行星齒輪結(jié)構(gòu)和工作原理

1、行星齒輪機(jī)構(gòu)和工作原理授課題目 3-3行星齒輪機(jī)構(gòu)和工作原理授課類 型理論 課首次授課 時(shí)間2009年9月4日學(xué)時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：L了解行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成；2.掌握單排行星齒輪的工作原理并總結(jié)出行星齒輪機(jī)構(gòu) 基本特征。能力目標(biāo)：L通過掌握簡(jiǎn)單的行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理，為下面學(xué) 習(xí)各種自動(dòng)變速器的工作原理準(zhǔn)備；2.鍛煉學(xué)生們分析問題、思考問題的能力。情感目標(biāo)：為學(xué)生樹立自信心，激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。重點(diǎn)與難 點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：L單排行星齒輪的基本特征；2.單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的特性方程。教學(xué)難點(diǎn)：?jiǎn)闻判行驱X輪的工作原理。教學(xué)手段 與方法1.采用興趣激勵(lì)法使學(xué)生始終處于自動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)；2,采用師生互動(dòng)法使

2、學(xué)生通過自己的講述知識(shí)點(diǎn)，掌握重點(diǎn)和難點(diǎn)；3.通過掛圖并結(jié)合單排行星齒輪模型進(jìn)行講授,檢測(cè)教學(xué)效果。 3-3行星齒輪機(jī)構(gòu)和工作原理I授課思路：在初步了解行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成的基礎(chǔ)上，通過單排行星齒輪機(jī) 構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程結(jié)合力和反作用力的作用原理使學(xué)生掌握單排行星 齒輪的工作原理。拓展學(xué)生的能力，使學(xué)生概括出單排行星齒輪的基本特征。 n過程設(shè)計(jì)：.提問問題，復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容（約 3min） 導(dǎo)輪單向離合器有哪幾種？（楔塊式、滾柱式）鎖止離合器的作用？（提高傳動(dòng)效率，使液力變矩器有液力傳動(dòng)變?yōu)闄C(jī)械 傳動(dòng)）.導(dǎo)入新課（約1min）自動(dòng)變速器是怎樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋的呢？這就是我們這節(jié)課講的主要內(nèi)容.新

3、課內(nèi)容：具體內(nèi)容見“授課內(nèi)容”（約73min）.本次課內(nèi)容小結(jié)（約2min）.布置作業(yè)（約1min）出講解要點(diǎn)：?jiǎn)闻判行驱X輪的工作原理和單排行星齒輪的基本特征這一主線進(jìn)行講解。IV授課內(nèi)容： 一、簡(jiǎn)單的行星齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)圖1 行星齒輪機(jī)構(gòu)外形I 一齒圈軸；2一齒圈；3行星架；4一行星輪；5 一行星輪軸：6太陽輪;7太陽輪軸行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成：簡(jiǎn)單（單排）的行星齒輪機(jī)構(gòu)是變速機(jī)構(gòu) 的基礎(chǔ)，通常自動(dòng)變速器的變速機(jī)構(gòu)都由兩排 或三排以上行星齒輪機(jī)構(gòu)組成。簡(jiǎn)單行星齒輪 機(jī)構(gòu)包括一個(gè)太陽輪、若干個(gè)行星齒輪和一個(gè) 齒輪圈，其中行星齒輪由行星架的固定軸支 承，允許行星輪在支承軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。行星齒輪和 相鄰的太陽

4、輪、齒圈總是處于常嚙合狀態(tài)，通 常都采用斜齒輪以提高工作的平穩(wěn)性（如圖l 所示）o如圖2表示了簡(jiǎn)單行星齒輪機(jī)構(gòu)，位于行星齒輪機(jī)構(gòu)中心的是太陽輪，太陽 輪和行星輪常嚙合，兩個(gè)外齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)方向相反。正如太陽位于太陽系的中心 一樣，太陽輪也因其位置而得名。行星輪除了可以繞行星架支承軸旋轉(zhuǎn)外， 在有 些工況下，還會(huì)在行星架的帶動(dòng)下，圍繞太陽輪的中心軸線旋轉(zhuǎn)，這就像地球的齒圈圖2行星齒輪機(jī)構(gòu)三個(gè)構(gòu)件分別指太陽輪、行星自轉(zhuǎn)和繞著太陽的公轉(zhuǎn)一樣，當(dāng)出現(xiàn)這種 情況時(shí)，就稱為行星齒輪機(jī)構(gòu)作用的傳動(dòng) 方式。在整個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)中，如行星輪 的自轉(zhuǎn)存在，而行星架則固定不動(dòng)，這種 方式類似平行軸式的傳動(dòng)稱為定軸傳動(dòng)。

5、 齒圈是內(nèi)齒輪，它和行星輪常嚙合，是內(nèi) 齒和外齒輪嚙合，兩者間旋轉(zhuǎn)方向相同。 行星齒輪的個(gè)數(shù)取決于變速器的設(shè)計(jì)負(fù) 荷，通常有三個(gè)或四個(gè)，個(gè)數(shù)愈多承擔(dān)負(fù) 荷愈大。簡(jiǎn)單的行星齒輪機(jī)構(gòu)通常稱為三構(gòu)件機(jī)構(gòu) 架和齒圈。這三構(gòu)件如果要確定相互間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，一般情況下首先需要固定 其中的一個(gè)構(gòu)件，然后確定誰是主動(dòng)件，并確定主動(dòng)件的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，結(jié) 果被動(dòng)件的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向就確定了。二、單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理根據(jù)能量守恒定律，三個(gè)元件上輸入和輸出的功率的代數(shù)和應(yīng)等于零， 從而 得到單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程。特性方程：ni+an2-(1+a)n3=0n1 太陽輪轉(zhuǎn)速,n2齒圈轉(zhuǎn)速,n3行星架

6、轉(zhuǎn)速,a齒圈與太陽輪 齒數(shù)比。由特性方程可以看出，由于單排行星齒輪機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度， 在太陽輪、環(huán)形 內(nèi)齒圈和行星架三個(gè)機(jī)構(gòu)中，任選兩個(gè)分別作為主動(dòng)件和從動(dòng)件，而使另一個(gè)元 件固定不動(dòng)，或使其運(yùn)動(dòng)受一定的約束（即該元件的轉(zhuǎn)速為某定值） ，則機(jī)構(gòu)只 有一個(gè)自由度，整個(gè)輪系以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力。下面分別討論三種情況。1、齒圈固定，太陽輪為主動(dòng)件且順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而行星架則為被動(dòng)件。太陽輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，太陽輪輪齒必給行星輪齒 A一個(gè)t力Fi,則行星輪應(yīng)為逆時(shí)針 轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于齒圈固定，所以齒圈輪齒必給行星輪齒 B一個(gè)反彳用力F2,行星輪 在Fi和F2合力作用下必繞太陽輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，結(jié)果行星輪不僅存在逆

7、時(shí)針自 轉(zhuǎn)，并且在行星架的帶動(dòng)下，繞太陽輪中心軸線順時(shí)針公轉(zhuǎn)。在這種狀態(tài)下，就出現(xiàn)了行星齒輪機(jī)構(gòu)作用的傳動(dòng)方式， 而且被動(dòng)件行星架的旋轉(zhuǎn)方向與主動(dòng) 件同方向。在這里，太陽輪是主動(dòng)件而且是小齒輪，被動(dòng)件行星架沒有具體齒 數(shù)的傳動(dòng)關(guān)系，因此定義行星架的當(dāng)量齒數(shù)等于太陽輪和齒圈齒數(shù)之和。這樣, 太陽輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)仍屬于小齒輪帶動(dòng)最大的齒輪，是一種減速運(yùn)動(dòng)且有最大的傳動(dòng)比。因?yàn)榇藭r(shí)n2=0,故傳動(dòng)比ii3=ni/3=1+a。（如圖3）【用掛圖進(jìn)行講解，通過力的作用與 反作用原理，讓學(xué)生說出行星齒輪機(jī) 構(gòu)個(gè)組成部分的旋轉(zhuǎn)方向，然后通過圖3齒圈固定，太陽輪驅(qū)動(dòng)，行星架被動(dòng)單排行星齒輪模型進(jìn)行驗(yàn)證，并求出

8、傳動(dòng)比。】2、太陽輪固定，行星架為主動(dòng)件且順時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈為被動(dòng)件。當(dāng)行星架順時(shí) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，勢(shì)必造成行星輪的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，但因太陽輪制動(dòng)，太陽輪齒給行星輪齒B齒一個(gè)反作用力Fi,行星輪在Fi的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其輪齒給齒圈輪齒2個(gè)F2 的推力，齒圈在F2的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在這里，主動(dòng)件行星架的旋轉(zhuǎn)方向和被 動(dòng)件齒圈相同。由于行星架是一個(gè)當(dāng)量齒數(shù)最大齒輪， 因此被動(dòng)的齒圈以增速的 方式輸出，兩者間傳動(dòng)比小于1。因?yàn)榇藭r(shí)ni=0,故傳動(dòng)比i23=n3 /2=a/（1+a）。（如 圖4）行星架驅(qū)動(dòng)【用掛圖進(jìn)行講解，通過力的作用與反作用原理，讓學(xué)生說出行星齒輪機(jī)構(gòu)個(gè)組 成部分的旋轉(zhuǎn)方向，然后通過單排行

9、星齒輪模型進(jìn)行驗(yàn)證，并求出傳動(dòng)比?！?、行星架固定，太陽輪為主動(dòng)件且順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而齒圈則作為被動(dòng)件。由于行 星架被固定，則機(jī)構(gòu)就屬于定軸傳動(dòng)，太陽輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，給行星輪齒A一個(gè)作 用力Fi,行星輪則逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，給齒圈輪齒B一個(gè)作用力F2,齒圈也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 結(jié)果齒圈的旋轉(zhuǎn)方向和太陽輪相反。在定軸傳動(dòng)中，行星輪起了過渡輪的作用， 改變了被動(dòng)件齒圈的旋向。因?yàn)榇藭r(shí) n3=0,故傳動(dòng)比ii2=ni/2=-a。（如圖5）圖5行星架固定，太陽輪驅(qū)動(dòng) 齒圈被動(dòng)【用掛圖進(jìn)行講解，該部分采用師生互動(dòng)法,通過學(xué)生自己講解，然后自己通過單排行星齒輪模型進(jìn)行驗(yàn)證，并求出傳動(dòng)比。4、聯(lián)鎖行星齒輪機(jī)構(gòu)的任意兩個(gè)元件。若

10、行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪、行星架和環(huán)圖6內(nèi)固與太陽輪連儂體形內(nèi)齒圈三者中，有任意兩個(gè)機(jī)構(gòu)被聯(lián)鎖 成一體時(shí)，則各齒輪間均無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，整 個(gè)行星機(jī)構(gòu)將成為一個(gè)整體而旋轉(zhuǎn)，此時(shí) 相當(dāng)于直接傳動(dòng)。太陽輪與齒圈連成一體 時(shí)，太陽輪的輪齒與齒圈的輪齒間便無任 何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，夾在太陽論與齒圈之間的行 星輪也不會(huì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此太陽輪、齒圈 和行星架便成為一體，傳動(dòng)比為 1。（如 圖6）【用掛圖進(jìn)行講解，通過單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程求出傳動(dòng)比，然后通過單排行星齒輪模型進(jìn)行驗(yàn)證。】5、不固定任何元件。若行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪、行星架和環(huán)形內(nèi)齒圈三者中， 無任何元件被固定，而無任意兩個(gè)機(jī)構(gòu)被聯(lián)鎖成一體，各構(gòu)件

11、將都可做自由運(yùn)動(dòng),不受任何約束。當(dāng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件可以不動(dòng)，這樣可以不傳遞動(dòng)力，從而 得到空擋。下面討論齒圈的輸出是增速或減速的問題。 從結(jié)構(gòu)圖上已經(jīng)可以看到，太陽 輪的齒數(shù)小于齒圈的齒數(shù)，屬于小齒輪帶動(dòng)大齒輪的傳動(dòng)關(guān)系，因此齒圈顯然是 減速狀態(tài)，即兩者間的傳的比大于l。注意，由于行星輪是過渡輪，傳動(dòng)比的大 小與行星輪的齒數(shù)多少無關(guān)。三、行星齒輪機(jī)構(gòu)基本特征通過以上三種傳動(dòng)關(guān)系的分析，可以把簡(jiǎn)單行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征歸納成 下列幾點(diǎn)： 1、當(dāng)行星架為主動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件超速運(yùn)轉(zhuǎn)。2、當(dāng)行星架為從動(dòng)件時(shí)，行星架必然較主動(dòng)件轉(zhuǎn)速下降。3、當(dāng)行星架為固定時(shí)，主動(dòng)件和從動(dòng)件按相反方向旋轉(zhuǎn)。4、太陽輪為

12、主動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件轉(zhuǎn)速必然下降。5、若行星架作為被動(dòng)件，則它的旋轉(zhuǎn)方向和主動(dòng)件同向。6、若行星架作為主動(dòng)件，則被動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)方向和它同向。7、在簡(jiǎn)單行星齒輪機(jī)構(gòu)中，太陽輪齒數(shù)最少，行星架的當(dāng)量齒數(shù)最多.而 齒圈齒數(shù)則介于中間。（注：行星架的當(dāng)量齒數(shù)二太陽輪齒數(shù)十齒圈齒數(shù)。）8、若行星齒輪機(jī)構(gòu)中的任意兩個(gè)元件同速同方向旋轉(zhuǎn)，則第三元件的轉(zhuǎn)速 和方向必然與前兩者相同，即機(jī)構(gòu)鎖止，成為直接檔。（這是一個(gè)十分重要的特征，盡管上述的例子沒有涉及。）9、僅有一個(gè)主動(dòng)件并且兩個(gè)其它部件沒被固定時(shí)，此時(shí)處于空擋。圖7列出簡(jiǎn)單行星齒輪機(jī)構(gòu)的三元件經(jīng)組合后六種不同的運(yùn)動(dòng)狀況。若假設(shè) 太陽輪20齒，齒圈40齒，則行星架當(dāng)量齒數(shù)為60齒，留了荷單行星一齒輪機(jī)構(gòu)六種工作狀態(tài)工作狀態(tài)太陽輪行星架齒圈速度狀態(tài)旋轉(zhuǎn)方向傳動(dòng)比1主動(dòng)被劭固心減速同向3：2固定被動(dòng)主動(dòng)減速同向3-23主動(dòng)固定被動(dòng)減A反向2：4被動(dòng)固定主動(dòng)增速反向1：25固定主動(dòng)被劫增速同向2：36被動(dòng)主動(dòng)固定增速同向：3以上敘述的簡(jiǎn)單行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系是屬于經(jīng)常遇到的，在確定三者關(guān) 系時(shí)，首先把其中一件固定，然后確定另外兩者的主、被動(dòng)關(guān)系。實(shí)際上簡(jiǎn)單行 星齒輪機(jī)構(gòu)還有一個(gè)很重要的特征， 允許同時(shí)兩件作為主動(dòng)件輸