行星齿轮传动机构综述 - 图文

精密行星齿轮机构的研究报告

姓名： 王立 学号： 113101000092 任课教师：范元勋

日期：2014年6月16

行星齿轮机构综述

一、行星齿轮机构的定义及工作原理

1定义及工作原理

在齿轮系中，凡具有自转和公转的齿轮，则称为行星齿轮。而行星轮机构有很多类型，在领域内并没有一个专门的严格定义，最简单的行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和几个行星轮组成的，称为一个行星排。如下图所示：

其他类型的复杂行星齿轮机构多由简单行星齿轮机构结合而成。

太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星轮（通常多个使用），一方面可以绕自己的轴线旋转，另一方面又可以随行星架一起绕着太阳轮旋转，就象天上的行星运动一样，兼有自转和公转两种运动状态，行星齿轮也由此而得名。在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的三个基本元件。

2行星齿轮机构工作状态分析

根据能量守恒定律，三个基本元件上输入和输出的功率的代数和应等于零，从而得到单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程：

n1+an2-(1+a)n3=0

n1——太阳轮转速，n2——齿圈转速，n3——行星架转速，a——齿圈与太阳轮齿数比。 由于单排行星齿轮机构具有两个自由度，在太阳轮、环形内齿圈和行星架三个机构中，任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一个元件固定不动，或使其运动受一定的约束，则机构只有一个自由度，整个轮系以一定的传动比传递动力。针对不同的主动件及被动件，行星齿轮机构传动比与传动方向也截然不同。

（1）齿圈固定，太阳轮为主动件，而行星架则为被动件。此时行星轮存在与太阳轮反向的自转，并且在行星架的带动下，与太阳轮同向公转。在这种状态下，被动件行星架的旋转方向与主动件同方向，并且属于小齿轮带动大的齿轮（行星架当量齿数为太阳轮与齿圈齿数之和），是一种减速运动且有最大的传动比。因为此时n2=0，故传动比i13=n1∕n3=1+a。如图a

（2）太阳轮固定，行星架为主动件，齿圈为被动件。此时行星轮与行星架同向转动，齿圈亦与行星架同向旋转。在这里，主动件行星架的旋转方向和被动件齿圈相同。由于行星架是一个当量齿数最大齿轮，因此被动的齿圈以增速的方式输出，两者间传动比小于1。因为此时n1=0，故传动比i23=n3∕n2=a/(1+a)。如图b

（3）行星架固定，太阳轮为主动件，齿圈作为被动件，此时相当于内啮合定轴轮系。齿圈的旋转方向和太阳轮相反。在定轴传动中，行星轮起了过渡轮的作用，改变了被动件齿圈的旋向。因为此时n3=0，故传动比i12=n1∕n2=-a。如图c

（a）

（b） （c）

二、行星齿轮的分类

行星齿轮机构的分类方式有很多种，最常见的可以按复杂程度分类、按啮合方式分类、按结构分类等。

（1）按复杂程度分类可以分为简单行星齿轮机构和复杂行星齿轮机构。

简单行星齿轮分别有一个太阳齿轮，一个外齿圈，行星齿轮和一个行星架。根据行星齿轮的级数又可以分为单排单级和单排多级。

复杂的行星齿轮机构通常由简单行星齿轮机构复合而成，在实际工程中应用的最多全世界最为知名的两种结构是辛普森结构和拉维纳结构。

辛普森式结构是将两个单排单级行星齿轮机构组合起来形成的双排单级行星齿轮机构，主要用于汽车变速器，辛普森齿轮机构的问世，立即被美国褔特、通用、克莱斯勒等三家最大的汽车公司所采用，从 70 年代初期开始，即一直大量生产。

其特点是两个行星排共用1个太阳轮，前排行星轮的行星架与后排行星轮的齿圈相连作为输出轴，前行星排的内齿圈和太阳轮组件通常作为输入轴。

拉维纳式机构是将一个单排单级行星齿轮机构和一个单排双级行星齿轮机构按特定的方式

组合起来。前排为单级行星齿轮机构，后排为双级行星齿轮机构。通常以前后排太阳轮作为输入轴，内齿圈作为输出轴。它具有机构简单、尺寸小，与不同数量的换挡执行元件组合可构成三档或四挡行星齿轮系统。

（2）按照齿轮的啮合方式分类可分为内啮合式和外啮合式。外啮合式行星齿轮机构体积大，传动效率低，故在汽车上已被淘汰；内啮合式行星齿轮机构结构紧凑，传动效率高，因而在自动变速器中被广为使用。

（3）按照结构形式可以分为K-H-V型、2K-H型、3K型。此种分类方式是由前苏联库德鲁略夫采夫提出的，主要思路是按行星传动机构的基本结构的不同来进行分类。K－中心轮，H－转臂，V-输出轴。根据基本构件代号来命名，行星齿轮传动

可分为2K-H、3K和K-H-V三种基本类型，其他结构型式的行星齿轮传动大都是 它们的演化型是或组合型式。

三、行星齿轮机构的特点

优点：

1、承载能力大，体积小，结构紧凑，噪声低，精度高。而且可以多个行星齿轮互相搭配作用。 2、由于行星齿轮是纯扭矩传动，其有着出色的传动效率。每一级齿轮传动之间的效率损失大概只有3%，能够保证相当高的动力输出/输入比。

3、由于行星齿轮中每个外部齿轮分配到的动力是相等的，所以行星齿轮的动力输出非常平稳，也常用于各种大型机械的变速箱中。

4、传动比大。只要适当选择行星传动的类型及配齿方案，便可利用少数几个齿轮而得到很大的传动比。在不作为动力传动而主要用以传递运动的行星机构中，其传动比可达几千。此外，行星齿轮传动由于它的桑额及泵偶件都可以转动，故可实现运动的合成和分解，以及有机和无级变速传动等复杂的运动。

缺点：

1、机械结构较为复杂，对制造工艺有一定的要求；由于体积小、散热面积小而温升高，故要求严格的润滑和冷却装置等。

2、行星齿轮的效率随着传动比的增加而显著下降，但是这个特点恰好可以用于减速齿轮。

四、行星齿轮机构的工程应用

1实现结构紧凑大传动比大功率的减速传动

行星齿轮减速器是一种利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。行星齿轮传动具有体积小、效率高、传动比大、传动平稳等优势，行星减速器被广泛的应用汽车、冶金、矿山甚至航空等领域。

右图为APEX精密行星齿轮减速机，又称APEX私服专用减速机。广泛用于导体设备，航天工业，包装机械，电动工具设备，自动化产业，医疗检验，精密测试仪器，产业用机器人等，是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其他军品级减速机产品相媲美，却有着工业级产品的价格，主要用于塔式起重机的回转机构，又可作为配套部件用于起重，挖掘，运输，建筑等行业。

2实现正反向的灵活变速

行星齿轮变速器，属于一种齿轮箱，主要应用了齿轮传动的变速原理。简单的说，变速箱内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换档行为，也就是通过操纵机构使变速箱内不同的齿轮副工作。如在低速时，让传动比大的齿轮副工作，而在高速时，让传动比小的齿轮副工作。同时还可以可以实现输入轴与输出轴脱离刚性传动关系、输入轴与输出轴同向或反向传动。由于行星齿轮具有三个基本元件，它可以组成4种不同的档位： 低挡 太阳轮主动，行星架被动，齿圈不动。 中挡 太阳轮不动，行星架被动，齿圈主动。

高挡（超速挡）太阳轮不动，行星架主动，齿圈被动。 倒挡 太阳轮主动，行星架不动，齿圈被动。 所有运动件都不受约束时，变速器处于空挡。

行星齿轮变速器通常由两组到三组行星齿轮机构组成，并用多片离合器控制上述运动件的组合，实现不同的挡位。行星齿轮变速箱内部结构应用较多的是上述提及的辛普森结构和拉维

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uig8.html