桥行星齿轮主要由太阳轮、多个行星轮、外齿圈和行星架四个核心部件构成,相比于传统的齿轮传动具有显著优点。
# 撰文 | 萧洋 编审 | 宇傅
01. 概述
行星齿轮不仅可以实现定轴齿轮的自转效果,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。
行星齿轮可以实现功率分流,让发动机在不同工况下有不同的扭矩分配,非常适合充当各种传动系统中的减速器、增速器等变速装置。
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出,相当于拥有三根传动轴,还可以利用离合器或制动器限制其中一条传动轴形成锁死效果,因此行星齿轮具有多种传动组合。
02. 工作原理
简单的行星齿轮机构通常被称为三构件机构,太阳轮、行星架和齿圈,这三构件如果要确定相互之间的运动关系,一般情况下首先需要固定其中一个构件,然后确定主动件,并确定主动件的转速和旋转方向,最后被动件的转速和旋转方向才能够确定。
Ø 三构件基本状态
太阳轮主动:当太阳轮作为输入轴时,动力通过太阳轮传递给行星轮,使行星轮既自转又公转。
行星架主动:当行星架作为输入轴时,行星轮在行星架的带动下公转,同时与太阳轮和内齿圈啮合,传递动力。
内齿圈主动:当内齿圈作为输入轴时,它通过啮齿与行星轮相互作用,使行星轮能够自转和公转。
Ø 传动模式
当太阳轮固定,行星架为主动件,齿圈为从动件,转速为增速,旋转方向相同。若齿圈为主动件,行星架为从动件,则转速为减速,方向相同。
当齿圈固定,行星架为主动件,太阳轮为从动件,转速为增速,旋转方向相同。若太阳轮为主动件,行星架为从动件,则转速为减速,方向相同。
当行星架固定,齿圈为主动件,太阳轮为从动件,转速为增速,旋转方向相反。若太阳轮为主动件,齿圈为从动件,则转速为减速,方向相反。
由此可知,由于单排行星齿轮机构具有两个自由度,在太阳轮、齿圈和行星架三个构件中任选两个作为主动件和从动件,而使另一个构件固定不动,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。
Ø 传动比
行星齿轮的传动比主要与太阳轮、行星轮和内齿圈的齿数有关,通常情况下太阳轮作为输入轴,内齿轮作为输出轴。行星齿轮的传动比等于输出轴速度与输入轴速度之比。
假设太阳轮的齿数S为10,行星轮的齿数P为20,内齿轮的齿数R为30,则传动比计算为:传动比=(20+30)/10=5。这意味着行星齿轮的传动的输出角速度是输入角速度的5倍,当太阳轮以一定速度旋转时,内齿轮将以5倍速度旋转。
当传动比为正值时,行星轮和内齿轮的运动方向与太阳轮相同,当传动比为负值时,行星轮和内齿轮的运动方向与太阳轮相反。在实际应用中,通过增加或减少行星轮的齿数,可以实现不同的传动比,以满足特定的速度或扭矩要求。
Ø 双排行星齿轮
双排行星齿轮相比简单行星齿轮拥有两组齿轮,每组齿轮都包含一个太阳齿轮和两个行星齿轮,且行星轮的齿数相同。双排行星齿轮由于其复杂的结构和更多的齿轮组合,可以实现更广泛的传动比范围,拥有更高的扭矩密度和更稳定的传动性能。
03. 应用市场
在电驱动桥当中,行星齿轮组常被用作动力分配器,将电动机的动力以不同比例分配到车轮上,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,从而优化动力性能。
行星齿轮变速器可以实现五种不同组合的档位。
太阳轮主动,行星架被动,齿圈不动,档位为低档。 |
齿圈主动,行星架被动,太阳轮不动,档位为中档。 |
行星架主动,齿圈被动,太阳轮不动,档位为高档。 |
太阳轮主动,齿圈被动,行星架不动,档位为倒挡。 |
当所有运动件都不受约束时,变速器处于空档。 |
行星齿轮常位于电驱动桥中减速器前端,连接驱动电机,能够有效地将电机的高转速转换为合适的驱动转速,也同时安装在减速器后端连接差速器,确保在转弯或在不平稳路况中,左右驱动轮能够以不同速度转动。
目前电驱动桥所用到的行星齿轮基本为双排或多排行星齿轮机构,相比单排行星齿轮,其拥有更广泛的传动比范围和更高的扭矩密度,以及更好的可逆性,因此被用于更多市场当中。
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