行星齒輪變速機(jī)構(gòu)分析

1、行星齒輪變速機(jī)構(gòu)自動(dòng)變速器增加齒輪變速的原因 液力變矩器雖然能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)地、無(wú)級(jí)地改變變矩比，但由于液力變矩器存在著變矩能力與效率之間的矛盾，其轉(zhuǎn)矩比在13范圍內(nèi)，難以滿足汽車的使用要求，所以在汽車上廣泛采用的是液力變矩器與齒輪式變速器組成的液力機(jī)械變速器。 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)液力變矩器傳至機(jī)械變速器，經(jīng)機(jī)械變速器輸出至傳動(dòng)軸，液力變矩器在自動(dòng)變速器中的主要作用是使汽車起步平穩(wěn)，并在換檔時(shí)減緩傳動(dòng)系的沖擊載荷，汽車在行駛過(guò)程中主要是靠齒輪變速器部分實(shí)現(xiàn)變速的，可使轉(zhuǎn)矩再最大24倍。齒輪變速器的組成 齒輪變速機(jī)構(gòu)：改變傳動(dòng)比和傳動(dòng)方向，即構(gòu)成不同的檔位。 換檔執(zhí)行元件：實(shí)現(xiàn)檔位的變化。主要包括：

2、 離合器 制動(dòng)器 單向離合器齒輪變速機(jī)構(gòu)的類型 行星齒輪式變速機(jī)構(gòu)辛普森式拉維奈爾赫式串聯(lián)式（辛普森改進(jìn)型） 固定軸線式齒輪變速機(jī)構(gòu)（平行軸式）行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本組成 由一個(gè)太陽(yáng)輪、一個(gè)齒圈、一個(gè)行星架和幾個(gè)行星齒輪組成。 太陽(yáng)輪、齒圈及行星架有共同的固定軸線，行星齒輪支承在固定于行星架的行星齒輪軸上，并同時(shí)與太陽(yáng)輪和齒圈嚙合。 當(dāng)行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空套在行星架上的幾個(gè)行星齒輪，一方面可以繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面又可以隨行星架一起繞著太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)，就象天上的行星運(yùn)動(dòng)一樣，兼有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，行星齒輪因此而得名。行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型 單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu) 單排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu) 單排行星齒

3、輪機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，因此沒(méi)有固定的傳動(dòng)比，不能直接用于變速傳動(dòng)。 為了組成具有一定傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，必須將太陽(yáng)輪、齒圈和行星架這三個(gè)基本元件中的一個(gè)加以固定，或使其運(yùn)動(dòng)受到一定的約束，也可將某兩個(gè)基本元件互相連接在一起，使行星齒輪機(jī)構(gòu)變?yōu)橹挥幸粋€(gè)自由度的機(jī)構(gòu)，從而獲得確定的傳動(dòng)比。 行星齒輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于行星齒輪存在著自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此其傳動(dòng)比的計(jì)算方法和普通的定軸輪系齒輪傳動(dòng)的計(jì)算方法不同。單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)各部分名稱 r1：太陽(yáng)輪節(jié)圓半徑； r2 ：齒圈節(jié)圓半徑； r3 ：行星齒輪與太陽(yáng)輪中心距（行星架回轉(zhuǎn)半徑）； Z1 ：太陽(yáng)輪齒數(shù)； Z2 ：齒圈的齒數(shù)； F1 ：齒圈給

4、行星齒輪的力； F2 ：太陽(yáng)輪給行星齒輪的力； F3 ：行星架給行星齒輪的力。單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)受力分析F1F2F3r3r2r1 作用在太陽(yáng)輪受到力矩：M1F1r1； 作用于齒圈上的力矩：M2=F2r2； 作用于行星架上的力矩：M3=F3r3。單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性F1=F2F3=F1+F2=2F2M1=F1r1M1=F1r1M1=(1+)F1r1M11+M22+M33=01+2(1+)3=0n1+n2(1+)n3=0根據(jù)能量守恒定律，三個(gè)元件上的輸入和輸出功率之代數(shù)和應(yīng)等于零得出單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 太陽(yáng)輪、齒圈和行星架三者具有同一旋轉(zhuǎn)軸線。將此三者中的任一構(gòu)件與主動(dòng)軸相連，第

5、二構(gòu)件與從動(dòng)軸相連，加上第三個(gè)條件，第三構(gòu)件被強(qiáng)制固定或使其受到一定的約束，即該構(gòu)件個(gè)轉(zhuǎn)速為某一定值，則整個(gè)系統(tǒng)就以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)不同檔位速度的變化。 按連接情況的不同可以有八種組合。齒圈制動(dòng)、太陽(yáng)輪輸入、行星架輸出 太陽(yáng)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 引起行星齒輪分別繞各自的行星齒輪軸線做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 使齒圈有逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，但其已被制動(dòng)； 行星齒輪沿齒圈按順時(shí)針?lè)较蚶@太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 特性方程： n1+n2(1+)n3=0 n2=0 傳動(dòng)比i為：i=n1/n3=1+ 1+Z1/Z2 同向減速傳動(dòng)。齒圈制動(dòng)、行星架輸入、太陽(yáng)輪輸出 行星架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； 齒圈固定則行星齒輪順時(shí)針?lè)较?/p>

6、沿齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)； 行星齒輪在各自行星齒輪軸上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 太陽(yáng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； 特性方程： n1+n2(1+)n3=0 n2=0 傳動(dòng)比i為：i=n3/n1=1/（1+ ） Z1/（Z1Z2） 同向超速傳動(dòng)。太陽(yáng)輪制動(dòng)、齒圈輸入、行星架輸出 齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 行星齒輪繞各自的軸線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 行星齒輪沿太陽(yáng)輪順時(shí)針公轉(zhuǎn)； 行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 特性方程式： n1+n2(1+)n3=0 n1=0 傳動(dòng)比i：i=n2/n3=（1+ ） / 1+ Z1/Z2 同向減速傳動(dòng)。太陽(yáng)輪制動(dòng)、行星架輸入、齒圈輸出 行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 太陽(yáng)輪固定； 行星齒輪沿太陽(yáng)輪順時(shí)針公轉(zhuǎn)；同時(shí)行星齒輪繞自身軸線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 齒圈

7、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 特性方程：n1+n2(1+)n3=0 n1=0 傳動(dòng)比i：i=n3/n2=/（1+ ） Z2 /（Z1+ Z2） 同向增速傳動(dòng)。行星架制動(dòng)、太陽(yáng)輪輸入、齒圈輸出 行星架制動(dòng)； 太陽(yáng)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 行星齒輪只有自轉(zhuǎn)，沒(méi)有公轉(zhuǎn)，行星齒輪逆時(shí)針自轉(zhuǎn)； 齒圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 特性方程：n1+n2(1+)n3=0 n3=0 傳動(dòng)比i：i=n1/n2= Z2 / Z1 反向減速傳動(dòng)。行星架制動(dòng)、齒圈輸入、太陽(yáng)輪輸出 行星架制動(dòng)； 齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 行星齒輪只有自轉(zhuǎn)，沒(méi)有公轉(zhuǎn)，行星齒輪順時(shí)針自轉(zhuǎn)； 太陽(yáng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 特性方程：n1+n2(1+)n3=0 n3=0 傳動(dòng)比i：i=n2/n1=1/

8、Z1 / Z2 反向增速傳動(dòng)。直接檔傳動(dòng) 任意兩個(gè)元件連接在一起； n1n2； 特性方程：n1+n2(1+)n3=0 n1n2 n3 所以在太陽(yáng)輪、行星架和齒圈三者中，有任意兩個(gè)元件連鎖成一個(gè)整體，各個(gè)齒輪間均無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)成為一個(gè)整體而旋轉(zhuǎn)，此時(shí)為直接檔傳遞動(dòng)力。 傳動(dòng)比為1?？諜n 太陽(yáng)輪、齒圈和行星架三者中，無(wú)任何一個(gè)元件被制動(dòng)，而且也無(wú)任何兩個(gè)元件被連鎖成一體，各構(gòu)件自由轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪機(jī)構(gòu)不能傳遞動(dòng)力。得到空檔。單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案方案 主動(dòng)件 被動(dòng)件 固定件傳動(dòng)比備注1太陽(yáng)輪 行星架齒圈1+ 同向減速增矩2齒圈行星架 太陽(yáng)輪（1+ ）/ 同向減速增矩3太陽(yáng)輪齒圈

9、行星架反向減速增矩4行星架齒圈太陽(yáng)輪/（1+ ）同向增速減矩5行星架 太陽(yáng)輪齒圈1/（1+ ）同向增速減矩6齒圈太陽(yáng)輪 行星架1/反向增速減矩7任意兩個(gè)連成一體1直接傳動(dòng)8既無(wú)任一元件制動(dòng)又無(wú)任二元件連成一體三元件自由轉(zhuǎn)動(dòng)不傳遞動(dòng)力行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本特征 兩個(gè)外齒輪相互嚙合時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反； 一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪相嚙合時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同； 小齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪時(shí)，輸出扭矩增大而輸出轉(zhuǎn)速降低； 大齒輪驅(qū)動(dòng)小齒輪時(shí)，輸出扭矩減小而輸出轉(zhuǎn)速提高； 若行星架作為被動(dòng)件，則它的旋轉(zhuǎn)方向和主動(dòng)件同向； 若行星架作為主動(dòng)件，則被動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)方向和它同向； 若行星架被固定，則主動(dòng)件和被動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)方向相反。 在簡(jiǎn)

10、單行星齒輪機(jī)構(gòu)中，太陽(yáng)輪齒數(shù)最少，行星架的當(dāng)量齒數(shù)最多，而齒圈齒數(shù)則介于中間（行星架的當(dāng)量齒數(shù)太陽(yáng)輪齒數(shù)齒圈齒數(shù)）。 若行星齒輪機(jī)構(gòu)兆歐概念的任意兩個(gè)預(yù)計(jì)同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，則第三元件的轉(zhuǎn)速和方向必然和前兩者相同，即機(jī)構(gòu)鎖止，成為直接檔。單排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu) 由太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈及裝有兩組行星齒輪的行星架等組成。 外面的一組行星齒輪和內(nèi)齒圈嚙合，里面的一組行星齒輪和太陽(yáng)輪嚙合。 運(yùn)動(dòng)特性方程式：n1n2(1)n3=0單排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖內(nèi)齒圈太陽(yáng)輪內(nèi)行星齒輪外行星齒輪行星架單排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案方案 主動(dòng)件被動(dòng)件固定件傳動(dòng)比備注1太陽(yáng)輪行星架齒圈1 增速反向2齒圈行星架太陽(yáng)輪1 1/ 增速同

11、向3太陽(yáng)輪齒圈行星架增速同向4行星架齒圈太陽(yáng)輪1/（ 1）減速同向5行星架太陽(yáng)輪齒圈1/（1 ）減速同向6齒圈太陽(yáng)輪行星架1/增速同向7任意兩個(gè)連成一體1直接傳動(dòng)8既無(wú)任一元件制動(dòng)又無(wú)任二元件連成一體三元件自由轉(zhuǎn)動(dòng)不傳遞動(dòng)力雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)的辛普森組合 將兩個(gè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)按照一定的方式組合在一起可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)檔位的傳遞，從而以適應(yīng)汽車的需要。 辛普森組合的特點(diǎn)：前后兩個(gè)行星排的齒輪參數(shù)完全相同；前后兩個(gè)太陽(yáng)輪連接為一個(gè)整體，即共用一個(gè)太陽(yáng)輪；前行星排的行星架和后行星排的內(nèi)齒圈連接在一起，并作為輸出軸；前行星排的內(nèi)齒圈和太陽(yáng)輪，通常作為動(dòng)力輸入元件；后行星架一般為約束件。 辛普森組合后兩個(gè)行星

12、排構(gòu)成一種具有四個(gè)獨(dú)立元件的行星齒輪機(jī)構(gòu)。 加工量最小、工藝性好、制造費(fèi)用低。結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、換檔平穩(wěn)。前齒圈前后太陽(yáng)輪組件前行星齒輪后行星齒輪后行星架前行星架和后齒圈辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 前排：n11+n12(1+)n13=0 后排：n21+n22(1+)n23=0 由于共用太陽(yáng)輪，所以n11 = n21。 由于前行星架和后齒圈相連，所以n13 = n22。拉維奈爾赫式傳動(dòng)方式 由一排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)和一排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)組成。 前排是一個(gè)單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)，后排是一個(gè)雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)。 前后共用一個(gè)內(nèi)齒圈；共用一組行星齒輪（后排外行星齒輪和前排行星齒輪）；共用行星架。 通常以內(nèi)齒圈作為輸出元件；以前后兩太陽(yáng)輪作為動(dòng)力輸入元件。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、傳動(dòng)比變化范圍大、靈活多變