行星齒輪差速器之機構比較

摘要：差速器可分為一般的差速器及行星齒輪差速器，因一般的差速器構造複雜且體積大，因此發展了行星齒輪差速器，其特性為構造簡單、體積小及可進行前後軸的扭力分配。行星齒輪差速器可以分為4種類型，行星齒輪負機構、行星齒輪正機構、複合階梯式行星齒輪機構及正齒輪式行星齒輪機構，各有其特性，並具備不同的扭矩及速率。此外，藉由槓桿類比圖進行行星齒輪組的扭矩及速率分析，可以簡化傳統沒效率且冗長的方式。
Abstract：There are two categories of differential-normal differential and Planetary gear differential. Planetary gear differential was developed due to the complex mechanism and large size of normal differential. The characteristic of planetary gear differential is simple mechanism, small size and torque vectoring. There are four types of planetary gear differentials, including negative planetary gear drives, positive planetary gear drives, compound stage planetary gear drives, spur-gear planetary gear drives. The torque and speed of these planetary gear differentials are different. However, the traditional method of analyzing the torque and speed is slow and complicated. Analyzing the torque and speed with lever analogy diagrams is more efficient way.

關鍵詞：行星齒輪差速器、扭矩及速率分析、槓桿類比圖
Keywords：Planetary gear differential, Torque and speed analysis, Lever analogy diagrams

前言
差速器之功能為車輛轉彎時，使內側輪轉速較外側輪慢，能讓車輛順利轉彎，普通差速器的構造複雜且體積較大，因此發展出構造簡單、體積小的行星齒輪差速器，且行星齒輪差速器，其可以進行前後軸的扭力分配，其中行星齒輪在此應用為產生左右車輪之差速，並不產生轉速比。行星齒輪差速器可以分為4種類型，行星齒輪負機構、行星齒輪正機構、複合階梯式行星齒輪機構及正齒輪式行星齒輪機構，將針對此4種行星齒輪式差速器之特性介紹，並進行扭矩及速率分析，最後接著介紹槓桿類比圖行星齒輪組之扭矩及速率分析，簡化傳統較沒效率且冗長分析方式。
行星齒輪式差速器簡介
行星齒輪差速器其特性為構造簡單、體積小。其中行星齒輪在此的應用為產生左右車輪之差速，並不產生轉速比，進行前後軸的扭力分配。行星齒輪式差速器為環齒輪連接輸入環齒輪，太陽齒輪連接右車輪，行星架連接左車輪，並使用2個行星小齒輪，將其置於環齒輪與太陽齒輪之間。
以下針對行星齒輪差速器於前進直行時及轉彎時之機構作動進行介紹：
車輛前進直行時，行星齒輪差速器的環齒輪連接輸出環齒輪一起等速順向運轉，因直行時，左右輪阻力相同，轉速亦相同，行星架與太陽齒輪互相鎖住，成直接傳動狀態，無差速。車輛轉彎時，先以車輛右轉為例，行星齒輪差速器的環齒輪以等速順向運轉，車輛右轉彎時，右輪會因阻力大而減速，此時行星小齒輪順向旋轉，外行星小齒輪逆向旋轉，使行星架順向旋轉，加快了左輪轉速；車輛左彎時，使太陽齒輪加速旋轉，此時行星小齒輪逆向旋轉，外行星小齒輪順向旋轉。行星齒輪差速器直行及右轉彎之作用情形，如圖1所示。

(a)                                              (b)
圖1 行星齒輪差速器作用情形 (a)車輛前進直行時 (b)車輛右轉彎時

行星齒輪式差速器類型
行星齒輪式差速器可以分為4種類型，行星齒輪負機構、複合行星齒輪正機構、階梯式行星齒輪機構及正齒輪式行星齒輪機構。其中正機構及負機構的定義為當行星架固定時，其傳動比為負，則此行星齒輪組為負機構。當行星架固定時，其傳動比為正，則此行星齒輪組為正機構。複合行星齒輪機構的定義為，如果將普通齒輪機構與一個或幾個簡單行星齒輪機構相互連接；或將簡單行星齒輪機構（或普通齒輪機構）與一個或幾個差動齒輪機構，進行封閉式連接，由上述基本齒輪機構進行組合所得到的機構，稱為複合行星齒輪機構。
不同類型之行星齒輪式差速器轉速及扭矩分析
以下針對4種行星齒輪式差速器進行轉速及扭矩分析：
1.行星齒輪負機構
行星齒輪負機構傳動簡圖，如圖2所示。其行星架輸入；太陽齒輪及環齒輪輸出。以下方程式，其中N為齒輪的轉速；Z為齒輪的齒數；T為齒輪的扭矩；下標s為太陽齒輪；下標r為環齒輪；下標c為行星架。

(a)                                                     (b)
圖2 行星齒輪負機構傳動簡圖