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揭秘斜齒輪變速箱,為啥重載卡車和飛機都用它?

2019-07-30 23:55:22 269

        齒輪是卡車中最常見的零部件之一,大多應用于變速箱、發動機、后橋等重要組件。齒輪的功能豐富,能夠讓動力向著的任意方向傳導,也能瞬間改變轉速和扭矩,可以說沒有齒輪就沒有現代汽車文明。

然而在齒輪的所有類別中,斜齒輪又是極其獨特的一支,以至于為車輛以及航天領域的發展提供了極大的幫助,那么它的出現究竟給我們的生活帶來了哪些驚喜和挑戰?我們今天就來好好聊一聊。

到底啥是斜齒輪?

齒輪

斜齒輪這個名稱主要是區別于直齒輪,顧名思義是“帶有傾斜齒牙的齒輪”,這類齒輪的齒面并非與軸向平行,而是有一定的夾角,也正是因為有了這個夾角,才讓斜齒輪擁有了多種不同于直齒輪的特性。

斜齒輪有哪些優點?

在汽車領域,斜齒輪被大量應用在發動機與變速箱等機械組件中,主要的效果是增加嚙合性,使得傳動更加平穩。

從機械特性來講,直齒輪之間的工作方式是一個“突然加載-突然退出”的無限循環,要么不嚙合,一旦嚙合就會釋放最大的扭力。

齒輪

而斜齒輪由于齒牙傾斜的緣故,每個齒牙的嚙合過程都采用的是漸進式接觸,接觸區域從點擴散至面,嚙合扭力也是從小變大,再從大變小。

采用斜齒輪的變速箱換擋沖擊小、更平順、噪音更低

放到用戶體驗的層面來講,斜齒輪能夠起到減小換擋沖擊的作用,使得車輛在行駛中更加平順,頓挫感更加不明顯,與此同時噪音也更低。

齒輪

毫不夸張的說,斜齒輪的大量應用是汽車發展歷史中一件重要舉措,它代表著汽車研發工作開始向著用戶的舒適性層面拓展,而不是單純追求車輛的機械水平。

重載優勢明顯 國內早已開發斜齒變速箱

齒輪

由于承載性高,斜齒輪更適合重載

在性能提升方面,斜齒輪相比直齒輪有更大的重合度(隨齒輪寬度、螺旋角的增大而增大),由此為車輛帶來的是更強的承載能力,可負載的極限扭力更大,故在高速重載領域的優勢非常明顯。

齒輪

很長時間以來,“重載”一直都是中國道路運輸的關鍵標簽之一,而正因為斜齒輪在重載工況下有著突出的表現,卡車生產廠家也在很早之前就開始了斜齒輪在變速箱當中的應用。

齒輪

重汽款副軸斜齒變速箱HW19710XS

早在2009年,中國重汽就突破了雙副軸斜齒“對齒”技術難關,成功研發出了HW19710XS變速箱,從而為開發全斜齒全同步器變速箱奠定了基礎。

齒輪

法士特S系列全斜齒變速箱

說到我國的全斜齒全同步器變速箱,法士特的S系列產品絕對稱得上是代表性產品,它不僅是法士特首款能夠承受2400NM以上扭矩的變速箱,同時也是國內最早一批匹配500馬力以上發動機的變速箱之一。

體積更小、齒數更少 航天領域大量應用

齒輪

斜齒輪可以實現更少的齒牙和更小的體積

除了以上所提到的幾個針對卡車行業的優點,斜齒輪由于結構優勢,在航空航天領域也有著重大的貢獻。這是由于斜齒輪具有“不根切的最少齒數少”這一特點,也就是說在保證齒輪正常嚙合的前提下,齒數可以更少、齒輪體積可以被做得更小。

而諸如火箭、飛機、人造衛星等精密航天器材,對重量、結構體積、傳動性能有著嚴苛的要求,自然也會盡可能多的使用斜齒輪來滿足設計要求。

軸向力太煩人? 礦山機械采用“人”字形齒輪

然而任何事物都有它的兩面性,斜齒輪也是如此,同樣是由于齒面傾斜的緣故,這類齒輪在工作時會產生軸向力,并且螺旋角越大軸向力也越明顯,因此其傳動效率并不如直齒輪那么高,長時間嚙合的磨損也比直齒輪更加嚴重。

齒輪

“人”字形齒輪被大量應用在礦山機械中

雖然斜齒輪的磨損可以通過改進齒輪材質來解決,但軸向力卻是物理定律的必然結果。在卡車領域中,斜齒輪所產生的軸向力較小,并不足以影響車輛的正常運轉。而在礦山機械等特大功率設備中,人們更多應用的是“人”字形齒輪,此類齒輪既具備斜齒輪的高承載力,又通過兩組螺旋的反向結合抵消了軸向力。

漢代初期的青銅“人字”齒輪

齒輪的歷史極為悠久,我國早在漢代初期就開始了斜齒輪與“人”字形齒輪的應用,它們不僅構成了人類最早的工具,同時也是當今最精密的機械所不可或缺的重要部件,并且也將在未來繼續推動科技的進步。


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