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行星齿轮机构和工作原理

2015/11/18    作者:未知    来源:网络文摘    阅读:15631

一、简单的行星齿轮机构的特点

    行星齿轮机构的组成:

    简单(单排)的行星齿轮机构是变速机构的基础,通常自动变速器的变速机构都由两排或三排以上行星齿轮机构组成。简单行星齿轮机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈,其中行星齿轮由行星架的固定轴支承,允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态,通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性(如图l所示)。

 行星齿轮机构和工作原理

    如图2表示了简单行星齿轮机构,位于行星齿轮机构中心的是太阳轮,太阳轮和行星轮常啮合,两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如太阳位于太阳系的中心一样,太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了可以绕行星架支承轴旋转外,在有些工况下,还会在行星架的带动下,围绕太阳轮的中心轴线旋转,这就像地球的自转和绕着太阳的公转一样,当出现这种情况时,就称为行星齿轮机构作用的传动方式。在整个行星齿轮机构中,如行星轮的自转存在,而行星架则固定不动,这种方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。齿圈是内齿轮,它和行星轮常啮合,是内齿和外齿轮啮合,两者间旋转方向相同。行星齿轮的个数取决于变速器的设计负荷,通常有三个或四个,个数愈多承担负荷愈大。

    简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构,三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系,一般情况下首先需要固定其中的一个构件,然后确定谁是主动件,并确定主动件的转速和旋转方向,结果被动件的转速、旋转方向就确定了。

二、单排行星齿轮机构的工作原理

    根据能量守恒定律,三个元件上输入和输出的功率的代数和应等于零,从而得到单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程。

    特性方程:n1+an2-(1+a)n3=0

    n1——太阳轮转速,n2——齿圈转速,n3——行星架转速,a——齿圈与太阳轮齿数比。

    由特性方程可以看出,由于单排行星齿轮机构具有两个自由度,在太阳轮、环形内齿圈和行星架三个机构中,任选两个分别作为主动件和从动件,而使另一个元件固定不动,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。下面分别讨论三种情况。

行星齿轮机构和工作原理

1、齿圈固定,太阳轮为主动件且顺时针转动,而行星架则为被动件。太阳轮顺时针转动时,太阳轮轮齿必给行星轮齿A一个推力F1,则行星轮应为逆时针转动,但由于齿圈固定,所以齿圈轮齿必给行星轮齿B一个反作用力F2,行星轮在F1和 F2合力作用下必绕太阳轮顺时针旋转,结果行星轮不仅存在逆时针自转,并且在行星架的带动下,绕太阳轮中心轴线顺时针公转。在这种状态下,就出现了行星齿轮机构作用的传动方式,而且被动件行星架的旋转方向与主动件同方向。在这里,太阳轮是主动件而且是小齿轮,被动件行星架没有具体齿数的传动关系,因此定义行星架的当量齿数等于太阳轮和齿圈齿数之和。这样,太阳轮带动行星架转动仍属于小齿轮带动最大的齿轮,是一种减速运动且有最大的传动比。因为此时n2=0,故传动比i13=n1∕n3=1+a(如图3

行星齿轮机构和工作原理

行星齿轮机构和工作原理

2、太阳轮固定,行星架为主动件且顺时针转动,齿圈为被动件。当行星架顺时转动时,势必造成行星轮的顺时针转动,但因太阳轮制动,太阳轮齿给行星轮齿 B齿一个反作用力F1,行星轮在F1的作用下顺时针旋转,其轮齿给齿圈轮齿A一个F2的推力,齿圈在F2的作用下顺时针旋转。在这里,主动件行星架的旋转方向和被动件齿圈相同。由于行星架是一个当量齿数最大齿轮,因此被动的齿圈以增速的方式输出,两者间传动比小于1。因为此时n1=0,故传动比i23=n3∕n2=a/(1+a)。(如图4)

行星齿轮机构和工作原理

行星齿轮机构和工作原理

行星齿轮机构和工作原理

3、行星架固定,太阳轮为主动件且顺时针转动,而齿圈则作为被动件。由于行星架被固定,则机构就属于定轴传动,太阳轮顺时针转动,给行星轮齿A一个作用力F1,行星轮则逆时针转动,给齿圈轮齿B一个作用力F2,齿圈也逆时针旋转,结果齿圈的旋转方向和太阳轮相反。在定轴传动中,行星轮起了过渡轮的作用,改变了被动件齿圈的旋向。因为此时n3=0,故传动比i12=n1∕n2=-a。(如图5)

行星齿轮机构和工作原理

行星齿轮机构和工作原理

4、联锁行星齿轮机构的任意两个元件。若行星齿轮机构的太阳轮、行星架和环形内齿圈三者中,有任意两个机构被联锁成一体时,则各齿轮间均无相对运动,整个行星机构将成为一个整体而旋转,此时相当于直接传动。太阳轮与齿圈连成一体时,太阳轮的轮齿与齿圈的轮齿间便无任何相对运动,夹在太阳论与齿圈之间的行星轮也不会相对运动,因此太阳轮、齿圈和行星架便成为一体,传动比为1。(如图6)

5、不固定任何元件。若行星齿轮机构的太阳轮、行星架和环形内齿圈三者中,无任何元件被固定,而无任意两个机构被联锁成一体,各构件将都可做自由运动,不受任何约束。当主动件转动时,从动件可以不动,这样可以不传递动力,从而得到空挡。

    下面讨论齿圈的输出是增速或减速的问题。从结构图上已经可以看到,太阳轮的齿数小于齿圈的齿数,属于小齿轮带动大齿轮的传动关系,因此齿圈显然是减速状态,即两者间的传的比大于l。注意,由于行星轮是过渡轮,传动比的大小与行星轮的齿数多少无关。

三、行星齿轮机构基本特征

    通过以上三种传动关系的分析,可以把简单行星齿轮机构的运动特征归纳成下列几点:

1、当行星架为主动件时,从动件超速运转。

2、当行星架为从动件时,行星架必然较主动件转速下降。

3、当行星架为固定时,主动件和从动件按相反方向旋转。

4、太阳轮为主动件时,从动件转速必然下降。

5、若行星架作为被动件,则它的旋转方向和主动件同向。

6、若行星架作为主动件,则被动件的旋转方向和它同向。

7、在简单行星齿轮机构中,太阳轮齿数最少,行星架的当量齿数最多.而齿圈齿数则介于中间。(注:行星架的当量齿数=太阳轮齿数十齿圈齿数。)

8、若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向旋转,则第三元件的转速和方向必然与前两者相同,即机构锁止,成为直接档。(这是一个十分重要的特征,尽管上述的例子没有涉及。)

9、仅有一个主动件并且两个其它部件没被固定时,此时处于空挡。

图7 列出简单行星齿轮机构的三元件经组合后六种不同的运动状况。若假设太阳轮20齿,齿圈40齿,则行星架当量齿数为60齿。

行星齿轮机构和工作原理

    以上叙述的简单行星齿轮机构运动关系是属于经常遇到的,在确定三者关系时,首先把其中一件固定,然后确定另外两者的主、被动关系。实际上简单行星齿轮机构还有一个很重要的特征,允许同时两件作为主动件输入,而被动件照样有唯一的输出,这是行星齿轮机构的一个十分重要的特征,而且在自动变速器上被广泛采用。

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