行星齿轮是如何工作的？
经常设计行星齿轮上面用的滚刀，花点时间总结一下行星轮系的基本概念，分享给大家。
- 1固定式变速箱
- 2从固定齿轮箱到行星齿轮箱
2.1内齿齿轮作为输出齿轮
2.2插入额外的惰轮
2.3将惰轮安装在托架上
- 3传动比
3.1固定齿圈
3.2固定载体
3.3固定太阳轮
3.4直接驱动
3.5总结
固定式变速箱
所谓的固定齿轮箱 的特征在于齿轮具有固定的旋转轴。下图显示了具有三个齿轮的 2 级固定式变速器。输入齿轮通过 惰轮（中间齿轮）驱动输出齿轮。
图：带有外部输出齿轮的固定齿轮箱
各个齿轮级的传动比i1或i2由惰轮Zidler和输入齿轮Zin或输出齿轮Zout上的相应齿数之比确定。
2级传动齿轮单元的总传动比itotal（因此也称为静止传动比或 固定传动比）由传动比i1和i2相乘得到：
对于整体传动比，显然只有输出齿轮的齿数和输入齿轮的齿数有关系！中间齿轮的齿数无关紧要。
从固定齿轮箱到行星齿轮箱
动画：从静止齿轮到行星齿轮
内齿齿轮作为输出齿轮
代替外齿输出齿轮，原则上可以使用具有内齿的齿圈。只要齿数不变，这对总传动比没有影响，根据方程（4）。结果只有输出齿轮的旋转方向会改变。
图：带内部输出齿轮的固定式变速箱
通常，输入轴和输出轴的旋转轴线在公共轴线上并不完全对齐，而是具有偏移。但是，通过巧妙地选择惰轮的直径和齿数，可以确保输入轴和输出轴在同一轴线上。
注意惰轮的齿数根据方程（4) 无论如何对总传动比没有影响，因此原则上可以任意选择！
如果输入轴和输出轴是同轴的（“同轴”=“在公共轴上对齐”），则中间齿轮的节圆直径必须与输出齿轮和输入齿轮的节圆半径之差完全一致。由于齿数与节圆直径成正比，因此可以使用相应的齿数代替节圆直径。因此，惰轮的齿数必须是输出齿轮和输入齿轮的齿数之差的一半。
图：输入输出齿轮同轴对齐
插入额外的惰轮
本齿轮箱的一个缺点是输入轴（以及输出轴）受到一侧侧向力的弯曲载荷。下图中，F 表示惰轮作用在输入齿轮齿面上的反作用力。
图：输入齿轮上的作用力
然而，如果多个中间齿轮对称布置，则可以避免弯曲应力，从而使齿面力在它们的弯曲作用中相互补偿。在使用三个惰轮齿轮的情况下，输入和输出轴不再承受弯曲载荷，而只承受扭转。
图：带三个惰轮的固定式变速箱
将惰轮安装在行星架上
原则上，本变速箱已经形成了行星齿轮的前级。最后一步仅包括将惰轮安装在所谓的 托架上。支架本身与轴相连，并通过设计为空心轴的输出轴同轴引导。
图：行星齿轮
有了行星架，行星齿轮基本上就完整了。在这种操作模式下，它有一个固定的传动比 ，根据方程（4）。就功能而言，在这种运行状态下，行星齿轮与上述固定齿轮箱没有区别。
然而，如果行星齿轮以不同的方式使用，这种情况就会改变。这是因为行星齿轮箱的输出并不总是必须发生在上述的“输出轴”上。也可以用行星架作为输出轴，同时内齿齿轮的空心轴锁紧。在这种情况下，空转齿轮现在像行星太阳一样“围绕”位于中心的驱动齿轮运行；因此得名行星齿轮。在这种操作模式下，行星齿轮的传动比现在与固定齿轮箱的传动比不同！
动画：行星齿轮的工作原理
以前称为“惰轮”的齿轮通常称为行星轮 ，而位于中心的外齿轮称为太阳齿轮。内齿齿轮一般称为齿圈或 齿套。
与静止轴齿轮相比，行星齿轮的特点是旋转轴的移动！
在这一点上，行星齿轮对称布置的必要性也变得尤为重要，否则在高转速下会出现巨大的不平衡力。
使用行星齿轮，不仅可以牢固地锁定齿圈，还可以通过行星架进行输出。许多其他变体也是可能的，每种变体都有不同的传动比（参见下一节“传动比”）。这使得行星齿轮特别适用于自行车的轮毂齿轮或汽车的自动变速器等变速器之中。
行星齿轮相对于传统固定式变速器的优势在于其紧凑的设计以及轴都是同轴的优势。对于非常大的传动比，也采用可以串联多个行星齿轮来实现。
传动比
使用行星齿轮，可以实现不同的传动比，具体取决于进行输入或输出的轴以及固定的齿轮。下面以行星齿轮为例说明不同的传动比。太阳轮有Zs = 12 齿，行星齿轮Zp = 18 齿和齿圈Zr = 48 齿。
动画：行星齿轮的运行模式
由于其复杂性，下文中所示的传动比的推导将在另一篇文章中详细讨论，敬请期待！
固定齿圈
在这种情况下，当齿轮箱由太阳轮驱动且齿圈固定时，可获得最高的传动比 i=5。然后由行星架进行输出。显然，当输入和输出反转而齿圈齿轮保持固定时，可以获得最低传动比i=0.2（=1/5）。在这两种情况下，输入轴和输出轴的旋转方向都保持不变。
动画：带有固定齿圈的行星齿轮
固定行星架
如果行星齿轮箱仍由太阳轮驱动，则在当前情况下实现 i=4 的第二高传动比，但这一次行星架是固定的，输出由齿圈完成。因此，通过反转输入和输出获得第二级的传动比 i=0.25 (=1/4)。然而，在这两种情况下，输入轴和输出轴之间的旋转方向是不同的！在这种情况下，传动比为负号（见下表）。以这种方式可以实现倒档。
动画：带固定行星架的行星齿轮
固定太阳轮
当行星齿轮箱由齿圈驱动且太阳轮固定时，可以获得进一步的传动比。在这种情况下，行星架用作变速箱输出。传动比现在变为 i=1.25，而旋转方向保持不变。如果变速箱的输出和输入相反，则传动比为i=0.8（=1/1.25）。
动画：带固定太阳轮的行星齿轮
直接驱动
对于行星齿轮，所谓的直接驱动也是可能的。行星齿轮的所有部件依然牢固地相互连接。这种情况下的传动比是i=1。例如，这种直接驱动在三速齿轮轮毂中用作“2 档”。
动画：直接驱动的行星齿轮
概括
下表总结了各种传动比。在圆括号中，给出了反向输入和输出的传动比（传动比的倒数）。负号表示旋转方向发生变化。
变量 | 1 | 2 | 3 | 4 |
固定的 | 齿圈 | 行星架 | 太阳齿轮 | 直接驱动 |
输入 | 太阳齿轮 | 太阳齿轮 | 齿圈 | |
输出 | 行星架 | 齿圈 | 行星架 | |
传动比 | i=1+Zr/Zs | i=−Zr/Zs | i=1+Zs/Zr | i=1 |
传动比范围（倒数） | 2 < i < ∞ | -∞ < i < -1 | 1 < i < 2 | i = 1 |
(0 < i < 0,5) | (-1 < i < 0) | (0,5 < i < 1) | (i = 1) | |
所用示例的传动比 | 5.00 | -4.00 | 1.25 | 1.00 |
(0.20) | (-0.25) | (0.80) | (1.00) |
在手动变速器中，各种传动比的换档由离合器执行，该离合器允许根据所需的档位固定某些部件（太阳齿轮、行星架或齿圈）。但是，出于功能原因，并非上表中显示的所有传动比都可以通过单个行星齿轮（行星齿轮组）实现。但是，如果将几个单独的行星齿轮组组合在一起，则可以极大地提高传动比。实际上，在一个变速箱中最多可以使用三个行星齿轮组。
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