行星机构动图（行星机构工作原理）

行星机构（Planetary Gear Mechanism，也称行星齿轮机构）是一种由多个齿轮组成的传动系统，其核心特点是齿轮的轴线可以相对旋转，类似于太阳系中行星绕太阳公转的运动方式。以下是其工作原理的详细解析：

1. 基本组成

行星机构主要由以下三个核心部件构成：

• 太阳轮（Sun Gear）：位于中心的齿轮，通常为外齿轮。

• 行星轮（Planet Gears）：多个小齿轮（通常3-4个）均匀分布在太阳轮周围，同时与太阳轮和外齿圈啮合。它们通过行星架（Planet Carrier）连接。

• 齿圈（Ring Gear）：外部的内齿轮，与行星轮啮合。

2. 工作原理

行星机构的运动状态取决于三个部件中哪些被固定、哪些作为输入/输出。通过不同的组合，可实现减速、增速、换向、差速等功能。以下是三种典型工况：

(1) 齿圈固定，太阳轮输入，行星架输出

• 功能：减速（降低转速，增大扭矩）。

• 传动比：i = 1 +Nr/ Ns​​​
  （Nr​为齿圈齿数，Ns​为太阳轮齿数）

• 应用：汽车变速箱的低速档。

(2) 太阳轮固定，齿圈输入，行星架输出

• 功能：更大减速比。

• 传动比：i = 1 + ​Ns/Nr​​

• 应用：重型机械的扭矩放大。

(3) 行星架固定，太阳轮输入，齿圈输出

• 功能：反向输出（反转方向）。

• 传动比：i = –Nr/Ns​​​

• 应用：倒车机构。

3. 核心特点

• 紧凑高效：动力通过多个行星轮分流，承载能力高且体积小。

• 灵活变速：通过固定不同部件实现多种传动比。

• 差速功能：在汽车差速器中，允许左右轮以不同转速转动（行星架输入，两个太阳轮分别驱动车轮）。

4. 典型应用

• 汽车变速箱：自动变速器的换挡机构。

• 混合动力车辆：动力分流（如丰田THS系统）。

• 航空航天：直升机主减速器。

• 工业机器人：高精度减速（如谐波行星齿轮）。

5. 数学关系

行星机构的转速关系由Willis公式描述：

ωs​+kωr​−(1+k)ωc​=0

其中：

• ωs​,ωr​,ωc​ 分别为太阳轮、齿圈、行星架的转速。

• k = Nr/Ns​​​（齿数比）。

6. 优势与局限

• 优势：高功率密度、负载分布均匀、变速灵活。

• 局限：设计复杂，制造精度要求高，需润滑和散热。

通过组合固定不同的部件，行星机构可实现多样化的传动需求，是现代机械传动中不可或缺的核心部件。