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上次说了液力变矩器的原理，这次来跟大家说一说行星齿轮的原理。首先大家思考一个问题，你说是施瓦辛格厉害还是刘翔厉害？ 斯瓦辛格和刘翔 你可以说施瓦辛格厉害，因为他力气大，一手捏爆刘翔头；你也可以说刘翔厉害，因为他踹斯瓦辛格一脚，跑得比谁都快；但是到底谁厉害你还真分不清，因为斯瓦辛格力气大迟钝，而刘翔速度快力气小。我说以上这些只是为了说明，当能量一定的时候（施瓦辛格和刘翔饭量相当），力气大那就速度慢（斯瓦辛格），而速度快则力气小（刘翔）。这一守恒定律放在汽车上那就是——发动机输出功率恒定的时候，推力大则此时速度慢，而速度快则推力小。这也就是为什么低速挡的推背感特别强，而高速挡则推背感不够强烈的原因。变速器的作用其实就是将发动机的能量在力与速度间进行转换，使得我们在起步加速的时候低速挡提供低速高扭的动力，而在速度上来后提供高速低扭。 所以，请注意了，与猪饭量一样的你，可以把猪耍得团团转，但是你要被猪拱一下你估计要躺半个月。 说完了力与速度，现在再来说说齿轮齿合的速度关系。假设两个大小不一的齿轮在齿合的转动，那么可以发现白色小齿轮周长（边沿）较短，而绿色大齿轮周长比较长。 齿轮运转 当小齿轮转动一圈的时候，大齿轮因为周长较大并没有转到一圈，那么也就是说：小齿轮转圈的速度比大齿轮的大。根据上面提到力与速度的原理，这个时候可以下结论——小齿轮带动大齿轮的情况下，大齿轮速度小，因此力气大，这就是减速增扭。 而当大齿轮带动小齿轮的时候，你会发现大齿轮才转一圈，而小齿轮转动已经超过一圈了，那么这个时候速度提上来了，但是力气却变小了，这就是增速减扭。 那么你会发现在减速增扭的情况下，小齿轮圈数比上大齿轮圈数是大于1的，因为小齿轮转了一圈，大齿轮还没转够一圈；而增速减扭的情况相反，大齿轮圈数比上上小齿轮圈数小于1，因为大齿轮才转一圈，你小齿轮转了不止一圈。而齿轮圈数的比值就叫做——传动比；减速增扭传动比大于1，增速减扭传动比小于1。 以上废话了那么多，现在才是重点，现在就来讲解一下行星齿轮的原理，从字面上理解就是像行星一样运动的齿轮。从下面的动图再结合太阳与地球的运行情况看的出来，深绿色的齿轮在中间因此成为太阳轮；银白色的齿轮围绕太阳轮运行类似地球一样，因此叫做行星轮，而最外边一圈浅绿色的齿把这些东西圈起来，因此叫做齿圈。而红色的那个东西叫做行星架，它的作用就是把行星轮等距分开。因此星形轮类似地球一样，自转轴连接行星架可以自由转动，但是由于行星架绕着太阳轮，因此行星轮还能绕着太阳轮公转。 那这一团乱七八糟的东西是怎么运作的？且看我慢慢道来。首先两个互相齿合的齿轮我们要明确以下几个要点： 1.两个齿轮的齿面向外，在运动时候方向是相反的，一个齿轮顺时针另一个就会逆时针。 2.一个齿轮的齿面向外，而另一个齿轮齿面向内，也就是小齿轮在大齿轮内部，则运动方向相同。 齿轮 相应的公式我就不和大家解释，我们用最笨的办法来解释它的原理。我们算周长，从它的结构图看出来，周长由小到大是：行星轮、太阳轮、齿圈。但是我们不要忘记了行星轮是一个复杂的运动体，它不但自转还公转，不但与太阳轮齿合还与齿圈齿合。那么这个时候行星架的周长是多少呢？这个其实涉及到行星齿轮的设计，但是有一点可以肯定，行星架的算数半径（数学中理论的半径值）是最大的，因此行星架的周长最大（太阳轮和齿圈都是自己转，而行星架不但自转，上边的行星轮也自转，杠杆原理就能知道它的半径只是被折叠了，而并不是真的变短了。当然这不需要你们知道）。 那么现在可以把行星架和星形假设成为一个大的齿轮。做好以上假设后，因为行星齿轮有三个齿轮，因此我们在三个齿轮中，将其中一个固定，另外一个作为动力输入，剩下一个作为动力的输出。那么此时会有如下的情况： 一、当齿圈固定的时候，太阳轮作为输入，而行星架作为输出 齿圈固定 我们先来观察处于齿圈与太阳轮之间的行星轮的齿合情况。当太阳轮逆时针转动时候，则行星轮就会顺时针转动（要点1）。如果齿圈不固定，因为行星轮顺时针，那么齿圈也是顺时针旋转（要点2）。而此时齿圈恰恰固定住了，根据力的相反性，固定的齿圈就会迫使行星轮的自转轴逆时针旋转，而行星轮自转轴连接行星架，因此行星架发生了逆时针旋转。 齿圈固定转动图 这就好比轮胎（行星轮）与地面（齿圈），本来地面应该是往后退，但是因为地面静止，所以轮胎反而被地面推着向前是一个道理。因此现实的运行状况就是：逆时针旋转的太阳轮使得行星轮顺时针转动，由于原本应该顺时针转动的齿圈固定了，这就迫使行星轮自转轴发生了逆时针转动，进而引起连接自转轴的行星架跟着逆时针转动。 齿圈固定 如果你实在想不明白这个运动的方向，那好——前方高能：你的手掌是太阳轮，你的脚板是齿圈，你的手往脚指头方向搓脚板的老泥，那请问老泥是不是跟着你的手掌方往脚指头方向滚动？这个时候老泥就是行星架。 说完了运动方向之后，我们再来讨论这种情况传动比。假设这个时候太阳轮滚动了一圈，由于转动最终在行星架输出，但是行星架周长大于太阳轮周长，因此行星架转动是不满一圈的。因此输入圈数比上输出圈数就相当于1除以一个小数，此时传动比已经大于1了，那么此时是减速增扭。 行星轮AB点 从而我们总结出一个规律：当齿圈固定，太阳轮作为输入轴，行星架作为输出轴的时候，输入输旋转方向相同；同时起到减速增扭的作用。 二、当齿圈固定的时候，行星架作为输入，而太阳轮作为输出 这个时候与第一种情况相比较是输入轴与输出轴进行交换。那么输入轴与输出轴的旋转方向怎样呢？想一下刚才搓老泥的比喻，现在假设是老泥主动往脚指头滚动，从而你的手掌要始终接触老泥，那你的手掌也只能跟着往脚指头运动了。因此这种情况输入输出的转动方向依然相同。而传动比呢则反过来，行星架转动圈，而太阳轮周长较短转动的肯定不止一圈，此时相当于1除以一个大于1的数，因此传动比小于1，因此是增速减扭。 三、当太阳轮固定的时候，齿圈作为输入，而行星架作为输出 太阳轮固定 我们观察一下行星轮的运动状态，当齿圈逆时针运动，行星轮逆时针运行（要点2）。如果太阳轮没有固定，那么因为行星轮逆时针运动，则太阳轮应该是顺时针转动。但是由于太阳轮固定，那么此时就会迫使行星架逆时针转动。因此这种情况下，输入轴与输出轴通向。 太阳轮固定行星轮转动 如果你还是没有想明白，搓老泥的比喻，第一种情况齿圈是脚掌，而太阳轮是手掌；现在则是反过来，齿圈是手掌而太阳轮是脚掌。这个时候明白了吧。
太阳轮固定转动 现在再来分析一下传动比，齿圈周长小于行星架，那么此时根据上面内容可以知道此时是减速增扭的过程。 四、当太阳轮固定的时候，行星架作为输入，而齿圈作为输出 这时候不难想象，输入输出转动方向与第三种情况一样是同向，但是传动比却与第三种情况相反是增速减扭。 五、当行星架固定的时候，太阳轮作为输入，而齿圈作为输出
行星架固定 这个时候与以上的任何的时候都有所不同，当太阳轮逆时针旋转的时候，行星轮顺时针旋转（要点1），进而造成了齿圈顺时针旋转（要点2），这个时候它的输入与输出是反向的。
行星架固定行星轮运行 这个时候行星架没动，因此行星轮位置也没有变化，那么行星轮在这里就类似一个轴承一般，它的作用仅仅是传递了太阳轮的动能到齿圈，你甚至可以将行星轮当作不存在。那么此时太阳轮逆时针，相对于齿圈就当然是顺时针。
行星架固定转动 这个时候太阳轮周长小于齿圈，那么按照理论，太阳轮转一圈而齿圈却不能转到一圈，因此传动比是大于1的，所以是减速增扭。 六、当行星架固定的时候，齿圈作为输入，而太阳轮作为输出 通过以上的讲解，想想就应该直到这种情况与第五种情况相比较，那就是输入与输出方向相反，而传动比小于1，所以是增速减扭。 说完以上的单一部分固定后，现在是两两固定（固定两个部分）。那么你会发现无论你怎么进行组合（太阳轮和行星架固定、行星架和齿圈固定、太阳轮和齿圈固定），都会造成整个行星齿轮无法转动。这时候整个行星齿轮就成为了一个整体。而无论哪个部分作为输入端，输出都和输入一样，因为它们是一个整体，因此此时传动比就是1. 写了那么一大段，这个时候应该总结一下，使之成为如下表格。
第六种情况的增速减扭而且反向在汽车中一般不会采用，而两两组合的情况则是用作汽车的直接挡，使得发动机直接驱动运行。那么这些这方式就形成自动变速箱的档位变换。可是当前的自动变速箱采用多级的行星齿轮进行级联，以便达到更多的组合与控制能力。 |
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