行星齒輪變速機構的結構和工作原理
·液力變矩器雖能傳遞和增大發動機 轉矩,但變矩比不大,變速范圍不寬,遠不能滿足汽車使用工況的需要。為進一步增大扭矩,擴大其變速范圍,提高汽車的適應能力,在液力變矩器后面又裝一個輔助變速器――有級式齒輪變速器。該齒輪變速器多數是用行星齒輪變速的。
·行星齒輪變速器是由行星齒輪機構 及離合器、制動器和單向離合器等執行元件組成。行星齒輪機構 通常由多個行星排組成.行星排的多少與檔數的多少有關,其基本結構和工作原理,可用最簡單的單排行星齒輪機構 說明。
1、單排行星齒輪機構 的結構組成
(1)單排行星齒輪機構 的三個基本元件是:太陽齒輪、齒圈、行星齒輪及行星齒輪架。
(2)太陽齒輪位于中心位置;幾個行星齒輪借助于滾針軸承和行星齒輪軸安裝在行星齒輪架上,這些行星齒輪與太陽齒輪相嚙合,并一般均勻布置在太陽齒輪周圍;外面是同行星齒輪相嚙合的齒圈。
(3)單排行星齒輪機構 通過固定不同的元件或改變聯鎖關系,可得出不同的傳動狀態。
2、行星齒輪工作原理
(1)行星齒輪機構 運動規律
·設太陽輪、齒圈和行星架的轉速分別為n1、n2和n3,齒數分別為Z1、Z2、Z3;齒圈與太陽輪的齒數比為α。則根據能量守恒定律,由作用在該機構 各元件上的力矩和結構參數可導出表示單排行星齒輪機構 一般運動規律的特性方程式:
·n1+αn2-(1+α)n3=0 和 Z1+Z2=Z3
(2)行星齒輪機構 各種運動情況分析
·由上式可看出,由于單排行星齒輪機構 具有兩個自由度,在太陽輪、齒圈和行星架這三個基本構件中,任選兩個分別作為主動件和從動件,而使另一元件固定不動(即使該元件轉速為0),或使其運動受一定的約束(即該元件的轉速為某定值),則機構 只有一個自由度,整個輪系以一定的傳動比傳遞動力。下面分別討論各種情況。
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固定件 |
主動件 |
從動件 |
轉速 |
旋轉方向 |
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齒圈 |
太陽輪 |
行星架 |
減速 |
與主動件同向 |
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行星架 |
太陽輪 |
加速 |
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太陽輪 |
齒圈 |
行星架 |
減速 |
與主動件同向 |
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行星架 |
齒圈 |
加速 |
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行星架 |
太陽輪 |
齒圈 |
減速 |
與主動件反向 |
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齒圈 |
太陽輪 |
加速 |
·在 n3= n1 或n2= n3 時,同時可得 n1= n2= n3。故,若使三元件中的任何兩個元件連成一體旋轉,則第三元件轉速必與二者轉速相等,即行星排按直接擋傳動,傳動比i=1
·即所有元件都不受約束,可以自由轉動,則行星齒輪機構 失去傳動作用,此種狀態相當于空擋。
3、行星齒輪機構 在自動變速器上的應用
·在現代汽車行星齒輪變速器中,廣泛地采用了辛普森式(Simpson)雙排行星齒輪機構 和臘文腦(Ravigneaux或譯為"拉維奈爾赫")式復合行星齒輪機構 。臘文腦式復合行星齒輪系統的結構特點為:兩排行星齒輪機構 共用一個齒圈和一個行星齒輪架。行星齒輪架上的兩套行星齒輪互相嚙合。其中,短行星齒輪與小太陽齒輪相嚙合,長行星齒輪與大太陽齒輪相嚙合。辛普森式行星齒輪系統由共用一個太陽齒輪的前、后兩排行星齒輪機構 組成。
下圖為豐田A340E自動變速器的行星齒輪機構
·有三個行星排,可組合出四個檔位
·不同行星排有的元件是公用的
·固定元件的動作由制動器和單向離合器完成
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