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      傳動解讀之行星齒輪組篇

      發布時間:2016-08-24 | 來源: | 作者:
         傳動行星齒輪組不但廣泛應用于自動變速器,也在其他傳動機構里面得到廣泛應用。

        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,由于齒數的原因,會產生變速作用,達到變速/減速的目的。實際上,出于天文/歷法的需要,行星齒輪也最早出現在天文儀器和鐘表上,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系,組成行星齒輪組的齒輪就和恒星/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


        由于行星齒輪組存在多個部件,只要限制其中一個的轉動,并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。

        復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變速器里面的行星齒輪組

        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么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/變速比有直接關系


        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等自動變速器里面的行星齒輪組

        作用:作為副變速機構,擴大傳動比范圍

        CVT等自動變速器里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復雜性和成本,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,擴大了傳動比的范圍,提升了經濟性

        ECVT變速器里面的行星齒輪組

        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構了。

        對于這個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——多用于全時四驅的中央差速器

        由于可以傳遞動力,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,只不過由于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(其余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托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,這對于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:行星齒輪組其實并不神秘,但是通過各種控制,實現擋位的組合就比較復雜了,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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