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動力傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵零件——齒輪

圖3 軋鋼機人字齒輪座

由于齒輪具備的傳動能力較高，以及較低的制造成本，能夠高精度地進行大量生產(chǎn)等顯著優(yōu)勢，所以，從機械式鐘表用的小齒輪，到軋機用的人字齒輪等大型齒輪(圖3)，因此目前仍在廣泛應(yīng)用。

在汽車的動力傳動系統(tǒng)中，主要使用的齒輪是斜齒輪(圖4)、直齒圓柱齒輪、行星齒輪(圖5)、傘齒輪、雙曲面齒輪(圖6)等。

圖4 斜齒輪

圖5 行星齒輪

圖6 雙曲面齒輪

斜齒輪多數(shù)被應(yīng)用于MT、DCT、HV和EV的變速器上。近年來，為了提高傳動效率，并實現(xiàn)輕量化目標，利用材料、熱處理加工方法、表面改性等措施，力求大幅提高斜齒輪強度。為改善燃油經(jīng)濟性，同樣也需改善齒輪傳動效率。齒面的摩擦因數(shù)會直接對齒輪傳動效率造成影響，摩擦因數(shù)則是根據(jù)齒面粗糙度與油膜厚度所決定的。乘用車用的變速器的齒輪傳動效率非常高，可達99%左右。然而由于變速器的多級化，使齒輪的數(shù)量有所增加，要求進行技術(shù)開發(fā)，以求進一步實現(xiàn)齒輪傳動的高效化。

行星齒輪是在太陽齒輪周邊與多個小齒輪嚙合，小齒輪外側(cè)與內(nèi)齒輪的齒圈相嚙合，目前被應(yīng)用于AT、CVT和HV。齒輪反作用力可在行星齒輪內(nèi)部得以消除。由于增加了小齒輪個數(shù)，可以實現(xiàn)緊湊的設(shè)計。而且，由于輸入及輸出的部件較多，通過將行星齒輪布置成3～4列，制成8～10檔的變速機構(gòu)，使多級AT實現(xiàn)了高性能的目標。

臨工953鏟車波箱

臨工956鏟車波箱

柳工833鏟車波箱

柳工855鏟車波箱

柳工856鏟車波箱

雙曲面齒輪傳動在最末端減速器上得以應(yīng)用，一方面使來自汽車傳動軸的傳遞動力與輪胎方向互相垂直，另一方面則進行減速。雙曲面齒輪則通過減小偏移量及螺旋角，拋光滾筒，以降低齒面粗糙度，提高雙曲面齒輪傳動效率。此外，通過將不等高齒優(yōu)化為等高齒以實現(xiàn)齒輪的高強度化。同時提出了利用5軸加工機率，加工出新型的錐齒輪。

表1 各國購置環(huán)保車型補貼(獎勵)、法規(guī)的動向

3 HV、PHV用的動力傳動系統(tǒng)

自1997年豐田汽車公司在世界上率先推出HV商品車輛“Prius(參數(shù)|圖片)”，距今已有20年的發(fā)展歷史。由于其燃油耗、動力性能方面相比傳統(tǒng)型內(nèi)燃機汽車具有一定優(yōu)勢，HV的市場份額擴展到23%，在汽車市場占有一席之地。

近年來，為了保護生態(tài)環(huán)境，各國制定的燃油耗法規(guī)在測試精度及技術(shù)等方面可謂日趨嚴格。僅配裝有傳統(tǒng)發(fā)動機的車輛，已經(jīng)難以實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。按照日本政府設(shè)定的目標，至2030年，要求HV的市場占有率為30%～40%；插電式混合動力車(PHEV)為20%～30%；燃料電池車(FCV(參數(shù)|圖片))的市場份額為3%，新一代汽車仍需大幅度普及，并在充電設(shè)備和氫氣站等基礎(chǔ)設(shè)施完善方面重點投入。各國為了實現(xiàn)燃油耗法規(guī)及環(huán)保法規(guī)規(guī)定的目標，為促進PHEV，EV等環(huán)保型車輛的普及，實施國家補貼政府及制定相關(guān)法規(guī)(表1)，預計今后環(huán)保型車輛銷量會大幅增長(圖7)。

圖7 未來世界不同車種的預測

為了普及新一代汽車EV，需達到與汽油車旗鼓相當?shù)睦m(xù)航里程(500 km以上)，但電池儲能容量較為有限。為此，將大幅度超過目前鋰電池性能極限的革新型電池投入實用勢在必行，但要實現(xiàn)新型電池的實用化還需要很長時間。

綜上所述，目前以礦物燃料為動力來源的HV(柴油機、汽油機HV)及PHEV，在一段時間內(nèi)還將作為主力車型并得以使用，預計在將來陸續(xù)開發(fā)的各種各樣的HV系統(tǒng)之間會呈現(xiàn)激烈競爭的態(tài)勢。

對于HV所要求的主要性能除了要具備與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相匹配的動力性能之外，還應(yīng)保證電動機的驅(qū)動及制動性能良好，并使其具備較低的成本。近年來，尤其是PHEV利用電動機驅(qū)動以擴大行駛范圍，有利于滿足環(huán)保法規(guī)。目前，可大致分為雙電機(指驅(qū)動電機、發(fā)電用電機)、單電機、帶傳動交流發(fā)電機等系統(tǒng)，并已被應(yīng)用至HV車輛中。