行星齒輪機構在汽車中的應用

陳歷燾，朱新明

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行星齒輪機構在汽車中的應用

陳歷燾，朱新明

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118）

行星齒輪機構以其突出的優(yōu)點在汽車上得到深度應用并且正在拓展其在汽車上的應用范圍。文章基于行星齒輪機構的基本結構，分析和總結了普通單排單級行星齒輪機構和普通單排雙級行星齒輪機構的轉速特性并總結了行星齒輪機構在汽車類產品的應用，同時針對性地作相應介紹和應用分析總結。

行星齒輪機構；變速器；差速器；減速器；應用

前言

相對于普通定軸輪系齒輪而言，作為周轉輪系的行星齒輪機構具有傳動效率高，結構緊湊，重量輕體積小，傳動平穩(wěn)可靠、抗沖擊和振動的能力較強等一系列優(yōu)點從而使行星齒輪機構在汽車上有深度應用并且發(fā)揮了巨大的作用，例如液力自動變速器、混合動力變速器、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調節(jié)機構的減速機構等均有應用行星機構。

1 行星齒輪機構的基本原理

2 行星齒輪機構在汽車上的應用

2.1 液力自動變速器

行星齒輪自動變速器的變速器系統(tǒng)大多由多排行星齒輪擴展演變而來[1]。Allison公司T系列型號變速器均采用三排單級行星結構。ZF變速器公司8HP采用四排單級行星結構。福特和通用聯合開發(fā)的10R80型號變速器采用4排單級行星結構[2]，請見圖1。

圖1 福特通用10R80動力路線流圖

使用行星機構的自動變速器具有換擋平順，軸向空間尺寸小，耐久可靠等優(yōu)點。

2.2 混合動力變速器

汽車新能源產業(yè)革命目前正在如火如荼地進行，以普銳斯為代表混合動力汽車以其卓越的燃油經濟性能成為其中最佳代表之一。基于行星機構的三個基本元件可以支持一個以上的動力源同時連接到這三個元件之中并進行耦合。豐田第四代THS-Ⅳ采用單排行星機構[3]，請見圖2。

中國科力遠所設計生產的CHS混合動力變速器使用拉維娜行星結構，將雙電機分別連接到大太陽輪和小太陽輪上，發(fā)動機直接連接到行星架上。

圖2 豐田THS-Ⅳ原理簡圖

除此之外，還有通用等諸多汽車制造商采用行星機構耦合的混動變速器。此種變速器搭載的車輛具有平順性好，燃油經濟性高等優(yōu)點。

2.3 行星差速器

圖3 行星差速器原理簡圖

動力經齒輪減速器從動齒輪輸入其后依次經差速器殼、行星齒輪軸、行星齒輪、半軸齒輪、半軸輸出給驅動車輪。當兩側車輪以相同的轉速轉動時，行星齒輪繞半軸軸線轉動—公轉。若兩側車輪阻力不同，則行星齒輪在作上述公轉運動的同時，還繞自身軸線轉動—自轉，因而，兩半軸齒輪帶動兩側車輪以不同轉速轉動。請見圖3。

2.4 行星結構主減速器

通用Voltec Gen2混動變速器共使用了三組行星齒輪機構，除承擔動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部的主減速器同樣也采用行星機構來減速，請見下圖4。動力從耦合裝置輸出部分輸入到主減速器輸入齒輪，該輸入齒輪與太陽輪直接連接。齒圈保持固定，動力經降速增扭后從行星架輸出到差速器。作為減速機構的行星機構結構比較小巧，從而利于變速器的設計和發(fā)動機艙的布置。

圖4 Voltec Gen行星減速器簡圖

2.5 行星結構輪邊減速器

在汽車兩側驅動輪的近旁裝有帶行星齒輪機構來完成減速作用的減速器，稱之為輪邊減速器。在傳動內燃機車輛如越野汽車、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。電機輸出的動力由輪邊減速器降速增扭并將增大的扭矩傳遞給車輪驅動車輛前進。

國內外輪邊減速器多為一級行星齒輪減速器[4]、二級行星齒輪減速器[5]及三級行星齒輪減速器[6]。在一級行星齒輪減速器中，太陽輪作為輸入，齒圈固定，行星架輸出到車輪。在二級和三級行星齒輪減速器中，動力從前一排行星機構太陽輪輸入，從行星架輸出到下一排行星機構的太陽輪，行星架同樣作為輸出。下圖5為輪邊二級行星減速器簡圖，下圖6為輪邊三級行星減速器簡圖。

圖5 輪邊二級行星減速器簡圖

圖6 輪邊三級行星齒輪減速器簡圖

日本精工株式會社(NSK)研發(fā)了全球首款配備了機械變速器的輪轂電機[7]，如今該產品已引起市場關注，甚至有可能成為下一代驅動系統(tǒng)。該產品由兩個獨立的電機和一個特制的變速箱構成，變速箱則包含兩個行星齒輪機構，由其向兩個車輪輸出較高的驅動扭矩，并達到最大車速，該產品所采用的電機能被安裝到16英寸的車輪內。

行星機構減速器具有承載能力強，結構緊湊，傳動比大，傳動效率高等優(yōu)點。

圖7 日本精工帶變速箱功能輪轂電機概念圖

3 總結

行星齒輪機構在汽車上的運用非常廣泛，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，從特種車輛應用到普通乘用車應用。在電動汽車產業(yè)革命來臨之時，它又以其突出的特點再次拓展出新的應用，體現其強大的生命。它對汽車系統(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.一種帶濕式制動功能的輪邊減速器設計與分析[J].機械工程與自動化,2013,8:33-35.

[5] 王鋒.淺談大型礦用電動輪自卸車國產化輪邊減速器的技術及應用[J].施工技術,2016,4(21):51-52.

[6] 何娟.多級行星傳動構型與效率分析及在輪邊減速器中的應用[D].湘潭:湘潭大學,2013.

[7] 蓋世汽車網,日本精工研發(fā)出全球首款帶變速箱的輪轂電機, 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，主要研究電驅控制系統(tǒng)及電驅減速器等。朱新明，本科，工程師，就職于比亞迪汽車工業(yè)有限公司，主要研究自動變速器、混合動力變速器以及純電動減速器和變速器等。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.068