行星齿轮机构的传动原理和结构_图文

2.单排单级行星齿轮机构的组成及变速原理
（1）单排单级行星齿轮机构的组成
单排单级行星齿轮机构由太阳轮、行 星齿轮架及行星轮和齿圈组成。
齿圈制有内齿，其余齿 轮均为外齿，太阳轮位于 机构中心，行星轮一般有 3个或4个，空套（或装滚 针轴承）在行星齿轮轴上 ，行星齿轮轴均布地固定 在行星架上。
行星轮即可绕行星轴自 转，又可绕太阳轮公转。 太阳轮与行星轮是外啮合 ，二者旋转方向相反；行 星轮与齿圈是内啮合，二 者旋转方向相同。行星齿 轮系统的齿轮均采用斜齿 常啮合状态
（3）单排双级行星齿轮机构传动分析和传动比计算
1）单排双级行星齿轮机构传动分析 单排双级行星齿轮机构必须将太阳轮、齿圏和行星架三个元件中的一 个加以固定，或者将某两个元件互连接在一起，输入与输出才能获得一定的 传动比。改变各元件的运动状态，可获得多个传动比。
2）单排双级行星齿轮机构动力传动比计算 ①用运动方程计算传动比
图3-12行星架与齿圈相连，行星排成一体输出图与结构简图
2）传动比计算
①用运动方程计算传动比
该行星齿轮机构运动方程n1+αn2－(1+α)n3=0中，由于将 行星架与齿圈连成一体n1=n2，该运动方程变为n2+αn2－ (1+α)n3=0 得n2/n3=1即传动比i= n2/n3=1 （或n1+αn1－ (1+α)n3=0 得n1/n3=1即传动比i= n1/n3=1）即该单排行星齿 轮机构不论齿圈输入还是行星架输入，太阳轮输出，转向相 同，转速相同。
（2）齿圈输入，太阳轮制动，行星架输出 1）转矩传动分析
如图3-6所示，当齿圈输入顺时针旋转时，使行星齿轮也顺时针旋转（两 齿轮內啮合），因太阳轮制动，使行星轮必绕太阳轮顺时针转动，行星轮 在行星架上自转，它必须带着行星架绕太阳轮旋转，于是行星架便被动顺 时针旋转而输出动力。
图3-6齿圈输入，太阳轮制动，行星架输出传动图与结构简图
无固定和连接元件，有动力输入，无动力输出。
4.单排双级行星齿轮机构的组成及变速原理
齿圈 （1）单排双级行星齿轮机构的组成
结构简图
行星齿轮
齿圈
行星架
太阳轮
行星架
行星齿轮
太阳轮
单排双级行星齿轮机构有三个基本元件，太阳轮、齿圏和行星架。在太 阳轮与齿圏之间有两组行星轮，即一级行星轮齿和二级行星齿轮，其轴 均固定在行星架上。一级行星轮与太阳轮外啮合，与二级行星轮外啮合 。二级行星轮与齿圈内啮合。
首先从S或C或R点向右水平画出输入元件矢 量n1或n3或n2（n1 -太阳轮转速；n3 -行星架转 速；n2-齿圈转速）。右向为顺时针转。 •将输入元件的矢量线端点与制动元件点（矢 量为0）的连线（或延长线）与输出元件水平 线段交点所确。
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自动变速器中采用的齿轮变速器有普通齿轮 式和行星齿轮式两种。
目前，绝大多数轿车自动变速器中的齿轮 变速器为行星齿轮式，只有少数车型采用 普通齿轮式。
（2）行星齿轮机构特点
1）所有齿轮均参与工作，每个齿轮都承受载荷，行星齿轮机 构结构紧凑，承受负荷较大；
（6）太阳轮、行星架、齿圈均不受约束
若所有元件均不受约束，则行星齿轮机构失去传动作用 。有转矩输入，没有转矩输出此种状态相当于空档。
单排单级行星齿轮机构的工作情况
制动元件 输入元 件
1 行星架 太阳轮
输出元 件
齿圈
传动比
i=-α
传动特点
转向相反减速增距
2 齿圈 3 太阳轮 4无
5 太阳轮
太阳轮
齿圈
②用矢量图法计算传动比
如右图所示。在竖直线段RCS上过S点右向水平做 矢量n1（n1为太阳轮转速，n1＞0顺转）；连接R点 （齿圈制动，n2=0）与n1端点连线与过C点n3线相 交；n3为输出元件行星架转速。根据相似三角形原 理，可以计算出传动比i=n1/n3 =1+α＞2即该单排行 星齿轮机构转向相同，减速增矩。
②用矢量图计算传动比方法
如右图所示，在竖直线段上R、C、S上， 太阳轮与齿圈相连主动，过R、C点右向做n1 、n3。n1=n3＞0顺转。n1、n3端点连线延长 线与过S点的n1线相交，n1为太阳轮转速和转 动方向（n1=n2=n3＞0顺转。
根据上图，n1=n2=n3可以计算出传动比i= n2/n3=1（或i= n1/n3=1）即该单排行星齿轮机构不论齿圈输入还是行星架输入 ，太阳轮输出，该单排行星齿轮机构变为一个刚体，转向相同 ，转速相同。
•单排双级行星齿轮机构运动方程为：n1–αn2–（1–α）n3=0 •式中α=齿圈齿数/太阳轮齿数＞1；n1为太阳轮转速；n2为齿圏转速； n3为行星架转速。 •通过解上述三元一次方程，得出传动比。
；a=齿圈齿数Z2 与太阳轮齿数Z1之比，即a = Z2/ Z1 且a＞1（a一般为2点几）。
通过解上述三元一次方程，得出传动比。
②用矢量图法计算传动比
在竖直线段上确定R、C、S三点。S代表太阳轮，位于最下端；R代表齿 圈，位于最上端；C代表行星架，位于S和R之间。CR=1（单位）CS=α 。α＝齿圈齿数/太阳轮齿数，故α＞1（α一般为2点几），如图3-3所示。
图3-15单排双级（拉维奈尔赫式）行星齿轮机构
3-16单排双级（拉维奈尔赫式）行星齿轮机构中的行星架与行星齿轮
（2）单排双级行星齿轮机构的变速原理
单排拉维奈尔赫式行星齿轮机构三个基本元件如果没有固 定元件，或将任意两个元件相连作为动力输入和输出均不能 传递动力。若组成具有一定传动比的传动机构，必须将太阳 轮、齿圏和行星架三个基本元件中的一个加以固定，或者将 某两个基本元件互连接在一起，才能获得一定的传动比。
只要行星架输入，无论哪个固定，输入、输出均为同向
、增速传动。
只要行星架输出，无论哪个固定，输入、输出均为同向
、减速传动。
只要行星架固定，无论哪个输入，输入、输出均为反向
传动。
若将太阳轮、齿圈、行星架三元件中的任意两个相连，
则另一个不连自连，行星排变为一个刚体以相同的转速和
转矩输入、输出，传动比为1。
•用相似三角形法来计算单排单级行星齿轮机 构输入元件与输出元件的传动比。
图3-3确定齿圈、行星架和太阳轮位置
3.单排单级行星齿轮机构的传动规律与传动比计算
（1）、太阳轮输入，齿圈制动，行星架输出
如图3-4所示，当太阳轮输入顺时针旋转时，行星轮
1）转矩传动分析 必在行星架上逆时针旋转(两轮外啮合)，因齿圈制动，
②用矢量图法计算传动比
右图为行星架输入，太阳轮制 动，齿圈输出矢量图。根据相 似三角形原理，可以计算出传 动比i= n3/n2
=α/（1+α）＜1 即该单排 行星齿轮机构转向相同、增速 减矩。
（4）、太阳轮输入，行星架制动，齿圈输出 1）转矩传动分析 图3-10所示，当太阳轮输入顺时针旋转时，使行星轮
逆时针旋转（两齿轮外啮合），因行星架制动，所以 行星轮必在行星架上逆时针自转，行星轮逆时针旋转 必给齿圈轮齿一个作用力，齿圈在行星轮齿作用下逆 时针旋转而输出转矩（两齿轮外啮合）。
图3-10 太阳轮输入，行星架制动，齿圈输出传动图与结构简图
2）传动比计算
①用运动方程计算传动比
该行星齿轮机构运动方程n1+αn2－(1+α)n3=0中，由于 行星架制动n3=0，该运动方程变为n1+αn2=0 得
2）太阳轮、行星齿轮架和齿圈三组件同轴； 3）行星齿轮既有公转又有自转； 4）行星齿轮系统的齿轮均采用斜齿常啮合状态，工作平稳， 寿命长，杜绝手动变速器变速时齿轮移动产生的冲击和磨损； 5）行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一 的外啮合相比，减小了变速器尺寸。 6）可将行星齿轮架视作一个虚拟齿轮，如太阳轮的齿数为Z1 ，齿圈的齿数为Z2 ，则虚拟行星齿轮架齿数ZC= Z1+ Z2
行星轮必绕太阳轮顺时针公转并驱动行星架顺时针旋 转而输出转矩。
图3-4太阳轮输入，齿圈制动，行星架输出传动图与结构简图
2）传动比计算 ①用运动方程计算传动比
该行星齿轮机构运动方程n1+αn2－(1+α)n3=0中，由于齿圈制动n2=0 ，该运动方程变为n1-(1+α)·n3=0得 n1/n3= 1+α即传i=n1/n3 =1+α＞2 即该单排行星齿轮机构转向相同，减速增矩。
锁止是指把某个行星排的三个基本元件中的两个连接在 一起，从而将该行星排锁止。
换挡执行元件按一定的规律对行星齿轮机构的某些基本 元件进行连接、固定或锁止，让行星齿轮机构获得不同的传动 比，从而实现挡位的变换。
2）单排单级行星齿轮机构传动比计算
①用运动方程计算传动比
单排单级行星齿轮机构运动方程：n1+an2(1+a)·n3=0 式中：n1 -太阳轮转速；n2-齿圈转速；n3 -行星架转速
（5）行星排成一整体输出
若三元件中的任两元件被连接在一起，则第三元件必然 与这两者以相同的转速、相同的方向转动。
1）转矩传动分析
若把行星架与齿圈相连，则行星架与齿圈便不可能有相对运动，而行星轮 与齿圈相啮合，于是行星轮便不会相对行星架运动。又因太阳轮齿与行星 轮齿相啮合，所以太阳轮也不连自连，使整个行星排连成一体。同理，太 阳轮与行星架相连，或太阳轮与齿圈连成一体，行星排均成一体输出。如 图3-12所示。
行星齿轮机构 1-齿圈; 2-行星齿轮; 3-行星架;
4-太阳轮
连接是指将行星齿轮变速器的输入轴与行星排中的某个基 本元件连接，以传递动力，或将前一个行星排的某一个基本元 件与后一个行星排的某一个基本元件连接，以约束这两个基本 元件的运动；
固定是指将行星排的某一基本元件与自动变速器的壳体 连接，使之被固定住而不能旋转；
图3-8行星架输入，太阳轮制动，齿圈输出传动图与结构简图