变矩器是什么？变速齿轮机构的结构与工作原理

变矩器是什么?变速齿轮机构的结构与工作原理

变矩器在自动变速器中的主要作用是使汽车起步平稳，在换挡时减缓传动系的冲击负荷。在变速增扭方面，变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速，但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速时才具有较高的传动效率，而且它的增扭作用不够大，只能增加24倍，此值远不能满足汽车的使用要求。为此，在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构，它能使扭矩再增大24倍。

自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样，具有空挡、倒挡及2~4个不同传动比的前进挡，只不过自动变速器中的挡位变换不是由驾驶员直接控制的，而是由自动变速器的液压控制系统或电子控制系统控制换挡执行机构的动作来改变变速齿轮机构的传动比，从而实现自动换挡的。

变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行元件两部分。

(一)行星齿轮机构结构与工作原理

1、行星齿轮机构的基本结构

行星齿轮机构有很多类型，其中最简单的行星齿轮机构是由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成的，称为1个行星排(如图1-10所示)。

行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自己的轴线旋转，另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转，就像天上行星的运动那样，兼有自转和公转两种运动状态(将星齿轮的名称即因此而来)，在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的3个基本元件。

1-齿圈 2-行星齿轮 3-行星架 4-太阳轮

2、行星齿轮机构的类型

行星齿轮机构可按不同的方式进行分类

(1)按照齿轮的啮合方式分类

按照齿轮的啮合方式不同，行星齿轮机构可以分为外啮合式和内啮合式两种。外啮合式行星齿轮机构体积大，传动效率低，故在汽车上已被淘汰;内啮合式行星齿轮机构结构紧凑，传动效率高，因而在自动变速器中被广为使用。

(2)按照齿轮的排数分类

按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构可以分为单排和多排两种。多排行星齿轮机构是由几个单排行星齿轮机构组成的。汽车自动变速器中，行星排的多少因挡位数的多少而有所不同，一般三挡位有2个行星排，四挡位(具有超速挡的)有3个行星排，通常使用的是由2个或2个单排行星的齿轮机构组成的多排行星齿轮机构。

(3)按照太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数分类

按照太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数的不同，行星齿轮机构可以分为单行星齿轮式和双行星齿轮式两种。

双行星齿轮机构在太阳轮和齿圈之间有两组互相啮合的行星齿轮，其外面一组行星齿轮和齿圈啮合，里面一组行星齿轮和太阳轮啮合。它与单行星齿轮机构在其它条件相同的情况下相比，齿圈可以得到反向传动。

用行星齿轮机构作为变速机构，由于有多个行星齿轮同时传递动力，而且常采用内啮合式，充分利用了齿圈中部的空间，故与普通齿轮变速机构相比，在传递同样功率的条件下，可以大大减小变速机构的尺寸和重量，并可实现同向、同轴减速传动;另外，由于采用常啮合传动，动力不间断，加速性好，工作也可靠。

3、行星齿轮机构的变速原理

由于单排行星齿轮机构有两个自由度，因此它没有固定的传动比，不能直接用于变速传动。为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一个加以固定(即使其转速为0，也称为制动)，或使其运动受到一定的约束(即让该构件以某一固定的转速旋转)，或将某两个基本元件互相连接在一起(即两者转速相同)，使行星排变为只有一个自由度的机构，获得确定的传动化。

图2所示为行星齿轮机构的传动简图。设太阳轮的齿数为Z1，齿圈齿数为Z2，太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2、n3，并设齿圈与太阳轮的齿数比为α，即

α=Z2/Z1

则行星齿轮机构的一般运动规律可表达为：

n1+αn2-(1+α)n3=0

由上式可以看出，在太阳轮、齿圈和行星架三个基本元件中，可任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一个元件固定不动(使该元件转速为零)或使其运动受一定约束(使该元件的转速为某一定值)，则整个轮系即以一定的传动比传递动力。不同的连接和固定方案可得到不同的传动比，三个基本元件的不同组合可有6种不同的组合方案，加上直接挡传动和空挡，共有8种组合，相应能获得5种不同的传动比。

1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星齿轮 5-行星齿轮轴。