一种换挡齿轮箱、换挡方法及化工设备与流程

1.本发明涉及换挡机构技术领域，尤其涉及一种换挡齿轮箱、换挡方法及化工设备。


背景技术：

2.换挡齿轮箱能实现一台齿轮箱传递多种速比、多种功率的功能。起初在试验台的领域应用比较广泛，而试验台传递的功率和扭矩比较小，齿轮箱的换挡结构也相对简单，传递两个速比，一个换挡机构即能满足要求。随着目前越来越多的行业开始使用换挡齿轮箱，换挡齿轮箱传递的功率、扭矩越来越高，从而导致齿轮的线速度也越来越高。换挡齿轮箱的高线速度容易导致振动、噪音超标，尤其是在石化等行业，对齿轮箱的振动、噪音要求很高，所以需要在满足传递大功率的情况下，降低齿轮的线速度。
3.如图1所示，现有的换挡齿轮箱包括输入轴10、输出轴20、第一输入齿轮101、第二输入齿轮102和换挡机构30，第一输入齿轮101和第二输入齿轮102通过轴承103转动连接于输入轴10，所述输出轴20上固定连接有第一输出齿轮201和第二输出齿轮202，第一输入齿轮101啮合连接于第一输出齿轮201形成第一齿轮副，第二输入齿轮102啮合连接于第二输出齿轮202形成第二齿轮副，第一齿轮副的传动比为1:1.2，第二齿轮副的传动比为1:3，在挡位一时，换挡机构30使第一输入齿轮101连接于输入轴10，进行同步转动，输入轴10通过第一输入齿轮101和第一输出齿轮201驱动输出轴20转动，输入轴10的转速为1500rpm，第一齿轮副的节圆线速度为42m/s，第二齿轮副的节圆线速度为23.5m/s；在挡位二时，换挡机构30使第二输入齿轮102连接于输入轴10，进行同步转动，输入轴10通过第二输入齿轮102和第二输出齿轮202驱动输出轴20转动，输入轴10的转速为1500rpm，第一齿轮副的节圆线速度为107m/s，第二齿轮副的节圆线速度为58.9m/s。此常规结构的换挡齿轮箱，使用挡位二时空转的齿轮线速度达到107m/s，导致实际使用时齿轮箱的振动值超过要求。
4.基于此，亟需一种换挡齿轮箱、换挡方法及化工设备，以解决上述存在的问题。


技术实现要素：

5.基于以上所述，本发明的目的在于提供一种换挡齿轮箱、换挡方法及化工设备，降低了第一齿轮副的最大节圆线速度，换挡齿轮箱的噪音、振动值明显改善，符合行业要求。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，提供一种换挡齿轮箱，包括箱体，所述箱体内设置有：
8.输入轴，所述输入轴上间隔设置有第一输入齿轮和第二输入齿轮，所述第一输入齿轮固定连接于所述输入轴，所述第二输入齿轮转动连接于所述输入轴；
9.输出轴，所述输出轴上间隔设置有第一输出齿轮和第二输出齿轮，所述第一输出齿轮转动连接于所述输出轴，所述第二输出齿轮固定连接于所述输出轴，所述第一输入齿轮与所述第一输出齿轮啮合连接且形成第一齿轮副，所述第二输入齿轮与所述第二输出齿轮啮合连接且形成第二齿轮副，所述第一齿轮副的传动比小于所述第二齿轮副的传动比；
10.第一换挡组件，用于使所述第二输入齿轮与所述输入轴之间连接或断开；
11.第二换挡组件，用于使所述第一输出齿轮与所述输出轴之间连接或断开。
12.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，第一换挡组件包括第一内花键套和第一驱动部件，所述输入轴上设置有第一外花键齿轮，所述第二输入齿轮设置有第一外花键，所述第一内花键套花键连接于所述第一外花键齿轮，所述第一驱动部件能够驱动所述第一内花键套沿所述第一外花键齿轮的轴向移动，以使所述第一内花键套同时花键连接所述第一外花键齿轮和所述第一外花键。
13.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，所述第一驱动部件包括第一换挡轴，所述第一换挡轴转动连接于所述箱体内，所述第一换挡轴与所述输入轴垂直交叉设置，所述第一换挡轴上设置有第一拨叉，所述第一拨叉连接于所述第一内花键套，所述第一换挡轴转动时，所述第一拨叉驱动所述第一内花键套沿所述第一外花键齿轮的轴向移动。
14.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，所述第一驱动部件还包括第一滑块，所述第一内花键套的周向设置有第一滑槽，所述第一滑块滑动连接于所述第一滑槽，所述第一拨叉远离所述第一换挡轴一端转动连接有所述第一滑块。
15.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，所述第一驱动部件还包括第一摇杆，所述第一换挡轴的第一端伸出所述箱体，所述第一摇杆设置于所述第一换挡轴的第一端。
16.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，所述第一驱动部件还包括第一定位销，所述第一摇杆设置有第一通孔，所述箱体上设置有第一定位孔和第二定位孔；
17.所述第一摇杆驱动所述第二输入齿轮与所述输入轴连接时，所述第一定位销能够穿设于所述第一通孔和所述第一定位孔；
18.所述第一摇杆驱动所述第二输入齿轮与所述输入轴断开时，所述第一定位销能够穿设于所述第一通孔和所述第二定位孔。
19.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，所述第二输入齿轮通过轴承转动连接于所述输入轴；
20.所述第一输出齿轮通过轴承转动连接于所述输出轴。
21.作为一种换挡齿轮箱的优选技术方案，还包括驱动件，所述驱动件驱动连接于所述输入轴。
22.第二方面，提供一种换挡方法，应用以上任一方案所述的换挡齿轮箱，所述换挡方法包括以下步骤：
23.空挡模式，第一换挡组件驱动所述第二输入齿轮与所述输入轴断开，第二换挡组件驱动所述第一输出齿轮与所述输出轴断开；
24.挡位一，第一换挡组件驱动所述第二输入齿轮与所述输入轴断开，第二换挡组件驱动所述第一输出齿轮与所述输出轴连接；
25.挡位二，第一换挡组件驱动所述第二输入齿轮与所述输入轴连接，第二换挡组件驱动所述第一输出齿轮与所述输出轴断开。
26.第三方面，提供一种化工设备，其特征在于，包括以上任一方案所述的换挡齿轮箱。
27.本发明的有益效果为：
28.本发明提供一种换挡齿轮箱、换挡方法及化工设备，工作时，换挡齿轮箱切换到挡位一模式，第一换挡组件驱动第二输入齿轮与输入轴断开，第二换挡组件驱动第一输出齿
轮与输出轴连接；此时，输入轴和输出轴通过第一齿轮副传动，第二齿轮副随输出轴进行传动，由于第一齿轮副的传动比较低，输出轴的转速较低，所以第一齿轮副和第二齿轮副的节圆线速度均符合产品需求；换挡齿轮箱切换到挡位二模式，第一换挡组件驱动第二输入齿轮与输入轴连接，第二换挡组件驱动第一输出齿轮与输出轴断开。此时，输入轴和输出轴通过第二齿轮副传动，虽然此时输出轴的转速较高，但是第一齿轮副随输入轴进行传动，相对于现有技术，降低了第一齿轮副的线速度，所以第二齿轮副和第一齿轮副的节圆线速度均符合产品需求。该发明实现了换挡齿轮箱在两种工况下运行，换挡齿轮箱传递的功率大、扭矩大、转速高，降低了第一齿轮副的最大节圆线速度，换挡齿轮箱的噪音、振动值明显改善，符合行业要求。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
30.图1是现有技术中换挡齿轮箱的结构示意图；
31.图2是本发明具体实施方式提供的换挡齿轮箱的结构示意图；
32.图3是本发明具体实施方式提供的换挡齿轮箱的剖视图；
33.图4是本发明具体实施方式提供的换挡齿轮箱的部分结构示意图之一；
34.图5是本发明具体实施方式提供的换挡齿轮箱的部分结构示意图之二。
35.图中标记如下：
36.10、输入轴；101、第一输入齿轮；102、第二输入齿轮；103、轴承；20、输出轴；201、第一输出齿轮；202、第二输出齿轮；30、换挡机构；
37.1、箱体；
38.2、输入轴；21、第一输入齿轮；22、第二输入齿轮；221、第一外花键；23、第一外花键齿轮；
39.3、输出轴；31、第一输出齿轮；311、第二外花键；32、第二输出齿轮；33、第二外花键齿轮；
40.4、第一换挡组件；41、第一内花键套；411、第一滑槽；42、第一驱动部件；421、第一换挡轴；422、第一拨叉；423、第一滑块；424、第一摇杆；425、第一定位销；
41.5、第二换挡组件；51、第二内花键套；511、第二滑槽；52、第二驱动部件；521、第二换挡轴；522、第二拨叉；523、第二滑块；524、第二摇杆；525、第二定位销；
42.6、轴承。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
44.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应
做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
47.如图2-图5所示，本实施例提供一种化工设备，包括换挡齿轮箱，该换挡齿轮箱包括箱体1，箱体1内设置有输入轴2、输出轴3、第一换挡组件4和第二换挡组件5。具体地，输入轴2上间隔设置有第一输入齿轮21和第二输入齿轮22，第一输入齿轮21固定连接于输入轴2，第二输入齿轮22转动连接于输入轴2；输出轴3上间隔设置有第一输出齿轮31和第二输出齿轮32，第一输出齿轮31转动连接于输出轴3，第二输出齿轮32固定连接于输出轴3，第一输入齿轮21与第一输出齿轮31啮合连接且形成第一齿轮副，第二输入齿轮22与第二输出齿轮32啮合连接且形成第二齿轮副，第一齿轮副的传动比小于第二齿轮副的传动比；第一换挡组件4用于使第二输入齿轮22与输入轴2之间连接或断开；第二换挡组件5用于使第一输出齿轮31与输出轴3之间连接或断开。本实施例中，第二输入齿轮22通过轴承6转动连接于输入轴2；第一输出齿轮31通过轴承6转动连接于输出轴3。
48.工作时，换挡齿轮箱切换到挡位一模式，第一换挡组件4驱动第二输入齿轮22与输入轴2断开，第二换挡组件5驱动第一输出齿轮31与输出轴3连接；此时，输入轴2和输出轴3通过第一齿轮副传动，第二齿轮副随输出轴3进行传动，相对于现有技术，降低了第一齿轮副的线速度，由于第一齿轮副的传动比较低，输出轴3的转速较低，所以第一齿轮副和第二齿轮副的节圆线速度均符合产品需求；换挡齿轮箱切换到挡位二模式，第一换挡组件4驱动第二输入齿轮22与输入轴2连接，第二换挡组件5驱动第一输出齿轮31与输出轴3断开。此时，输入轴2和输出轴3通过第二齿轮副传动，虽然此时输出轴3的转速较高，但是第一齿轮副随输入轴2进行传动，相对于现有技术，降低了第一齿轮副的线速度，所以第二齿轮副和第一齿轮副的节圆线速度均符合产品需求。该发明实现了换挡齿轮箱在两种工况下运行，换挡齿轮箱传递的功率大、扭矩大、转速高，降低了第一齿轮副的最大节圆线速度，换挡齿轮箱的噪音、振动值明显改善，符合行业要求。
49.该换挡齿轮箱还包括驱动件，驱动件驱动连接于输入轴2，驱动件能够驱动输入轴2转动，驱动件可以为电机。本实施例中，第一输入齿轮21与第一输出齿轮31的传动比为1:1.2，第二输入齿轮22与第二输出齿轮32的传动比为1:3，在挡位二时，通过第二齿轮副进行传动，输入轴2的转速为1500rpm，第一齿轮副的节圆线速度为42m/s，相对于现有技术，第一
齿轮副的节圆线速度由原来的107m/s降低至42m/s，对换挡齿轮箱精度、动平衡要求大大降低，换挡齿轮箱噪音、振动均有明显的改善。
50.进一步地，如图3-图5所示，第一换挡组件4包括第一内花键套41和第一驱动部件42，输入轴2上设置有第一外花键齿轮23，第二输入齿轮22设置有第一外花键221，第一内花键套41花键连接于第一外花键齿轮23，第一驱动部件42能够驱动第一内花键套41沿第一外花键齿轮23的轴向移动，以使第一内花键套41同时花键连接第一外花键齿轮23和第一外花键221，实现了第二输入齿轮22、第一外花键齿轮23与输入轴2连接，能够进行同步转动。第一驱动部件42驱动第一内花键套41与第一外花键221分离时，实现了第二输入齿轮22与输入轴2连接断开，第二输入齿轮22不受输入轴2的驱动。
51.优选地，第一内花键套414的两端的花键的壁厚逐渐变薄，第一外花键221靠近第一内花键套414一端的壁厚逐渐变薄，较薄的花键具有导向作用，使第一内花键套414与第一外花键221快速匹配，提高换挡效率。
52.本实施例中，第一驱动部件42包括第一换挡轴421，第一换挡轴421转动连接于箱体1内，第一换挡轴421与输入轴2垂直交叉设置，第一换挡轴421上设置有第一拨叉422，第一拨叉422连接于第一内花键套41，第一换挡轴421转动时，第一拨叉422驱动第一内花键套41沿第一外花键齿轮23的轴向移动，进而驱动第一外花键齿轮23与第一外花键221连接或断开。
53.更进一步地，第一驱动部件42还包括第一滑块423，第一内花键套41的周向设置有第一滑槽411，第一滑块423滑动连接于第一滑槽411，第一拨叉422远离第一换挡轴421一端转动连接有第一滑块423。由于第一拨叉422拨动第一内花键套41转动时，第一拨叉422远离第一换挡轴421一端呈圆弧运动，此时第一滑块423能够沿第一滑槽411滑动，以适应第一拨叉422端部的弧形运动，防止拨叉端部的运动产生干涉，同时第一外花键齿轮23能够相对第一驱动部件42自转。
54.优选地，第一驱动部件42还包括第一摇杆424，第一换挡轴421的第一端伸出箱体1，第一摇杆424设置于第一换挡轴421的第一端。操作人员可通过操作箱体1外的第一摇杆424，实现第一换挡轴421的转动，进而实现第一拨叉422驱动第一内花键套41沿第一外花键齿轮23的轴向移动，操作简单。
55.作为优选地，第一驱动部件42还包括第一定位销425，第一摇杆424设置有第一通孔，箱体1上设置有第一定位孔和第二定位孔；第一摇杆424驱动第二输入齿轮22与输入轴2连接时，第一定位销425能够穿设于第一通孔和第一定位孔；第一摇杆424驱动第二输入齿轮22与输入轴2断开时，第一定位销425能够穿设于第一通孔和第二定位孔，一方面，便于操作人员能够精确控制第一摇杆424的转动角度，另一方面，通过第一定位销425对第一摇杆424进行限位，能够保证第二输入齿轮22与输入轴2处于断开和连接状态时不受机器振动的影响导致移位，提高设备运行的可靠性。
56.需要特别说明的是，如图3-图5所示，第二换挡组件5与第一换挡组件4的结构和工作原理均相同，第二换挡组件5包括第二内花键套51和第二驱动部件52，输出轴3上设置有第二外花键齿轮33，第一输出齿轮31设置有第二外花键311，第二内花键套51花键连接于第二外花键齿轮33，第二驱动部件52能够驱动第二内花键套51沿第二外花键齿轮33的轴向移动，以使第二内花键套51同时花键连接第二外花键齿轮33和第二外花键311。
57.第二驱动部件52包括第二换挡轴521，第二换挡轴521转动连接于箱体1内，第二换挡轴521与输出轴3垂直交叉设置，第二换挡轴521上设置有第二拨叉522，第二拨叉522连接于第二内花键套51，第二换挡轴521转动时，第二拨叉522驱动第二内花键套51沿第二外花键齿轮33的轴向移动。
58.第二驱动部件52还包括第二滑块523，第二内花键套51的周向设置有第二滑槽511，第二滑块523滑动连接于第二滑槽511，第二拨叉522远离第二换挡轴521一端转动连接有第二滑块523。
59.第二驱动部件52还包括第二摇杆524，第二换挡轴521的第一端伸出箱体1，第二摇杆524设置于第二换挡轴521的第一端。
60.第二驱动部件52还包括第二定位销525，第二摇杆524设置有第二通孔，箱体1上设置有第三定位孔和第四定位孔；第二摇杆524驱动第一输出齿轮31与输出轴3连接时，第二定位销525能够穿设于第二通孔和第三定位孔；第二摇杆524驱动第一输出齿轮31与输出轴3断开时，第二定位销525能够穿设于第二通孔和第四定位孔。
61.第二换挡组件5工作原理及技术效果与第一换挡组件4相同，此处不再赘述。
62.本实施例还提供一种换挡方法，应用上述的换挡齿轮箱，换挡方法包括以下步骤：
63.空挡模式，第一换挡组件4驱动第二输入齿轮22与输入轴2断开，第二换挡组件5驱动第一输出齿轮31与输出轴3断开，此种状态下，输入轴2和输出轴3之间无动力传动，第一齿轮副随输入轴2进行转动，第二齿轮副无转动，减少噪音。
64.挡位一，第一换挡组件4驱动第二输入齿轮22与输入轴2断开，第二换挡组件5驱动第一输出齿轮31与输出轴3连接，此种状态下，输入轴2和输出轴3之间通过第一齿轮副进行传动，第二齿轮副随输出轴3进行转动。
65.挡位二，第一换挡组件4驱动第二输入齿轮22与输入轴2连接，第二换挡组件5驱动第一输出齿轮31与输出轴3断开，此种状态下，输入轴2和输出轴3之间通过第二齿轮副进行传动，第一齿轮副随输入轴2进行转动。
66.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。