齿轮传动装置的拆装

活动情景

齿轮传动在日常生活中随处可见，在汽车上的应用也非常广泛，汽车的传动机构更是齿轮机构应用的典型。一旦齿轮失效，将直接影响齿轮传动机构的正常工作。通过对汽车配气机构正时齿轮的拆装和齿轮传动过程的观察，了解渐开线齿轮传动的相关知识。

任务要求（1）了解渐开线齿轮齿廓的形成、齿轮的基本结构及其特点。

（2）了解渐开线齿轮的主要参数，能进行齿轮几何尺寸计算。

（3）了解渐开线齿轮正确啮合条件，会进行传动比计算。

（4）掌握齿轮在机械制图中的表达方法。

（5）进一步了解齿轮传动机构在汽车上的应用。

技能训练

进行正时齿轮传动装置的拆装，所需器材和操作步骤如下。

1．所需器材

拆装正时齿轮传动装置所需工具有凸轮轴下置式发动机台架、套筒组合扳手、T形扳手、手锤、穿芯平起子、扭力扳手、正时齿轮专用拉具，如图3－60所示。

图3－60 拆装正时齿轮传动装置所需工具

2．操作步骤

（1）摇转发动机翻转架手柄，使发动机油底壳朝上，用套筒扳手或T形套筒拆下油底壳固定螺栓。

（2）用飞轮专用固定工具将飞轮固定，如图3－61所示。

（3）摇转发动机翻转架手柄，使发动机朝上，用专用套筒拧松曲轴起动爪，用内六角扳手拆下曲轴皮带轮的连接螺栓，取下皮带轮。

（4）用三爪拉器将曲轴皮带轮突缘拆下，如图3－62所示。

（5）用套筒组合扳手或T形套筒拧松正时齿轮盖固定螺栓，取下正时齿轮盖，转动曲轴，观察正时齿轮的转动过程和两正时齿轮的装配记号，如图3－63所示。

图3－61 飞轮固定

图3－62 三爪拉器拆曲轴皮带轮突缘

图3－63 正时齿轮的装配记号

（6）用手锤和穿芯平起子敲平凸轮轴正时齿轮固定螺栓（母）止动垫片，如图3－64所示。

小贴士

如无飞轮专用固定工具，可用套筒组合扳手穿过凸轮轴正时齿轮轮辐上的拆装孔，将正时齿轮限位，防止其转动，如图3－65所示。

图3－64 正时齿轮固定螺母止动垫片

图3－65 用套筒组合扳手将正时齿轮限位

（7）先用扭力扳手拧松凸轮轴正时齿轮固定螺母，再用二用扳手拆下凸轮轴正时齿轮固定螺母，用二爪拉器将正时齿轮拆下来，如图3－66所示。

图3－66 拆正时齿轮

图3－67 正时齿轮上的键槽

小贴士

正时齿轮与凸轮轴的连接是通过半圆键实现的，如图3－67所示，齿轮上的键槽将在后面的任务中学习。

（8）按拆卸相反的顺序安装凸轮轴正时齿轮，并用止动垫片将固定螺母锁止。

注意

装配正时齿轮时，必须使曲轴和凸轮轴的正时齿轮上的正时记号对正，否则会影响发动机的正常工作，甚至不能工作。

（9）拆装完毕，清洁、归还工具和实习器材。

基本活动

1．了解正时齿轮机构的组成

图3－68 正时齿轮机构组成

（1）正时齿轮机构主要由曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮组成，如图3－68所示。

（2）通过拆装正时齿轮机构，了解正时齿轮辐的装配关系和扭矩传递路线。

2．正时齿轮传动过程演示

（1）观察解剖发动机台架中正时齿轮的装配位置关系。

（2）将解剖发动机台架接通电源，打开电源开关，观察正时齿轮传动的过程。

高级技术

1．齿轮传动的特点和分类

齿轮辐是两个齿轮相互啮合所组成的基本机构，齿轮传动是利用齿轮辐来传递运动和动力的一种机械传动。

1）齿轮传动的特点

（1）齿轮传动具有以下优点：①适应的圆周速度和传递功率范围大；②传动效率高；③传动比稳定，传动精度高；④工作可靠性较高；⑤可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。

（2）齿轮传动具有以下缺点：①制造和安装精度要求较高，加工成本高；②不适合远距离的两轴之间的传动。

2）齿轮传动机构的分类

齿轮传动机构的类型很多，其分类方法主要有以下几种。

（1）按齿轮辐两传动轴的相对位置分，见表3－6。

（2）按齿轮形状分。

（3）按齿廓曲线分，齿轮传动机构可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动。

小贴士

齿廓的形状有多种，最常见的是渐开线齿廓。渐开线齿廓是如何形成的呢？

表3－6 齿轮辐两传动轴相对位置列表

续表

续表

一直线BK绕一圆周做纯滚动，如图3－69、图3－70所示，此直线上点K的轨迹AK称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，其直径用db表示，而直线BK称为发生线。

图3－69 渐开线齿廓的形成

图3－70 不同基圆的渐开线

2．直齿圆柱齿轮几何要素的名称代号和基本参数

1）齿轮各部分的名称

（1）直齿圆柱齿轮几何要素的名称代号，如图3－71所示。

图3－71 直齿圆柱齿轮几何要素

（2）端平面：圆柱齿轮上垂直于齿轮轴线的表面。

（3）齿顶圆：圆柱齿轮上通过齿顶的圆，其直径用da表示。

（4）齿根圆：圆柱齿轮上通过齿根的圆，其直径用df表示。

（5）分度圆：圆柱齿轮上，在齿顶圆和齿根圆之间，且齿厚s和槽宽e的弧长相等的圆，其直径用d表示。

（6）其余名称和参数分别是：齿宽b、齿距p、齿厚s、槽宽e、齿顶高ha、齿根高hf、全齿高h等。

2）齿轮的主要参数

齿轮的主要参数包括齿数z、模数m和压力角。

（1）齿数z：一个齿轮的轮齿总数称为齿数。

（2）模数m：模数是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数，模数的大小反映了轮齿和齿距的大小，通常用齿距p除以圆周率π所得到的商称为模数m，模数的单位为mm。

小贴士

（1）不同模数的轮齿大小比较，如图3－72所示。

（2）我国已规定了标准系列模数，见表3－7。

图3－72 不同模数的轮齿大小比较

表3－7 渐开线圆柱齿轮模数摘录表（GB／T1357—1987）

注意

（1）模数m＝1属于小模数齿轮的模数。

（2）斜齿圆柱齿轮的模数是指法向模数。（3）一般优先应用的是第一系列模数，第二系列模数尽可能不用。

（3）压力角α：渐开线齿廓上任一点的法线与该点的线速度之间所夹的锐角，称为该点的压力角，通常所说的压力角是指分度圆上的压力角α。

小贴士

我国规定标准压力角α＝20°，分度圆压力角的计算公式为

式中，db为基圆直径；d为分度圆直径；α为分度圆压力角。

3）齿轮各部分尺寸的计算

当确定了齿轮的模数m和齿数z后，就可以计算出齿轮的各部分尺寸，如图3－71所示。

（1）齿顶高：ha＝m。

（2）齿根高：hf＝1．25m。

（3）全齿高：h＝2．25m。

（4）分度圆直径：d＝mz。

（5）齿顶圆直径：da＝m（z＋2）。

（6）齿根圆直径：df＝m（z－2．5）。

3．齿轮正确啮合传动的条件

（1）齿轮正确啮合传动的条件是两齿轮的模数和压力角分别相等，即

（2）渐开线齿轮辐传动比的计算公式为

式中：z1为主动齿轮齿数；z2为从动齿轮齿数。

4．齿轮在机械制图中的表达方法

（1）单个圆柱齿轮一般用两个视图表达，规定齿顶圆和齿顶线用实线绘制，分度圆和分度线用点划线绘制，齿根圆和齿根线用细实线绘制（也可省略不画），如图3－73所示。

（2）在剖视图中，当剖切平面通过齿轮的轴线时，轮齿部分一律按不剖处理，此时齿根线则用粗实线绘制，齿轮其他部分仍按照实际形状投影绘制，如图3－74所示。

图3－73 单个齿轮的画法

图3－74 齿轮的剖视图画法

（3）两啮合圆柱齿轮一般用两个视图，采用剖视图的形式绘制，如图3－75所示。

（4）两啮合斜齿或人字齿圆柱齿轮，需要表示斜齿或人字齿的齿线时按不剖处理，可用三条与齿线方向一致的细实线表示其形状，如图3－76所示。

图3－75 两啮合圆柱齿轮的画法

图3－76 斜齿或人字齿齿线的表示方法

拓展训练

（1）实地测量正时齿轮的齿数，并计算正时齿轮的传动比。

（2）让学生在汽车中找出用多个齿轮组成的齿轮传动机构，如齿轮式有级变速器。

（3）让学生在汽车中找出另外一些常用的齿轮传动机构，如主传动器。

任务归纳

（1）通过拆装正时齿轮机构，了解渐开线齿轮的基本结构及齿廓的形成。

（2）通过拆装正时齿轮机构，了解齿轮的主要参数、正确啮合条件，掌握传动比的计算方法。

（3）观察对正时齿轮机构工作过程的演示，掌握齿轮传动的基本概念及其特点。

思考练习

（1）正时齿轮机构的基本组成和装配关系如何？

（2）如何形成渐开线齿轮齿廓，齿轮的基本结构有哪几部分组成？

（3）如何计算齿轮几何尺寸？

（4）渐开线齿轮正确啮合的基本条件有哪些？如何计算传动比？

（5）常见的齿轮传动机构有哪几种类型？齿轮传动有什么特点？

表3－8 任务测评表