CN103968069B - 变速箱换档油缸装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种变速箱换档油缸装置，包括油缸，双伸出活塞杆(2)，所述油缸的两端具有开口，所述双伸出活塞杆(2)从所述油缸两端的开口伸出，并且所述双伸出活塞杆(2)的一端与拨叉(8)固定连接，所述油缸上设置第一油口(P1)、第二油口(P2)、第三油口(P3)和第四油口(P4)，所述双伸出活塞杆(2)上设置主活塞(201)、左端副活塞(12)、右端副活塞(13)，所述四个油口与三个活塞相互间隔地设置。本发明只需要一根双伸出活塞杆驱动一套滑移齿轮，即需要一根轴就能实现四档变速，机械结构简单，所占空间小，制造成本低。通过机床数控系统实时控制,确保主变速箱实现四档自动变速功能，换档准确、可靠、安全。
Description
技术领域
本发明涉及机床的变速箱装置，特别涉及控制变速箱档位的油缸装置。
背景技术
近年来，高端数控镗铣床对主传动系统的要求主要是大功率，大扭矩，高转速，宽范围无级调速等。为了实现这些要求，数控铣镗床的主轴箱一般需配备二至四档的自动变速装置。在主电机功率恒定的情况下，随着档位数量的增多，主轴更容易实现大扭矩，宽变速范围，这样确保加工时选用到合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
在镗铣床四档变速的主变速箱里，过去一般采用两支油缸分别驱动两套滑移齿轮进行换档，这时需要三根轴进行传动：如上海科学技术出版社1979年12月第1版《机床设计图册》中所记载的一种变速箱油缸，第一油缸推动第一滑移齿轮在III轴上来回滑动，可使III轴上的齿轮22×4与主轴上的对应齿轮60×4相啮合，或者使III轴上的齿轮53×4与主轴上的对应齿轮35×4相啮合，将运动由III轴传递到主轴，可使主轴具有两种不同的转速；第二油缸推动第二滑移齿轮也在III轴上来回滑动，可使III轴上的齿轮52×3与III轴上的对应齿轮38×3相啮合，或者使III轴上的齿轮67×3与III轴上的对应齿轮23×3相啮合，将运动由II轴传递到III轴，两组齿轮分别啮合可使III轴具有两种不同的转速。由此可见，两套滑移齿轮分别让III轴和主轴具有两种转速(假设电机转速恒定)，它们组合后可使变速箱的主轴具有4种不同的转速，即四档变速。整个换档部分需要三根轴和两个油缸，机械结构较复杂，所占空间大，制造成本高，可靠性较低。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种变速箱换档油缸装置，包括油缸，双伸出活塞杆，所述油缸的两端具有开口，所述双伸出活塞杆从所述油缸两端的开口伸出，并且所述双伸出活塞杆的一端与拨叉固定连接，所述油缸上设置第一油口、第二油口、第三油口和第四油口，所述双伸出活塞杆上设置主活塞、左端副活塞、右端副活塞，所述主活塞的截面积小于所述左端副活塞和所述右端副活塞的截面积，所述四个油口与三个活塞相互间隔地设置，形成第一油腔、第二油腔、第三油腔、第四油腔。
本发明只需要一根双伸出活塞杆驱动一套滑移齿轮，即需要一根轴就能实现四档变速，机械结构简单，所占空间小，制造成本低。
在本发明的一些实施方式中，所述油缸包括依次连接的左端副油缸、主油缸、右端副油缸，所述左端副油缸和所述右端副油缸具有供所述双伸出活塞杆伸出的开口，所述第二油口和所述第三油口设置在主油缸两端，所述第一油口设置在所述左端副油缸上，所述第四油口设置在所述右端副油缸上，所述主活塞位于主油缸内，所述左端副活塞位于所述左端副油缸内，所述右端副活塞位于所述右端副油缸内。缸体设计为可拆卸的方式，便于维护和修理。
在本发明的一些实施方式中，所述左端副油缸通过左双向连接盖与所述主油缸连接，所述右端副油缸通过右双向连接盖与所述主油缸连接。
在本发明的一些实施方式中，所述左双向连接盖上设置第一气口，所述右双向连接盖上设置第二气口。由于密封原因，不可避免的会有气体进入到油腔中，设置气口便可将变速箱换档油缸装置的气体排出，以免影响利用油压进行定位的准确性。
在本发明的一些实施方式中，所述左端副油缸的开口处的缸体向内弯折形成限位部，所述右端副油缸的开口处的缸体向内弯折形成限位部。限位部起到了很好的定位作用和密封作用，不会使双伸出活塞杆从油缸中脱出。
在本发明的一些实施方式中，所述双伸出活塞杆为中部粗两端细的阶梯轴，所述主活塞设置在粗轴上，所述左端副活塞和右端副活塞设置在细轴上。这样设置能够在改变缸体的整体结构的前提下适应主活塞与左端副活塞和右端副活塞截面积不一致的形状。
在本发明的一些实施方式中，所述拨叉通过压盖和夹座固定在双伸出活塞杆的端部，所述拨叉与压盖和夹座的连接处填装球面垫圈和锥面垫圈。消除由于受加工精度的影响带来的滑移齿轮安装轴线与油缸安装轴线及拨叉安装轴线的平行度误差，使双伸出活塞杆在动作时免受或尽量少受除轴向力以外的其它方向的力，防止其弯曲变形。
在本发明的一些实施方式中，所述右端副油缸外侧固定设置开关架，所述开关架上安装无触点接近开关，所述双伸出活塞杆从所述右端副油缸伸出的一侧设置信号块，所述无触点接近开关用于感应所述信号块到达的位置。
双伸出活塞杆另一端装有信号块，通过无触点接近开关精确地检测和识别四个档位，具有电气检测位置功能。通过机床数控系统实时控制,确保主变速箱实现四档自动变速功能，换档准确、可靠、安全。
附图说明
图1为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置安装示意图；
图3为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置的结构示意图(第一位置)；
图4为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置的结构示意图(第二位置)；
图5为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置的结构示意图(第三位置)；
图6为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置的结构示意图(第四位置；
图7为本发明一实施方式的变速箱换档油缸装置的立体图。
具体实施方式
如图1和图7所示，本发明的变速箱换档油缸装置包括：主油缸1，在主油缸1的两端具有环状凸缘101；左端副油缸3和右端副油缸4分别通过左双向连接盖5和右双向连接盖6与主油缸1连接，它们的内部形成空腔102；左端副油缸3和右端副油缸4与双向连接盖不相连的一侧具有开口301、401，开口处的缸体向内弯折形成限位部302、402。这样，开口的直径小于副油缸缸孔直径；
双伸出活塞杆2穿过左双向连接盖5和右双向连接盖6可左右移动的设置在空腔102中。双伸出活塞杆2为阶梯轴。双伸出活塞杆2的粗轴部分设置有主活塞201，主活塞201可在左双向连接盖5和右双向连接盖6之间的主油缸1中运动。双伸出活塞杆2位于左端副油缸3中的细轴部分设置左端副活塞12，左端副活塞12在左端副油缸3的限位部302与左双向连接盖5之间运动。双伸出活塞杆2位于右端副油缸4中的细轴部分设置右端副活塞13，右端副活塞13在右端副油缸4的限位部402与右双向连接盖6之间运动。
如图1、图2和图7所示，主油缸1两端的环状凸缘101上分别安装有第二油口P2和第三油口P3；左双向连接盖5和右双向连接盖6上分别安装有第一气口L1和第二气口L2，为了减少排气时的噪音，第一气口L1和第二气口L2上可以安装消声器；在左端副油缸3的限位部302位置设置有第一油口P1，右端副油缸4的限位部402位置设置有第四油口P4。第一油口P1、第二油口P2、第三油口P3、第四油口P4、第一气口L1、第二气口L2都与空腔102相通。
双伸出活塞杆2从左端副油缸3和右端副油缸4的开口301、401伸出，双伸出活塞杆2从左端副油缸3开口301伸出的一侧通过连接单元7与拨叉8连接，其具体连接方式为在拨叉8的两端面各设有一套球面垫圈和锥面垫圈组合，用压盖(其上有螺钉)和夹座将垫圈组合和拨叉8固定在双伸出活塞杆2的端部。球面垫圈和锥面垫圈配合使用，具有自动调节位置、定心的功能，使压盖支撑面与双伸出活塞杆2垂直，消除由于受加工精度的影响带来的滑移齿轮安装轴线与油缸安装轴线及拨叉8安装轴线的平行度误差，使双伸出活塞杆2在动作时免受或尽量少受除轴向力以外的其它方向的力，防止其弯曲变形。变速箱内部与拨叉8相适应的位置，设置有四联滑移齿轮组件14。当双伸出活塞杆2带动拨叉8左右移动时，四联滑移齿轮组件14同时被拨叉8带动沿花键轴向左或右移动，使四联滑移齿轮组件14上的四组齿轮分别与相邻轴(示意图中未画出)上的对应齿轮啮合，从而实现换档功能。
在右端副油缸4的开口401上方水平的安装有开关架10，无触点接近开关11设置在开关架10上，开关架10及无触点接近开关11组成电气检测装置。双伸出活塞杆2从右端副油缸4伸出的一侧与信号块9连接，信号块9的位置在无触点接近开关11的感应范围内。当双伸出活塞杆2带动信号块9左右水平移动时，无触点接近开关11便可感应到信号块9所到达的位置，系统根据无触点接近开关11的感应结果判断四联滑移齿轮组件14所处档位。信号块9为一金属块，无触点接近开关11可以选用欧姆龙e2e(-z)型，其通过外部磁场影响，检测金属块表面产生的涡电流引起的磁性损耗，在检测线圈内使其产生交流磁场，并检测金属块产生的涡电流引起的阻抗变化。
在换档时，操作者按动控制面板上的按钮，告诉系统需要切换到哪个档位，系统通过执行程序控制各油口的进/回油状态，使双伸出活塞杆2产生动作，信号块9随双伸出活塞杆2一起移动，当信号块9“触发”到相对应档位的接近开关时，接近开关将信号反馈给系统，告诉系统所对应档位的齿轮已啮合到位，系统再反馈给操作者当前所处的档位，使其得知当前四联滑移齿轮组件14所处的档位。
按照上述方式完成设置，在本发明的变速箱换档油缸装置中会形成四个油腔和两个气腔。分别是左端副油缸3的限位部302与左端副活塞12之间形成的第一油腔M1，左端副活塞12与左双向连接盖5之间形成的第一气腔N1，左双向连接盖5与双伸出活塞杆2上的主活塞201之间形成的第二油腔M2，双伸出活塞杆2上的主活塞201与右双向连接盖6之间形成的第三油腔M3，右双向连接盖6与右端副活塞13之间形成的第二气腔N2，右端副活塞13与右端副油缸4限位部402之间形成的第四油腔M4。左端副活塞12和右端副活塞13与双伸出活塞杆2外圆面装有密封圈，可防止油腔内的液压油进入气腔。
如图3所示，工作时，当第二油口P2进油，第三油口P3、第四油口P4回油时，液压油进入第二油腔M2中并通过主活塞201推动双伸出活塞杆2向右移动，双伸出活塞杆2右端细轴端面抵到右端副活塞13上，并推动右端副活塞13一起向右移动，使右端副活塞13抵到右端副油缸4的限位部402上，此时双伸出活塞杆12移动到最右位置，无触点接近开关11感应到信号块9处于最右端(第一位置)。
如图4所示，当第二油口P2、第四油口P4同时进油，第三油口P3回油时，液压油进入第二油腔M2和第四油腔M4并产生压力，由于右端副活塞13的截面积较双伸出活塞杆2上的主活塞201截面积大，因此右端副活塞13截面上产生的推力要比双伸出活塞杆2上的主活塞201截面上产生的推力大，从而使右端副活塞13通过其与双伸出活塞杆2右端细轴接触的端面推动双伸出活塞杆2一起向左移动，当右端副活塞13抵到右双向连接盖6上时，双伸出活塞杆2向左移动了S1行程，与双伸出活塞杆2连接的信号块9同样向左移动了S1行程(第二位置)。
如图5所示，当第一油口P1和第三油口P3进油，第二油口P2回油时，液压油进入第一油腔M1和第三油腔M3并产生压力，第三油腔M3中的压力推动双伸出活塞杆2使其向左移动，直到双伸出活塞杆2左端细轴的端面抵到左端副活塞12上。由于左端副活塞12的截面积较双伸出活塞杆2上的主活塞201截面积大，因此左端副活塞12截面上产生的推力要比双伸出活塞杆2上的主活塞201截面上产生的推力大，第一油腔M1中的压力油推动左端副活塞12向右运动，使其抵到左双向连接盖5上，这样就限制了双伸出活塞杆2继续向左移动，在这个过程中，双伸出活塞杆2带动信号块9一起向左移动了S2行程(第三位置)。
如图6所示，当第三油口P3进油，第一油口P1、第二油口P2回油时，液压油进入第三油腔M3产生压力并通过主活塞201推动双伸出活塞杆2连同左端副活塞12一起移动到最左位置，使左端副活塞12抵到左端副油缸3的限位部302上，在这个过程中，双伸出活塞杆2连同左端副活塞12并带动信号块9一起向左移动了S3行程(第四位置)。
在完成上述动作时，由于密封原因，不可避免的会有气体进入到油腔中，在注油和压缩过程中，气体会被压入第一气腔N1和第二气腔N2，随着气体积累，其产生足够的压力顶开排气阀，之后顺着第一气口L1和第二气口L2排出。
以上结合附图对本发明的一些实施方式做了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.变速箱换档油缸装置，其特征在于，包括：
主油缸(1)；
通过左双向连接盖(5)与所述主油缸(1)连接的左端副油缸(3)，所述左端副油缸(3)未与所述左双向连接盖(5)连接的一端的缸体向内弯折形成限位部(302)；
通过右双向连接盖(6)与所述主油缸(1)连接的右端副油缸(4)，所述右端副油缸(4)未与所述右双向连接盖(6)连接的一端的缸体向内弯折形成限位部(402)；
所述主油缸(1)、所述左端副油缸(3)以及所述右端副油缸(4)形成空腔(102)；
设置于所述空腔(102)内的双伸出活塞杆(2),所述双伸出活塞杆(2)由所述左端副油缸(3)和所述右端副油缸(4)伸出；
固定地设置于所述双伸出活塞杆(2)任一端的拨叉(8)；
设置于所述双伸出活塞杆(2)上且位于所述主油缸(1)内的主活塞(201)；
设置于所述双伸出活塞杆(2)上且位于所述左端副油缸(3)内的左端副活塞(12)；
设置于所述双伸出活塞杆(2)上且位于所述右端副油缸(4)内的右端副活塞(13)；
所述主活塞(201)的截面积小于所述左端副活塞(12)和所述右端副活塞(13)的截面积；
设置于所述左端副油缸(3)上的第一油口(P1)；
设置于所述主油缸(1)上的第二油口(P2)以及第三油口(P3)；
设置于所述右端副油缸(4)上的第四油口(P4)；
所述左端副油缸(3)的限位部(302)与所述左端副活塞(12)之间形成第一油腔(M1)；
所述左双向连接盖(5)和所述主活塞(201)之间形成第二油腔(M2)；
所述主活塞(201)和所述右双向连接盖(6)之间形成第三油腔(M3)；
所述右端副活塞(13)与所述右端副油缸(4)的限位部(402)之间形成第四油腔(M4)；
设置于所述左双向连接盖(5)上的第一气口(L1)和设置于所述右双向连接盖(6)上的第二气口(L2)；
所述左端副活塞(12)和所述左双向连接盖(5)之间形成第一气腔(N1)；
所述右双向连接盖(6)与右端副活塞(13)之间形成第二气腔(N2)。
2.根据权利要求1所述的变速箱换档油缸装置，其特征在于：
所述第一油口(P1)设置于所述左端副油缸(3)的所述限位部(302)处；
所述第四油口(P4)设置于所述右端副油缸(4)的所述限位部(402)处。
3.根据权利要求1或2所述的变速箱换档油缸装置，其特征在于：
所述双伸出活塞杆(2)为中部粗两端细的阶梯轴，所述主活塞(201)设置在粗轴上，所述左端副活塞(12)和右端副活塞(13)设置在细轴上。
4.根据权利要求1所述的变速箱换档油缸装置，其特征在于，所述拨叉(8)通过压盖和夹座固定在双伸出活塞杆(2)的端部，所述拨叉(8)与压盖和夹座的连接处填装球面垫圈和锥面垫圈。
5.根据权利要求1所述的变速箱换档油缸装置，其特征在于，所述右端副油缸(4)外侧固定设置开关架(10)，所述开关架(10)上安装无触点接近开关(11)，所述双伸出活塞杆(2)从所述右端副油缸(4)伸出的一侧设置信号块(9)，所述无触点接近开关(11)用于感应所述信号块(9)到达的位置。
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