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汽车中那些精彩绝伦的机械设计第四期——行星齿轮2022-06-11 19:26

  上期我们为大家介绍了黏性联轴器,该装置以较低的成本为车辆带来了机械四驱自锁功能。本期我们将继续讲解在汽车发展史上另一种至关重要的机械结构——行星齿轮。

  众所周知,AT变速器的成功落地离不开行星齿轮,在没有电控系统助力的年代,这一机械部件用自身独特的结构优势,使自动换挡成为了可能,也令其在四驱系统、混动系统中获得了一席之地,时至今日依旧在汽车传动系统中发挥着不可或缺的作用。

  从结构上看,行星齿轮其实并不复杂,由太阳轮、齿圈、行星架三构件组成构成,三者旋转中心重合,中心位置为太阳轮,最外圈为齿圈,介于二者之间的小齿轮为行星轮,行星架将所有行星轮连接在一起,组合成一个构件。

  在这一结构中,行星架为过渡齿轮,传动比大小不由实际齿数决定,我们可以将其视为一个虚拟直齿轮,其齿数为太阳轮与齿圈齿数之和,因此行星架为最大齿轮,而中心位置的太阳轮最小,因此齿数最少,位于最外圈的齿圈大于太阳轮,齿数介于以上二者之间。

  动力传递时,如果结构中单一构件受到限制,另两构件则会起到传动作用,同时由于各构件齿数不同,因此在输出动力时,对不同构件进行限制就可起到变速变扭的作用。

  以一档为例,动力由最小齿轮太阳轮输入,最大齿轮行星架输出,因此齿圈固定。此时,太阳轮会推动行星齿轮转动,行星齿轮开始自转,由于齿圈固定,因此行星齿轮的自转会使齿圈提供给其一个反力,绕太阳轮进行公转,带动与其相连的行星架旋转,动力由此输出。

  由于行星齿轮机构主被动部分的旋转中心相同,因此行星齿轮具备更高的体积利用率,为自动变速器的换挡执行机构腾出了更多空间,使其在体积不变的情况下,得以实现自动换挡。此外,还可增加更多行星排用以扩大汽车调速范围。

  除起到调速功能外,行星齿轮在传动系统中还具备其他作用。由于其三个构件均能旋转,动力的传输可以“两进一出”,也可以“一进两出”,在混动系统中能实现动力的灵活输送,在四驱系统中还可使动力分配更加合理,并起到差速效果。

  行星齿轮凭借其简单、紧凑的结构特点,使AT成为了自动变速器中的“六边形战士”,而其可靠性与动力传递上限,又是如今遍地开花的双离合变速器,与CVT无级变速器无法比拟的,这也成就了其在汽车发展史上的优势地位。同时,在四驱系统与混动车型上也可以看到它的身影,甚至部分新能源车型的传动系统都需要行星齿轮才能实现更高的性能,这也充分印证了优质成熟的机械结构不仅不会过时,还会随着时间的推移继续在无垠的技术发展中,发挥着历久弥坚的作用。