行星齿轮是齿轮结构的一种,通常由一个或者多个外部齿轮围绕着一个中心齿轮旋转,就像行星绕着太阳公转一样,因而得名。

  它的结构就和太阳系一样,中间有太阳,旁边是几大行星,行星自己旋转同时绕着太阳公转,由于齿数的原因,会产生变速作用,达到变速/减速的目的。

  我们熟知的齿轮绝大部分都是转动轴线固定的齿轮。例如机械式钟表、普通机械式变速箱、减速机,上面所有的齿轮尽管都在做转动,但是它们的转动中心(与圆心位置重合)往往通过轴承安装在机壳上,因此,它们的转动轴都是相对机壳固定的,因而也被称为定轴齿轮传动。

  有定必有动,对应地,有一类不那么为人熟知的称为行星齿轮的齿轮,它们的转动轴线是不固定的,而是安装在一个可以转动的支架(蓝色)上(图中黑色部分是壳体,黄色表示轴承)。行星齿轮(绿色)除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴(B-B)转动之外,它们的转动轴还随着蓝色的支架(称为行星架)绕其它齿轮的轴线(A-A)转动。绕自己轴线的转动称为自转,绕其它齿轮轴线的转动称为公转,就象太阳系中的行星那样,因此得名“行星齿轮”。

  也如太阳系一样,成为行星齿轮公转中心的那些轴线固定的齿轮被称为太阳轮,如图中红色的齿轮。在一个行星齿轮上、或者在两个互相固连的行星齿轮上通常有两个啮合点,分别与两个太阳轮发生关系。如右图中,灰色的内齿轮轴线与红色的外齿轮轴线重合,也是太阳轮。

  轴线固定的齿轮传动原理很简单,在一对互相啮合的齿轮中,有一个齿轮作为主动轮,动力从它那里传入,另一个齿轮作为从动轮,动力从它往外输出。也有的齿轮仅作为中转站,一边与主动轮啮合,另一边与从动轮啮合,动力从它那里通过。

  在包含行星齿轮的齿轮系统中,情形就不同了。由于存在行星架,也就是说,可以有三条转动轴允许动力输入/输出,还可以用离合器或制动器之类的手段,在需要的时候限制其中一条轴的转动,剩下两条轴进行传动,这样一来,互相啮合的齿轮之间的关系就可以有多种组合:

  •设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3,齿数分别为Z1、Z2、Z3;齿圈与太阳轮的齿数比为α。则根据能量守恒定律,由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式:

  由上式可看出,由于单排行星齿轮机构具有两个自由度,在太阳轮、齿圈和行星架这三个基本构件中,任选两个分别作为主动件和从动件,而使另一元件固定不动(即使该元件转速为0),或使其运动受一定的约束(即该元件的转速为某定值),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。下面分别讨论各种情况。

  下面的FLASH 动画是行星架工作状态。因行星架没有标出所以需要先读懂前面的解释。

  在n3= n1 或n2= n3 时,同时可得n1= n2= n3。故,若使三元件中的任何两个元件连成一体旋转,则第三元件转速必与二者转速相等,即行星排按直接挡传动,传动比i=1。

  当所有元件都不受约束,可以自由转动,则行星齿轮机构失去传动作用,此种状态相当于空挡。

  单排行星齿轮机构主要应用在简单减速器、重载机械式变速箱(带副箱)及驱动桥(轮边减速桥)上。

  行星式齿轮减速器由一个内齿环(A)紧密结合于齿箱壳体上,环齿中心有一个自外部动力所驱动之太阳齿轮(B)介于两者之间有一组由三颗齿轮等分组合于托盘上之行星齿轮组(C)该组行星齿轮依靠着出力轴、内齿环及太阳齿支撑浮游于期间;当入力侧动力驱动太阳齿时,可带动行星齿轮自转,并依循着内齿环之轨迹沿着中心公转,行星之旋转带动连结于托盘之出力轴输出动力。

  行星齿轮传动与普通齿轮传动相比,当它们的零件材料和力学性能、制造精度、工作条件等均相同时,行星齿轮传动具有一系列突出的优点,因此它常被用作行星减速机/行星齿轮减速器、增速器、差速器和换向机构以及其他特殊用途。和记娱乐网站,行星齿轮传动的主要特点如下:

  (1)行星减速器体积小、重量轻、结构紧凑,传递功率大、承载能力高;这个特点是由行星齿轮传动的结构等内在因素决定的,见下图。

  A.行星减速器具有功率分流的原理。用几个完全相同的行星齿轮均匀的分布在中心轮的周围来共同分担载荷,因而使每个齿轮所受的载荷较小,相应齿轮模数就可较小。在均载情况下,随着行星轮的增加,其外形尺寸随之减小。

  B.行星减速器合理的利用了内啮合。充分利用内啮合承载能力高和内齿轮(或内齿圈)的空间容积,从而缩小了径向、轴向尺寸,使结构很紧凑而承载能力又很高。

  C.行星减速器是共轴线式的传动装置。各中心轮构成共轴线式的传动,输入轴与输出轴共轴线,使这种传动装置长度方向的尺寸大大缩小。

  (2)行星减速器传动比大;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,其传动比可达到几千。此外,行星齿轮传动由于他的三个基本构件都可以转动,故可实现运动的合成与分解,以及有级和无级变速传动等复杂的运动。

  用行星减速机/行星齿轮减速器可获得大的传动比,但是必须注意,其传动效率会变低。

  (3)行星减速器传动效率高;由于行星齿轮传动采用了对称的分流传动结构,即使他具有数个均匀分布的行星齿轮,使作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力相互平衡,有利于提高传动效率。在传动类型选择恰当,结构布置合理的情况下,其效率可达0.97--0.99.

  (4)行星减速器运动平稳、抗冲击和振动的能力较强;由于采用数个相同的行星轮,均匀分布于中心轮周围,从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡,另外也使参与啮合的齿数增多,故行星减速机/行星齿轮减速器传动运动平稳,抗冲击和振动的能力较强,工作较可靠。