第章行星齿轮变速器结构与工作原理
行星齿轮变速箱原理
行星齿轮变速箱原理
行星齿轮变速箱是一种常见的自动变速器，它主要由太阳轮、行星轮和环形轮组成。
其工作原理如下：
1. 太阳轮是行星齿轮变速箱的输入轴，通过发动机的动力传输至变速箱。
太阳轮上有一组齿轮，称为行星架，它与行星轮和环形轮相连。
2. 行星轮是连接在行星架上的一组齿轮。
它们围绕太阳轮旋转，并与外部的环形轮相连。
同时，每个行星轮上还有一个孔，称为行星轮孔。
3. 环形轮是固定在变速箱壳体中的齿轮。
它与行星轮的齿轮进行啮合，并通过输出轴将动力传递出去。
4. 在行星齿轮变速箱中，通过控制行星轮和环形轮的连接方式，可以实现不同的速度转换。
当某个行星轮与太阳轮和环形轮同时连接时，太阳轮的动力将传递给该行星轮，然后经过行星轮的轮毂齿轮传递至环形轮。
这样，输出轴将得到一个特定的速度比。
5. 当需要变换速度时，可以通过控制离合器或制动器来改变行星轮和环形轮的连接方式。
例如，将行星轮与太阳轮连接，而与环形轮分离，就可以实现高速档。
而将行星轮与环形轮连接，而与太阳轮分离，就可以实现低速档。
通过以上操作，行星齿轮变速箱可以实现连续平稳的变速过程，满足不同驾驶条件下的动力需求。
行星齿轮变速器的工作原理
行星齿轮变速器的工作原理
行星齿轮变速器是一种常见的机械传动装置，它由太阳齿轮、行星齿轮和内齿环组成。
太阳齿轮与行星齿轮相互啮合，并通过内齿环与外部输出轴连接。
当输入轴旋转时，太阳齿轮也开始旋转，行星齿轮则沿其一定的轨道绕太阳齿轮旋转。
此时，行星齿轮因为同心轴不同的转速而绕中心轴旋转，从而与内齿环的齿轮啮合，从而驱动输出轴旋转。
通过改变太阳齿轮的转速或者改变行星齿轮与太阳齿轮的啮合方式，可以实现变速效果。
因此，行星齿轮变速器具有结构简单、传动平稳、高效节能等优点，是广泛应用于机械传动系统中的一种传动装置。
项目9 行星齿轮变速器结构、原理和
行星齿轮变速器的基本组成 多排行星齿轮机构 换档执行机构
9.1 行星齿轮变速器概述
先观看一段录像。
9.1 行星齿轮变速器概述
单排行星齿轮机构 先观看录像。
单排行星齿轮机构的结构
行星齿轮变速器概述
单排行星齿轮机构的运动规律 n1＋αn2－（1＋α）n3＝0
其中：n1—太阳轮转速； n2—齿圈转速； n3—行星架转速；
辛普森行星齿轮变速器
D3档：C1、C2
辛普森行星齿轮变速器
21(11)档：C1、B3、F2
22档：C1、B1、B2、F1
辛普森行星齿轮变速器
辛普森行星齿轮变速器
R档：C2、B3
P档：
辛普森行星齿轮变速器
辛普森行星齿轮变速器 二、四档Simpson行星齿轮变速器 以凌志LS400的A341E、A342E为例。 1.结构、组成
离合器重新装配后要检查离合器的间隙。间隙过大会使换档滞后、离合器打滑；间隙过小会使得离合器分离不彻底。
制动器（带式和多片式） 先观看录像。
换档执行机构
结构、组成
ห้องสมุดไป่ตู้
换档执行机构
工作原理
换档执行机构
检查制动带是否破裂、过热、不均匀磨损、表面剥落等情况，如果有任何一种，制动带都应更换。
1
2
制动器装配后要调整工作间隙，原因与离合器间隙的调整是一样的。方法是：将调整螺钉上的锁紧螺母拧松并退回大约五圈，然后用扭力扳手按规定转矩将调整螺钉拧紧，再按维修手册的要求将调整螺钉退回一定圈数，最后用锁紧螺母紧固。
太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1＝0，故传动比 i32＝n3/n2＝ α/(1＋α)<1 超速档
02
行星齿轮变速器的工作原理
行星齿轮变速器的工作原理
行星齿轮变速器是将行星轮与环状轮相互配合的变速器，主要由行星轮、太阳轮、环状轮、轴承、制动器以及传动壳体等部分组成。
其工作原理如下：
1. 汽车引擎输出的动力通过输入轴传入行星齿轮变速器，驱动太阳轮转动。
2. 行星轮的几个外齿轮在内齿圈的支持下围绕太阳轮做匀速旋转，与太阳轮的输出轴无法直接相接，而是通过一个转鼓来连接。
3. 转鼓内的行星轮与内齿圈的切向制动器可以使内齿圈停止转动，使得只有行星轮和太阳轮相互配合来传递动力。
4. 当切向制动器作用于内齿圈时，行星轮绕太阳轮做匀速运动，使得输出轴扭矩增加、速度降低。
5. 随着太阳轮的转动，内齿圈也跟着转动，此时输出轴的转速会加速。
通过不同的组合方式，太阳轮、行星轮及内齿圈之间的转速比可以随意改变，从而实现变速效果。
同时，它的结构紧凑，传动效率高，被广泛应用于各种机械领域。
项目2拉维娜行星齿轮结构与工作原理
表3-2-2
改进后拉维娜式3档行星齿轮变速机构 换档执行组件工作规律
换档操纵手柄位置 档位
换档执行组件
C1 C2 C3 C4 B1 B2 F1 F2
1
●
2
●
D
3
●
● ●
●●
● ●
超速档 ○
●●
R
倒档
●●
●
1 S、L或2、1
●
●
●●●
注：●——接合、制动或锁止。 ○――接合或制动，但不传递动力。
当汽车滑行、输出轴反向驱动行星齿轮变速机构时，齿圈 通过长行星轮对行星架产生朝顺时针方向的力矩，此时1 档单向超越离合器F1脱离锁止状态，使行星架朝顺时针方 向自由转动，行星齿轮机构因此失去传递动力的能力，无 法实现发动机制动。
为了使1档能产生发动机制动作用，可将操纵手柄拨入前 进低档（S、L或2, 1)位置，这样在1档时，前进档离合器 C1和低速档及倒档制动器B2同时工作，行星架由低速档 及倒档制动B2固定，此时动力传递路线及传动比和前述1 档时完全相同（图3-2-4），而且汽车加速器滑行时，行 星架固定不动。在汽车下坡或滑行时，驱动轮可以通过行 星齿轮变速机构反向制动发动机，利用发动机怠速运转阻 力实现发动机制动作用。
图3-2-4 1－输入轴；２－行星架；３－后太阳轮；４－输出轴； ５－短行星轮；６－齿圈；７－长行星架；Ｃ1－前进离 合器；Ｂ2－低速成档及倒档制动器
2档
2档时，前进档离合器C1和2档制动器B1一起 工作。发动机动力经输入轴和前进档离合器C1传 至后太阳轮，使后太阳轮朝顺时针方向转动，并 通过短行星轮带动长行星轮朝顺时针方向转动。 由于前太阳轮被2档制动器B1固定，因此长行星 轮在做顺时针自转时，还将朝顺时针方向作公转， 从而带动齿圈和输出轴以较快转速朝顺时针方向 转动。此时发动机动力是由后太阳轮经短行星轮、 长行星轮传至前行星排，再由前行星排传至齿圈
辛普森式行星齿轮变速器的结构与工作原理[1]
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辛普森式行星齿轮变速器的结构与工作原理 [图片]辛普森式行星齿轮变速器是由辛普森式行星齿轮机构和相应的换档执行元件组成的，目前大部分轿车自动变速器都采用这种行星齿轮变速器。
辛普森行星齿轮机构是一种十分著名的双排行星齿轮机构，根据这两排在变速器中的位置，分别称之为前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，这两组齿轮机构由共用的太阳轮相连接。
前后行星轮机构有两种连接方式，一种是前行星齿轮机构的齿圈和后行星齿轮机构的行星架相连，称为前齿圈和后行星架组件，输出轴通常与前齿圈和后行星架组件连接。
另一种是前行星齿轮机构的行星架和后行星齿轮机构的齿圈相连，称为前行星架和后齿圈组件，输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接。
经过上述组合，该机构成为一种具有四个独立元件的行星齿轮机构。
根据前进档的档数不同，可将辛普森式行星齿轮变速器分为三速和四速两种在辛普森式行星齿轮机构中设置了二个离合器、二个制动器和一个单向离合器，共有五个换档执行元件，即可使之成为一个具有三个前进档和一个倒档的行星齿轮变速器，各换档执行元件的功能见下表。
来自输入轴的动力由前进离合器C1输入到后齿圈或由高、倒档离合器C2传至前后太阳轮组件，不同工况下，各换档元件起作用，使动力经前齿圈和后行星架输出至输出轴。
辛普森式三速行星齿轮变速器换档执行元件功能表辛普森式三速行星齿轮变速器的工作规律由表可知:当行星齿轮变速器处于停车档和空档之外的任何一个档位时，五个换档执行元件中都有两个处于工作状态，即接合、制动或锁止状态，其余三个不工作，即分离、释放或自由状态。
处于工作状态的两个换档执行元件中至少有一个是离合器C1或C2，以便使输入轴和行星排连接。
当变速器处于任一前进档时，离合器C1都处于接合状态，此时输入轴与行星齿轮机构的后齿圈接合，使后齿圈成为主动件，因此，离合器C1也称前进离合器。
倒档时，离合器C2接合，C1分离，此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合，使前后太阳轮组件成为主动件。
自动变速器行星齿轮机构ppt课件
1
第三节 齿轮变速器
作用：具备普通手动变速器所有的作用。 （1）改变传动比； （2）实现到车行驶； （3）中断动力传递。
结构组成：变速齿轮机构和换档执行机构。
典型的齿轮变速机构的形式：平行轴式（或称定轴式、 普通齿轮式）和行星齿轮式（包括有辛普森式、拉维 娜式、串联式等）。
片式制动器
• 9-弹簧 • 10-活塞 • 11-内外O形密
封圈 • 12-壳体 • 13-滚针轴承 • 14-推力轴承 • 15-密封环52
制动器 53
带式制动器的结构与工作原理
制动器间隙由调 整螺钉调整。
54
带式制动器
伺服机构的形式有： 直杆式、杠杆式、钳形式等。
55
3、单向离合器
作用：利用单向锁止的原理实现对单排元 件的固定或者是单排中两个元件的锁止或 者前后两个单排元件的连接。
8
一、单排行星齿轮机构分析
传动方案：有8种。
9
一、单排行星齿轮机构分析
档位设置： 行星齿轮架作从动件---------1档或2档 两元件连接后带另一元件-----3档 行星齿轮架作主动件---------O/D档 行星齿轮架固定-------------倒档。
10
二、行星排的组合
现代轿车自动变速器所采用的行星齿轮机构包括复合 式行星齿轮机构和串联式行星机构。
23
三、行星排的表达方式
捷豹JX波箱
24
三、行星排的表达方式
4HP20
25
三、行星排的表达方式
09G变速器结构
26
三、行星排的表达方式
09G变速器结构
27
三、行星排的表达方式
自动变速器行星齿轮机构的工作原理
自动变速器行星齿轮机构是一种用于实现自动换挡的机构，其基本原理是利用行星齿轮机构来改变动力传递的方向和比值，从而根据行驶工况自动变换不同的传动比。
具体来说，自动变速器的行星齿轮机构主要由太阳轮、齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。
在行驶过程中，变速器会根据发动机负荷、车速和制动器使用情况等因素，自动切换不同的传动比，以满足动力传递、油耗和换挡平顺性等方面的需求。
在行星齿轮机构中，太阳轮、齿圈、行星架和行星齿轮等元件可以围绕各自的轴线旋转。
当某个元件受到驱动力时，它会与周围的元件产生一定的相对运动，从而改变传动比。
具体而言，当输入轴转动时，太阳轮、行星架和齿圈等元件也会随之转动，但它们的转速和方向会根据行星齿轮机构的不同而有所差异。
通过控制太阳轮、行星架和齿圈等元件之间的传动比和转速，自动变速器可以实现不同的换挡动作。
总之，行星齿轮机构通过控制动力传递的方向和比值，实现了自动变速器的换挡功能。
它是一种非常重要的机械结构，对于提高汽车的动力性和经济性、改善行驶平顺性和降低噪声等方面具有重要的作用。
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缺点：制造、加工成本高
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3.1.1 齿轮传动的组成
组成：主动齿轮与从动齿轮 齿轮传动要求准确平稳，即要求在传
动过程中，瞬时传动比保持不变，以免 产生冲击振动和噪声。
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a) 齿轮机构实物
图3-1 齿轮传动机构
轮机构等速传动。
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2、离合器的组成
图3-8 自动变速器离合器
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3、离合器的工作过程
各钢片与摩擦片压紧接 合在一起时，具有共同 转速并传递相应的转矩。
芯体或壳体可以与输入轴、 输出轴、太阳轮、内齿圈、 行星架、单向离合器中任 意一个部件直接或间接相 连。
通过壳体或芯体可将输入（力矩 及转速）导入或将输出（变换后 的力矩及转速）导出，也可将行 星齿轮机构中的任两个元件连接 一起，实现直接传动。
1、拉威娜式行星齿轮机构的施力装置
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1）前进档离合器C1：驱动小太阳轮 2）直接档及倒档离合器C2：驱动大太阳轮 3）强制低档离合器C3：驱动小太阳轮 4）超速档离合器C4：驱动行星架 5）2档及4档制动器B1：固定大太阳轮 6）低速档及倒档制动器B2：固定行星架 7）低档单向离合器F1：单方向固定行星架 8）前进挡单向离合器F2：连接输入轴与小
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工作过程：
1）小太阳轮输入，行星架固定
小阳轮正转
Ⅰ、短行星轮反转→ 长行星轮正转→内 齿圈正向减速
Ⅱ、短行星轮反转→ 长行星轮正转→大 太阳轮反向减速
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2）行星架输入，小太阳轮固定
行星架绕太阳轮正转→短行星轮正转→长
行星轮反转→齿圈正转
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3）小太阳轮与行星架固定，一同输入。
太阳轮
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2、拉威娜式自动变速器齿轮机构动力传递 路线
1）行星架制动，小太阳轮输入 传动路线： 小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮（仅有
自转）→内齿圈→输出轴，此变速结果为 同向减速传动。
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2）大太阳轮制动，小太阳轮输入 传动路线： 小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮（随
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卸去油压时，活塞在回 位弹簧作用下返回原位，钢 片和摩擦片自由分离。但这 种分离不彻底。
活塞在弹射作用下处于 左极限位置，钢片和摩擦片 之间有一定的间隙，此时 动力传递路线被切断
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压力油经油道进入活 塞左腔室后，液压作用力 克服弹射张力使活塞右 移，将所有的钢片和摩 擦片依次压紧，离合器 接合，传递动力。
3.2 行星齿轮机构的结构与传动原 理
3.2.1 行星齿轮机构的组成
图3-5 单排行星齿轮机构 1-太阳轮；2-行星轮；3-齿圈；4-太阳轮输入轴；5-行星轮轴；6-行星架；7-行星架输出轴
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行星齿轮机构的分类： 按行星架上所安装的行星齿轮的组数
不同，分为单行星排和双行星排； 按行星齿轮组数不同，分为单排行
此时，发动机的动力 经输入轴，小太阳轮、 短行星齿轮、长行星 齿轮传给内齿圈和输 出轴。
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2）D位2档传动路线
小太阳轮→短行 星齿轮→长行星 齿轮→内齿圈→ 输出轴
第三章 行星齿轮变速器结构与工作原理
沈阳理工大学应用技术学院
学习目标：
掌握行星齿轮机构变速原理 掌握辛普森式自动变速器行星齿轮机构的
结构及自动换挡原理 掌握拉威娜式自动变速器行星齿轮机构的
结构及自动换挡原理 掌握自动变速器施力装置的结构及工作原
理
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3.1 齿轮传动的一般规律
齿轮传动的特点：
滚柱式
楔块式
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楔块式单向离合器的锁止方向取决于楔块 的安装方向
图3-12 楔块式单向离合器 1-外座圈；2-卡块；3-弹簧；4-内座圈
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单向离合器的工作性能对变速器的换档品质有很大 影响。自动变速器通过行星齿轮系统执行机构的工作实 现换档，执行机构的灵敏性直接影响换档的平顺性。单 向离合器具有灵敏度高的优点，可瞬间锁止（或解除锁 止），从而大大提高了换档时机的准确性。另外，单向 离合器不需要附加的液压或机械操纵装置，结构简单， 不易发生故障。
优点：
⑴体积小、质量小、结构紧凑、承载能力大。 ⑵传动效率高 ⑶传动比较大，可实现运动的合成与分解 ⑷运动平稳
缺点：
材料价格高、结构复杂、制造安装困难
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3.3 行星齿轮变速器的换挡执行机 构的工作原理
3.3.1 离合器
1、离合器的作用 ⑴变速器动力的输入或输出，其功能等于普通
机械变速器的离合器。 ⑵连接行星齿轮机构中的两个部件，使行星齿
齿圈→输出轴，此变速结果为反向减速 传动。
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1）D位一档传动路线
小太阳轮→短行星 齿轮→长行星齿轮 →内齿圈→输出轴
长行星齿轮在带动内 齿圈顺时针转动的同 时，对行星架产生逆 时针力矩，F1在逆 时针方向合行星架固 定。
图3-16 D位1挡传动路线示意图 C1-前进挡离合器；F1-低挡单向离合器； F2-前进挡向离合器
间接作用式
制动带开口的一端支承于推 杆端部，活塞杆通过杠杆控 制推杆的动作。由于采用杠 杆结构将活塞作用力放大， 制动力矩进一步增加。
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2、离合器和片式制动器的区别 ⑴所连接元件：离合器连接轴；离合器可
连接行星排中所有元件 ⑵所连接元件数量：离合器最多可连接两
个行星排元件；一组制动器只能固定一 个 ⑶离合器是旋转的；制动器是固定的
6）将行星架固定，以内齿圈为主动件，太阳轮 为从动件，i=﹣1/α。是3）的逆传动，可获增 速反向传动。
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表3-1 行星齿轮机构传动方案选配表
序 传动特性 方案 固定
号
主动
从动
应用
1 大减速比 (a)
齿圈
各种减速机，汽车变速器 太阳轮 行星架
等。
2 大增速比 (d)
齿圈 行星架 太阳轮
共用太阳轮 共用太阳轮 前齿圈/太阳轮 前齿圈/太阳轮
输出端 件3 件6 件3 件6 件3 件6 件3 件6
输出元件
固定元件
前行星架及后齿圈
件4
后行星架
件4
后齿圈
件6
后齿圈
件6
前行星架及后齿圈 后行星架
传动比i >1 (较大)
约等1 >1 (较小) 无传动
<-1 无传动
1 1
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3.2.5 行星齿轮传动的优缺点：
图3-7 多排行星齿轮机构 1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件；4 -前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架
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表3-2 双排行星齿轮机构传动方案特性表
序号 输入端
1
件1
2
件1
3
件1
4
件1
5
件4
6
件4
7 件1 前齿圈
⑵带式制动器
由制动带 和伺服装 置组成。
图3-10 带式制动器结构
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按变形能力分： 刚性制动带
制动带
挠性制动带
按结构分： 单边式制
制动带 动带
双边式挠性 制动带
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制动器伺服装置
直接作用式
制动带开口处的一端通 过摇臂支承于固定在变 速器壳体的支承销上， 另一端支承于油缸活塞 杆端部。
离合器、制动器、单向离合器统称为自动变速器行星 齿轮机构换档执行元件或施力元件。
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3.4 典型行星齿轮传动原理及工作 分析
3.4.1 拉威娜式行星齿轮传动原理
图3-13 拉威娜式行星齿轮变速机构 1-小（前）太阳轮；2-行星架；3-短行星轮；4-长行星齿轮；5-齿圈；6-大（后）太阳轮
4）渐开线的形状只取决于基圆大小。
5）基圆内无渐开线。
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渐开线齿轮的力学分析：
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3.1.2 齿轮的速比与传动比
从公式可以获知，若想获得大的传动比，必须相互啮合 的齿轮所拥有的齿数相差较大，又由于相互啮合的齿轮模数 相同，所以，必然两个齿轮尺寸相关较大，这必然占据较大 的布置空间，给机械设计带来一定难度。
3)将行星架固定，以太阳轮为主动件，内齿圈为从动件， i=α，即可获得减速反向传动。
4）将内齿圈固定，以行星架为主动件，太阳轮为从动件， 可获得增速传动，i<0.5。
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5）将太阳轮固定，以内齿圈为主动件，行星架 为从动件， i=1+（1/α)，是2）的逆传动，即 可获得减速传动， 0.5<i<1。
两个元件固定在一起，由于行星轮不能自转，输
入与输出同步
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拉威娜式自动变速器的结构特点
行星架、小行星轮、 大行星轮均可作为输 入；齿圈作为输出
图3-14 拉威娜式自动变速器行星齿轮机构
小太阳轮的轴和 行星架轴向右反 向从空心的大太 阳轮轴穿出，输 入有三种方式， 齿圈固定为输出。
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α=Z2/Z1 因 Z2>Z1 所以 α>1,则行星齿轮机构的一般运动规律可 表达为：
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1）将内齿圈固定，以太阳轮为主动件，行星架为从动件， 传动比为1+α。即可获得减速传动，且α>2.
2)将太阳轮固定，以行星架为主动件，内齿圈为从动件， i=α/(1+α).即可获得增速传动，0.5<i<1。