行星齿轮变速机构的结构和工作原理

03-18

·液力变矩器虽能传递和增大发动机转矩，但变矩比不大，变速范围不宽，远不能满足汽车使用工况的需要。为进一步增大扭矩，扩大其变速范围，提高汽车的适应能力，在液力变矩器后面又装一个辅助变速器――有级式齿轮变速器。该齿轮变速器多数是用行星齿轮变速的。

·行星齿轮变速器是由行星齿轮机构及离合器、制动器和单向离合器等执行元件组成。行星齿轮机构通常由多个行星排组成．行星排的多少与档数的多少有关，其基本结构和工作原理，可用最简单的单排行星齿轮机构说明。

1、单排行星齿轮机构的结构组成

（1）单排行星齿轮机构的三个基本元件是：太阳齿轮、齿圈、行星齿轮及行星齿轮架。

（2）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，这些行星齿轮与太阳齿轮相啮合，并一般均匀布置在太阳齿轮周围；外面是同行星齿轮相啮合的齿圈。

（3）单排行星齿轮机构通过固定不同的元件或改变联锁关系，可得出不同的传动状态。

2、行星齿轮工作原理

(1)行星齿轮机构运动规律

·设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分别为Z1、Z2、Z3；齿圈与太阳轮的齿数比为α。则根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式：

·n1+αn2-(1+α)n3=0 和 Z1+Z2=Z3

（2）行星齿轮机构各种运动情况分析

·由上式可看出，由于单排行星齿轮机构具有两个自由度，在太阳轮、齿圈和行星架这三个基本构件中，任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一元件固定不动(即使该元件转速为0)，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。下面分别讨论各种情况。

固定件	主动件	从动件	转速	旋转方向
齿圈	太阳轮	行星架	减速	与主动件同向
齿圈	行星架	太阳轮	加速	与主动件同向
太阳轮	齿圈	行星架	减速	与主动件同向
太阳轮	行星架	齿圈	加速	与主动件同向
行星架	太阳轮	齿圈	减速	与主动件反向
行星架	齿圈	太阳轮	加速	与主动件反向

·在 n3= n1 或n2= n3 时，同时可得 n1= n2= n3。故，若使三元件中的任何两个元件连成一体旋转，则第三元件转速必与二者转速相等，即行星排按直接挡传动，传动比i=1

·即所有元件都不受约束，可以自由转动，则行星齿轮机构失去传动作用，此种状态相当于空挡。

3、行星齿轮机构在自动变速器上的应用

·在现代汽车行星齿轮变速器中，广泛地采用了辛普森式（Simpson）双排行星齿轮机构和腊文脑（Ravigneaux或译为"拉维奈尔赫"）式复合行星齿轮机构。腊文脑式复合行星齿轮系统的结构特点为：两排行星齿轮机构共用一个齿圈和一个行星齿轮架。行星齿轮架上的两套行星齿轮互相啮合。其中，短行星齿轮与小太阳齿轮相啮合，长行星齿轮与大太阳齿轮相啮合。辛普森式行星齿轮系统由共用一个太阳齿轮的前、后两排行星齿轮机构组成。