行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用

陳歷燾，朱新明

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行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用

陳歷燾，朱新明

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118）

行星齒輪機(jī)構(gòu)以其突出的優(yōu)點(diǎn)在汽車上得到深度應(yīng)用并且正在拓展其在汽車上的應(yīng)用范圍。文章基于行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)，分析和總結(jié)了普通單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)和普通單排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速特性并總結(jié)了行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車類產(chǎn)品的應(yīng)用，同時(shí)針對(duì)性地作相應(yīng)介紹和應(yīng)用分析總結(jié)。

行星齒輪機(jī)構(gòu)；變速器；差速器；減速器；應(yīng)用

前言

相對(duì)于普通定軸輪系齒輪而言，作為周轉(zhuǎn)輪系的行星齒輪機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕體積小，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)從而使行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車上有深度應(yīng)用并且發(fā)揮了巨大的作用，例如液力自動(dòng)變速器、混合動(dòng)力變速器、行星差速器、行星主減速器、行星輪邊減速器以及汽車后視鏡電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)等均有應(yīng)用行星機(jī)構(gòu)。

1 行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本原理

2 行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用

2.1 液力自動(dòng)變速器

行星齒輪自動(dòng)變速器的變速器系統(tǒng)大多由多排行星齒輪擴(kuò)展演變而來(lái)[1]。Allison公司T系列型號(hào)變速器均采用三排單級(jí)行星結(jié)構(gòu)。ZF變速器公司8HP采用四排單級(jí)行星結(jié)構(gòu)。福特和通用聯(lián)合開(kāi)發(fā)的10R80型號(hào)變速器采用4排單級(jí)行星結(jié)構(gòu)[2]，請(qǐng)見(jiàn)圖1。

圖1 福特通用10R80動(dòng)力路線流圖

使用行星機(jī)構(gòu)的自動(dòng)變速器具有換擋平順，軸向空間尺寸小，耐久可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 混合動(dòng)力變速器

汽車新能源產(chǎn)業(yè)革命目前正在如火如荼地進(jìn)行，以普銳斯為代表混合動(dòng)力汽車以其卓越的燃油經(jīng)濟(jì)性能成為其中最佳代表之一?；谛行菣C(jī)構(gòu)的三個(gè)基本元件可以支持一個(gè)以上的動(dòng)力源同時(shí)連接到這三個(gè)元件之中并進(jìn)行耦合。豐田第四代THS-Ⅳ采用單排行星機(jī)構(gòu)[3]，請(qǐng)見(jiàn)圖2。

中國(guó)科力遠(yuǎn)所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的CHS混合動(dòng)力變速器使用拉維娜行星結(jié)構(gòu)，將雙電機(jī)分別連接到大太陽(yáng)輪和小太陽(yáng)輪上，發(fā)動(dòng)機(jī)直接連接到行星架上。

圖2 豐田THS-Ⅳ原理簡(jiǎn)圖

除此之外，還有通用等諸多汽車制造商采用行星機(jī)構(gòu)耦合的混動(dòng)變速器。此種變速器搭載的車輛具有平順性好，燃油經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 行星差速器

圖3 行星差速器原理簡(jiǎn)圖

動(dòng)力經(jīng)齒輪減速器從動(dòng)齒輪輸入其后依次經(jīng)差速器殼、行星齒輪軸、行星齒輪、半軸齒輪、半軸輸出給驅(qū)動(dòng)車輪。當(dāng)兩側(cè)車輪以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪繞半軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)—公轉(zhuǎn)。若兩側(cè)車輪阻力不同，則行星齒輪在作上述公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)—自轉(zhuǎn)，因而，兩半軸齒輪帶動(dòng)兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。請(qǐng)見(jiàn)圖3。

2.4 行星結(jié)構(gòu)主減速器

通用Voltec Gen2混動(dòng)變速器共使用了三組行星齒輪機(jī)構(gòu)，除承擔(dān)動(dòng)力耦合作用的兩組行星齒輪之外，其集成在該前置變速器內(nèi)部的主減速器同樣也采用行星機(jī)構(gòu)來(lái)減速，請(qǐng)見(jiàn)下圖4。動(dòng)力從耦合裝置輸出部分輸入到主減速器輸入齒輪，該輸入齒輪與太陽(yáng)輪直接連接。齒圈保持固定，動(dòng)力經(jīng)降速增扭后從行星架輸出到差速器。作為減速機(jī)構(gòu)的行星機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較小巧，從而利于變速器的設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙的布置。

圖4 Voltec Gen行星減速器簡(jiǎn)圖

2.5 行星結(jié)構(gòu)輪邊減速器

在汽車兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的近旁裝有帶行星齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成減速作用的減速器，稱之為輪邊減速器。在傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車輛如越野汽車、大型貨車或某些特種車輛上，輪邊減速器一般是充當(dāng)主減速器之后的第二減速器。在大型礦用自卸車等車輛上，輪邊減速器是唯一的減速器。電機(jī)輸出的動(dòng)力由輪邊減速器降速增扭并將增大的扭矩傳遞給車輪驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。

國(guó)內(nèi)外輪邊減速器多為一級(jí)行星齒輪減速器[4]、二級(jí)行星齒輪減速器[5]及三級(jí)行星齒輪減速器[6]。在一級(jí)行星齒輪減速器中，太陽(yáng)輪作為輸入，齒圈固定，行星架輸出到車輪。在二級(jí)和三級(jí)行星齒輪減速器中，動(dòng)力從前一排行星機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪輸入，從行星架輸出到下一排行星機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)輪，行星架同樣作為輸出。下圖5為輪邊二級(jí)行星減速器簡(jiǎn)圖，下圖6為輪邊三級(jí)行星減速器簡(jiǎn)圖。

圖5 輪邊二級(jí)行星減速器簡(jiǎn)圖

圖6 輪邊三級(jí)行星齒輪減速器簡(jiǎn)圖

日本精工株式會(huì)社(NSK)研發(fā)了全球首款配備了機(jī)械變速器的輪轂電機(jī)[7]，如今該產(chǎn)品已引起市場(chǎng)關(guān)注，甚至有可能成為下一代驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該產(chǎn)品由兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)和一個(gè)特制的變速箱構(gòu)成，變速箱則包含兩個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)，由其向兩個(gè)車輪輸出較高的驅(qū)動(dòng)扭矩，并達(dá)到最大車速，該產(chǎn)品所采用的電機(jī)能被安裝到16英寸的車輪內(nèi)。

行星機(jī)構(gòu)減速器具有承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

圖7 日本精工帶變速箱功能輪轂電機(jī)概念圖

3 總結(jié)

行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車上的運(yùn)用非常廣泛，從大型的核心零部件到小型輔助零部件，從傳統(tǒng)的零部件到新型的零部件，從特種車輛應(yīng)用到普通乘用車應(yīng)用。在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)革命來(lái)臨之時(shí)，它又以其突出的特點(diǎn)再次拓展出新的應(yīng)用，體現(xiàn)其強(qiáng)大的生命。它對(duì)汽車系統(tǒng)有著非常重要的作用。

[1] 張海濤,王恰鋒,劉曉光.淺談自動(dòng)變速器發(fā)展史[J].科技信息, 2008, 3(4):190-191.

[2] Gregory Daniel Goleski, Rochester Hills,MI(US);Reid AlanBaldwin, Howell,MI(US)Multi-speed transmission database: U.S.Patent 8545 362B1 [P]. 2013-10-1.

[3] AkitakaIchikawa, YoshimitsuYokouchi, Shinichiro, Kimura.Power transmission device for Vehicle: U.S.Patent 9132932[P]. 2015-9-15.

[4] 吳小君,汪韶杰,李旗號(hào).一種帶濕式制動(dòng)功能的輪邊減速器設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2013,8:33-35.

[5] 王鋒.淺談大型礦用電動(dòng)輪自卸車國(guó)產(chǎn)化輪邊減速器的技術(shù)及應(yīng)用[J].施工技術(shù),2016,4(21):51-52.

[6] 何娟.多級(jí)行星傳動(dòng)構(gòu)型與效率分析及在輪邊減速器中的應(yīng)用[D].湘潭:湘潭大學(xué),2013.

[7] 蓋世汽車網(wǎng),日本精工研發(fā)出全球首款帶變速箱的輪轂電機(jī), http://gasgoo.com/news/detail.aspx？articled=70010827.[EB].

Application of Planetary Gear Set in Vehicle

Chen Litao, Zhu Xinming

( BYD Auto Industry Company Limited, No.3009, BYD Road, Pingshan District, Guangdong Shenzhen 518118 )

Theplanetary gear set has a wildly range of usages in vehicle for its extraordinary advantagesand extends its usage. We studied the theory of planetary gear set and summarize the applications in vehicle.

planetary gear set;transmission; differential;reduction;application

A

1671-7988(2018)24-189-03

U463

A

1671-7988(2018)24-189-03

U463

陳歷燾，本科，工程師，就職于比亞迪汽車工業(yè)有限公司，主要研究電驅(qū)控制系統(tǒng)及電驅(qū)減速器等。朱新明，本科，工程師，就職于比亞迪汽車工業(yè)有限公司，主要研究自動(dòng)變速器、混合動(dòng)力變速器以及純電動(dòng)減速器和變速器等。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.068