单环路耦合行星轮系因其具有结构紧凑、功率密度高、可实现功率分流等优势,已经在车辆、航空、风力发电等行业得到了广泛的应用。单环路耦合行星轮系的功率特性十分复杂,在动力传递中,不良的功率流特性会导致传递效率低下甚至机构失效。特别是国内外关于差动式单环路耦合行星轮系的研究,尚处于起步阶段,仍然缺乏完整的理论体系。尤其在多动力源的应用中,缺乏工况变化时关于轮系的准动态响应问题的衡量标准。本文在现有研究的基础上,进一步完善了差动轮系的理论体系、提出了影响单环路行星轮系功率流临界点的新参数、总结了单环路行星轮系的设计准则并且通过课题组自行研发的试验系统对相关理论进行了试验研究。本文具体研究内容包括:针对应用环境复杂多变的情况,提出了反映轮系的转速、转矩与功率调整速度与效果的新概念——轮系的动态跟随性能,对差动轮系展开了灵敏度与贡献度的分析。通过分析转速、转矩、功率特性的灵敏度与贡献度的表达式,得出了系统参数对动态跟随性能的影响规律,通过试验对转速灵敏度进行了验证。研究结果表明差动轮系各基本构件之间的转速灵敏度以及转矩贡献度只与差动轮系特性参数有关;转速贡献度与功率贡献度由特性参数与轮系运动状态共同决定。针对耦合机构为无级变速器情况的单自由度单环路耦合行星传动系统,分析了无级变速器滑动率对系统功率分配系数、系统滑动率、系统各支路功率比例以及功率流形式所造成的影响。在单自由度单环路耦合行星传动系统理论的基础上,展开了系统的动态跟随性能研究。综合了差动轮系的特性参数、耦合机构的传动比与耦合机构滑动率对系统传动效果、系统动态跟随性能、功率分配系数、功率流形式等因素的影响规律,提出了单自由度单环路耦合行星传动系统的系统参数选择原则,补充和完善了现有的设计准则。为了填补差动式单环路耦合行星传动理论与设计准则的空白,对双自由度单环路耦合行星传动进行了全面的分析。对差动式单环路耦合行星传动系统的转速、转矩以及功率特性分析表明,系统的对外特性与差动轮系的对外特性相似,符合轮系相似原理。对系统的功率研究得出了系统存在的19种不同的功率流形式,并依据结点功率法分别给出了效率计算公式。这些功率流包括7种临界点功率流形式、6种功率分汇流形式以及6种功率循环形式,后者又分为3种顺时针循环形式与3种逆时针循环形式。提出了差动式单环路耦合行星传动系统的组合式杠杆力学模型,通过力学模型与功率流形式的综合分析,解释了循环功率的本质。总结了耦合转矩存在的结构条件与运动学条件。在上述研究的基础上,结合系统的动态跟随性能,提出了差动式单环路耦合行星传动系统的参数选择原则。研制了耦合机构可变的开放式单自由度单环路耦合行星传动的计算机控制综合试验平台,设计了转矩和功率流研究的试验方案。并通过试验研究了单自由度单环路耦合行星传动系统的不同的功率流形式,以及系统中存在的自锁区域。试验还研究了系统传动比、差动轮系单元各基本构件之间转矩的定比例关系以及单自由度单环路耦合行星传动系统动态跟随性能理论。试验结论进一步验证了理论研究的正确性。