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行星齒輪

行星齒輪除了能像定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(B-B)轉(zhuǎn)動(dòng)之外,它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨著藍(lán)色的支架(稱為行星架)繞其它齒輪的軸線(A-A)轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為"自轉(zhuǎn)",繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為"公轉(zhuǎn)",就象太陽(yáng)系中的行星那樣,因此得名。
行星齒輪
簡(jiǎn)介
被我們所熟知的齒輪絕大部分都是轉(zhuǎn)動(dòng)軸線固定的齒輪。例如機(jī)械式鐘表,上面所有的齒輪盡管都在做轉(zhuǎn)動(dòng),但是它們的轉(zhuǎn)動(dòng)中心(與圓心位置重合)往往通過(guò)軸承安裝在機(jī)殼上,因此,它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸都是相對(duì)機(jī)殼固定的,因而也被稱為"定軸齒輪"。

有定必有動(dòng),對(duì)應(yīng)地,有一類不那么為人熟知的稱為"行星齒輪"的齒輪,它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線是不固定的,而是安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架(藍(lán)色)上(圖中黑色部分是殼體,黃色表示軸承)。行星齒輪(綠色)除了能像定

軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(B-B)轉(zhuǎn)動(dòng)之外,它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨著藍(lán)色的支架(稱為行星架)繞其它齒輪的軸線(A-A)轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為"自轉(zhuǎn)",繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為"公轉(zhuǎn)",就象太陽(yáng)系中的行星那樣,因此得名。

也如太陽(yáng)系一樣,成為行星齒輪公轉(zhuǎn)中心的那些軸線固定的齒輪被稱為"太陽(yáng)輪",如圖中紅色的齒輪。 在一個(gè)行星齒輪上、或者在兩個(gè)互相固連的行星齒輪上通常有兩個(gè)嚙合點(diǎn),分別與兩個(gè)太陽(yáng)輪發(fā)生關(guān)系。如右圖中,灰色的內(nèi)齒輪軸線與紅色的外齒輪軸線重合,也是太陽(yáng)輪。

原理
軸線固定的齒輪傳動(dòng)原理很簡(jiǎn)單,在一對(duì)互相嚙合的齒輪中,有一個(gè)齒輪作為主動(dòng)輪,動(dòng)力從它那里輸入,另一個(gè)齒輪作為從動(dòng)輪,動(dòng)力從它輸出。也有的齒輪僅作為中轉(zhuǎn)站,一邊與主動(dòng)輪嚙合,另一邊與從動(dòng)輪嚙合,動(dòng)力從它那里通過(guò),這種齒輪叫惰輪。

在包含行星齒輪的齒輪系統(tǒng)中,情形就不同了。由于存在行星架,也就是說(shuō),可以有三條轉(zhuǎn)動(dòng)軸允許動(dòng)力輸入/輸出,還可以用離合器制動(dòng)器之類的手段,在需要的時(shí)候限制其中一條軸的轉(zhuǎn)動(dòng),剩下兩條軸進(jìn)行傳動(dòng),這樣一來(lái),互相嚙合的齒輪之間的關(guān)系就可以有多種組合:

動(dòng)力從太陽(yáng)輪輸入,從外齒圈輸出,行星架通過(guò)機(jī)構(gòu)鎖死;

動(dòng)力從太陽(yáng)輪輸入,從行星架輸出,外齒圈鎖死;

動(dòng)力從行星架輸入,從太陽(yáng)輪輸出,外齒圈鎖死;

動(dòng)力從行星架輸入,從外齒圈輸出,太陽(yáng)輪鎖死;

動(dòng)力從外齒圈輸入,從行星架輸出,太陽(yáng)輪鎖死;

動(dòng)力從外齒圈輸入,從太陽(yáng)輪輸出,行星架鎖死;

兩股動(dòng)力分別從太陽(yáng)輪和外齒圈輸入,合成后從行星架輸出;

兩股動(dòng)力分別從行星架和太陽(yáng)輪輸入,合成后從外齒圈輸出;

兩股動(dòng)力分別從行星架和外齒圈輸入,合成后從太陽(yáng)輪輸出;

動(dòng)力從太陽(yáng)輪輸入,分兩路從外齒圈和行星架輸出;

動(dòng)力從行星架輸入,分兩路從太陽(yáng)輪和外齒圈輸出;

動(dòng)力外齒圈輸入,分兩路從太陽(yáng)輪和行星架輸出。

我們知道,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)只有一個(gè),而車(chē)輪有四個(gè)。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速扭矩等特性與路面行駛需求大相徑庭。要把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率適當(dāng)?shù)胤峙涞津?qū)動(dòng)輪,可以利用行星齒輪的上述特性。如自動(dòng)變速器,也是利用行星齒輪的這些特性,通過(guò)離合器和制動(dòng)器改變各個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系而獲得不同的傳動(dòng)比。

特點(diǎn)類型
行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是體積小,承載能力大,工作平穩(wěn)。但大功率高速行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,要求制造精度高。行星齒輪傳動(dòng)中有些類型效率高,但傳動(dòng)比不大。另一些類型則傳動(dòng)比可以很大,但效率較低。用它們作減速器時(shí),其效率隨傳動(dòng)比的增大而減小;作增速器時(shí)則有可能產(chǎn)生自鎖。
應(yīng)用
行星齒輪系在各種機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。

1、實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比的減速傳動(dòng)

右圖所示的行星齒輪系中,若各輪的齒數(shù)分別為z1=100,z2=101,z2'=100,z3=99,則輸入構(gòu)件H對(duì)輸出構(gòu)件1的傳動(dòng)比 =100。可見(jiàn),根據(jù)需要行星齒輪系可獲得很大的傳動(dòng)比。

2、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)

行星齒輪系可以采用幾個(gè)均勻分布的行星輪同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力(見(jiàn)左圖)。這些行星輪因公轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心慣性力和齒廓間反作用力的徑向分力可互相平衡,故主軸受力小,傳遞功率大。另外由于它采用內(nèi)嚙合齒輪,充分利用了傳動(dòng)的空間,且輸入輸出軸在一條直線上,所以整個(gè)輪系的空間尺寸要比相同條件下的普通定軸齒輪系小得多。這種輪系特別適合于飛行器。

3、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成

運(yùn)動(dòng)的合成是將兩個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)合為一個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)。差動(dòng)輪系的自由度等于2,當(dāng)給定任意兩個(gè)構(gòu)件的確定運(yùn)動(dòng)后,另一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)才能確定。利用差動(dòng)輪系的這一特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成。

最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)合成輪系如右圖所示,

行星架H的轉(zhuǎn)速是輪1與輪3轉(zhuǎn)速的合成。因此這種輪系可用作加法機(jī)構(gòu)。當(dāng)行星架H、太陽(yáng)輪1或3為原動(dòng)件時(shí),該輪系又可用作減法機(jī)構(gòu)。

差動(dòng)輪系可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)合成的這種特性被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、計(jì)算機(jī)構(gòu)及補(bǔ)償調(diào)整裝置中。

4、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解

差動(dòng)輪系還可以將一個(gè)原動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)分解為另外兩個(gè)從動(dòng)基本構(gòu)件的不同轉(zhuǎn)動(dòng)。左圖所示為汽車(chē)后橋差速器簡(jiǎn)圖,圖中構(gòu)件5、4組成定軸輪系,輪4固連著行星架H,H上裝有行星輪2和2'。齒輪1、2、2'、3及行星架H組成一差動(dòng)輪系,它可將發(fā)動(dòng)機(jī)傳給齒輪5的運(yùn)動(dòng)分解為太陽(yáng)輪1、3的不同運(yùn)動(dòng)。

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