這就是有史以來最強的變速箱！行星式手動Lenco變速箱解析

如果算法判定你喜歡汽車 說不定哪天就給你推過類似這樣的視頻 你們很多人 可能都好奇過 自己剛纔看到的到底是什麼東西 別怕，第四A來了 今天我會給大家講清楚這是哪種變速箱 它爲什麼會被造出來 我還會用我自己做的一個特殊小模型 詳細講解它的工作原理 最後我會說明 爲什麼它是有史以來最強的汽車變速箱 劇透預警啊 這玩意兒扛得住3500馬力的離合器鬆放 天天造都沒問題 你剛纔看到的這個東西叫做行星式手動變速箱 這類傳動最早出現在60年代末70年代初的美國 那時候上大學不用背鉅額貸款 單收入的家庭也能維持正常的生活水平 上世紀60年代末還發生了件事 就是發動機的馬力和扭矩開始變得非常大 排量越來越大，凸輪軸越來越激進，增壓器也越做越大 所以這就導致當時的賽車引擎耗變速箱就跟吃餅乾似的 當時的 Mercy Hydromatics 和Powerglides根本就跟不上 就在那時候 Leonard Abbott 創辦了 Lenco 專為賽車手製造行星式手動變速箱 他給了短程加速賽手想要的一切 還有不會中斷的傳動系統 換檔速度比任何自動手動變速箱都快 而且不用鬆油門踩離合器 你只要鬆開離合器 然後全程把油門踩到底 再扳幾個操作桿就行 就這麼簡單 這個設計特別出色 採用同樣基礎結構的 Lenco 行星變速箱 直到今天在各種改裝車型 還有各類不同的賽車級別中 依然非常受歡迎 現在我們來看看它們具體是怎麼運作的 又為什麼會這麼結實 拆開 Lenco 變速箱 你會看到這個部件 一組行星齒輪 行星齒輪組完全值得單獨做一期視頻 不過現在我們先講的簡單點 你只需要知道 行星齒輪組是由三種不同類型的齒輪組成的 這個是外齒圈這個是內部的中心太陽輪 還有這些個繞著太陽輪公轉的行星輪 你看，每種齒輪都裝在各自對應的軸上 我們來設想一個場景 太陽輪作爲輸入端 而用來連接所有行星輪的行星架就是輸出端 所以，我們的引擎接輸入端，輪子接輸出端 你看啊，輸入軸轉一圈的話 輸出軸就只轉四分之一圈 這說明我們現在的減速齒輪傳動比是4比1 換句話說，要是我們給輸入端輸入每 分鐘1000轉100牛米的扭矩 輸出端就能得到每分鐘250轉400牛米的扭矩 現在要是你懂點行星齒輪組的相關知識 說不定剛就反應過來，我之前說的全是瞎扯的 我們給輸入軸裝個小電機吧 得再加 Mureka 好的，我們現在正在給輸入軸施加一定的扭矩 如果我用手指抓輸出端 那我的手指承受的扭矩應該是4倍，對吧 錯了，我的手指會受到的扭矩淨爲0 實際情況就是齒圈開始往相反的方向轉了 那我們 試試別的辦法 如果齒圈轉動的話 咱們就試試把齒圈當成輸入端 我們看看現在有沒有扭矩 你看這裡輸出扭矩還是0 這就是為什麼實際的encode傳輸 必須用到所謂的SPRAG 也就是單向離合器 如果我們用單向離合器固定住齒圈 再把輸入動力接到sun齒輪上 你看現在輸出端終於有扭矩了 要知道重點是 我們把單向離合器或者SPRAG裝在哪裡 其實都不重要 實際的encode傳動中 齒圈作為輸入件 SPRAG則安裝在sun齒輪軸上 再說一下 大家也能看到輸出端會轉速降低 也就是扭矩升高 在行星齒輪組裡 只要固定住其中一個齒輪 再給另一個施加扭矩 就能得到減速效果 好的 現在給你介紹我們最終確定的一檔 它能降低輪速 同時大幅提升輪上的扭矩 非常適合起飛 現在我們來想象一下 扳下某個控制桿 這麼做就能把齒圈鎖到行星架上 現在行星齒輪被鎖死在齒圈上 也就是說 太陽齒輪也沒辦法再轉動了 最終結果就是 整套行星齒輪組 現在會作為一個整體轉動 這就意味著我們現在的傳動比是1比1 也就是沒有減速裝置 如果輸入端加載1000轉分鐘和100牛米的扭矩 輸出端就會得到1000轉分鐘和100牛米的扭矩 真正的設計會把三個齒輪軸鎖到行星架上 之後三個齒輪軸轉速超過SPREG 最終結果是一樣的 整個裝置以1比1的齒輪傳動比同步轉動 只要我們把行星齒輪組裡的任意兩個軸鎖在一起 整個裝置就會一體轉動 你看啊行星齒輪組其實就是個兩速變速器 我們有低速檔還有高速檔 現在來看看 多加一個行星齒輪組會怎麼樣 我們把1號齒輪組的輸出端 接到2號齒輪組的輸入端上 你看啊現在1號輸入端轉整整一圈 輸出端才只轉16分之一圈 換句話說，我們的齒輪傳動比是16比1 我們像這樣把行星齒輪組連接起來時 最低傳動比就是把每個齒輪組的低速檔傳動比相乘得到的 這兩組齒輪完全相同，傳動比都是4比1 我們把4乘4，就能得到兩組組合後的最低傳動比 這樣我們就得到16 所以現在16比1是我們的頭檔 我們拉下操作桿 就會把這套齒輪組的齒圈和行星架鎖在一起 現在這組齒輪同步轉動，傳動比是1比1 4乘以1的話結果就是4 現在這是我們的二檔 現在我們拉動另一個控制桿 這樣就能把齒圈和另一組齒輪的行星架鎖在一起 現在兩組齒輪就能以1比1的轉速比轉動 1乘1等於1，這就是第三檔 你看，兩套行星齒輪組就能給我們提供三個檔位 實際的 Lenco 由多個模塊組成 每個模塊的零件都完全相同 裏面都有一套行星齒輪組 唯一的區別是 每組齒輪都有自己的傳動比 當然在實際的汽車變速箱裏 你不會看到4比1這種離譜的傳動比 我們用的都是更合理的 每個模塊的數值都適配發動機扭矩和轉速 但運作原理和我們剛才講的完全一樣 再說一遍 把所有模塊的傳動比相乘就能得到一檔 你扳下操縱桿鎖住第一個模塊 這個模塊的傳動比就變成1比1 現在的總傳動比就是 剩下的模組相乘之後你再換檔 鎖住下一個模組 此時的傳動比就是剩下兩個模組相乘的結果 你一直扳動操作桿鎖住模組直到得到最終的傳動比 這個最終傳動比永遠是1比1 按這個例子如果你有4個模組那就是5速變速箱 5個模組就是6速 6個模組就是7速以此類推 很多人會說 Lenco 行星變速箱特別貴確實是這樣 但你仔細想想你買的可不只是一臺變速箱 每個模塊本身都是獨立的變速箱 所以你等於是花一份錢買了多臺變速箱 這種模塊化設計的優點是調整傳動比特別方便 而且因為 Lenco 純機械結構沒有液壓系統沒有閥體 也沒有一堆容易在車間裡弄丟的細小古怪零件 它的維修和重裝其實特別簡單直接 換個方式理解 Lenco 行星變速箱的話 它和自動手動變速箱正好相反 是手動化的自動變速箱 和傳統自動變速箱一樣 它由離合器組和行星齒輪組構成 你扳動操縱桿的時候 實際是在壓緊一個離合器組 然後它會通過花鍵 把太陽輪軸鎖死到行星架上 Lenco行星變速箱之所以耐用 是因為它結合了手動變速箱的機械優勢 還有自動變速箱的大量齒輪接觸點的優點 你想象一下我們現在掛一檔起步 這時候你鬆開離合器 變速箱會受到幾千牛米的扭矩衝擊 手動擋掛一檔的時候 通常只有兩對齒輪齧合 也就是說 所有扭矩都只會通過這兩個接觸點來傳遞 咱們來看一下三速行星變速箱 光是第一組齒輪 就有1、2、3、4、5、6 一共6個接觸點 也就是說 三速變速箱總共有12個接觸點 而5速的Lenco變速箱 一檔就有24個接觸點 那麼多齒輪根本不可能打壞 在傳統的自動變速箱裡面其實也裝了行星齒輪組 就跟Lenco變速箱裡的結構是一樣的 擁有數量不少的接觸點 這些齒輪組的運作是由離合器組來控制的 這一點也跟Lenco的設計是一樣的 不過在自動變速箱裡 這些離合器組的控制靠的是不斷波動的液壓 而且它們在結合的時候必須要產生打滑 才能保證整個換檔過程足夠平順 Lenco的離合器組齧合是瞬間完成的 它們會被純粹的機械力牢牢壓住鎖死 這保證了齧合絕對可靠 離合器組的固定力極強 也就是說只要Lenco調試得當 你幾乎不可能把它的離合器燒壞 哦對它的離合器數量很多 每個模塊有8到9個 摩擦面積非常大所以你別想燒壞它 Lenco變速箱結實的另一個原因是 它裡面的所有齒輪都是直齒齒輪 也就是正齒輪 不對直齒齒輪並不比原廠變速箱裡的斜齒輪更結實 斜齒輪的問題在於 轉動的時候除了自身轉還會產生軸向力 它們是轉起來了 同時它們還會沿軸的方向移動 這就意味着斜齒輪傳動裝置需要 止推軸承，還有非常堅固的殼體 不過如果你給斜齒輪施加的扭矩足夠大 必然會弄壞所有的止推軸承，還有所有的殼體 如果要承受3500馬力 斜齒輪變速箱的重量和體積都會大到根本不實用 這就是賽車變速箱用直齒齒輪的原因 它們噪音很大 就和你家用車的直齒倒檔一樣 但你不需要止推軸承 也不用擔心大馬力發動機會把變速箱殼給撐裂 它這麼耐用的最後一個原因是所用的材料 Lenco 賽車變速箱的傳動軸用的是 Maraging 鋼 齒輪用的是 9130 合金 殼體用的是鎂合金 除非你是頂級場地改裝賽車手 不然根本弄不壞這個變速箱 缺點嘛 Lenco 變速箱尺寸大 噪音大，降檔表現也很差 但這些問題基本都無關緊要 因爲它本來就是爲直線加速賽設計的變速箱 也就是說它的設計核心是在 Dragster 的整個賽程裏 儘可能高效地傳遞最大扭矩和馬力 這一點它做得非常非常好 你們要是好奇我這個小模型是哪來的 我是怎麼設計的，其實不是我設計的 我就是打開我常用的 Onshape 建模軟件 進到它內置的公共資源庫 搜了行星齒輪組，找到了這個模型 稍微改了改之後 用我的 Bambu Lab X1D 3D打印機打出來的