自动变速器行星齿轮机构 行星齿轮变速机构在新能源汽车中的应用）

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行星轮系结构介绍

行星齿轮是指除了能像定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着行星架绕其它齿轮的轴线转动的齿轮系统。

绕自己轴线的转动称为“自转”，绕其它齿轮轴线的转动称为“公转”，就象太阳系中的行星那样，因此得名。

结构特点：

位于中心的进行自转的为太阳轮；

行星轮围绕太阳轮公转，同时在进行自转；

行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态；

结构紧凑，太阳轮、行星架和齿圈都是同心的，这就能够取消中间轴和中间齿轮；

通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性；

行星齿轮一般3/4个，个数越多承载能力越强。

传动组合

在包含行星齿轮的齿轮系统中，传动原理与定轴齿轮不同。

由于存在行星架，因此可以有三条转动轴允许动力输入/输出，还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动，只剩下两条轴进行传动。

因此，互相啮合的齿轮之间的关系可以有多种组合：

（1）动力从太阳轮输入，从外齿圈输出，行星架通过机构锁死；

（2）动力从太阳轮输入，从行星架输出，外齿圈锁死；

（3）动力从行星架输入，从太阳轮输出，外齿圈锁死；

（4）动力从行星架输入，从外齿圈输出，太阳轮锁死；

（5）动力从外齿圈输入，从行星架输出，太阳轮锁死；

（6）动力从外齿圈输入，从太阳轮输出，行星架锁死；

（7）两股动力分别从太阳轮和外齿圈输入，合成后从行星架输出；

（8）两股动力分别从行星架和太阳轮输入，合成后从外齿圈输出；

（9）两股动力分别从行星架和外齿圈输入，合成后从太阳轮输出；

（10）动力从太阳轮输入，分两路从外齿圈和行星架输出；

（11）动力从行星架输入，分两路从太阳轮和外齿圈输出；

（12）动力外齿圈输入，分两路从太阳轮和行星架输出。

速比如何计算-单排行星齿轮机构

固定三个元件中的任意一个，其它两个元件都可以输出恒定的传动比；

没有元件固定，其中两个元件相固联后带动另一个输出；

Note: 详细速比推导过程请参考网上资料

相对运动

对于相对运动，也就是以行星架为参照，各轮传动可视为定轴轮系，存在一定的转速关系：

式中----太阳轮相对行星架的转速

----齿圈相对行星架的转速

K----齿圈齿数和太阳轮齿数之比，称为行星排特性参数

横坐标代表传动比；

纵坐标代表齿轮转速和旋转方向；

速度图解法

相对于分析法，图解法不只局限于数学上的理解，其更为直观，各构件的转速一目了然。随着CAD技术的普及，原来计算结果不精确的情况也大为改善。

由《理论力学》中的刚体平面运动原理，可将物体的平面运动简化为平面图形的运动。当平面图形运动时，在每一时刻都有一个瞬时转动中心，即图形绕着一个速度等于零的点转动，这个点称为绝对瞬心。应用这个原理来绘制平面图形运动的速度图的方法，称之为速度图解法。

为了便于理解，分析前, 先看一下车轮子沿水平路面作等速直线纯滚动的情况。车轮的滚动情况与行星轮有一定的相似之处, 平直的路面可以看作半径为∞的圆周, 而行星轮只不过是在有限半径的圆周上滚动罢了。

车轮前进示意图

速比如何计算-单排行星齿轮机构

通过推导，最终得到我们需要的行星齿轮机构运动规律公式，如下所示：

AT变速器速比计算-1挡

行星轮系的运动规律方程式：Ns a*Nr-(1 a)*Nc=0

其中：N1、N2、N3分别表示前排/中排/后排元件，a为齿圈与太阳轮的齿数比；

Ns、Nr、Nc分别表示太阳轮/齿圈/行星架的转速.

自动模式1挡时，C1和F3起作用，Ns1=Ns2=Ns3、Nc2=Nr3=0

前排太阳轮输入，行星架（固连中排齿圈）和齿圈空转；

中排太阳轮输入，行星架固定，齿圈（固连前排行星架）空转；

后排太阳轮输入，齿圈固定，行星架输出.

速比i=输入/输出=Ns1/Nc3= Ns3/Nc3 =（1 a3）=1 78/30=3.6

速比如何计算-DCT/MT

MT/DCT变速器的速比直接是齿轮齿数比得到挡位齿轮的速比；

行星轮系结构的应用

行星齿轮机构的应用首先会想到AT自动变速器，发动机出来是液力变矩器，然后是行星齿轮组，排列组合产生数个速比

行星轮系结构在新能源汽车中的应用

丰田的THS系统（Toyota Hybrid System）

齿圈连接驱动电机，行星架连接发动机，太阳轮连接发电机/启动电机；

两个电机同轴布置；

E-CVT的结构非常的简单，仅仅由外齿圈（这里的外齿圈同时连接2号电机和输出轴）和行星齿轮架（连接发动机）和太阳齿轮（连接1号电机）组成，即动力传递流为：2号电机—外齿圈—输出轴，同时由于行星齿轮组的存在，故亦有：发动机—行星组—外齿圈—输出轴。

Power-Split 结构

发动机连接行星架；

发电机连接太阳轮；

齿圈与动力输出相连；

两个电机非同轴布置；

发动机启动——混动车型相对于传统动力汽车是没有启动电机的，那混动车如何启动发动机呢？

当齿圈固定不动（即车轮不动）时，只有行星齿轮的自转，太阳齿轮（发电机/启动电机）才可以带动架（即发动机）转动，这个过程即启动发动机过程；

此时电动机没有启动。

有了行星齿轮的自转，当齿圈（MG2）正转时，太阳齿轮（MG1）也可以反转。反之，而当齿圈（MG2）反转时，恒星齿轮（MG1）又可以正转。

又比如，外齿圈和太阳齿轮同向转动时，行星齿轮可以不自转，只公转，从而带动汽油机转动。当行星齿轮座不转时，齿圈和太阳齿轮仍可以自由转动。正是因为行星齿轮组的这个巧妙的特性，发动机、车轮、电动机才能时时连接在一起运转而又能互不干扰，故此省去了离合的结构。

纯电驱动模式

在动力电池电量充足且功率需求较小（如轻加速或稳定加速时），进入纯电工作模式

倒挡时，控制系统控制反向供给电压，实现电动机反转，实现倒挡

动力流（如左图所示）：

高压电池→电动机→齿轮组→传动轴→ 驱动轮

此时：发动机静止，发电机空转，电动机驱动

能量回收（Regenerative braking）

在踩下制动踏板或松开加速踏板时。发电机停止喷油，电动机工作于发电机模式，将动能转化电能向电池充电，以备后用

动力流（如左图所示） ：

车轮→斜齿轮组→电动机→高压电池

此时：发动机不工作，发电机空转，电动机发电

为高压电池充电

动力流（如左图所示）：

发动机→行星齿轮组→发电机→高压电池

此时：发动机工作，发电机发电，电动机驱动静止

来源：驱动视界

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本文就为大家讲解到这里，希望对大家有所帮助。

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