差动轮系中的循环功率分析摘要：通过分析典型的差动轮系中齿轮受力与转速的关系，推导出差动轮系中当2个不同构件作主动件时的2种典型工况下，轮系产生循环功率的条件和原因，并采用某液压机械无级变速箱中的双排差动轮系的工作实例进行了分析和验证。研究结果表明，差动轮系中是否产生循环功率取决于2个主动构件的转动方向。该结论可以为采用差动轮系传递动力的系统提供理论参考依据，使系统避免工作在产生循环功率的工况下，提高系统的工作效率。关键词：差动轮系；转速；转矩；循环功率中图分类号U463.212文献标识码A文章编号1007-7731（2015）11-121-04Abstract：Therelationbetweengears'stressandrotatingspeedwereanalyzedwhenusetwodifferentpartsaspowerinputmember，andconditionwhencyclepowerproducedindifferentialgeartrainsystemwereobtainedintwotypicalworkingconditions.Akindofhydro-mechanicalcontinuouslyvariabletransmission（HMCVT）withdoublerowdifferentialgeartrainwasanalyzedtoverifytheconclusions.Theresultsshowedthatwhetherrecyclepowerwasproduceddependsonthetwoactivemembers'relativerotatingdirections.Theconclusionprovidedtheoreticalreferenceforasystemwithadifferentialgeartraintoavoidproducingcyclepowerandimprovingtheworkefficiency.Keywords：Differentialgeartrainsystem；Rotatingspeed；Torque；Cyclepower1引言差动轮系是一个二自由度齿轮系统，具有2个主动构件作为能量输入元件，由于其传动比较大，经常被使用在双输入单输出的传动系统中。在农业机械中，差动轮系经常被应用到液压机械无级变速箱中，用于耦合液压动力和机械动力[1-4]。但是若差动轮系中的2个主动齿轮输入特定的转速和转向时，有可能会使2个主动齿轮输入齿轮系统中的功率发生抵消而出现循环功率[7，9]，导致差动轮系中的内部消耗的功率急剧增加，使系统输出功率明显降低，系统总效率也明显降低，对传动十分不利[5-11]。因此，在传动系统中使用差动轮系，特别是系统传动较大功率时，应避免差动轮系出现循环功率[12-16]。本研究对差动轮系中产生循环功率的原因进行了分析，总结和归纳了差动轮系的产生循环功率时的特征，从而为提高差动轮系的传动效率提出指导性的意见和建议。2差动轮系的输出功率分析一个典型的差动轮系模型如图1所示，轮系由中心轮1、行星轮2、中心轮3以及行星架H组成。根据不同构件作为主动构件的情况，可以将轮系分为4种不同工况，并且分析轮系中功率的传递情况。2种典型传动工况分别如下：（1）2个中心轮1和3作为主动构件，且中心轮1、3同向或反向转动；（2）其中一个中心轮和行星架H作为主动构件同向转动及反向转动。当以其中一个中心轮和行星架作为主动构件时，以中心轮1或中心轮3为主动构件的分析方法一样，因此本文仅分析以中心轮1作为主动构件的情况，中心轮3作为主动构件的情况类似。2.1中心轮1和中心轮3作为主动构件当中心轮1、3作为主动构件时，行星架H作为输出构件输出功率。功率传动路线如下，中心轮1、3输入功率，驱动行星轮2转动，行星轮2再将功率传至行星架H上，再由行星架H将功率输出。若中心轮1输入转速n1沿逆时针转动，且中心轮3的转动方向n3与中心轮1的转动方向相同，当该齿轮系中各齿轮保持恒定转速时，行星轮2的受力如图2所示，对行星轮2在图2所示位置列水平方向受力平衡公式，得[F12+F32=FH2]。根据式（2），若中心轮1的转速n1与中心轮3的转速n3转动方向相同时，[n1+Z3Z1n3]和[F12+F32]同时达到最大值，行星架的输出功率PH达最大值。此时，若不考虑齿轮系统中的摩擦功率损失，行星架的输出功率应该等于中心轮1和中心轮3的输入功率之和，即[pH=p1+p3]，该齿轮系统中没有循环功率产生。若中心轮1的转速n1与中心轮3的转速n3转动方向相反时，[n1+Z3Z1n3]和[F12+F32]同时达到最小值。此时，若不考虑齿轮系统中的摩擦功率损失，行星架的输出功率应该等于中心轮1和中心轮3的输入功率之差，即[PH=P1-P3]，该齿轮系统中产生循环功率。循环功率[Pre=2?min（P1，P3）]，即中心轮1和中心轮3的输入功率相互抵消，产生循环功率，...