行星齿轮机构变速原理

汽车技术系教案
2014 /2015 学年第2学期
课程名称：汽车构造（二）授课教师：陈检龙
班级：2014级汽修春招班第24讲
题目：第24讲行星齿轮变速机构的结构原理
（第九章传动系构造第四节自动变速器六、齿轮变速器）第 12 周星期二
第一节
本讲教学目标：
1、知识目标：
①了解行星齿轮变速机构的结构组成及种类；
②掌握一个单行星排的八种功能状态分析。

2、能力目标：
①通过掌握简单的行星齿轮机构的工作原理，为下面学习各种自动变速器的工作原理准备；
②锻炼学生们分析问题、思考问题的能力。

3、情感目标：
为学生树立自信心，激发出学生的学习动力。

本讲主要内容：一、齿轮传动知识的回顾
二、行星齿轮机构中的一个单行星排的变速变向原理
教学重点：行星齿轮机构变速原理
教学难点：行星齿轮机构变速原理
计划课时：2h
教学方法及手段：导入、重点介绍、简介、对比介绍、归纳小结、多媒体
作业或课外阅读资料：
1．一个最简单的行星齿轮机构包含哪些功能元件？它们的运动轴线有什么关系？
2．行星排有哪些种类？
3．一个单行星排有几种功能状态？
4.在单行星排中，当行星架参与旋转运动时，其等效于什么样的齿轮？固定时呢？
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本讲教学内容：
由普通机械变速器的变速机构导入本讲内容：重点介绍：·要求掌握行星齿轮变速机构的组成结构及变速原理。

课题导入
一、（提问）自动变速器的组成有几部分？是哪些？
答：包括四部分：液力变矩器、油泵、齿轮变速机构、控
制系统。

二、（提问）液力变矩器能否取代齿轮变速机构？为何？
答：不能，因为其传动比较小，不能适应汽车各种运行条
件的需要；且传动效率也不高，经济效率不好。

（因此，一般在自动变速器中，齿轮变速机构仍然是其变
速的核心组成部分。

）
三、（设问）齿轮变速机构有哪些种类？
普通齿轮变速机构，行星齿轮变速机构。

四、本课要解决的问题：
1、齿轮传动的基本知识回顾；
2、行星齿轮变速机构之——一个单行星排的变速原理。

一、齿轮传动的基本知识回顾
（一）齿轮传动种类：
包括平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动和交错轴齿轮
传动三种。

（二）典型齿轮传动回顾
1、圆柱齿轮外啮合传动回顾
两轮转向相反，小带大减速，大带小升速。

1
2
2
1
12Z
Z
n
n
i
其中：1、2分别表示输入与输出汽车手动变速器就是以不同的直、斜齿圆柱齿轮成对（组）外啮合，并通过移动换挡齿轮或换挡接合套来实现变
速和变向的。

2、圆柱齿轮内啮合传动回顾
两轮转向相同，小带大减速，大带小升速。

1
2
2
1
12
Z
Z
n
n
i
其中：1、2分别表示输入与输出汽车自动变速器所用行星齿轮机构，既包含外啮合（太
重点介绍：·要求掌握行星齿轮变速机构的变速原理·利用实物和动画演示的方式重点讲解一个单行星排的变速原理阳轮与行星轮），也包含内啮合（齿圈与行星轮）
二、行星齿轮机构的变速原理
（一）行星齿轮机构的结构
1、一个最简单的行星齿轮机构的结构组成
一个最简单的行星齿轮机构也叫一个行星排。

由包括一
个太阳轮（位于中心）、一个内齿圈（位于最外）、一个行星加架、一组3-4 个行星轮（支承于固定在行星架的行星齿轮
轴上，并同时与太阳轮及内齿圈相啮合）所组成。

我们把一个最简单的行星齿轮传动机构，称为一个“行
星齿轮排”，简称“行星排”。

★小知识：在这里，“排”有点像“竹排”中的“排”，表示“自成体系”的特定结构。

2、一个行星排的结构特点：
（1）一个行星排的三个基本功能元件是：太阳齿轮、齿圈、行星齿轮及行星齿轮架。

它们是必不可少的元件。

（2）行星轮虽然只是在空转，但也是传动及运动平衡元件，最少得有
一组3个，才能保证机构的平稳运行。

（3）基本功能元件（太阳轮、齿圈及行星架）的回转轴
线重合；般均匀布置在太阳齿轮周围；
（4）太阳齿轮位于中心位置；几个行星齿轮借助于滚针
轴承和行星齿轮轴安装在行星齿轮架上，这些行星齿轮同时
与太阳齿轮和内齿圈相啮合，并一
（5）当行星齿轮机构运转时，行星轮既可以绕着自己的
轴线来自转，又可以随行星架一起绕太阳轮公转。

3、行星排的种类
行星排种类较多，常用的有：单行星排、双行星排和复
合行星排。

只有一组行星轮在同一公转轨道上运行的行星排叫单行
星排。

有两组行星轮在不同公转轨道上运行的行星排叫双行星排。

由一个单行星排和一个双行星排共齿圈、长行星轮和行
星架的行星排叫复合行星排。

4、行星排的功能特点
一个行星排可以通过固定不同的元件，或改变联结关系，可得出不同的转速和转向。

这就是它的变速变向原理所在。

一个单行星排或双行星排均能获得八种功能状态。

（二）一个单行星排的变速变向原理
在一个单行星排中，当行星架参与旋转运动时，其等效
为一个虚拟的内齿圈，齿数（Z3）等于太阳轮齿数（Z1）和内齿圈齿数（Z2）之和。

当行星架固定不动时，其只等效为
一个惰轮（惰轮只能是外齿轮）
(1) 三元件无固定，且任一元件为主动，其余的任意元件被动，可得空挡。

(2) 三元件无固定，且任意两元件接合为一体输入或输出，
另一元件输出或输入，可得直接挡。

(3) 内齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动，可得低速一挡。

(4) 内齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动，可得超速二挡。

(5) 太阳轮固定，行星架主动，内齿圈被动，可得超速一挡。

(6) 太阳轮固定，内齿圈主动，行星架被动，可得低速二挡。

(7) 行星架固定，内齿圈主动，太阳轮被动，得反向加速，不
采用。

(8) 行星架固定，太阳轮主动，内齿圈被动，可得低速反向，用作倒挡。

★一个单行星排的8种转速及转向归纳
★一个单行星排的8种转速及转向归纳表要点：
1、无固定又无联结时，空挡
有挡的，从固定件看变向特点：
2、行星架固定时，反向。

3、无固定但任联两件、或固定太阳轮、或固定内齿圈时，同向。

有挡的，再从输入、出端看变速特点：
4、（从输入看）行星架（最大）输入时，加速；太阳轮（最小）输入时，减速。

5、（从输出看）行星架（最大）输出时，减速；太阳轮（最小）输出时，加速。

（三）一个单行星排的8种状态的传动比计算
a
b b a ab Z Z n n i 上式中的字母a 、b 分别代表输入、输出；同向则取正号，反向则取负号。

课后作业及答案
1、一个最简单的行星齿轮机构包含哪些功能元件？它们的
运动轴线有什么关系？
答：包括太阳轮、内齿圈和行星加架，它们的运动轴线重合。

2、行星排有哪些种类？
答：常见的有单行星排、双行星排和复合行星排。

3、一个单行星排有几种功能状态？
答：确定的状态有八种。

当然还有些不确定的状态。

4、在单行星排中，当行星架参与旋转运动时，其等效于
什么样的齿轮？固定时呢？
答：在一个单行星排中，当行星架参与旋转运动时，其等
效为一个虚拟的内齿圈，齿数（Z3）等于太阳轮齿数（Z1）和内齿圈齿数（Z2）之和。

当行星架固定时，由于行星轮只是空转，只起到了一个惰轮的作用，故行星架也只等效于一个惰轮。