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1、,第3章 行星轮系,3.1普通齿轮传动,3.1.1 概 述 齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，齿轮直径可从不到1mm到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。,齿轮传动与带传动相比，主要有以下优点。 传递动力大、效率高。 寿命长，工作平稳，可靠性高。 能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。,齿轮传动与带传动相比，主要有以下缺点。 制造、安装精度要求较高，因而成本也较高。 不宜作远距离传动。,3.1.2 齿轮传动的分类 齿轮传动的分类如表3-1所示。,1齿轮各部分名称及符号 齿轮各部分名称及符号如图3-1所示。,图3
2、-1 齿轮各部分名称及符号,2标准齿轮的主要参数 （1）模数 齿轮圆周上轮齿的数目称为齿数，用z表示。根据齿距的定义知,（2）压力角 渐开线齿廓上各点的压力角大小是不相等的。 通常所说的压力角是分度圆上的压力角。,3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要几何尺寸的计算 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要几何尺寸的计算如表3-2所示。,4一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 （1）正确啮合条件,（2）标准安装、标准中心距 标准中心距的计算如下：,（3）渐开线齿轮连续传动的条件 要保证齿轮实际啮合线段Pb。否则，当前一对齿在点E分离时，后一对齿尚未进入点A啮合，这样，在前后两对齿交替啮合时将引起冲击，无法保证传动
3、的平稳性。,重合度：把实际啮合线段AE与基圆齿距Pb的比值称为重合度，用 表示。,当齿数趋向无穷多、齿轮变成齿条时， 增大，两个齿条啮合时得到直齿轮圆柱齿轮重合度的最大值为,的标准直齿圆柱齿轮 有 。,3.2 行星齿轮传动原理,3.2.1 概 述 在机器中，常将一系列相互啮合的齿轮组成传动系统，以实现变速、分路传动、运动分解与合成等功用。,这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。行星轮系有很多类型，其中最简单的行星轮系是由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星架和支撑在行星架上的几个行星齿轮组成的，称为1个行星轮系（排）。,如图3-7所示的行星轮系中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮
4、支撑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。,（a）行星轮系示意图 （b）行星轮系结构图,1、4太阳轮 2、8齿圈 3、5行星齿轮 6太阳轮 7行星齿轮轴 9、H行星齿轮架,图3-7 行星轮系,当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自己的轴线旋转。,另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转，就如同天空中行星的运动那样，兼有自转和公转两种运动状态（行星齿轮的名称即因此而来），在行星轮系中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星轮系的3个基本元件。,简单行星齿轮轮系轴向尺寸最紧凑工艺要求较低，应用也最广泛。,3.2.2 传动原理及传动比
5、计算 根据轮系在运动时各齿轮轴线的相对位置是否固定，可以分为两种类型。,1定轴轮系 如图3-8所示，所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系。,图3-8 定轴轮系 注：图中数字为齿轮编号,轮系的传动比是指该轮系中首、末两轮角速度（转速）的比值。设首轮a的转速为na，末轮g的转速为ng，则轮系的传动比可写为,可以推广到平行轴间定轴轮系的一般情况。,设l和k分别表示首、末齿轮的标号，m为轮系中外啮合齿轮对数，则,2简单行星齿轮轮系 简单行星齿轮轮系中只要固定太阳齿轮、行星齿轮架、齿圈中的任意一个，其余两个为输入或输出，便可得到不同的传动比。,如固定齿圈，则可以太阳齿轮为输入，行星齿轮架为输出；加之固定
6、太阳齿轮、行星齿轮架、齿圈，其中两个零件或全部自由转动而不再固定，其组合形式一共可以有8种，如表3-3所示。,设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和nH，齿数分别为zl、z2，齿圈与太阳轮的齿数比为a，根据能量守恒定律，可得单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式为, 固定其中一个，即让太阳轮、齿圈或行星架中的一个转速为0，则可以计算剩余两者之间的传动比。（固定的动作可由制动器完成。）, 使其中任意两者的转速相同，则三者同速，即传动比为1。（转速相同可由离合器完成。）,3.3 辛普森行星轮系传动原理,3.3.1 辛普森行星齿轮机构的组成 辛普森行星齿轮机构的特点是两个行星齿轮系合用一个
7、太阳轮，如图3-9所示。,图3-9 辛普森行星齿轮机构结构图 1前排行星齿轮 2前排齿圈 3后排行星架 4后排齿圈 5太阳轮 6前排行星架 7后排行星齿轮,前行星轮系安装在公用太阳轮的前部，后行星轮系安装在公用太阳轮的后部。两组行星轮系均通过花键和变速器输出轴连接。,其中前行星轮系的行星架通过花键和变速器输出轴相连，后行星轮系的齿圈通过花键和变速器输出轴相连。而变速器输出轴从太阳轮中间通过，但两者没有连接关系。,3.3.2 辛普森行星齿轮机构的传动原理 辛普森行星齿轮机构的传动简图如图3-10所示，它的控制装置有片式离合器、带式制动器和单向离合器。,图3-10 辛普森行星齿轮机构的传动简图 注
8、：图中1、i为各自行星轮系的太阳轮， 2、ii为自行星轮系的齿圈,在采用辛普森齿轮机构的自动变速器中，均采用这种传动路线和这些控制元件，只是由于生产厂家的不同，这些控制机构的名称也有所不同。,H0超速行星排中的行星架作为输入；H1前行星排中的行星架和后行星排的齿圈一起作为输出；H2后行星排的行星架；C0、C1、C2离合器；F0、F1、F2单向离合器；B0、B1、B2、B3制动器。,1特点 前后行星排共用太阳轮。 超速行星排中的行星架H0作为输入。 前行星排中的行星架H1和后行星排的齿圈一起作为输出。,2特征方程 依照特征方程式可列出前后行星排的运动方程为,因前行星排中的行星架H1和后行星排的齿
9、圈ii同轴转动，因此nH1=nii。 前后行星排共用太阳轮，则nI = ni。,3各挡位工作情况 （1）一挡C0、C1、F2工作 C0工作则超速挡传动比为1，F2使nH2=0，则可计算出一挡传动比为iIIii=nII/nii。,（2）二挡C0、C1、B2、F1工作 C0工作则超速挡传动比为1；B2、F1工作则nI=0，则可计算出二挡传动比为iIIii=nII/nii。,（3）三挡（直接挡）C0、C1、C2工作 C0工作则超速挡传动比为1，C1、C2工作则前后行星排传动比为1，因此总传动比为1。,（4）四挡（超速挡）B0、C1、C2工作 C1、C2工作则前后行星排传动比为1，B0工作则n1=0，
10、则可计算出四挡传动比为iH0n2= nH0/n2。,（5）倒挡C0、C2、B3 C0工作则超速挡传动比为1，B3工作则nH2=0，则可计算出倒挡传动比为iIii= nI/nii。,辛普森行星齿轮机构设置了5个变速执行元件：前多片离合器C1、后多片离合器C2、前制动器B1、后制动器B2、单向离合器F1。5个变速执行元件的作用效果如下。, 前多片离合器C1：把来自涡轮输出轴的动力接通至太阳轮。 后多片离合器C2：把来自涡轮输出轴的动力接通至前排齿圈。, 前制动器B1：固定太阳轮。 后制动器B2：固定后行星架。 单向离合器F1：固定后行星架。,表3-4反映了辛普森行星齿轮机构变速器变速执行元件的工作
11、规律。,3.4 拉威娜行星轮系传动原理,3.4.1 拉威娜行星齿轮机构的组成 拉威娜行星齿轮机构在一个行星架上安装了互相啮合的两套行星齿轮，即长行星齿轮和短行星齿轮。,短行星齿轮分别与小太阳轮和长行星轮啮合，长行星齿轮与短行星轮和大太阳轮以及齿圈啮合，如图3-15所示。,图3-15 拉威娜行星齿轮结构示意图,1输入轴 2第二太阳轮 3主太阳轮 4第二行星轮 5主行星轮 6行星架 7齿圈 8输出轴 C1前多片离合器 C2后多片离合器 B1前制动器 B2后制动器 F1单向离合器,3.4.2 拉威娜行星齿轮机构的传动原理 1特点 拉威娜行星齿轮传动如图3-16所示。,图3-16 拉威娜行星齿轮传动简
12、图,1输入轴 2第二太阳轮 3主太阳轮 4第二行星轮 5主行星轮 6行星架 7齿圈 8输出轴 C1前多片离合器 C2后多片离合器 B1前制动器 B2后制动器 F1单向离合器,拉威娜行星齿轮机构的特点是在一个行星轮系里面有两组行星齿轮，行星齿轮机构的大小太阳轮都可以作为动力输入元件。,该机构的变速执行元件有5个：前多片离合器C1、后多片离合器C2、前制动器B1、后制动器B2、单向离合器F1。其作用效果如下。, 前多片离合器C1：把来自输入轴（涡轮轴）的输入动力接到后排主太阳轮。, 后多片离合器C2：把来自涡轮轴的输入动力接到前排第2太阳轮。, 前制动器B1：固定第2太阳轮不动，结果第2行星轮围绕
13、第2太阳轮外缘转动，行星齿轮机构起作用。, 后制动器B2：固定行星架不动，结果行星轮仅作为过渡轮，它绕自己的轴线转动。, 单向离合器F1：固定行星架不动，使单向离合器在逆时针转动时有自行锁止的功能。它具有后制动器作用时的相同的功能。,表3-5列出了变速执行元件的状态和挡位间的关系，即拉威娜行星齿轮机构变速器执行元件的工作规律。,注：*表示接合、制动或锁止。,2动力传递 （1）l挡 操作选挡杆手柄位于D位置，C1前多片离合器作用，主太阳轮3是驱动件，F1单向离合器作用并将行星架固定。,机构动力流：主太阳轮传到主行星轮，再传到第2行星轮，然后到齿圈，最后传给输出轴。,这里两个长短行星轮仅起过渡轮的
14、作用，改变了输入动力的旋转方向，对机构的速比没有影响。因为多了一个过渡的行星轮，则发动机和输出轴为同一旋转方向。l挡速比仅取决于齿圈和主太阳轮齿数之比。,当主太阳轮顺时针方向转动时，第2行星轮最终带动齿圈也朝顺时针方向转动。此时，齿圈给行星架以反作用的力矩，使行星架产生逆时针转动的趋势。由于F1单向离合器逆时针转动锁止，则使行星架固定。,当汽车处于滑行状态时，由驱动轮逆向输入的动力带动齿圈顺时针高速旋转，通过第2行星轮对行星架产生顺时针转动的作用力矩。,与此同时，主太阳轮仍有来自发动机的怠速动力的带动，使其顺时针低速旋转，但最终使行星架脱离单向离合器的锁止，顺时针自由空转。,这就是1挡的汽车滑
15、行。当驱动轮的转速低于某一值时，行星架又重新被F1单向离合器锁止，汽车滑行状态结束，又重新恢复驱动状态。,（2）2挡 C1前多片离合器和B1前制动器同时作用，主太阳轮仍然是驱动件，第2太阳轮被后制动带固定。动力流从主太阳轮传到主行星轮，然后传到第2行星轮。,由于第2太阳轮被固定，第2行星轮只能在行星架的顺时针转动的基础上实现顺时针自转，最后带动齿圈旋转，齿圈带动输出轴转动，其转动方向和发动机方向一致，输出轴是减速运动。,这时2挡的输出轴转速比1挡转速高，因为在齿圈的转动同时，由第2行星轮自转和行星架公转共同带动。2挡传动比的计算比1挡时复杂，它涉及前后两排行星机构的齿轮齿数，2挡的传动比仍大于1，输出轴依旧是减速运动。,（3）3挡 C1前多片离合器和C2后多片离合器同时作用，主太阳轮和第2太阳轮同时作为驱动件带动第2行星轮转动。,此时第2行星轮不可能产生两种不同方向的旋转，整个机构锁止，相互间合成一个整体，因此就出现了直接挡，传动比为11。,前面曾提到，行星齿轮机构任意两元件同速同方向，就会产生直接挡。这里就是主太阳轮和第2太阳轮同速同方向，所以会产生直接挡的效果。,（4）倒挡 C2后多片离合器和B2后制动器同时作用，第2太阳轮作为驱动件，行星架被后制动器固定。,动力流从涡轮输出轴经C2后多片离合器传给第2太阳轮做顺时针转动，并带动第2行星轮逆时针转动。由于行星架固定不
