当轮系运转时，如果组成轮系的齿轮中至少有一个齿轮具有不固定的几何轴线位置，并绕其他齿轮的几何轴线转动，即轮系中至少有一个齿轮做行星运动。这种齿轮传动称为行星传动。 行星齿轮传动的特点 行星齿轮传动的优点： (1)体积和质量小； (2)结构紧凑，承载能力大； (3)传输效率高； (4)传动比大； (5)运动平稳，抗冲击和振动能力强。 行星齿轮变速器的缺点： (1)优质的材料和复杂的结构； (2)制造和安装困难； (3)成本高。 行星机构的组成 最简单的行星机构由太阳轮T、齿圈Q、行星架J和行星轮x组成。 单行星齿轮机构的工作原理 简单(单排)行星齿轮机构是传动机构的基础。通常，自动变速器的传动机构由两排或三排以上的行星齿轮机构组成。简单的行星齿轮机构包括一个太阳齿轮、几个行星齿轮和一个齿圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支撑，允许行星齿轮在支撑轴上旋转。行星齿轮、相邻的太阳轮和齿圈始终处于常啮合状态，通常采用斜齿轮来提高工作稳定性(如图9所示。l)。 图9.2显示了一个简单的行星齿轮机构。太阳齿轮位于行星齿轮机构的中心。太阳齿轮和行星齿轮始终啮合，两个外齿轮相互啮合，旋转方向相反。就像太阳位于太阳系的中心一样，太阳齿轮也因其位置而得名。行星齿轮除了能绕行星架的支撑轴转动外，在某些工况下，还会在行星架的带动下绕太阳齿轮的中心轴转动，就像地球自转和绕太阳公转一样。当这种情况发生时，称为行星齿轮机构的传动方式。在整个行星齿轮机构中，例如，行星齿轮的旋转是存在的，而行星架是固定的。这种类似平行轴的传动称为定轴传动。是齿圈的内齿轮，常与行星齿轮啮合，内齿轮与外齿轮啮合，两者同向旋转。档位的数量取决于变速器的设计载荷，通常有三个或四个。数量越多，负荷越大。 简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构。这三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。如果三个部件想要确定彼此之间的运动关系，一般情况下需要先固定其中一个，然后确定谁是驱动部件，确定驱动部件的转速和方向。结果，无源元件的旋转速度和方向被确定。下面分别讨论三种情况。 如图9.3 (a)所示，齿圈是固定的，太阳轮是主动部分，顺时针转动，行星架是被动部分。当太阳轮顺时针转动时，行星轮应该逆时针转动，但由于齿圈是固定的，只有行星架同时顺时针转动时，行星轮才应该逆时针转动。因此，行星齿轮不仅逆时针旋转，而且在行星架的驱动下绕太阳齿轮的中心轴线顺时针旋转。在这种状态下，出现了行星齿轮机构的传动方式，从动部分的行星架的旋转方向与主动部分的相同。这里太阳轮是主动部分和小齿轮，从动部分的行星架没有特定齿数的传动关系，所以行星架的当量齿数定义为太阳轮和齿圈齿数之和。这样，太阳轮驱动的行星架的转动仍然属于小齿轮驱动的最大齿轮，是传动比最大的减速运动。 如图9.3 (b)所示，太阳轮是固定的，行星架是主动部分，顺时针转动，齿圈是被动部分。当行星架顺时针转动时，必然会引起行星齿轮顺时针转动，结果，行星齿轮会带动齿圈顺时针转动。这里， 如图9.3 (c)所示，行星架是固定的，太阳轮是主动部分，顺时针转动，齿圈是被动部分。由于行星架是固定的，该机构属于定轴传动，太阳轮顺时针转动，行星轮逆时针转动，行星轮随齿圈同向转动，导致齿圈的转动方向与太阳轮相反。在定轴传动中，行星齿轮起过渡齿轮的作用，改变从动齿圈的旋转方向。 接下来，我们将讨论齿圈的输出是增加还是减少。从结构图可以看出，太阳轮的齿数小于齿圈的齿数，属于小齿轮与大齿轮的传动关系。所以齿圈明显处于减速状态，也就是它们之间的传动比大于l，注意因为行星齿轮是过渡齿轮，所以传动比与行星齿轮的齿数无关。 通过对上述三种传动关系的分析，简单行星齿轮机构的运动特性可以概括如下。 当两个外齿轮相互啮合时，它们的旋转方向相反。 当外齿轮与内齿轮啮合时，它们的旋转方向是相同的。 当小齿轮带动大齿轮时，输出扭矩增大，输出速度降低。 当大齿轮带动小齿轮时，输出扭矩减小，输出速度增加。 如果行星架是被动部分，其旋转方向与主动部分相同。 如果测量框架用作主动部分，则被动部分的旋转方向与其相同。 简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架当量齿数最多，齿圈齿数居中。(注：行星架当量齿数=太阳轮齿数和齿圈齿数。) 如果行星齿轮机构中任意两个元件同速同向转动，则第三个元件的速度和方向必须与前两个相同，即机构被锁住，成为直接档。(这是一个很重要的特性，虽然上面的例子没有涉及。) 预埋件 活动零件 属下 传动比 抬前轮速度 旋转方向 扭转力矩 等效传动齿轮 一个 齿圈 太阳轮 行星架 i1 下降 相同的 扩大 一档 2 行星架 太阳轮 i1 升高 相同的 减少 三 太阳轮 环池源 行星架 i1 下降 相同的 扩大 二档 四 行星架 环池源 i1 升高 相同的 减少 超速行驶” 五 行星架 太阳轮 环池源 i1 下降 相反的 扩大 逆转齿轮 六 环池源 太阳轮 i1 升高 相反的 减少 七 没有 任意两个 别的 i=1 （to）与…相等 相同的 （to）与…相等 直接档(三档) 八 所有组件都不受约束。 空挡 通过对行星齿轮机构工作原理的介绍，我们可以知道，如果行星齿轮机构要改变传动比或输出轴的旋转方向，通常的措施是改变主动部分和从动部分的关系，另一个措施是改变B设置的元件，这样通过不同的组合可以得到不同的传动比和旋转方向。表9.1清楚地反映了物种关系。改变传动比和旋转方向的元件称为变速执行机构，它们是多片离合器、制动带、伺服缸和单向离合器。前两者需要液压控制，而单向离合器是机械结构，固定旋转部分只靠五个方向旋转。 1.制动带和伺服缸 行星齿轮机构中的三个部件是允许自由转动的，但为了实现某一个档位的换挡，需要固定其中的一个。制动带和伺服油缸一起用来承担这项任务，它们有时被称为制动器。图9.4显示了该装置的工作原理。 制动带是一个可折叠的制动总成，环绕在制动鼓的外侧。每个制动鼓与行星齿轮机构的某个元件集成在一起，以锁定制动鼓。 所谓制动鼓，就是鼓式制动系统的一部分。制动时，活塞对两个半月形制动蹄施加压力，使它们贴在鼓室内壁上，从而产生摩擦力使制动蹄停止 齿轮机构的某个部件的旋转也是固定的。伺服油缸是制动带的施力装置。液压作用在伺服活塞上时，使活塞压缩回位弹簧并运动，通过机械联动作用在制动带上。为了释放制动带，作用在伺服活塞上的液压油通过控制阀改变液体的流向，并与回油连通。伺服活塞在回位弹簧力的作用下回到初始位置，制动带被释放。 制动带的折叠力方向可以设计成与制动鼓的旋转方向相同，或者可以设置成相反的方向。如果作用方向与制动鼓的旋转方向一致，制动鼓的旋转会像车轮制动器中的“导靴”一样，增加制动带的锁紧力，降低伺服油缸的作用油压。如果作用力与旋转方向相反，就像一个“从动件”。如果锁紧力减弱，则需要增加伺服缸的作用力。 伺服油缸是产生制动力的装置。油缸作用面积越大，作用油压越高，作用力越大。图9.4所示为一种广泛使用的伺服油缸，其中只有一个活塞，油压只作用在活塞的一侧，称为单向伺服油缸。图9.6显示了另一个伺服油缸。虽然只有一个活塞，但是活塞两侧都可以作用油压，活塞左侧的作用面积小于右侧。这是差动油缸，也叫双作用伺服油缸。 2.多片离合器 多片离合器的功能之一就是切换动力。变速箱的输入功率来自变矩器的涡轮轴。为了改变档位状态，输入动力必须连接到行星齿轮机构的驱动部分，例如太阳齿轮，但是相同的输入动力必须连接到另一个档位的行星架。输入动力与机构中某一部件之间的桥梁是多片离合器，通过它可以接通或断开传动路线。 多片离合器的第二个作用是固定行星齿轮机构的某个部件。这种情况下也叫刹车。日本丰田制造的自动变速器中，行星齿轮机构的换挡执行机构中没有制动带，取而代之的是多片离合器。多片离合器的一端连接到机构中的某个部件，另一端连接到变速器壳体。 图9.8显示了一个多片离合器总成，它包括一些带摩擦材料的盘和一些钢盘。摩擦片和钢片交替安装在离合器鼓上。摩擦片工作表面有粗糙的摩擦材料，而钢板表面光滑无摩擦材料。通过油压离合器鼓体内活塞的作用，摩擦片和钢板被压在一起，使离合器处于结合状态。如果油压消除，回位弹簧将使活塞回位，使离合器处于分离状态。通常两组板中的摩擦片内缘有内花键，钢板外缘有外花键。钢板的外花键与主离合器鼓的内花键配合，摩擦片的内花键与从动轴的外花键配合。当离合器接合时，驱动部分通过多片离合器将动力传递给从动部分。当油压作用在活塞上时，每组板的正压力相等。摩擦片越多，油压越高，离合器传递负载的能力越大。 3.单向和超越离合器 自动变速器中的单向离合器是一个固定装置，其作用类似于制动带。制动带可以锁定制动鼓两个方向的转动，而单向离合器只能锁定很大范围的方向，另一个方向可以自由转动。单向离合器的内环和外环中的一个与壳体直接固定，另一个与行星齿轮机构的某个部件连接。自动变速器中常用的单向离合器有两种不同类型：滚柱式和凹凸式，如图9.10所示。 滚柱型单向离合器利用弹簧将滚柱固定在离合器内外圈之间的适当位置。外圈的内表面上有多个凸轮形的槽口，滚子在弹簧力的作用下位于内圈和槽口表面之间。当一个滚道固定，另一个滚道向某一方向转动时，滚子楔入槽口滚道的窄端，转动的滚道也被锁住。当座圈反方向转动时，滚子向缺口滚道较宽的一端移动，滚子与缺口滚道没有楔入倾向，座圈可以自由转动。凸块式单向离合器包括内外座圈和座圈之间的8字形金属凸块。当其中一个座圈被固定，而另一个座圈沿某一方向旋转时，结果，8字形突起竖起并楔入内外座圈的表面，从而锁定旋转的座圈。当座圈反方向转动时，凸块落下，不存在楔入内外座面的趋势，则座圈可以自由转动。 超越离合器 (超越离合器就是超越分离。当从动轮加载时，离合器接合。一旦负载变成动能，动力就可以马上分离。比如在摩托车上，加油时，车轮加载，动力接合产生驱动力。速度上去了，油门一减，动力就会分离，让车辆滑出挡位，这样就省去了车轮驱动发动机，产生发动机制动。可以省油。) 虽然结构与单向离合器完全相同，但作用方式却大不相同。超越离合器的内圈和外圈分别与运动部件连接，其所谓的“锁止”或“超越”不仅取决于内外圈的转动方向，还取决于内外圈的相对速度。超越离合器的安装位置一般在输入动力和行星齿轮机构的一个J分量之间，其作用类似于多片离合器。但是，多片离合器的接合和分离取决于作用在活塞上的油压，超越离合器是纯机械控制的。图9.11显示了超越离合器在内外圈不同速度下的锁定和超越状态。当内圈转速高于外圈转速时，离合器就会超越，即内圈和外圈以原来的转速转动，互不干涉。当内圈的转速低于外圈的转速时，离合器被锁定。注意，上述判断条件都是由图中所示的结构决定的。如果把8字投影反过来(即离合器水平旋转180度)，上面的结果正好相反。 行星齿轮的受力分析 作用在行星轮上的力： 作用在太阳齿轮1上的扭矩 作用在齿圈2上的扭矩 作用在行星架3上的扭矩 使齿圈与太阳轮的齿数比达到，然后 因此再次 其中r1和r2分别是太阳齿轮和齿圈的节圆半径；R3是行星齿轮和太阳齿轮之间的中心距离。 它可以从行星齿轮4的力平衡条件得到。 因此，太阳齿轮、齿圈和行星架上的力矩为： 根据能量守恒率，三要素输入输出功率的代数和应等于零，即在公式中： 1、2和3分别是太阳轮、齿圈和行星架的角速度。 通过对公式的整理，可以得到代表单排行星齿轮机构一般运动规律的特征方程： 如果用转速代替角速度，上述公式可以写成单排行星齿轮机构一般运动规律的特征方程。 从上式可以看出，由于单排行星齿轮机构有两个自由度，在太阳轮、齿圈和行星架三个基本构件中，分别选取其中两个作为主动和从动构件，而另一个构件是固定的(即使该构件的转速为0)或其运动受到一定程度的约束(即， 构件的转速是某个值)，那么该机构只有一个自由度，整个轮系以一定的传动比传递动力。