行星齿轮结构和工作原理

行星齿轮机构和工作原理

教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）

§3-3 行星齿轮机构和工作原理

Ⅰ授课思路：在初步了解行星齿轮机构的组成的基础上，通过单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程结合力和反作用力的作用原理使学生掌握单排行星齿轮的工作原理。拓展学生的能力，使学生概括出单排行星齿轮的基本特征。Ⅱ过程设计：

1．提问问题，复习上次课内容（约3min）

⑴导轮单向离合器有哪几种？（楔块式、滚柱式）

⑵锁止离合器的作用？（提高传动效率，使液力变矩器有液力传动变为机械

传动）

2．导入新课（约1min）

自动变速器是怎样实现自动换挡的呢？这就是我们这节课讲的主要内容3．新课内容：具体内容见“授课内容”（约73min）

4．本次课内容小结（约2min）

5．布置作业（约1min）

Ⅲ讲解要点：单排行星齿轮的工作原理和单排行星齿轮的基本特征这一主线进行讲解。

Ⅳ授课内容：

一、简单的行星齿轮机构的特点

行星齿轮机构的组成：

简单（单排）的行星齿轮机构是变速机构

的基础，通常自动变速器的变速机构都由两排

或三排以上行星齿轮机构组成。简单行星齿轮

机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性（如图l所示）。

如图2表示了简单行星齿轮机构，位于行星齿轮机构中心的是太阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了可以绕行星架支承轴旋转外，在有些工况下，还会在行星架的带动下，围绕太阳轮的中心轴线旋转，这就像地球的自转和绕着太阳的公转一样，当出现这种

情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动

方式。在整个行星齿轮机构中，如行星轮

的自转存在，而行星架则固定不动，这种

方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。

齿圈是内齿轮，它和行星轮常啮合，是内

齿和外齿轮啮合，两者间旋转方向相同。

行星齿轮的个数取决于变速器的设计负

荷，通常有三个或四个，个数愈多承担负

荷愈大。

简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构，三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就确定了。

二、单排行星齿轮机构的工作原理

根据能量守恒定律，三个元件上输入和输出的功率的代数和应等于零，从而得到单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程。

特性方程：n1+an2-(1+a)n3=0

n1——太阳轮转速，n2——齿圈转速，n3——行星架转速，a——齿圈与太阳轮齿数比。

由特性方程可以看出，由于单排行星齿轮机构具有两个自由度，在太阳轮、环形

内齿圈和行星架三个机构中，任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一个元

件固定不动，或使其运动受一定的约束（即该元件的转速为某定值），则机构只有一个自由度，整个轮系以一定的传动比传递动力。下面分别讨论三种情况。

1、齿圈固定，太阳轮为主动件且顺时针转动，而行星架则为被动件。太阳轮顺时针转动时，太阳轮轮齿必给行星轮齿A一个推力F

1

，则行星轮应为逆时针

转动，但由于齿圈固定，所以齿圈轮齿必给行星轮齿B一个反作用力F

2

,行星轮

在F

1和 F

2

合力作用下必绕太阳轮顺时针旋转，结果行星轮不仅存在逆时针自

转，并且在行星架的带动下，绕太阳轮中心轴线顺时针公转。在这种状态下，就出现了行星齿轮机构作用的传动方式，而且被动件行星架的旋转方向与主动件同方向。在这里，太阳轮是主动件而且是小齿轮，被动件行星架没有具体齿数的传动关系，因此定义行星架的当量齿数等于太阳轮和齿圈齿数之和。这样，太阳轮带动行星架转动仍属于小齿轮带动最大的齿轮，是一种减速运动且有最大的传动比。因为此时n2=0，故传动比

i13=n1∕n3=1+a。（如图3）

【用挂图进行讲解，通过力的作用与

反作用原理，让学生说出行星齿轮机构个组成部分的旋转方向，然后通过单排行星齿轮模型进行验证，并求出传动比。】

2、太阳轮固定，行星架为主动件且顺时针转动，齿圈为被动件。当行星架顺时转动时，势必造成行星轮的顺时针转动，但因太阳轮制动，太阳轮齿给行星轮齿

B齿一个反作用力F

1,行星轮在F

1

的作用下顺时针旋转，其轮齿给齿圈轮齿A一个F

2

的推力，齿圈在F

2

的作用下顺时针旋转。在这里，主动件行星架的旋转方向和被

动件齿圈相同。由于行星架是一个当量齿数最大齿轮，因此被动的齿圈以增速的

方式输出，两者间传动比小于1。因为此时n

1

=0，故传动比i23=n3∕n2=a/(1+a)。（如图4）

【用挂图进行讲解，通过力的作用与反作用原理，让学生说出行星齿轮机构个组成部分的旋转方向，然后通过单排行星齿轮模型进行验证，并求出传动比。】3、行星架固定，太阳轮为主动件且顺时针转动，而齿圈则作为被动件。由于行星架被固定，则机构就属于定轴传动，太阳轮顺时针转动，给行星轮齿A一个作

用力F

1，行星轮则逆时针转动，给齿圈轮齿B一个作用力F

2

，齿圈也逆时针旋转，

结果齿圈的旋转方向和太阳轮相反。在定轴传动中，行星轮起了过渡轮的作用，改变了被动件齿圈的旋向。因为此时n3=0，故传动比i12=n1∕n2=-a。（如图5）