行星齿轮传动是自动变速器常用的传动机构,其主要优点如下:1)体积小,质量小;2)结构紧凑,承载能力大;3) 传动效率高;4) 传动比大;5) 运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。
那么行星齿轮传动是怎么传递动力的呢?以单排行星齿轮来说明。
单排行星齿轮排的结构包括太阳轮、行星轮、行星轮架和齿圈四个部分,如图1所示;其中太阳轮、行星轮架及齿圈的关系特征如下(以1为太阳轮编号,2为齿圈编号,3为行星架编号):
1)作用于太阳轮上的力矩:M1=F1r1;
2)作用于齿圈上的力矩:M2=F2r2;
3)作用于行星架上的力矩:M3=F3r3;
4)齿圈与太阳轮的齿数比为:α=Z2/Z1=r2/r1;
5)r3=(r1 r2)/2=(1 α)*r1/2;
由行星轮的力平衡条件可得:
F1=F2、F3=-2F2;
太阳轮、齿圈和行星架上的力矩分别为:
M1=F1r1、 M2=αF2r1 、 M3=-(α 1)F1r1;
根据能量守恒定律:
M1ω1 M2ω2 M3ω3=0;
单排行星齿轮机构一般运动规律特性方程式:
1)ω1 αω2-(α 1)ω3 =0;2)n1 αn2-(α 1)n3 =0
由此二式便可计算出n1、n2、n3之间的关系,进而计算出速比。
如果以太阳轮为主动件,行星架为从动件,齿圈固定,则有n2=0,速比i13=n1/n3=1 α=1 Z2/Z1;
如果以齿圈为主动件,行星架为从动件,太阳轮固定,则有n1=0,速比i23=n2/n3=(1 α)/α=1 Z1/Z2;
如果以太阳轮为主动件,齿圈为从动件,行星架固定,则有n3=0,速比i12=n1/n2=-α=-Z2/Z1;
如果任意两个件固连,则有n1=n2=n3,即速比为1。
通过调整不同的主从动件,可以实现多种不同的传动比,如下图所示:
将多个以上的单排行星齿轮组合,通过调整主从动件,便可实现多种速比,形成多档位自动变速器。