摘要機床變速箱是機床中重要的傳動部件。其將機床電動機和機床主軸聯(lián)結(jié)起來，將動力和扭矩由電機傳遞到主軸，從而使主軸轉(zhuǎn)動以加工工件。其主要作用是通過變速裝置調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速和扭矩，從而使電機運行在最佳的狀態(tài)。在本文中主要介紹了三種變速箱換擋變速箱、無級變速箱、微型變速箱。分析了這三種變速箱各自的特點。結(jié)合實例探討了換擋變速箱和無級變速箱運行過程中的優(yōu)缺點，并針對換擋變速箱的幾點缺陷提出了改進意見；探討了關(guān)于克服無級變速箱傳動效率較低這一缺點的解決方案和未來研究方向；列出了微型變速箱得幾點重要特征，并分析了實現(xiàn)這幾點特征所需的技術(shù)條件。關(guān)鍵詞：變速箱，特征，分析，改進，研究方向2Analysisofthestructuralcharacteristicsofgear-boxofmachinetoolAbstractThegearboxofmachineisthemostimportanttransmissionpartofmachinetool.Themachinemotorandthemachinetoolspindlearelinkedbyit,anditdeliveriespowerandtorquefrommachinemotortomachinetoolspindle,sothemachinetoolspindlecanrotatetoprocesstheworkpiece.Themainroleofthegearboxmachineistoregulatethespeedandtorqueofthespindlewiththevariable-speeddevice，sothemotorcanruninabeststate.Inthisarticlethreekindsofgearboxesareintroduced(ShiftGearbox；ContinuouslyVariableTrans-mission；MicroGearbox)；Thefeaturesofeachkindofthreegearboxesareanalysized；TheadvantagesanddisadvantagesofShiftGearboxandContinuouslyVariableTrans-missionarediscussiedwithexamples,andsomeimprovementsaremadeforsomedefectsofShiftGearbox.ThesolutionsandthedirectionoffutureresearcharediscussiedtoovercomethedisadvantagesoftheCVT,whichisinefficient；SomeimportantfeaturesofMicroGearboxarestated,andThetechnicalconditions,usingtoachievethefeatures,areconsidered.Keywords:Gearbox,Feature,Analysis,Improvements,Directionofresearch3目錄1.緒論.11.1概述.31.2變速箱的發(fā)展?fàn)顩r.51.3研究目的、意義和內(nèi)容.52.換擋變速箱.62.1換擋變速箱的特點.62.2CA6140車床換擋變速箱結(jié)構(gòu)分析.62.3關(guān)于換擋變速箱的部分改進意見.103.無級變速箱.133.1無級變速箱的簡介和發(fā)展.133.2兩種無級變速箱工作原理.153.2.1液壓無級變速器.153.2.2摩擦盤式無級變速器.163.3關(guān)于提高無級變速箱效率的方法探究.184.微型機床變速箱.184.1微型變速箱簡介.184.2微型變速箱的特點.194.3微型變速箱特點的深入分析.195.結(jié)論.21謝辭.22參考文獻.231.緒論1.1概述機床變速箱是機床中的重要的傳動裝置，機床運行性能的好壞很大程度上決定于機床變速箱的傳動性能。機床變速箱主要是由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。它將電動機和主軸聯(lián)結(jié)起來，通過傳動軸和齒輪以及其它傳動件將電動機動力傳遞到主軸。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)速這么簡單，這主要是由電動機的物理性質(zhì)決定的。任何電動機都有其峰值轉(zhuǎn)速；其次，電動機最大功率及最大扭矩在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)。變速箱中的4變速機構(gòu)通過改變傳動比從而達(dá)到改變電動機運行狀態(tài)的目的。保持合理的傳動比可以使電動機工作在其最佳的動力性能狀態(tài)下。機床變速箱按照尺寸大小可劃分為傳統(tǒng)尺寸機床變速箱和微型機床變速箱。同時，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（又稱有級變速箱）和無級變速箱。換擋變速箱是目前在機床上應(yīng)用最廣泛的一種。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。這種變速箱主要由傳動軸、滑移齒輪、離合器、變速機構(gòu)以及其它傳動件組成。變速過程通過箱體內(nèi)操縱變速機構(gòu)改變滑移齒輪的相對位置從而改變整體傳動比來實現(xiàn)的。它具有傳動扭矩大，效率高，功率大以及傳動比穩(wěn)定的優(yōu)點。這些優(yōu)點使其廣泛應(yīng)用于普通機床中。但是，其傳動比比較固定，無法實現(xiàn)均勻變化，從而造成傳動件有較大的沖擊載荷，且需要人工調(diào)定傳動比以保證電機良好運行。無級變速箱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)別是其可以實現(xiàn)傳動比在一定范圍內(nèi)均勻連續(xù)的變化。無級變速的實現(xiàn)方式可分為液力式、電力式和機械式三種。機械無級變速裝置有鋼球式、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)改變摩擦傳動副的工作半徑來實現(xiàn)無級變速。其主要應(yīng)用于小型車床和銑床中。液壓無級變速裝置利用油液為介質(zhì)來傳動動力，通過連續(xù)的改變輸入液壓機的油液流量來實現(xiàn)無極變速。其主要應(yīng)用于刨床、拉床等執(zhí)行件為直線運動的機床中。電氣無極變速裝置是通過連續(xù)改變電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)無級變速，其主要適用于大型機床和數(shù)控機床。無級變速箱通過傳動比連續(xù)均勻的變動能使機床獲得最有利的切削速度。微型機床變速箱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，同時也是微型機械技術(shù)發(fā)展對加工技術(shù)需求的促進。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)。隨著機械制造及其相關(guān)科學(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應(yīng)的微型加工機床。大多數(shù)微型機床的結(jié)構(gòu)組成與宏觀機床相似，其中微型變速箱仍然是微型機床中最重要5的傳動部件。與傳統(tǒng)變速箱不同的是，微型變速箱尺寸極小，傳動精度較高。1.2變速箱的發(fā)展?fàn)顩r機床變速箱是機床中極其重要的傳動部件，因此在人們開始應(yīng)用機械時變速箱就已經(jīng)誕生。早期的機床變速箱主要是簡易的換擋變速箱，也就是通過單純通過齒輪和傳動軸以及簡單的變速機構(gòu)來實現(xiàn)傳動和變速。隨著機械行業(yè)的發(fā)展，加工技術(shù)和金屬材料日益先進，使得換擋變速箱結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜和先進。但是人們通過長時間的生產(chǎn)和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)換擋變速箱具有其設(shè)計原理上的缺陷，其無法實現(xiàn)傳動比的均勻變化，造成速度損失，從而影響加工條件。因此，人們開始研究實現(xiàn)傳動比連續(xù)變化的方案，也就是無級變速。無級變速箱是在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)時各方面因素如機械發(fā)展水平、材質(zhì)和加工工藝等條件的限制，進展十分緩慢。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，加之實際生產(chǎn)中對無級變速箱的需求越來越多，無級變速箱得到了很大的發(fā)展，得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前無級變速箱的研究和應(yīng)用主要包括以下幾個方面12：液力無級變速、電力無級變速和機械無級變速。近年來以液力和電力無級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，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，人們不再滿足于對傳統(tǒng)機械的應(yīng)用，從而提出微機械的概念。到20世紀(jì)90年代誕生了對應(yīng)于加工微型機械零件的微型機床，該機床所應(yīng)用的傳動和變速裝置稱為微型機床變速箱。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)的進步，微小型傳動件在生產(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，微型變速箱在尺寸和傳動精度上都無法達(dá)到令人滿意的程度。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)容機床變速箱是機床中的重要的傳動裝置，機床運行性能的好壞很大程度上決定于機床變速箱的傳動性能。機床變速箱主要是由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。它將電動機和主軸聯(lián)結(jié)起來，通過傳動軸和齒輪以及其它傳動件將電動機動力傳遞到主軸。變速箱中的變速機構(gòu)通過改變傳動比從而達(dá)到改變電動機運行狀態(tài)的目的。保持合理的傳動比可以使電動機工作在其最佳的動力性能狀態(tài)下。6目前應(yīng)用的機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變速箱兩種。對這幾種變速箱各自的特點進行深入的分析和總結(jié)有助于對機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。這有助于提出針對目前機床變速箱的改進意見，同時也有利于探索未來機床變速箱的研究方向。因此，對機床變速箱的進一步研究和發(fā)展具有理論和現(xiàn)實意義。2.換擋變速箱2.1換擋變速箱的特點換擋變速箱是通過滑移齒輪、交換齒輪、離合器等變速傳動副使執(zhí)行件實現(xiàn)速度的改變。其通過傳動齒輪實現(xiàn)定比傳動（往往具有幾個到十幾個定值傳動比），因此其傳動比變換是跳躍式的，存在速度損失。但是其傳動扭矩大，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)加工機床當(dāng)中。2.2CA6140車床換擋變速箱結(jié)構(gòu)分析我們結(jié)合CA6140車床變速箱進行具體分析：CA6140車床15是目前使用極為廣泛的加工機床。這種機床的傳動變速系統(tǒng)采用了典型的換擋變速箱形式。下面我們以CA6140車床變速箱為實例，描述換擋變速箱的工作特點。并結(jié)合其特點提出幾點局部的改進方案。下圖是CA6140傳動系統(tǒng)圖1：7圖1CA6140機床傳動系統(tǒng)從圖中我們可以看出，CA6140車床變速箱共有兩條傳動鏈：一條是從主電動機到主軸的外聯(lián)系傳動鏈，在傳動系統(tǒng)圖中體現(xiàn)為主運動傳動鏈；另一條是從主軸到刀架的傳動鏈，它根據(jù)被加工工件的不同可分為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈和外聯(lián)系傳動鏈，其體現(xiàn)為進給傳動鏈。我們在這里主要討論其主運動傳動鏈。主傳動鏈的執(zhí)行件為電動機和主軸。它的作用是把電動機的運動和動力傳給主軸，使主軸帶動工件轉(zhuǎn)動，并滿足主軸轉(zhuǎn)向和換向的要求。主運動從電動機開始，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。軸二的運動通過一組三聯(lián)滑移齒輪傳至軸三。軸三的運動轉(zhuǎn)到主軸有兩條路線：一條是經(jīng)過齒輪副直接傳給主軸（此時主軸上的齒式離合器左移），使主軸得到4501400r/mi