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提高汽车性能的奇妙部件——行星齿轮
作者:中国汽车交易平台  频道:减速机  发布时间:2007-09-07
    行星齿轮,这个零部件在车上并不起眼,甚至是一个不为人知的部件。听起来行星齿轮只是整车中某一机构的组成部份,就像是发动机的活塞或者凸轮轴那样。但实际上行星齿轮由于其特殊的结构特性,在汽车上起着至关重要的作用,其设计上的区别也会带来性能上的影响,更有意思的是,它的工作原理非常奇妙。

    行星齿轮在汽车的哪些地方被采用呢?作为一个不为人知的部件,抛开自动变速箱中的行星齿轮机构,行星齿轮可以说是每一部车子不可缺少的重要组成部分,那就是差速器,只要是需要转弯的车子,就少不了差速器,而差速器里自然也少不了行星齿轮。行星齿轮作为自动变速器的变速齿轮也是行星齿轮机构的又一大功用,与传统的手动变速器相比,自动变速器使动力实现同轴传递,而不像手动变速器那样输入轴和输出轴位于两个不同的转动轴线上。同时动力传递过程中不再存在动力的不连续,因为行星齿轮变速机构的变速过程不用像手动变速器那样需要离合器和同步器来保证换档的平顺性。除此之外,还有一些独特的汽车技术,例如宝马的随速可变转向角度,三菱的AYC等,都会用到行星齿轮。

    说了这么多到底什么才是行星齿轮,差速器和自动变速器的行星齿轮是怎样工作的呢?所谓行星齿轮,其也是一个齿轮组,由行星齿轮、行星齿轮框架、太阳轮和外齿圈四部分组成,它的运动就像是太阳系中九大行星围绕着太阳运转类似,位于转动轴线中心转动的太阳轮就像是星系中的恒星,其转动只是围绕自身的轴线进行自转;行星齿轮由行星齿轮框架将几个行星齿轮连接,使其同步围绕太阳轮转动,同时作为行星的行星齿轮其自身也在围绕着自己的轴线进行自转,作为行星齿轮机构中体积最大的外齿圈其转动也是为太阳轮的轴线进行转动。这就是行星齿轮组的结构,但从结构上看,作为差速器的行星齿轮组和作为变速齿轮的行星齿轮在结构上仍然存在着不小差别。

    行星齿轮是实现差速器消除转速差的重要部件。对于我们的车子来说,车轮保持直线是一件很容易的事,只要左右车轮保持相同的转速就可以使车子平稳的沿着直线行驶。但当车子转向时,由于内外侧车轮转弯半径不同,为使车子能平稳的通过弯道,内外侧的车轮就要相互的配合,使外侧车轮高于内侧车轮,从物理现象上说就是在相同的角速度下,由于内侧车轮转动半径小,外侧车轮的转动半径大,在转动过程中,外侧车轮的线速度就要高于内侧车轮。而在车子行驶中,如果没有差速器的存在,在转向时内外侧车轮都会获得相同的动力,很难实现外侧转速高于内侧转速,所以很难实现平稳的转向,内侧车轮和外侧车轮就会相互较劲,进而无法实现转向。构成差速器的齿轮结构就是行星齿轮,这是由于行星齿轮在运转中起到的作用,使转向时内外侧车轮的转速差得以实现。与其说差速器是保证车辆行驶中易于操控的目的,更不如说行星齿轮的工作确保了车轮在任何时刻都沿着预计的行驶轨迹行驶。

    差速器行星齿轮机构在工作时,发动机的动力通过外齿圈输入到整个机构中,外齿圈与行星齿轮框架相对固定,使得行星齿轮框架及框架所固定的行星轮就跟随着外齿圈一起转动,而在此结构中,行星齿轮自转的转动轴线与外齿圈的转动轴线相互垂直,而外齿圈与太阳轮位于相同的转动轴线上,行星齿轮框架带动行星齿轮围绕太阳轮进行公转时的转动轴线也是和太阳轮处于同一轴线上。要实现这样的传动方式,相互啮合的太阳轮和行星齿轮的转动就不是同一个方向,所以要采用伞形的齿轮结构才能实现在两个方向上的联动。作为太阳齿轮的伞齿轮就是将动力传递个车轮的半轴。

    当左右车轮存在转速差时,也就是左侧的太阳轮和右侧的太阳轮存在着两种转速,而在普通的齿轮传动机构中,三个相互啮合的齿轮要是随时改变其相对的转速是完全不可能的。而在行星齿轮机构中,依*着行星齿轮自身的转动和围绕太阳轮的公转,就可以实现相互联动齿轮之间存在转速差。从结构上说,存在转速差的主要原因在于两侧车轮受到的阻力不同,一侧车轮阻力大,一侧车轮阻力小,这就造成了,阻力大的一侧车轮转速就会较慢,阻力小的一侧车轮转速就会相对另一侧要较高些。也真是如此,对于普通的差速器来说,在转向过程中,车子内侧受到的阻力较大,外侧受到的阻力较小,如此时保持动力输出,左右车轮理应分配到相同的扭矩,使两侧车轮保持相同的转速,但由于行星齿轮差速器的工作,使受阻小的一侧车轮获得了比受阻大的一侧车轮更多的扭矩,这样受阻小的一侧车轮的转速就会增加较多,而受阻大的一侧则不然。这样就实现了外侧车轮转速高于内侧车轮的转速,从而实现了转向的平稳与准确。这就是差速器中的行星齿轮机构。

    行星齿轮变速机构的结构与行星齿轮差速器的结构截然不同。虽然组成部分仍然是行星齿轮组的四个部分。但每个齿轮的布置与差速器行星齿轮有较大区别。行星齿轮变速机构的每个齿轮的转动轴线都是相互平行的,在动力传递过程中不存在方向的改变,所以构成行星齿轮机构的所有齿轮都采用了直齿结构。外齿圈、太阳轮和行星齿轮框架都是围绕着同一轴线进行转动,而行星齿轮则在框架的带动下,围绕着太阳轮自转的轴线进行公转。行星齿轮和太阳轮相互啮合,同时外齿圈同样也和行星齿轮相啮合,太阳轮的转动半径相对较小,其仅仅是围绕自身轴线进行自转,其次行星齿轮框架在行星齿轮的带动下围绕着太阳轮运转,最后齿轮组位于最外侧的外齿圈依*齿轮间的相互啮合也会围绕着太阳轮的轴心转动,这样,三组齿轮在同一个平面内根据转动轨迹的半径不同就构成了一组同心圆,此外,在行星齿轮框架围绕太阳轮转动时,行星齿轮也在进行自转,从而带动框架的转动,但由于行星齿轮的体积较小,其自身的转动半径也非常小,因此为了使整个齿轮组运转更稳定转动过程中受到的冲击更小,框架往往是连动多个行星齿轮使之围绕太阳轮转动。这样行星齿轮机构就通过齿轮间转动半径的不同来实现不同的传动比。当分别固定行星齿轮框架、太阳轮和外齿圈三者中的一个,同时选择不同的输入和输出齿轮就可以实现传动比的改变。往往受到齿轮传递过程中转动方向的限制,每套行星齿轮组只能实现2个前进档和1个倒档。而在我们车上所采用的自动变速箱,为了实现多个档位的转换,同时采用两个行星齿轮组串联的结构,来实现多个档位不同传动比的需求。这就是行星齿轮变速机构。

    这两种结构的行星齿轮是在我们目前市面上的各种车型中最常采用的两种结构,除此之外,还有一些特殊技术同样采用了行星齿轮。

    三菱在EVO车型上采用了名为Super AYC的机构,该机构正式带有行星齿轮的前后差速器,该结构就像自动变速箱的行星齿轮机构,可以根据需要调节左右车轮的传动比,换句话说,我们可以将Super AYC机构理解为在前后差速器上配备了一套变速器。和传统的差速器相比,Super AYC机构不仅实现了内外侧车轮的转速差,而其可以将扭矩传递到外车车轮上,减少了内侧车轮在转向过程中打滑的机率,同时又是车子能获得更高的过弯极限。这一点是传统的差速器无法实现的,我们所认识的传统的差速器只能将转速输送到外侧车轮,但扭矩却都会集中在内侧车轮上,这样在转弯道过程中,内侧车轮由于受到的扭矩大进而就更容易打滑。而Super AYC机构恰恰是避免了转弯时内侧车轮打滑,保证了车子过弯时能获得极高的稳定性,同时又能保持较高的动力输出。这也是正式三菱EVO所追求的,车子无时不刻都要在驾驶员的掌控下,同时又能获得更高的性能。

    行星齿轮机构不仅应用在传动机构中,宝马甚至将行星齿轮机构应用到转型机构中,通过改变行星齿轮组中不同齿轮的传动比,使方向盘和车轮的转向角度随车速的改变而改变,也就是当车速越高时,转向机构就会采用较大的齿比,在方向盘转动范围之内,减小车轮的转向角度,从而避免车子在高速行驶过程中出现的转向不足,同时在低速行驶时,选择相对较小的齿比,增大车轮的转向角度,进而增加车子的灵活性。

    这些都是行星齿轮在汽车上的应用,虽然看似是一个不起眼的零部件,但其对我们车子的性能却起着至关重要的作用。可以说行星齿轮是一套设计巧妙的机构,在车子最不被人关注的部位,却完成了其它部件无法完成的功用。


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