指齿轮中心所在的轴，主轴是中心轴的一种，由于齿轮有大有小，小齿轮和离合器的扣合情况不理想甚至扣合不上，因此，在离合齿轮扣合面小于离合器的对应面的时候，需要设计摩擦片，摩擦片和齿轮可以是一体式，也可以通过锁紧的方法使二者同步旋转。

由申请人提交的说明书附图可以看出，采用的是直齿齿轮，而且齿形上没有倒角，这涉及齿轮加工工艺，轮齿是斜形的，一般是采用范成大加工工艺，也就是利用渐开线加工，而渐开线加工容易出现根切现象，如果加工工艺不过关，容易出现噪声过大的机械加工缺陷，但是，斜齿在扣合时容易进齿，是广泛采用的变速箱齿轮加工方法，为了方便进齿，齿形上有倒角，而且齿形配合有一定的间隙，配合间隙也是噪声的一个来源，特别是在停车，换挡时齿形的松动会造成金属碰撞，虽然本申请并不排除斜齿，但是，采用直齿优点更多，降低了加工难度，容易提高齿形的配合精度，而且不用倒角，也增强了轮齿强度，此处所说的轮齿是指齿轮上的齿形部分，与齿轮不是一回事。

拨动杆组件的设计，一个手柄要完成两个或以上的离合器的拨动，需要拨动杆组件完成左右移动，让位和归位动作，即手柄拨动时，需要完成两个齿轮的离合，手柄再继续拨动时，进入下一离合器的离合动作，同时拨动杆完成归位，以迎接下一次的拨动，具体见附图3，拨动杆组件主要由拨动杆基座3、拨动杆1、和u形块2、弹簧7组成，拨动杆基座在变速箱箱体上，拨动杆基座上有滑道5和弹簧位4，拨动杆有和拨动杆基座上滑道5对应的滑槽，拨动杆与u形块连接，u形块2的u形槽连接离合器，u形块的后端圆柱部分可以在拨动杆的圆柱孔6中旋转，在拨动杆基座上，拨动杆左右两侧各有一个归位弹簧，这两个弹簧各种参数是一致的，归位时就会处于中间位置，这样防止偏向一侧，工作时，操作杆移动，在操作杆的斜面作用下，操作杆的斜面贴紧拨动杆的斜面，拨动杆1沿拨动杆基座3的滑道5移动，拨动杆1上的u形块2带动离合器一起移动，此时离合器开始扣合，当拨到一定距离，拨动杆在拨动杆基座的阻碍下，不再可以移动，离合器合上离合齿轮，挂档完成，如果需要换挡，则用力扳动手柄，操纵杆在斜面作用下越过拨动杆进入下一拨动杆的工作，此时拨动杆没有操纵杆的斜面的限制，弹簧回位，将拨动杆移动到拨动杆基座的中间位置，拨动杆带动u形块再带动离合器，离合器与离合齿轮分离，拨动杆的坡面是呈v型，这里有一点与现有的设计不同，就是完成某一档位的扣合只能单向完成，而且不同档位的扣合方向不一定相同，这样的设计对机床而言并不是问题，因为这样省了离合器，但是，对于车辆这样的设计有缺陷，因为驾驶员在危急情况下，左右不定的挂档设计显然是不明智的，因此，车辆的变速箱设计其离合器数和离合齿轮数是相同的，一个离合器只控制一个离合齿轮，向某一方向扳动手柄时，则分别完成各个档位的挂档，手柄只能扳到最后一档，反向扳动时，则分别完成各个档位的空档，并且，挂档最后一档是最低速档，这样，即使驾驶员将档位扳反，一般人的本能反应也是打猛力反向扳动，可直接扳到最低速档，这样最大限度的降低车辆前行速度，减少事故发生，这里的拨动杆基座是连接在变速箱机箱内部或者是箱体的一部分。

操作杆组件的设计，操作杆由操作杆基座1，操作杆2和弹簧4组成，操作杆基座1和手柄传动部分的齿条或偏心轴的滑块是连接在一起的，也就是附图4的齿条3就是附图5的齿条4或者用附图7的滑块2代替，操作杆基座有一个外方内圆的孔，内圆孔是放置弹簧4的，操作杆后端呈圆形，用于放置弹簧4，中间是方形，这是为了防止前端的斜面跑偏，齿条或滑块移动时，操作杆一起移动，当用力到一定程度，在拨动杆和操作杆的斜面的共同作用下，操作杆后退，操作杆越过拨动杆进入下一拨动杆的工作，通过对齿条或滑块的位移进行限制，可以限制移动的距离，在操作杆基座底部有呈半球凹进的限位凹进位5，每一个档位对应的位置有弹簧和钢珠，操作杆基座移动到对应的档位，弹簧将钢珠压进限位凹进位，有利于档位的定位，换挡时，由于限位凹进位呈半球凹进，钢珠会压缩弹簧，滑动离开限位凹进位5。

手柄传动组件的设计，为了设计简单，操纵杆是直线移动的，手柄传动只要完成圆周动作转换成直线运动即可，这里有两个具体方案，一个是齿轮齿条，一个是偏心轴，先介绍齿轮齿条的手柄部分，见附图5，1是变速箱箱体，2和3是手柄，4是齿条，5是齿轮，手柄3是一个金属圆筒，手柄2的金属圆柱部分穿进手柄3的金属圆筒部分，这两个手柄共用一个变速箱手柄孔，安装完成后，再安装拨杆4和5，图示已经安装了拨杆，再在另一侧安装齿轮齿条即可，操作时，操作人员移动拨杆，拨杆带动手柄再带动齿轮，齿轮带动齿条，这样获得齿条的直线移动，但采用两个同心齿轮，齿条的安装位置可能存在设计困难，为了方便安装，可以另行设计一个齿轮，将齿条的距离拉远。

偏心轴手柄组件的设计，具体见附图7和附图8，在偏心轴基座1上有偏心轮凹进位和主轴孔3，将偏心轮4后部的主轴穿进基座上的主轴孔，偏心轮置于偏心轮凹进位，将偏心轮滑块5置于偏心轮上的偏心柱，偏心轮滑块置于大滑块2的直槽中，然后再将大滑块2置于偏心轴基座1上，转动主轴，则小滑块5沿偏心轴基座移动，大滑块带动操作杆部分，两个手柄也可以采用齿轮齿条式的设计，也就是利用金属圆筒，进入箱体后，利用齿轮或链轮将其中一个位置移动，方便安装，用偏心轴原理的优点是不容易发生“呕档”，所谓“呕档”就是变速箱在运行过程中自动空档，特别是车辆在路况不好，颠簸剧烈的情况下，变速箱也晃来晃去，齿轮发生自动位移，这里的偏心轴基座也可以是变速箱箱体内部的一部分，而主轴孔与变速箱手柄孔是同心的或者就是变速箱手柄孔，附图7和附图8就是通过电脑软件对比获得的两个效果图，用鼠标转动主轴，可以看出，大滑块被移动了。

集油箱和集油杯，在机床中，如果润滑油处理不好，往往润滑油流的一地都是，但是，机床没有润滑油，对机床的机械损伤很大，特别是一些机床的抽油电机停止运转的情况下，，操作人员继续操作，因此，在机床的底部和最低的孔位之间设计溢油口，只有润滑油超过溢油口的位置才会回流到油箱，也就是恢复机床变速箱的部分集油功能，但是在油面高度方面有限制，既要防止抽油电机的停止运转带来的润滑油未能润滑这种情况，又要防止油面过高时的溢油造成的润滑油外流这种情况，而集油杯是专门针对轴承的润滑措施，集油杯在箱体内，与轴承相通，机油杯的上部是滤网，齿轮甩动带来的润滑油通过滤网过滤后再行送到轴承位进行润滑，不再直接利用齿轮甩起的润滑油进行润滑。

附图说明：

附图1是变速箱整体情况示意图，标记1是离合齿轮，标记2是同步齿轮，标记3是离合器，标记4是挂轮箱手柄孔，标记5是变速箱手柄孔，标记6是变速箱箱体，标记4是针对车床而言的，其他类型的变速箱不一定有标记4，标记1的离合齿轮的轴承可以用其他具有类似旋转功能的部件代替；

附图2是齿轮变速原理图，标记a1、标记a2、标记a3、标记a4、标记a5、标记a6、标记a7、标记a8都是离合齿轮，标记b1、标记b2、标记b3、标记b4、标记b5、标记b6、标记b7、标记b8都是同步齿轮，标记c1和标记c2也是同步齿轮，但是这两个齿轮不是和离合齿轮啮合，标记d1、标记d2、标记d3、标记d4都是同心轴，其中标记d4是主轴，8个标记e都是轴承，主轴的法兰端是两个轴承，标记f是皮带轮，标记g1、g2、g3、g4是离合器；

附图3是拨动杆部分示意图，标记1是拨动杆，标记2是u形块，标记3是拨动杆基体，标记4是弹簧位，标记5是滑道，标记6是拨动杆的圆柱孔，标记7是弹簧；

附图4是操作杆部分示意图，标记1是操作杆基座，标记2是操作杆，标记3是齿条，标记4是弹簧，标记5是限位凹进位；

附图5和附图6是齿轮齿条式手柄传动示意图，标记1变速箱箱体，标记2是手柄，标记3是手柄，标记4是齿条，标记5是齿轮；

附图7和附图8是偏心轴式手柄组件示意图，标记1是偏心轴基座，标记2是大滑块，标记3是偏心轮位，标记4是偏心轮，标记5是小滑块；

附图9是离合齿轮和摩擦片示意图，标记1是摩擦片，标记2是离合齿轮，标记3是轴承，标记3的轴承可以用其他可转动部件代替，标记4就是一种轴承的替代方案转动环，标记5是内六角螺杆，标记6是锁固孔；

附图10是齿轮齿条式手柄传动示意图，标记1是变速箱箱体，标记2是齿条，标记3，标记4，标记5都是齿轮。