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动力传动系统的关键零件——齿轮

图3 轧钢机人字齿轮座

由于齿轮具备的传动能力较高，以及较低的制造成本，能够高精度地进行大量生产等显著优势，所以，从机械式钟表用的小齿轮，到轧机用的人字齿轮等大型齿轮(图3)，因此目前仍在广泛应用。

在汽车的动力传动系统中，主要使用的齿轮是斜齿轮(图4)、直齿圆柱齿轮、行星齿轮(图5)、伞齿轮、双曲面齿轮(图6)等。

图4 斜齿轮

图5 行星齿轮

图6 双曲面齿轮

斜齿轮多数被应用于MT、DCT、HV和EV的变速器上。近年来，为了提高传动效率，并实现轻量化目标，利用材料、热处理加工方法、表面改性等措施，力求大幅提高斜齿轮强度。为改善燃油经济性，同样也需改善齿轮传动效率。齿面的摩擦因数会直接对齿轮传动效率造成影响，摩擦因数则是根据齿面粗糙度与油膜厚度所决定的。乘用车用的变速器的齿轮传动效率非常高，可达99%左右。然而由于变速器的多级化，使齿轮的数量有所增加，要求进行技术开发，以求进一步实现齿轮传动的高效化。

行星齿轮是在太阳齿轮周边与多个小齿轮啮合，小齿轮外侧与内齿轮的齿圈相啮合，目前被应用于AT、CVT和HV。齿轮反作用力可在行星齿轮内部得以消除。由于增加了小齿轮个数，可以实现紧凑的设计。而且，由于输入及输出的部件较多，通过将行星齿轮布置成3～4列，制成8～10档的变速机构，使多级AT实现了高性能的目标。

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双曲面齿轮传动在最末端减速器上得以应用，一方面使来自汽车传动轴的传递动力与轮胎方向互相垂直，另一方面则进行减速。双曲面齿轮则通过减小偏移量及螺旋角，抛光滚筒，以降低齿面粗糙度，提高双曲面齿轮传动效率。此外，通过将不等高齿优化为等高齿以实现齿轮的高强度化。同时提出了利用5轴加工机率，加工出新型的锥齿轮。

表1 各国购置环保车型补贴(奖励)、法规的动向

3 HV、PHV用的动力传动系统

自1997年丰田汽车公司在世界上率先推出HV商品车辆“Prius(参数|图片)”，距今已有20年的发展历史。由于其燃油耗、动力性能方面相比传统型内燃机汽车具有一定优势，HV的市场份额扩展到23%，在汽车市场占有一席之地。

近年来，为了保护生态环境，各国制定的燃油耗法规在测试精度及技术等方面可谓日趋严格。仅配装有传统发动机的车辆，已经难以实现节能减排的目标。按照日本政府设定的目标，至2030年，要求HV的市场占有率为30%～40%；插电式混合动力车(PHEV)为20%～30%；燃料电池车(FCV(参数|图片))的市场份额为3%，新一代汽车仍需大幅度普及，并在充电设备和氢气站等基础设施完善方面重点投入。各国为了实现燃油耗法规及环保法规规定的目标，为促进PHEV，EV等环保型车辆的普及，实施国家补贴政府及制定相关法规(表1)，预计今后环保型车辆销量会大幅增长(图7)。

图7 未来世界不同车种的预测

为了普及新一代汽车EV，需达到与汽油车旗鼓相当的续航里程(500 km以上)，但电池储能容量较为有限。为此，将大幅度超过目前锂电池性能极限的革新型电池投入实用势在必行，但要实现新型电池的实用化还需要很长时间。

综上所述，目前以矿物燃料为动力来源的HV(柴油机、汽油机HV)及PHEV，在一段时间内还将作为主力车型并得以使用，预计在将来陆续开发的各种各样的HV系统之间会呈现激烈竞争的态势。

对于HV所要求的主要性能除了要具备与传统内燃机汽车相匹配的动力性能之外，还应保证电动机的驱动及制动性能良好，并使其具备较低的成本。近年来，尤其是PHEV利用电动机驱动以扩大行驶范围，有利于满足环保法规。目前，可大致分为双电机(指驱动电机、发电用电机)、单电机、带传动交流发电机等系统，并已被应用至HV车辆中。