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AT变速箱、丰田混动都在用,行星齿轮组有何特点?

智电汽车 1950浏览 2022-04-21 IP属地: 未知
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文/土木
如果平时关注汽车行业那么一定在各种发布会、新闻稿、技术贴上看到过“行星齿轮组”这个名字,其实对于普通消费者来说它就是一堆齿轮组合在一起,不会去关注它,但不乏买车前想要详细了解的消费者或者热爱汽车知识的技术控,那么行星齿轮组作为一个常见的基础结构,就是值得了解学习的了。
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关于行星齿轮的定义:行星齿轮就是能够像定轴齿轮一样围绕着自己的转动轴进行转动,同时转动轴还随着行星架绕其他齿轮的轴线转动的齿轮系统。围绕自己的轴线转动时看做“自转”,围绕其他齿轮轴线旋转看做“公转”,类似太阳系行星的运转,所以称为“行星齿轮”。
行星齿轮组的构成:
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上图是行星齿轮组的结构图,其中黄色部分是太阳轮,深绿色部分是齿圈,灰色部分是行星架。这三个部件分别可以连接三个动力输出或输入端。如果固定其中任何一个,则另外两个相当于普通的齿轮咬合。如果固定其中两个,则整个行星齿轮被锁死。
同时注意浅绿色部分的行星齿轮不连接任何输入/输出机构,它一直是自由转动,不然整个行星齿轮组都不能转动。连接动力的是行星架,行星架固定以后,行星齿轮只自转,不围绕太阳轮公转。
行星齿轮组的特点:通过对太阳轮、行星架、齿圈这三个部件的不同定义,可实现差速、减速(增速)、反转等功能。而普通的齿轮传动系统只有两个端口,即主动齿轮和从动齿轮。
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行星齿轮组的传动方式:
1、外齿圈固定,太阳轮和行星架各自作同向旋转。太阳轮为高速轴,行星架为低速轴。这种传动的传动比使用范围在3:1和12:1之间。
2、行星架固定,太阳轮和内齿圈各自作反向旋转。太阳轮为高速轴,外齿圈连接轴为低速轴。这种传动的传动比适用范围在2:1和11:1之间。
3、太阳轮固定,行星架和外齿圈各自作同向旋转。内齿圈连接轴为高速轴,行星架为低速轴。这种传动的传动比范围在1.1:1和1.7:1之间。
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行星齿轮组的应用在汽车行业还是比较广泛的,比如AT变速箱就是多个行星齿轮组的结合,还有混动系统中的功率分流(Power Split,简称PS),是常见的一种混联式结构。最早的应用就是丰田的THS混动系统。
我们就以行星齿轮组的知识来看一下它的原理:
THS混动系统的核心部件是一套丰田公司称为“动力分配器”的行星齿轮组。发动机与行星齿轮组的外齿圈相连,当发动机转动时行星齿轮与太阳轮、外齿圈咬合并推动二者向同一方向旋转。
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丰田通过对太阳轮以及外齿圈的设计,将72%的扭矩分配给了外齿圈,把28%的扭矩传给了太阳轮。外齿圈通过减速齿轮连接到差速器,然后再连接到车轮驱动车辆前进。太阳轮则与MG1电机相连,发动机带动行星架,行星齿轮又带动太阳轮,使MG1电机旋转。
发动机以72%的扭矩驱动车辆,28%的扭矩推动MG1电机发电。如果需要达到某一速度时,ECU会求出外齿圈的转速,然后确定发动机需要达到什么转速、MG1电机需要多少转速。
MG2电机是与动力分配器的外齿圈相连。MG2电机对来自发动机的扭矩进行补充。就相当于28%的扭矩通过电气回路又回到了车轮端,外齿圈和MG2电机一起通过减速齿轮和差速器来驱动车辆。
整套系统并不复杂,但是可以看出丰田对于行星齿轮组的运用还是非常独到的。应用的车型也凭借低油耗获得不错的销量。
总结:
行星齿轮组就是由行星齿轮、太阳轮、行星架、外齿圈组合而成,可实现差速、减速(增速)、反转等功能。汽车行业的运用宽泛,包括AT变速箱等,同时丰田THS混动系统的核心就是行星齿轮组形成的动力分配器,能够实现多种动力模式,提高汽车燃油经济性、平顺性等。
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