机构应用３－５　行星齿轮的３段变速

应用要点：　行星齿轮结构是由太阳齿轮，行星齿轮，环齿轮，这３项齿轮所构成。在这３种齿轮旋转轴当中，只要停止任何一个轴的旋转，就可得到３种类型的齿轮比（转速比）。

（１）　行星齿轮的构造

　　装有行星齿轮机构的代表性装置就是“行星齿轮”结构。行星齿轮是使用了３个独立的齿轮，各自自由地运动。

　　如上图所示，这是一个典型的行星齿轮结构，正中心的齿轮称为“太阳齿轮”。和太阳齿轮相啮合的是“行星齿轮”，行星齿轮的旋转轴是随着太阳齿轮的旋转轴转动。而驱动行星齿轮旋转轴的是行星支架，其动力输入、输出轴是同一转轴。行星齿轮可自由旋转，其外侧与“环齿轮”相啮合。“环齿轮”也和“太阳齿轮”是同心轴，也可以自由地转动。

（２）　行星齿轮的运动

　　当这３种齿轮都能够各自自由转动时，我们试着去转动太阳齿轮的动力输入、输出轴，或者行星齿轮的动力输入、输出，抑或理环齿轮的动力输入、输出轴，这３种轴的其中任一个轴，来作为动力驱动端。

　　当驱动动力输入、输出轴旋转时，行星支架前端的行星齿轮呈现的是空转状态。但是只要转动它，则不管是环齿轮，还是行星支架都会承受驱动力量，都会跟着一起旋转。

　　如果不转动行星支架的动力输入、输出轴，并予以固定的话，那么太阳齿轮的旋转动力会牵引行星齿轮转动，同时驱动环齿轮快速转动。然后，放开固定住的行星支架，使其自由的转动。

　　如果将环齿轮的动力输入、输出轴固定不动的话，则机构会因为太阳齿轮的旋转来牵引行星齿轮旋转，并使行星支架转轴快速转动。

　　行星齿轮机构是把３个动力输入、输出轴其中的一个固定住，再供给其中的另一个旋转的动力，使剩下的第３个轴得到旋转动力的一种机械结构。当行星支架承受旋转动力，而太阳齿轮停止不动的话，环齿轮就会得到反向转动的驱动力量。

　　同样道理，当行星支架承受旋转动力时，而环齿轮固定不动的话，就会得到来自太阳齿轮高速转动的驱动力量。当使用环齿轮作为动力输入、输出轴，而将太阳齿轮固定，则会得到来自行星支架略微减速的驱动力量。

　　也就是说，只要将其中的任一个轴固定，另外两个动力输入、输出轴之间就会形成相互关联的旋转运动，相互转换，形成不同的减速比和不同的旋转方向中。

（３）　行星齿轮的３种形态

　　根据行星齿轮结构的３种运动形式状态，分别对每一种运动形态定义了不同的名称。当行星齿轮结构中的环齿轮是固定的，就是“行星型”，当太阳齿轮是固定不动的时候，就是“太阳型”，如果行星支架是固定不动的话，就是“星型”。根据行星齿轮的３种运动形态特征，我们分别对其运动转换规律和各自的减速比加以描述讲解。

①　行星型的减速比（环齿轮固定状态）

　　环齿轮固定不动，行星支架转１圈的话，太阳齿轮的转动量是行星支架转１圈的转动量加上行星齿轮的转速。如下图所示，假设太阳齿轮的齿数是１０，行星齿轮的齿数是１０，而环齿轮的齿数是３０，让我们来计算它的减速比。

　　当行星支架转１圈是地，行星齿轮的转动量是依环齿轮１周的齿数来转动，所以需要转３圈。此时的太阳齿轮是转１圈，再加上３圈，一共转了４圈。也就是说，太阳齿轮的齿数是１０，行星齿轮的转动齿数（相当于环齿轮的齿数）为３０齿，所以总共合计为４０齿，这就是太阳齿轮的转动量。又因为太阳齿轮１圈有１０齿，所以要旋转４圈。

②　太阳型的减速比（太阳齿轮固定状态）

　　当太阳齿轮固定不动，而行星支架转１圈时，如果行星齿轮也跟随转动的话，则环齿轮和行星支架一样旋转了１圈。围绕太阳齿轮旋转的行星齿轮，它的旋转量是太阳齿轮转１圈的量。所以，环齿轮的转动量就应该是环齿轮转１圈（３０齿），加上太阳齿轮的齿数转动量。也就是说，当行星支架转１圈，环齿轮会转动４０齿的转动量。因为环齿轮１圈为３０齿，所以它的转动圈数为１又１／３圈。

③　星型减速比（行星支架固定时）

　　当行星支架固定不动时，就变成了一个太阳齿轮与环齿轮之间的运动转换过程。行星齿轮发挥的作用相当于反向转动齿轮机构，几乎看不到行星齿轮的特征了。在此情况下，太阳齿轮是１０齿，环齿轮是３０齿的话，机构就变成了３倍的增减速齿轮。太阳齿轮与环齿轮都是相反的旋转方向，而行星齿轮的齿数对转速比不会产生任何影响。

总结：

　　行星齿轮有行星型、太阳型、星型这３种类型的运动形式，每一种都有其各自不同的转速比特征。

１、　行星型

　　行星型是环齿轮固定的行星机构。在此类型中，是以太阳齿轮做为动力输入轴，以行星支架做为动力输出轴。这种组合称为降速传动。

　　转速比＝（环齿轮外径／太阳齿轮外径）＋１

　　如图所示，行星支架转１圈，太阳齿轮会转４圈（所谓行星支架就是装有行星齿轮的旋转轴）。

２、　太阳型

　　行星齿轮绕着太阳齿轮的周边转１圈，外围的环齿轮按照行星支架旋转１圈再加上太阳齿轮的圆周量来进行转动。环齿轮作为动力输入轴，行星支架作为动力输出轴，其转速比为

　　转速比＝１＋（太阳齿轮外径／环齿轮外径）

　　在如图所示的事例中，环齿轮转动了１又１／３圈。

３、　星型

　　当行星支架被固定的话，就成了单纯的平齿轮组合，并按照太阳齿轮与环齿轮的转速比做相反方向的旋转。

　　转速比＝环齿轮外径／太阳齿轮外径

　　在这种情况下，太阳齿轮转３圈，环齿轮转１圈。