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传动解读之行星齿轮组篇

发布时间:2016-08-24 | 来源: | 作者:
   传动行星齿轮组不但广泛应用于自动变速器,也在其他传动机构里面得到广泛应用。

  啥?#34892;行?#40831;轮组?

  自传+公转的变速机构

  其实我们展示一下行星齿轮组的结构大家就明白了,它的结构就和太阳系一样,中间有太阳,旁边是几大行星,行星自己旋转同时?#35889;?#22826;阳公转,由于齿数的原因,会产生变速作用,达到变速/减速的目的。实际上,出于天文/历法的需要,行星齿轮也最早出现在天文仪器和钟表上,所以历史已经非常悠久。


  行星齿轮组名称的得来与星系有很大关系,组成行星齿轮组的齿轮就和恒星/行星一样发生公转/自转,而行星架和齿圈如图运转轨道,相对固定


  由于行星齿轮组存在多个部件,只要限制其中一个的转动,并改变动力的输入和输出,传动比就会改变;而当两个乃至多个行星齿轮组一起变化时,就能实现多个挡位,这就是AT变速器的基本原理,?#28909;?#22810;数6-8速AT变速器就有三个行星齿轮组。

  复杂到需要脑洞大开的原理还是观看?#24736;?#26368;直观:

  三个行星齿轮不转动,中间的太阳齿不转动,外齿圈不转动


  AT变速器里面的行星齿轮组

  与离合器、制动器搭配,作为换挡核心

  行星齿轮组是AT变速器的基础之一,就和马儿不能没有四条腿一样,没?#34892;行?#40831;轮组还叫什么AT变速器呢?当然了,要实现换挡,需要TCU的控制和滑阀箱的执行,以及离合器、制动器对齿圈、行星架、太阳轮等进行控制,这些元件搭配的好,就是状态?#24049;?#30340;?#20107;戇腿?#25645;配的不好,嗯……你懂的。


  1961年奔驰S级车型所用的4速纵置自动变速器结构示意图,它只需要两组行星齿轮组,外加离合器等部件就足够组成4个前进挡


  宝马车型所用的ZF 8速纵置自动变速器结构示意图,也能看到它的三组行星齿轮组和多组离合器/制动器,他们的组合决定了各个挡位


  陆风8at变速器通过四个离合器和一个制动器,加上三组行星齿轮,实现了10个挡位,这与行星齿轮组可以实现多种动力流向/变速比有直接关系


  奔驰全新的9G-TRONIC 9速纵置自动变速器结构示意图,它已经布置了4组行星齿轮组,从结构看,要进一步增加挡位是在?#35759;?#22826;大(而且意义也不是太大)

  CVT等自动变速器里面的行星齿轮组

  作用:作为副变速机构,扩大传动比范围

  CVT等自动变速器里面也往往?#34892;行?#40831;轮组,不过这个时候它们往往不是作为主变速机构(链条/?#25191;?锥轮才是变速的主力),而是作为副变速机构使用。虽然这会增加变速器的复杂性和成本,但是也能进一步提升经济性。



  普通CVT变速器的核心是?#25191;?#21644;锥轮,而时下不少新型CVT变速器也引入了行星齿轮组作为副变速机构,扩大了传动比的范围,提升了经济性

  ECVT变速器里面的行星齿轮组

  作用:变速主力,与电机等合作变速

  另外,ECVT这类特殊的变速器也采用行星齿轮组作为核心之一,它们没有变矩器、锥轮,行星齿轮组就是唯一的变速机构了。

  对于这个ECVT变速器,我们也有过技术解读:

  与?#25191;?#38142;条无关 电子无级变速器ECVT解析

  作为差速器的行星齿轮组——多用于全时四驱的中央差速器

  由于可以传递动力,同时允许行星齿轮和太阳轮自由运动,所以行星齿轮组的输入和输出部分可?#28304;?#22312;转速差,这样用在差速器,尤其是全时四驱车型的中央差速器上也非常合适,只不过由于行星齿轮组加工精度要求高,成本较高,一般都出现在豪华品牌车型上(其余的机?#31561;?#26102;四驱更多使用冠状/伞状齿轮组)。



  偏越野的SUV四驱分动器——建立高低速挡

  上面说的是四驱系统的中央差速器,除了中央差速器之外,具备高、低速四驱模式的SUV车型也可以通过行星齿轮组实现四驱的高低速挡位——这主要见于一些兼顾越野性能的SUV车型,?#28909;?#22868;驰ML、丰田兰德酷路泽等等。这个时候行星齿轮组的作用与CVT变速器中的行星齿轮组控制模式和功用比较类似。




  丰田兰德酷路泽/普拉多的多数车型使用托森差速器作为中央差速器,而行星齿轮实现四驱高低速挡位(4L/4H),差速器锁则通过电控拨叉实现

  电动车的减速机构——降低转速同时放大扭矩

  行星齿轮组作为减速机构最早是在活塞式发动机的飞机上面,它具备结构紧凑,变速比大的特点,这对于空间重量紧紧巴巴的飞机来说至关重要。如今的乘用车上,需要这样减速机构的就是电动车了,这就是很多电动车也需要更换润滑油的原因——减速机也是需要润滑的啊。




  雪佛兰SPARK EV车型使用行星齿轮组作为减速器,可以将很高的电动机转速降到车轮转动的转速,同时可以放大扭矩,而差速器为一般的冠状齿轮架构

  结语:行星齿轮组其实并不神秘,但是通过各种控制,实现挡位的组合就比较复杂了,这就是它称得上脑洞大开的原因。有了变矩器和行星齿轮组这些部件,是不是就能搞定传动了呢?

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