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卡车重载全靠它,飞机也必须用! 变速箱为什么钟爱斜齿轮?

卡车重载全靠它,飞机也必须用! 变速箱为什么钟爱斜齿轮?

卡家小小王

2019-03-24

【卡车之家 原创】齿轮是卡车中最常见的零部件之一,大多应用于变速箱、发动机、后桥等重要组件。齿轮的功能丰富,能够让动力向着的任意方向传导,也能瞬间改变转速和扭矩,可以说没有齿轮就没有现代汽车文明。

然而在齿轮的所有类别中,斜齿轮又是极其独特的一支,以至于为车辆以及航天领域的发展提供了极大的帮助,那么它的出现究竟给我们的生活带来了哪些惊喜和挑战?我们今天就来好好聊一聊。

●  到底啥是斜齿轮?

斜齿轮这个名称主要是区别于直齿轮,顾名思义是“带有倾斜齿牙的齿轮”,这类齿轮的齿面并非与轴向平行,而是有一定的夹角,也正是因为有了这个夹角,才让斜齿轮拥有了多种不同于直齿轮的特性。

●  斜齿轮有哪些优点?

在汽车领域,斜齿轮被大量应用在发动机与变速箱等机械组件中,主要的效果是增加啮合性,使得传动更加平稳。

从机械特性来讲,直齿轮之间的工作方式是一个“突然加载-突然退出”的无限循环,要么不啮合,一旦啮合就会释放最大的扭力。

而斜齿轮由于齿牙倾斜的缘故,每个齿牙的啮合过程都采用的是渐进式接触,接触区域从点扩散至面,啮合扭力也是从小变大,再从大变小。

采用斜齿轮的变速箱换挡冲击小、更平顺、噪音更低

放到用户体验的层面来讲,斜齿轮能够起到减小换挡冲击的作用,使得车辆在行驶中更加平顺,顿挫感更加不明显,与此同时噪音也更低。

毫不夸张的说,斜齿轮的大量应用是汽车发展历史中一件重要举措,它代表着汽车研发工作开始向着用户的舒适性层面拓展,而不是单纯追求车辆的机械水平。

●  重载优势明显 国内早已开发斜齿变速箱

由于承载性高,斜齿轮更适合重载

在性能提升方面,斜齿轮相比直齿轮有更大的重合度(随齿轮宽度、螺旋角的增大而增大),由此为车辆带来的是更强的承载能力,可负载的极限扭力更大,故在高速重载领域的优势非常明显。

很长时间以来,“重载”一直都是中国道路运输的关键标签之一,而正因为斜齿轮在重载工况下有着突出的表现,卡车生产厂家也在很早之前就开始了斜齿轮在变速箱当中的应用

重汽款副轴斜齿变速箱HW19710XS

早在2009年,中国重汽就突破了双副轴斜齿“对齿”技术难关,成功研发出了HW19710XS变速箱,从而为开发全斜齿全同步器变速箱奠定了基础。

法士特S系列全斜齿变速箱

说到我国的全斜齿全同步器变速箱,法士特的S系列产品绝对称得上是代表性产品,它不仅是法士特首款能够承受2400NM以上扭矩的变速箱,同时也是国内最早一批匹配500马力以上发动机的变速箱之一。

●  体积更小、齿数更少 航天领域大量应用

斜齿轮可以实现更少的齿牙和更小的体积

除了以上所提到的几个针对卡车行业的优点,斜齿轮由于结构优势,在航空航天领域也有着重大的贡献。这是由于斜齿轮具有“不根切的最少齿数少”这一特点,也就是说在保证齿轮正常啮合的前提下,齿数可以更少、齿轮体积可以被做得更小。

而诸如火箭、飞机、人造卫星等精密航天器材,对重量、结构体积、传动性能有着严苛的要求,自然也会尽可能多的使用斜齿轮来满足设计要求。

●  轴向力太烦人? 矿山机械采用“人”字形齿轮

然而任何事物都有它的两面性,斜齿轮也是如此,同样是由于齿面倾斜的缘故,这类齿轮在工作时会产生轴向力,并且螺旋角越大轴向力也越明显,因此其传动效率并不如直齿轮那么高,长时间啮合的磨损也比直齿轮更加严重。

“人”字形齿轮被大量应用在矿山机械中

虽然斜齿轮的磨损可以通过改进齿轮材质来解决,但轴向力却是物理定律的必然结果。在卡车领域中,斜齿轮所产生的轴向力较小,并不足以影响车辆的正常运转。而在矿山机械等特大功率设备中,人们更多应用的是“人”字形齿轮,此类齿轮既具备斜齿轮的高承载力,又通过两组螺旋的反向结合抵消了轴向力。

汉代初期的青铜“人字”齿轮

齿轮的历史极为悠久,我国早在汉代初期就开始了斜齿轮与“人”字形齿轮的应用,它们不仅构成了人类最早的工具,同时也是当今最精密的机械所不可或缺的重要部件,并且也将在未来继续推动科技的进步。(文/王建鑫)

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