揭秘斜齒輪變速箱，為啥重載卡車(chē)和飛機(jī)都用它？

        齒輪是卡車(chē)中最常見(jiàn)的零部件之一，大多應(yīng)用于變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、后橋等重要組件。齒輪的功能豐富，能夠讓動(dòng)力向著的任意方向傳導(dǎo)，也能瞬間改變轉(zhuǎn)速和扭矩，可以說(shuō)沒(méi)有齒輪就沒(méi)有現(xiàn)代汽車(chē)文明。

然而在齒輪的所有類(lèi)別中，斜齒輪又是極其獨(dú)特的一支，以至于為車(chē)輛以及航天領(lǐng)域的發(fā)展提供了極大的幫助，那么它的出現(xiàn)究竟給我們的生活帶來(lái)了哪些驚喜和挑戰(zhàn)？我們今天就來(lái)好好聊一聊。

到底啥是斜齒輪？

斜齒輪這個(gè)名稱(chēng)主要是區(qū)別于直齒輪，顧名思義是“帶有傾斜齒牙的齒輪”，這類(lèi)齒輪的齒面并非與軸向平行，而是有一定的夾角，也正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)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(yōu)點(diǎn)？

在汽車(chē)領(lǐng)域，斜齒輪被大量應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱等機(jī)械組件中，主要的效果是增加嚙合性，使得傳動(dòng)更加平穩(wěn)。

從機(jī)械特性來(lái)講，直齒輪之間的工作方式是一個(gè)“突然加載-突然退出”的無(wú)限循環(huán)，要么不嚙合，一旦嚙合就會(huì)釋放最大的扭力。

而斜齒輪由于齒牙傾斜的緣故，每個(gè)齒牙的嚙合過(guò)程都采用的是漸進(jìn)式接觸，接觸區(qū)域從點(diǎn)擴(kuò)散至面，嚙合扭力也是從小變大，再?gòu)拇笞冃　?/span>

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(hù)體驗(yàn)的層面來(lái)講，斜齒輪能夠起到減小換擋沖擊的作用，使得車(chē)輛在行駛中更加平順，頓挫感更加不明顯，與此同時(shí)噪音也更低。

毫不夸張的說(shuō)，斜齒輪的大量應(yīng)用是汽車(chē)發(fā)展歷史中一件重要舉措，它代表著汽車(chē)研發(fā)工作開(kāi)始向著用戶(hù)的舒適性層面拓展，而不是單純追求車(chē)輛的機(jī)械水平。

重載優(yōu)勢(shì)明顯 國(guó)內(nèi)早已開(kāi)發(fā)斜齒變速箱

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(chē)輛帶來(lái)的是更強(qiáng)的承載能力，可負(fù)載的極限扭力更大，故在高速重載領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，“重載”一直都是中國(guó)道路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵標(biāo)簽之一，而正因?yàn)樾饼X輪在重載工況下有著突出的表現(xiàn)，卡車(chē)生產(chǎn)廠家也在很早之前就開(kāi)始了斜齒輪在變速箱當(dāng)中的應(yīng)用。

重汽款副軸斜齒變速箱HW19710XS

早在2009年，中國(guó)重汽就突破了雙副軸斜齒“對(duì)齒”技術(shù)難關(guān)，成功研發(fā)出了HW19710XS變速箱，從而為開(kāi)發(fā)全斜齒全同步器變速箱奠定了基礎(chǔ)。

法士特S系列全斜齒變速箱

說(shuō)到我國(guó)的全斜齒全同步器變速箱，法士特的S系列產(chǎn)品絕對(duì)稱(chēng)得上是代表性產(chǎn)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(shí)也是國(guó)內(nèi)最早一批匹配500馬力以上發(fā)動(dòng)機(jī)的變速箱之一。

體積更小、齒數(shù)更少 航天領(lǐng)域大量應(yīng)用

斜齒輪可以實(shí)現(xiàn)更少的齒牙和更小的體積

除了以上所提到的幾個(gè)針對(duì)卡車(chē)行業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，斜齒輪由于結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，在航空航天領(lǐng)域也有著重大的貢獻(xiàn)。這是由于斜齒輪具有“不根切的最少齒數(shù)少”這一特點(diǎn)，也就是說(shuō)在保證齒輪正常嚙合的前提下，齒數(shù)可以更少、齒輪體積可以被做得更小。

而諸如火箭、飛機(jī)、人造衛(wèi)星等精密航天器材，對(duì)重量、結(jié)構(gòu)體積、傳動(dòng)性能有著嚴(yán)苛的要求，自然也會(huì)盡可能多的使用斜齒輪來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

軸向力太煩人？ 礦山機(jī)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(lèi)齒輪在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力，并且螺旋角越大軸向力也越明顯，因此其傳動(dòng)效率并不如直齒輪那么高，長(zhǎng)時(shí)間嚙合的磨損也比直齒輪更加嚴(yán)重。

“人”字形齒輪被大量應(yīng)用在礦山機(jī)械中

雖然斜齒輪的磨損可以通過(guò)改進(jìn)齒輪材質(zhì)來(lái)解決，但軸向力卻是物理定律的必然結(jié)果。在卡車(chē)領(lǐng)域中，斜齒輪所產(chǎn)生的軸向力較小，并不足以影響車(chē)輛的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而在礦山機(jī)械等特大功率設(shè)備中，人們更多應(yīng)用的是“人”字形齒輪，此類(lèi)齒輪既具備斜齒輪的高承載力，又通過(guò)兩組螺旋的反向結(jié)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(guó)早在漢代初期就開(kāi)始了斜齒輪與“人”字形齒輪的應(yīng)用，它們不僅構(gòu)成了人類(lèi)最早的工具，同時(shí)也是當(dāng)今最精密的機(jī)械所不可或缺的重要部件，并且也將在未來(lái)繼續(xù)推動(dòng)科技的進(jìn)步。