行星齒輪變速機構的結構和工作原理

03-18

·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。

固定件	主動件	從動件	轉速	旋轉方向
齒圈	太陽輪	行星架	減速	與主動件同向
齒圈	行星架	太陽輪	加速	與主動件同向
太陽輪	齒圈	行星架	減速	與主動件同向
太陽輪	行星架	齒圈	加速	與主動件同向
行星架	太陽輪	齒圈	減速	與主動件反向
行星架	齒圈	太陽輪	加速	與主動件反向

·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。