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基本定義
齒輪系主要分為兩大類,一種是傳統的定軸齒輪,就是各個齒輪的軸線相對固定,只會圍繞著自己的軸線進行轉動。
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另外一種就是行星齒輪,不僅可以實現定軸齒輪的“自傳”效果,還可以隨著行星架圍繞其他齒輪的軸線進行轉動,實現類似“公轉”的效果。
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由于運行原理和太陽系的行星運轉相似,所以才會被稱為“行星齒輪組”。
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核心結構
行星齒輪主要由太陽輪、多個行星輪、外齒圈和行星架4個核心部件組成,相比于傳統的齒輪傳動具有很多優點。
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比如說可以實現功率分流,讓發動機在不同工況下擁有不同的扭矩分配,非常適合充當各種傳動系統中的減速器、增速器和變速裝置,“高載荷 大傳動比”的特點又讓它非常適合飛行器和重型機械設備。
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由于行星架的存在,動力可以從太陽輪、行星輪或者是外齒圈進行輸入,相當于擁有三根傳動軸,還可以利用離合器或者制動器限制其中一條傳動軸形成“鎖死”效果,這就讓行星齒輪可以擁有多種傳動組合和特性。
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傳動特性
比如當汽車處于低擋位時,動力從太陽輪輸入發生主動旋轉,行星齒輪跟著被動旋轉,外齒圈保持固定。變速器切換到中擋位時,動力從外齒圈輸入,行星齒輪被動旋轉,但是太陽輪會固定不動。當變速箱位于高擋位時,動力通過行星架輸入到行星齒輪,外齒圈被動旋轉,太陽輪則會固定。
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這種特殊的結構和運行原理讓行星齒輪擁有無可比擬的傳動優勢,所有齒輪始終相互嚙合,換擋時不需要滑移齒輪,所以磨損更少壽命更長。整體結構非常緊湊,體積小重量輕,讓它的通用性非常強。
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星型齒輪的輸入軸和輸出軸位于同一水平線,并且可以通過多個行星齒輪來分擔傳動載荷,所以具有高載荷、大傳動比的優勢,最難能可貴的是它具有功率分流的特性。
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混動神器
我們可以以豐田的混動系統為例,THS混動系統的核心部件是一套被豐田稱為“動力分配器”的行星齒輪組。
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發動機與行星齒輪組的外齒圈相連,當發動機轉動時行星齒輪與太陽輪和外齒圈咬合并推動二者向同一方向旋轉。豐田通過對太陽輪以及外齒圈的設計,將72%的扭矩分配給了外齒圈,把28%的扭矩傳給太陽輪。
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外齒圈通過減速齒輪連接到差速器,用來驅動車輛前進。太陽輪則與P1電機相連,發動機帶動行星架,行星齒輪又帶動太陽輪,讓身為發電機的P1電機實現發電,當車輛速度達到一定值,P3電機將會與外齒圈連接,將28%的扭矩通過電氣回路返回給車輪端,對發動機的扭矩進行補充,也就是外齒圈和P3電機一起,通過減速齒輪和差速器來驅動車輛。
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試想一下如果沒有行星齒輪實現了功率分流,豐田的這套混動系統或許根本就不會存在。
類型多樣
行星齒輪也會有很多不同的類型,按照行星架上安裝的行星齒輪組數的不同,可以分為單行星排和雙行星排。
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按照類型的不同又可以分為基礎型、辛普森、拉維奈爾赫等等。
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行星齒輪的歷史悠久、結構精妙、運行復雜,以上也僅僅是對行星齒輪組進行了簡單介紹。