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傳動(dòng)解讀之行星齒輪組

發(fā)布時(shí)間:2018-07-01 18:37

傳動(dòng)行星齒輪組不但廣泛應(yīng)用于自動(dòng)變速器,也在其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)里面得到廣泛應(yīng)用。

什么叫行星齒輪組?

自傳+公轉(zhuǎn)的變速機(jī)構(gòu)

其實(shí)我們展示一下行星齒輪組的結(jié)構(gòu)大家就明白了,它的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)同時(shí)繞著太陽公轉(zhuǎn),由于齒數(shù)的原因,會(huì)產(chǎn)生變速作用,達(dá)到變速/減速的目的。實(shí)際上,出于天文/歷法的需要,行星齒輪也最早出現(xiàn)在天文儀器和鐘表上,所以歷史已經(jīng)非常悠久。

行星齒輪組名稱的得來與星系有很大關(guān)系,組成行星齒輪組的齒輪就和恒星/行星一樣發(fā)生公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn),而行星架和齒圈如圖運(yùn)轉(zhuǎn)軌道,相對(duì)固定

由于行星齒輪組存在多個(gè)部件,只要限制其中一個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng),并改變動(dòng)力的輸入和輸出,傳動(dòng)比就會(huì)改變;而當(dāng)兩個(gè)乃至多個(gè)行星齒輪組一起變化時(shí),就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)擋位,這就是AT變速器的基本原理,比如多數(shù)6-8速AT變速器就有三個(gè)行星齒輪組。

復(fù)雜到需要腦洞大開的原理還是觀看視頻最直觀:

三個(gè)行星齒輪不轉(zhuǎn)動(dòng),中間的太陽齒不轉(zhuǎn)動(dòng),外齒圈不轉(zhuǎn)動(dòng)

AT變速器里面的行星齒輪組

離合器、制動(dòng)器搭配,作為換擋核心

行星齒輪組是AT變速器的基礎(chǔ)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么AT變速器呢?當(dāng)然了,要實(shí)現(xiàn)換擋,需要TCU的控制和滑閥箱的執(zhí)行,以及離合器、制動(dòng)器對(duì)齒圈、行星架、太陽輪等進(jìn)行控制,這些元件搭配的好,就是狀態(tài)良好的皇馬巴薩,搭配的不好,嗯……你懂的。

1961年奔馳S級(jí)車型所用的4速縱置自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)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(gè)前進(jìn)擋

寶馬車型所用的ZF8速縱置自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)示意圖,也能看到它的三組行星齒輪組和多組離合器/制動(dòng)器,他們的組合決定了各個(gè)擋位

陸風(fēng)8at變速器通過四個(gè)離合器和一個(gè)制動(dòng)器,加上三組行星齒輪,實(shí)現(xiàn)了10個(gè)擋位,這與行星齒輪組可以實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)力流向/變速比有直接關(guān)系

奔馳全新的9G-TRONIC-9速縱置自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)示意圖,它已經(jīng)布置了4組行星齒輪組,從結(jié)構(gòu)看,要進(jìn)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(dòng)變速器里面的行星齒輪組

作用:作為副變速機(jī)構(gòu),擴(kuò)大傳動(dòng)比范圍

CVT等自動(dòng)變速器里面也往往有行星齒輪組,不過這個(gè)時(shí)候它們往往不是作為主變速機(jī)構(gòu)(鏈條/鋼帶+錐輪才是變速的主力),而是作為副變速機(jī)構(gòu)使用。雖然這會(huì)增加變速器的復(fù)雜性和成本,但是也能進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)性。

普通CVT變速器的核心是鋼帶和錐輪,而時(shí)下不少新型CVT變速器也引入了行星齒輪組作為副變速機(jī)構(gòu),擴(kuò)大了傳動(dòng)比的范圍,提升了經(jīng)濟(jì)性

ECVT變速器里面的行星齒輪組

作用:變速主力,與電機(jī)等合作變速

另外,ECVT這類特殊的變速器也采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(jī)構(gòu)了。

對(duì)于這個(gè)ECVT變速器,我們也有過技術(shù)解讀:

與鋼帶鏈條無關(guān) 電子無級(jí)變速器ECVT解析

作為差速器的行星齒輪組——多用于全時(shí)四驅(qū)的中央差速器

由于可以傳遞動(dòng)力,同時(shí)允許行星齒輪和太陽輪自由運(yùn)動(dòng),所以行星齒輪組的輸入和輸出部分可以存在轉(zhuǎn)速差,這樣用在差速器,尤其是全時(shí)四驅(qū)車型的中央差速器上也非常合適,只不過由于行星齒輪組加工精度要求高,成本較高,一般都出現(xiàn)在豪華品牌車型上(其余的機(jī)械全時(shí)四驅(qū)更多使用冠狀/傘狀齒輪組)。

偏越野的SUV四驅(qū)分動(dòng)器——建立高低速擋

上面說的是四驅(qū)系統(tǒng)的中央差速器,除了中央差速器之外,具備高、低速四驅(qū)模式的SUV車型也可以通過行星齒輪組實(shí)現(xiàn)四驅(qū)的高低速擋位——這主要見于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(gè)時(shí)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(shù)車型使用托森差速器作為中央差速器,而行星齒輪實(shí)現(xiàn)四驅(qū)高低速擋位(4L/4H),差速器鎖則通過電控?fù)懿鎸?shí)現(xiàn)

電動(dòng)車的減速機(jī)構(gòu)——降低轉(zhuǎn)速同時(shí)放大扭矩

行星齒輪組作為減速機(jī)構(gòu)最早是在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)上面,它具備結(jié)構(gòu)緊湊,變速比大的特點(diǎn),這對(duì)于空間重量緊緊巴巴的飛機(jī)來說至關(guān)重要。如今的乘用車上,需要這樣減速機(jī)構(gòu)的就是電動(dòng)車了,這就是很多電動(dòng)車也需要更換潤(rùn)滑油的原因——減速機(jī)也是需要潤(rùn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速,同時(shí)可以放大扭矩,而差速器為一般的冠狀齒輪架構(gòu)

結(jié)語:行星齒輪組其實(shí)并不神秘,但是通過各種控制,實(shí)現(xiàn)擋位的組合就比較復(fù)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(dòng)了呢?

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