基本定义
齿轮系主要分为两大类,一种是传统的定轴齿轮,就是各个齿轮的轴线相对固定,只会围绕着自己的轴线进行转动。
另外一种就是行星齿轮,不仅可以实现定轴齿轮的“自传”效果,还可以随着行星架围绕其他齿轮的轴线进行转动,实现类似“公转”的效果。
由于运行原理和太阳系的行星运转相似,所以才会被称为“行星齿轮组”。
核心结构
行星齿轮主要由太阳轮、多个行星轮、外齿圈和行星架4个核心部件组成,相比于传统的齿轮传动具有很多优点。
比如说可以实现功率分流,让发动机在不同工况下拥有不同的扭矩分配,非常适合充当各种传动系统中的减速器、增速器和变速装置,“高载荷 大传动比”的特点又让它非常适合飞行器和重型机械设备。
由于行星架的存在,动力可以从太阳轮、行星轮或者是外齿圈进行输入,相当于拥有三根传动轴,还可以利用离合器或者制动器限制其中一条传动轴形成“锁死”效果,这就让行星齿轮可以拥有多种传动组合和特性。
传动特性
比如当汽车处于低挡位时,动力从太阳轮输入发生主动旋转,行星齿轮跟着被动旋转,外齿圈保持固定。变速器切换到中挡位时,动力从外齿圈输入,行星齿轮被动旋转,但是太阳轮会固定不动。当变速箱位于高挡位时,动力通过行星架输入到行星齿轮,外齿圈被动旋转,太阳轮则会固定。
这种特殊的结构和运行原理让行星齿轮拥有无可比拟的传动优势,所有齿轮始终相互啮合,换挡时不需要滑移齿轮,所以磨损更少寿命更长。整体结构非常紧凑,体积小重量轻,让它的通用性非常强。
星型齿轮的输入轴和输出轴位于同一水平线,并且可以通过多个行星齿轮来分担传动载荷,所以具有高载荷、大传动比的优势,最难能可贵的是它具有功率分流的特性。
混动神器
我们可以以丰田的混动系统为例,THS混动系统的核心部件是一套被丰田称为“动力分配器”的行星齿轮组。
发动机与行星齿轮组的外齿圈相连,当发动机转动时行星齿轮与太阳轮和外齿圈咬合并推动二者向同一方向旋转。丰田通过对太阳轮以及外齿圈的设计,将72%的扭矩分配给了外齿圈,把28%的扭矩传给太阳轮。
外齿圈通过减速齿轮连接到差速器,用来驱动车辆前进。太阳轮则与P1电机相连,发动机带动行星架,行星齿轮又带动太阳轮,让身为发电机的P1电机实现发电,当车辆速度达到一定值,P3电机将会与外齿圈连接,将28%的扭矩通过电气回路返回给车轮端,对发动机的扭矩进行补充,也就是外齿圈和P3电机一起,通过减速齿轮和差速器来驱动车辆。
试想一下如果没有行星齿轮实现了功率分流,丰田的这套混动系统或许根本就不会存在。
类型多样
行星齿轮也会有很多不同的类型,按照行星架上安装的行星齿轮组数的不同,可以分为单行星排和双行星排。
按照类型的不同又可以分为基础型、辛普森、拉维奈尔赫等等。
行星齿轮的历史悠久、结构精妙、运行复杂,以上也仅仅是对行星齿轮组进行了简单介绍。