焉知汽车科技|知荐 | 为什么新能源的齿轮大多是斜齿？
来源 | EDC电驱未来
正确答案是 『斜齿轮受齿距误差影响更小、传动精度更高』 ， 斜齿轮最大优势是 高传动精度 ， 其次才是 『高强度』或『噪音/震动小』 。即使是直齿轮 ， 通过修形（或简单地增加齿厚）也能达到 『高强度』、通过变位也能达到 『噪音/震动小』（端面重合度 = 2 即可 ， 并不需要
3 的斜齿轮） 。某些情况下（齿面强度低、齿根强度高的设计） ， 斜齿轮的强度甚至还低于直齿轮 。此外 ， 斜齿轮的制造成本远高于直齿轮（3 倍以上 ， 特别是斜内齿圈 ， 能做的公司不多） ， 还需要使用角接触轴承（价格是普通轴承 2～3 倍） ， 绝大多数传动系统对体积和重量并不敏感（至少不会达到锱铢必较的程度） ， 而传动精度几乎是所有传动系统的第一追求 。
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（传动精度有两个指标 ， 其一是角度误差 ， 其二是扭矩误差 ， 它们本质上是等价的 ， 本文以『扭矩误差』为主； 本回答讨论的是直径不超过 300 mm 的常规齿轮 ， 工业大齿轮不在讨论范围内；关于齿轮制造成本 ， 很多齿轮厂的朋友都发表了自己的看法 ， 但这方面的讨论是没有意义也没有尽头的 ， 齿轮和齿轮之间差异极大 ， 要求不同、成本也不同 ， 精密传动中使用的斜齿轮制造成本确实远高于直齿轮 ， 但其他用途的齿轮 ， 不是特别了解 ， 因此不参与讨论）
1. 传动平稳性
很多朋友都提到了斜齿轮能提高传动平稳性 ， 但这个理解是片面的 。传动平稳性主要由线载荷曲线（齿轮啮合时受力变化曲线）决定：
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斜齿轮典型的线载荷曲线（3D）
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斜齿轮典型的线载荷曲线（2D）
线载荷曲线受很多因素影响（齿厚、材料模量、表面硬化工艺、加工误差...） ， 齿轮类型（直齿轮/斜齿轮）的影响并不在第一位 ， 甚至 ， 同规格（模数、齿数、齿厚）下 ， 直齿轮的线载荷曲线可能比斜齿轮更平滑：
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直齿轮典型的线载荷曲线（3D）
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直齿轮典型的线荷载曲线（2D）
对比直齿轮和斜齿轮的传动平稳性 ， 就像大街上随便指着一台宝马（斜齿轮）和一台比亚迪（直齿轮）问谁更贵（传动更平稳） ， 这是没有意义的 ， 宝马有低端款、比亚迪有高端款 ， 同价位下宝马也不一定比比亚迪好（同样的制造成本下 ， 斜齿轮的线载荷曲线不一定比直齿轮更平滑） 。
任何材料受力时都会形变、受力过程都是渐变的 ， 现代的齿轮接触分析（TCA ， Tooth Contact Analysis）早已打破了“斜齿轮是逐渐受力而直齿轮是瞬间受力”的说法 ， 而国内很多教材还尚未更新 。纯粹从运动平稳性（线载荷曲线平滑度）的角度来看 ， 直齿轮甚至可能做得比斜齿轮还好 ， 斜齿轮在这方面的最大优势是噪音和震动控制（端面重合度高、模态分析中的谐波共振小） 。
2. 强度
即使不用斜齿轮 ， 非标直齿轮依靠修形就能将齿『根』强度提高 50% 以上 ，
齿轮强度有两个方面 ， 其一是齿『根』强度 ， 其二是齿『面』强度 。与直齿轮相比 ， 斜齿轮的齿『根』强度更高 ， 但齿『面』强度更低：
齿轮副主要参数：1 模 30 齿、输入扭矩 10 Nm、输入转速 4775 RPM、无摩擦 。
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直齿轮的齿面应力（左）、齿根应力（右） 。
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斜齿轮的齿面应力（左）、齿根应力（右） 。
齿轮直径、压力角相同的情况下 ， 齿『根』强度主要由模数和厚度决定 ， 齿『面』强度主要由厚度决定、受模数影响很小 。因此 ， 斜齿轮适合齿厚余量较大的齿轮设计 ， 换而言之 ， 斜齿轮需要更大的最小齿厚、斜齿轮往往比直齿轮更厚 。
由此可见 ， 将直齿轮替换为斜齿轮 ， 不一定能提高齿轮强度 ， 某些情况下（齿面强度低、齿根强度高的设计） ， 甚至会降低齿轮强度 。
3. 传动精度
齿距误差是衡量齿轮精度的最主要指标（齿距误差和背隙有一定换算关系 ， 商家更喜欢标背隙而不是齿距误差 ， 因为背隙的数据更好看 ， 就像宽带运营商喜欢标 Mbps 而不是 MB） ， 良好设计的齿轮 ，齿距误差为 0 的情况下 ， 例如 1 模 30 齿的齿轮副 ， 很容易做到扭矩误差 齿轮传动中 ， 误差主要有三大来源（按照 误差影响从小到大排序）： 设计误差。标准齿轮很容易达到 3% 以上的扭矩误差 ，非标齿轮基本能消除因齿轮设计导致的误差（扭矩误差3% ， 则其中至少 3% 都是因为齿距误差造成的...
齿轮副主要参数：基于 ISO 53:1998轮廓A 齿形、1 模 45 齿、齿厚 7 mm、齿顶高系数 1.2、齿顶倒圆 0.15 mm、无变位、摩擦系数 0.1、输入扭矩 10 Nm 。
考虑 5 微米齿距误差 ， 如果是直齿轮：
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输出扭矩的波动幅度为 0.16（9.78～9.94） ， 波动率为 1.6% 。
如果是斜齿轮（20 度螺旋角）：
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输出扭矩的波动幅度为 0.04（9.84～9.88） ， 波动率为 0.4% 。
其实这对齿轮副已经设计得很好了 ， 若没有齿距误差 ， 直齿轮的输出扭矩波动率只有 0.3%：
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【焉知汽车科技|知荐 | 为什么新能源的齿轮大多是斜齿？】斜齿轮能更好地消除齿距误差对精度的影响 ， 原理是摩擦力造成的扭矩波动更小 ， 直齿轮啮合时是直线-直线接触 ， 斜齿轮啮合时是曲线-曲线接触 ， 因此摩擦力生效的原理不同 。
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