傳動解讀之行星齒輪組

2021-01-19 傳動網

  傳動行星齒輪組不但廣泛應用於自動變速器,也在其他傳動機構裡面得到廣泛應用。


  啥叫行星齒輪組?

  自傳+公轉的變速機構

  其實我們展示一下行星齒輪組的結構大家就明白了,它的結構就和太陽系一樣,中間有太陽,旁邊是幾大行星,行星自己旋轉同時繞著太陽公轉,由於齒數的原因,會產生變速作用,達到變速/減速的目的。實際上,出於天文/曆法的需要,行星齒輪也最早出現在天文儀器和鐘錶上,所以歷史已經非常悠久。


  行星齒輪組名稱的得來與星系有很大關係,組成行星齒輪組的齒輪就和恆星/行星一樣發生公轉/自轉,而行星架和齒圈如圖運轉軌道,相對固定


  由於行星齒輪組存在多個部件,只要限制其中一個的轉動,並改變動力的輸入和輸出,傳動比就會改變;而當兩個乃至多個行星齒輪組一起變化時,就能實現多個擋位,這就是AT變速器的基本原理,比如多數6-8速AT變速器就有三個行星齒輪組。

  複雜到需要腦洞大開的原理還是觀看視頻最直觀:

  三個行星齒輪不轉動,中間的太陽齒不轉動,外齒圈不轉動


  AT變速器裡面的行星齒輪組

  與離合器、制動器搭配,作為換擋核心

  行星齒輪組是AT變速器的基礎之一,就和馬兒不能沒有四條腿一樣,沒有行星齒輪組還叫什麼AT變速器呢?當然了,要實現換擋,需要TCU的控制和滑閥箱的執行,以及離合器、制動器對齒圈、行星架、太陽輪等進行控制,這些元件搭配的好,就是狀態良好的皇馬巴薩,搭配的不好,嗯……你懂的。


  1961年奔馳S級車型所用的4速縱置自動變速器結構示意圖,它只需要兩組行星齒輪組,外加離合器等部件就足夠組成4個前進擋。


  寶馬車型所用的ZF 8速縱置自動變速器結構示意圖,也能看到它的三組行星齒輪組和多組離合器/制動器,他們的組合決定了各個擋位。


  陸風8at變速器通過四個離合器和一個制動器,加上三組行星齒輪,實現了10個擋位,這與行星齒輪組可以實現多種動力流向/變速比有直接關係。

  奔馳全新的9G-TRONIC 9速縱置自動變速器結構示意圖,它已經布置了4組行星齒輪組,從結構看,要進一步增加擋位是在難度太大(而且意義也不是太大)。

  CVT等自動變速器裡面的行星齒輪組

  作用:作為副變速機構,擴大傳動比範圍

  CVT等自動變速器裡面也往往有行星齒輪組,不過這個時候它們往往不是作為主變速機構(鏈條/鋼帶+錐輪才是變速的主力),而是作為副變速機構使用。雖然這會增加變速器的複雜性和成本,但是也能進一步提升經濟性。




  普通CVT變速器的核心是鋼帶和錐輪,而時下不少新型CVT變速器也引入了行星齒輪組作為副變速機構,擴大了傳動比的範圍,提升了經濟性。

  ECVT變速器裡面的行星齒輪組

  作用:變速主力,與電機等合作變速

  另外,ECVT這類特殊的變速器也採用行星齒輪組作為核心之一,它們沒有變矩器、錐輪,行星齒輪組就是唯一的變速機構了。


  對於這個ECVT變速器,我們也有過技術解讀:

  與鋼帶鏈條無關 電子無級變速器ECVT解析

  作為差速器的行星齒輪組——多用於全時四驅的中央差速器。

  由於可以傳遞動力,同時允許行星齒輪和太陽輪自由運動,所以行星齒輪組的輸入和輸出部分可以存在轉速差,這樣用在差速器,尤其是全時四驅車型的中央差速器上也非常合適,只不過由於行星齒輪組加工精度要求高,成本較高,一般都出現在豪華品牌車型上(其餘的機械全時四驅更多使用冠狀/傘狀齒輪組)。



  偏越野的SUV四驅分動器——建立高低速擋

  上面說的是四驅系統的中央差速器,除了中央差速器之外,具備高、低速四驅模式的SUV車型也可以通過行星齒輪組實現四驅的高低速擋位——這主要見於一些兼顧越野性能的SUV車型,比如奔馳ML、豐田蘭德酷路澤等等。這個時候行星齒輪組的作用與CVT變速器中的行星齒輪組控制模式和功用比較類似。



  豐田蘭德酷路澤/普拉多的多數車型使用託森差速器作為中央差速器,而行星齒輪實現四驅高低速擋位(4L/4H),差速器鎖則通過電控撥叉實現。

  電動車的減速機構——降低轉速同時放大扭矩

  行星齒輪組作為減速機構最早是在活塞式發動機的飛機上面,它具備結構緊湊,變速比大的特點,這對於空間重量緊緊巴巴的飛機來說至關重要。如今的乘用車上,需要這樣減速機構的就是電動車了,這就是很多電動車也需要更換潤滑油的原因——減速機也是需要潤滑的啊。




  雪佛蘭SPARK EV車型使用行星齒輪組作為減速器,可以將很高的電動機轉速降到車輪轉動的轉速,同時可以放大扭矩,而差速器為一般的冠狀齒輪架構

  

結語:

行星齒輪組其實並不神秘,但是通過各種控制,實現擋位的組合就比較複雜了,這就是它稱得上腦洞大開的原因。有了變矩器和行星齒輪組這些部件,是不是就能搞定傳動了呢?


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