行星齿轮变速机构分析
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行星齿轮变速机构
自动变速器增加齿轮变速的原因
• 液力变矩器虽然能在一定范围内自动地、无级 地改变变矩比，但由于液力变矩器存在着变矩 能力与效率之间的矛盾，其转矩比在1~3范围 内，难以满足汽车的使用要求，所以在汽车上 广泛采用的是液力变矩器与齿轮式变速器组成 的液力机械变速器。
• 发动机动力经液力变矩器传至机械变速器，经 机械变速器输出至传动轴，液力变矩器在自动 变速器中的主要作用是使汽车起步平稳，并在 换档时减缓传动系的冲击载荷，汽车在行驶过 程中主要是靠齿轮变速器部分实现变速的，可 使转矩再最大2~4倍。
• 由一个太阳轮、一个齿圈、一 个行星架和几个行星齿轮组成。
• 太阳轮、齿圈及行星架有共同 的固定轴线，行星齿轮支承在 固定于行星架的行星齿轮轴上， 并同时与太阳轮和齿圈啮合。
• 当行星齿轮机构运转时，空套 在行星架上的几个行星齿轮， 一方面可以绕自己的轴线旋转， 另一方面又可以随行星架一起 绕着太阳轮旋转，就象天上的 行星运动一样，兼有自转和公 转两种运动状态，行星齿轮因 此而得名。
• 行星齿轮机构在运转时，由于行星齿轮存在着 自转和公转两种运动状态，因此其传动比的计 算方法和普通的定轴轮系齿轮传动的计算方法 不同。
单排单级行星齿轮机构各部分名称
• r1：太阳轮节圆半径； • r2 ：齿圈节圆半径； • r3 ：行星齿轮与太阳轮中
心距（行星架回转半径）； • Z1 ：太阳轮齿数； • Z2 ：齿圈的齿数； • F1 ：齿圈给行星齿轮的力； • F2 ：太阳轮给行星齿轮的
齿轮变速器的组成
• 齿轮变速机构：改变传动比和传动方向， 即构成不同的档位。
• 换档执行元件：实现档位的变化。
➢主要包括：
• 离合器 • 制动器 • 单向离合器
齿轮变速机构的ห้องสมุดไป่ตู้型
• 行星齿轮式变速机构
➢辛普森式 ➢拉维奈尔赫式 ➢串联式（辛普森改进型）
• 固定轴线式齿轮变速机构（平行轴式）
行星齿轮机构的基本组成
i=n1/n3=1+ α＝1+Z1/Z2 • 同向减速传动。
齿圈制动、行星架输入、太阳轮输出
• 行星架顺时针转动； • 齿圈固定则行星齿轮顺时针
方向沿齿圈转动；
• 行星齿轮在各自行星齿轮轴 上逆时针旋转；
• 太阳轮顺时针转动； • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n2=0 • 传动比i为：
力； • F3 ：行星架给行星齿轮的
力。
单排单级行星齿轮机构受力分析
• 作用在太阳轮 受到力矩：M1 ＝F1r1；
• 作用于齿圈上 的力矩： M2=F2r2；
• 作用于行星架 上的力矩： M3=F3r3。
F3
r3
F2 F1
r1 r2
单排单级行星齿轮机构运动特性
F1=F2 F3=F1+F2=2F2
• 反向增速传动。
直接档传动
• 任意两个元件连接在一起；
• n1＝n2； • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n1＝n2 ＝n3 • 所以在太阳轮、行星架和
齿圈三者中，有任意两个 元件连锁成一个整体，各 个齿轮间均无相对运动， 整个行星齿轮机构成为一 个整体而旋转，此时为直 接档传递动力。
i=n2/n3=（1+ α） / α ＝ 1+ Z1/Z2
• 同向减速传动。
太阳轮制动、行星架输入、齿圈输出
• 行星架顺时针旋转； • 太阳轮固定； • 行星齿轮沿太阳轮顺时
针公转；同时行星齿轮 绕自身轴线顺时针旋转；
• 齿圈顺时针旋转。 • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n1=0 • 传动比i：
i=n（3/nZ21=+α/Z（2）1+ α） ＝ Z2 /
• 同向增速传动。
行星架制动、太阳轮输入、齿圈输出
• 行星架制动； • 太阳轮顺时针旋转； • 行星齿轮只有自转，没
有公转，行星齿轮逆时 针自转； • 齿圈逆时针旋转。 • 特性方程： n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n3=0 • 传动比i：
M1=F1r1
M1=αF1r1 M1=﹣(1+α)F1r1
根据能量守恒定律，三个元件上的输入和输出功率之代数和应等于零得出
M1ω1+M2ω2+M3ω3=0 ω1+αω2﹣(1+α)ω3=0 n1+αn2﹣(1+α)n3=0
单排单级行星齿轮机构的运动
• 太阳轮、齿圈和行星架三者具有同一旋 转轴线。将此三者中的任一构件与主动 轴相连，第二构件与从动轴相连，加上 第三个条件，第三构件被强制固定或使 其受到一定的约束，即该构件个转速为 某一定值，则整个系统就以一定的传动 比传递动力，实现不同档位速度的变化。
i=n1/n2=－α＝ － Z2 / Z1
• 反向减速传动。
行星架制动、齿圈输入、太阳轮输出
• 行星架制动； • 齿圈顺时针旋转； • 行星齿轮只有自转，没
有公转，行星齿轮顺时 针自转；
• 太阳轮逆时针旋转。 • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n3=0 • 传动比i：
i=n2/n1=－1/α＝ － Z1 / Z2
• 按连接情况的不同可以有八种组合。
齿圈制动、太阳轮输入、行星架输出
• 太阳轮顺时针旋转； • 引起行星齿轮分别绕各自的
行星齿轮轴线做逆时针旋转；
• 使齿圈有逆时针转动的趋势， 但其已被制动；
• 行星齿轮沿齿圈按顺时针方 向绕太阳轮公转，行星架顺 时针旋转。
• 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n2=0 • 传动比i为：
i=n＋3/Zn12=）1/（1+ α）＝ Z1/（Z1 • 同向超速传动。
太阳轮制动、齿圈输入、行星架输出
• 齿圈顺时针旋转； • 行星齿轮绕各自的轴线顺
时针旋转； • 行星齿轮沿太阳轮顺时针
公转； • 行星架顺时针旋转。 • 特性方程式：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n1=0 • 传动比i：
行星齿轮机构的类型
• 单排单级行星齿轮机构 • 单排双级行星齿轮机构
• 单排行星齿轮机构有两个自由度，因此没有固 定的传动比，不能直接用于变速传动。
• 为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将 太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一 个加以固定，或使其运动受到一定的约束，也 可将某两个基本元件互相连接在一起，使行星 齿轮机构变为只有一个自由度的机构，从而获 得确定的传动比。
自动变速器增加齿轮变速的原因
• 液力变矩器虽然能在一定范围内自动地、无级 地改变变矩比，但由于液力变矩器存在着变矩 能力与效率之间的矛盾，其转矩比在1~3范围 内，难以满足汽车的使用要求，所以在汽车上 广泛采用的是液力变矩器与齿轮式变速器组成 的液力机械变速器。
• 发动机动力经液力变矩器传至机械变速器，经 机械变速器输出至传动轴，液力变矩器在自动 变速器中的主要作用是使汽车起步平稳，并在 换档时减缓传动系的冲击载荷，汽车在行驶过 程中主要是靠齿轮变速器部分实现变速的，可 使转矩再最大2~4倍。
• 由一个太阳轮、一个齿圈、一 个行星架和几个行星齿轮组成。
• 太阳轮、齿圈及行星架有共同 的固定轴线，行星齿轮支承在 固定于行星架的行星齿轮轴上， 并同时与太阳轮和齿圈啮合。
• 当行星齿轮机构运转时，空套 在行星架上的几个行星齿轮， 一方面可以绕自己的轴线旋转， 另一方面又可以随行星架一起 绕着太阳轮旋转，就象天上的 行星运动一样，兼有自转和公 转两种运动状态，行星齿轮因 此而得名。
• 行星齿轮机构在运转时，由于行星齿轮存在着 自转和公转两种运动状态，因此其传动比的计 算方法和普通的定轴轮系齿轮传动的计算方法 不同。
单排单级行星齿轮机构各部分名称
• r1：太阳轮节圆半径； • r2 ：齿圈节圆半径； • r3 ：行星齿轮与太阳轮中
心距（行星架回转半径）； • Z1 ：太阳轮齿数； • Z2 ：齿圈的齿数； • F1 ：齿圈给行星齿轮的力； • F2 ：太阳轮给行星齿轮的
齿轮变速器的组成
• 齿轮变速机构：改变传动比和传动方向， 即构成不同的档位。
• 换档执行元件：实现档位的变化。
➢主要包括：
• 离合器 • 制动器 • 单向离合器
齿轮变速机构的ห้องสมุดไป่ตู้型
• 行星齿轮式变速机构
➢辛普森式 ➢拉维奈尔赫式 ➢串联式（辛普森改进型）
• 固定轴线式齿轮变速机构（平行轴式）
行星齿轮机构的基本组成
i=n1/n3=1+ α＝1+Z1/Z2 • 同向减速传动。
齿圈制动、行星架输入、太阳轮输出
• 行星架顺时针转动； • 齿圈固定则行星齿轮顺时针
方向沿齿圈转动；
• 行星齿轮在各自行星齿轮轴 上逆时针旋转；
• 太阳轮顺时针转动； • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n2=0 • 传动比i为：
力； • F3 ：行星架给行星齿轮的
力。
单排单级行星齿轮机构受力分析
• 作用在太阳轮 受到力矩：M1 ＝F1r1；
• 作用于齿圈上 的力矩： M2=F2r2；
• 作用于行星架 上的力矩： M3=F3r3。
F3
r3
F2 F1
r1 r2
单排单级行星齿轮机构运动特性
F1=F2 F3=F1+F2=2F2
• 反向增速传动。
直接档传动
• 任意两个元件连接在一起；
• n1＝n2； • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n1＝n2 ＝n3 • 所以在太阳轮、行星架和
齿圈三者中，有任意两个 元件连锁成一个整体，各 个齿轮间均无相对运动， 整个行星齿轮机构成为一 个整体而旋转，此时为直 接档传递动力。
i=n2/n3=（1+ α） / α ＝ 1+ Z1/Z2
• 同向减速传动。
太阳轮制动、行星架输入、齿圈输出
• 行星架顺时针旋转； • 太阳轮固定； • 行星齿轮沿太阳轮顺时
针公转；同时行星齿轮 绕自身轴线顺时针旋转；
• 齿圈顺时针旋转。 • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n1=0 • 传动比i：
i=n（3/nZ21=+α/Z（2）1+ α） ＝ Z2 /
• 同向增速传动。
行星架制动、太阳轮输入、齿圈输出
• 行星架制动； • 太阳轮顺时针旋转； • 行星齿轮只有自转，没
有公转，行星齿轮逆时 针自转； • 齿圈逆时针旋转。 • 特性方程： n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n3=0 • 传动比i：
M1=F1r1
M1=αF1r1 M1=﹣(1+α)F1r1
根据能量守恒定律，三个元件上的输入和输出功率之代数和应等于零得出
M1ω1+M2ω2+M3ω3=0 ω1+αω2﹣(1+α)ω3=0 n1+αn2﹣(1+α)n3=0
单排单级行星齿轮机构的运动
• 太阳轮、齿圈和行星架三者具有同一旋 转轴线。将此三者中的任一构件与主动 轴相连，第二构件与从动轴相连，加上 第三个条件，第三构件被强制固定或使 其受到一定的约束，即该构件个转速为 某一定值，则整个系统就以一定的传动 比传递动力，实现不同档位速度的变化。
i=n1/n2=－α＝ － Z2 / Z1
• 反向减速传动。
行星架制动、齿圈输入、太阳轮输出
• 行星架制动； • 齿圈顺时针旋转； • 行星齿轮只有自转，没
有公转，行星齿轮顺时 针自转；
• 太阳轮逆时针旋转。 • 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n3=0 • 传动比i：
i=n2/n1=－1/α＝ － Z1 / Z2
• 按连接情况的不同可以有八种组合。
齿圈制动、太阳轮输入、行星架输出
• 太阳轮顺时针旋转； • 引起行星齿轮分别绕各自的
行星齿轮轴线做逆时针旋转；
• 使齿圈有逆时针转动的趋势， 但其已被制动；
• 行星齿轮沿齿圈按顺时针方 向绕太阳轮公转，行星架顺 时针旋转。
• 特性方程：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n2=0 • 传动比i为：
i=n＋3/Zn12=）1/（1+ α）＝ Z1/（Z1 • 同向超速传动。
太阳轮制动、齿圈输入、行星架输出
• 齿圈顺时针旋转； • 行星齿轮绕各自的轴线顺
时针旋转； • 行星齿轮沿太阳轮顺时针
公转； • 行星架顺时针旋转。 • 特性方程式：
n1+αn2﹣(1+α)n3=0 • n1=0 • 传动比i：
行星齿轮机构的类型
• 单排单级行星齿轮机构 • 单排双级行星齿轮机构
• 单排行星齿轮机构有两个自由度，因此没有固 定的传动比，不能直接用于变速传动。
• 为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将 太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一 个加以固定，或使其运动受到一定的约束，也 可将某两个基本元件互相连接在一起，使行星 齿轮机构变为只有一个自由度的机构，从而获 得确定的传动比。