第五章第三节 行星式动力换档变速器

nc＋K4ne－（k4＋1）n2＝0………③
（1）接合L2 I=nb/n2=1 （2）制动Z2 nd=0 代入①②式 nb=nc 代入②式
I=（K3+1）（K2+1）/K3+K2+1 （3）制动Z3 I=K3+1 （4）制动Z4 ne=0 代入②③式 nc=0 代入②式
I=1－K3K4<0
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但太多会产生干涉，不能装入。齿顶间隙一般1～2个模数以
上的大小。当行星轮为3且均布时，不会产生干涉；当大于3 个时，应按公式或用作图法检查相邻条件。
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二、行星排的力矩关系式
对行星排进行受力分析：不计摩擦，各元件等速旋转，没有惯 性力矩，行星轮由一个代替。对行星轮进行受力分析：
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k 1 i k k i k 1
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3、行星架固定（nj=0）
nnt k A：t输入，q输出 i t i n k nq q nnq 1 1 i B：q输入，t输出 i q k nnt k t
可作倒档位
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• Z1＋L2
• Z1＋Z2
=1.4
I5= K1/ K1 +1=0.72
I6= K1 （ K3 +1）（ K2 +1）/（ K3 + K2 +1）（K1+1） I7=（ K3 +1） K1 / K1 +1=2.74 I8=（1－ K3 K4 ） K1 / K1 +1=﹣3.13（倒档）
• Z1＋Z3 • Z1＋Z4
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（5）各档速比
运动方程：
nt2＋K2nq2－（k2＋1）nj2＝0（第二排）
na＋Knc－（k1＋1）nb＝0 ‥‥‥①
t1 t2 j1 q1 j2 q2
a b
nt1＋K1nq1－（k1＋1）nj1＝0（第一排）
c
na＋Knd－（k2＋1）nc＝0 ‥‥‥②
串联
后变速 机构
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2、自由度 Y=旋转构件数－行星排数
前：Y=3－1=2
后：Y=5－3=2 整：Y=7－4=3
3、档位数
前：S=2 （Y=2、操纵数为Z1、L1） 后：S=4 （Y=2、操纵件数为4）
整：S=8（2×4=8）
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前变速 机构
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串联
后变速 机构
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4、各档速比
n=(Zt+Zq)/q 即太阳轮和齿圈的齿数之和除以行星轮个
数，应为正整数。这是行星排应满足的装配条件。
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（2）、行星轮对称于旋转轴线分布 有些行星排，行星轮均布不能装入的，可以分成几对成对称 装入，装配条件满足： θj =2πn/ Zt+Zq 如CL7的第一和第二排，可分两对成180°装入。 3、 相邻条件 理论上，行星轮的个数增多，可以减小每个轮齿上的受力，
k
Zq Zt
6
四、行星排的运动分析
把行星排的运动看成两部分运动的合成 １、牵连运动：整个行星排以行星架nj转速作整体 转动 ２、相对运动：各齿轮相对行星架作啮合转动 由相对运动得： nt n j zq k nq n j zt
（单）
（双）
nt knq ( k 1) n j 0 nt knq ( k 1) n j 0
• 操纵控制系统（液压系统）
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换档离合器 连接作用（驱动元件） 止推轴承
弹簧座 回位弹簧 离合器鼓
钢片（外花键）
卡环
摩擦片（内 花键） 离合器毂
卡环
离合器活塞
密封圈
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换档离合器工作原理
分离时，压力油液压作用下使所有主从动
B C A
Pq Pt
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二、变速箱
１、传动简图
结构：由两个行星 排组成，相互间 有元件相联系； K1=K2（两个行 星排完全一样）
控制件：两个制动 器，一个离合器；
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运动分析
（1）旋转构件 t1 4个
制动器
a b
离合器
t2 j1
（2）控制件
3个 （3）自由度 Y=旋转构件数 －行星排数=4 －2=2
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2、装配条件 （1）、行星轮均匀分布 行星轮的数目一般为3-6个，最常用3-4个，为使行星排
各元件所受径向力平Biblioteka Baidu，均匀分布。
如果行星轮数为q个，则行星轮间夹角为θj=2π/q；若 齿圈不动，太阳轮则必须转过整数个轮齿，即 θt=n ×2π/Zt； 把θq=0、θj=2π/q、θt=n2π/Zt代入转速关系式中得：
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d
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na＋Knc－（k1＋1）nb＝0 ‥‥‥① na＋Knd－（k2＋1）nc＝0 ‥‥‥②
ⅰ：制动5 nb＝0； I= na/ nc=－K ⅱ：制动6 nd=0； I= na/ nc=K+1 ⅲ：接合7 na=nc； I= na/ nc=1（直接档） 因此，该变速箱总共3个档，一前一退一直
片压紧，离合器结合，该元件成为输入元件。
压力撤除后，离合器分离，动力传递被切
断。
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换档制动器/片式制动器
摩擦片（内 花键）
制动器毂
钢片（外花键）
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变速器壳（制动器鼓）
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单向离合器
功用：依靠其单向锁止原理来发挥固定或 连接作用的，其连接和固定也只能是单方 向的。 结构： 外环
***另一方法：为解决变矩器反向传力差，使用 在泵轮和涡轮间设超越离合器或闭锁离合器。 而转向油泵和变速箱操纵油泵各一个，与行走 机构相连，只要车轮转动，就能完成转向和挂 档工作。
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§5-3-3
CL7型铲运机的行星动力换档变速箱
一、结构组成
4个行星排、4个制动
器、2个离合器；
相邻行星排间都有 联系。如：第一排 的齿圈与第二排的 太阳轮连成一旋转 构件，第 二…………
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二、运动分析
１、旋转构件
前 1：j1 a：t1
b：q1
后 b：t2、t3 c： j2、q3、t4
d：q2
e：q4 2：j3、j4 前变速 机构
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对单星行星排取负，双星行星排取正 此式为行星排三元件的转速关系式，有二个自由度
§5-3-1 行星排
五、单星行星排三元件的传动方案 三元件中给一个元件以约束，整个轮系就有了确 定的运动关系
１、齿圈固定（nq=0） A：t输入，j输出 i k 1 B：j输入，t输出 i 1
k 1
２、太阳轮固定（nt=0） A：q输入，j输出 B：j输入，q输出
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行星齿轮机构（行星排）变速方案表
方案 1 主动件 太阳轮 被动件 行星架 固定件 齿圈 传动比 1+ k 备注 减速 增扭
2
3 4 5 6 7 8
齿圈
太阳轮 行星架 行星架 齿圈
行星架
齿圈 齿圈 太阳轮 太阳轮 任意两个连成一体
太阳轮
行星架 太阳轮 齿圈 行星架
（1+ k ）/ k
前：
na＋K1nb－（k1＋1）n1＝0 （1）、接合L1 na=n1
i=n1/nb=1 （2）、制动Z1 na=0
i=n1/nb=K1/K1+1
前变速 机构
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串联
后变速 机构
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§5-3-3 CL7型铲运机的行星动力换档变速箱
后：
nb＋K2nd－（k2＋1）nc＝0………① nb＋K3nc－（k3＋1）n2＝0………②
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§5-3-1 行星排
二、行星排类型 及传动简图
1、单行星行星排 (q与t转向相反) q x t t j
q
x
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4
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2、 双星行星排(q与t转向相同)
x2
x1 q
t
三、行星排的特性参数K
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三、“三合一”机构
１、 结构 如图：从啮合 套X—E— F—G—H 这一套传动 机构，称为 ZL50的三 合一机构
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§5-3-2 ZL50装载机的行星动力换档变速箱
2、 功能 （1）、拖起动
（2）、拖转向
（3）、拖行时制动（下坡制动）
－k k/ （1+ k ） 1 / （1+ k ） －1/ k 1 三元件自由转
增速 减扭
直接档 空档
无任意元件制动又无任二元件连成一体
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六、行星式变速箱组成
• 行星排（一排、二排、多排） • 行星排控制元件（换档执行元件）
离合器、制动器和单向离合器 基本作用：连接、固定和锁止。增加约束，减少自 由度，完成确定的运动关系。
（4）、采用动力换档变速箱的工程机械，变速箱换
档离合器、制动器的操纵油泵不能工作时，则变速箱 处于空档位置，无法挂档。不能进行拖行和拖起动。
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*** “三合一机构”的实用性不强，现在装载机 不设这套机构。因为工程机械本身很重，铲斗 又支在地上，用在拖启动好，但拖转向和制动 均不好，应尽量装运而不拖运。
楔块式单向离合器 内环
楔块
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§5-3-2 ZL50装载机的行星动力换档变速箱
一、变矩器
采用双涡轮液力机械变矩器，如图传动简图
增速齿轮对
减速齿轮对
工作原理
１、高速轻载工况 22的被动齿轮A的转速高于21的B的转速，自由轮脱开， 21空转， 22单独传递动力 ２、低速重载工况 当外载增加，A和22的转速一同下降，当降到na<nb时， 自由轮接合， 21和22同时传递动力，K增大，适应 了工况的要求。 此变矩器的作用：相当于一个随外载变化而自动换档 的二档变速器，从而可减少变速箱的档位数，使变 速箱的结构简化且紧凑。
前变速 机构
行星动力换档变速器
串联
后变速 机构
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前
后
整个变速箱
操纵件
I1=1
L1＋L2
I=1 I2=（K3+1）（K2+1）/ K3 + K2 +1=1.94
i=1 I3= K3 +1=3.81 I=（K3+1）（K2+1）/K3+K2+1 I4=1－ K3 K4=﹣4.35（倒档） I5= K1/ K1 +1=0.72 I=K3+1 I6= K1 （ K3 +1）（ K2 +1）/（ K3 + K2 +1） （K1+1）=1.4 I7=（ K3 +1） K1 / K1 +1=2.74 I=1－K3K4<0 I8=（1－ K3 K4 ） K1 / K1 +1=﹣3.13（倒档） L1＋Z2
L1＋Z3
L1＋Z4 Z1＋L2 Z1＋Z2
i=K1/K1+1
Z1＋Z3 Z1＋Z4
整个变速器
•
L1＋L2
I1=1 I2=（K3+1）（K2+1）/ K3 + K2 +1=1.94 I3= K3 +1=3.81 I4=1－ K3 K4=﹣4.35（倒档）
• L1＋Z2 • L1＋Z3 • L1＋Z4
q1
j2
c
（4）档位数
S=3
q2 d
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行星动力换档变速器
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2、运动分析
（1）旋转构件 a：t1、t2；b：j1；c：q1、j2；d：q2 （2）控制件 5、6、7 （3）自由度 Y=旋转构件数－行星排数=4－2=2 （4）档位数 S=3（该变速箱的主动件只有一个，因此只有当自由度为1 时，才有确定的运动关系。当操纵一个控制件时，自由度变 为1，得到一个档位。共有3个控制件，因此档位数为3）
第三节 行 星 齿 轮 传 动 机 构
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行星式动力换档变速箱
齿圈
行星架
行星齿轮
太阳轮
行星动力换档变速器 1
§5-3-1 行星排
一、行星排的组成
行星排
太阳轮（t）
行星架（j）
齿圈（q）
行星轮(x)
基本三元件
2013-7-9 行星动力换档变速器 2
§5-3-1 行星排
行星排各元件装配图
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行星动力换档变速器
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§5-3-4 行星排的基本计算
一、行星排的配齿
行星排的正确啮合和传动，应满足三个配齿基本条件 １、 同心条件 外啮合副（t和x）的中心距At-x和内啮合副Ax-q应相等，即 At-x=Ax-q
对标准齿啮合或等移距啮合有：
m（Zt+Zx）/2=m（Zq－ Zx ）/2即 Zq－ Zt =2Zx 2Zx为偶数，则Zq、 Zt必同为奇数或偶数；如果齿轮齿数不 能满足这一条件，则应作不等移距修正来满足这一条件。