能量不守恒在行星輪減速機構中的表現

孟志廣

吉林省延吉市地震辦公室

能量不守恒在行星輪減速機構中的表現

孟志廣

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確立在宏觀結構下能量轉化過程中存在的不守恒現象。研究方法：在創新的行星輪減速機構中，將輸出端減速后，在輸入輸出端分別施加重量，在勢能轉換過程中，根據能量的輸出輸入比，確定能量轉換是否守恒。主要結果：在所述轉換過程實驗中，根據設定，輸出輸入比是6%。結論：能量經創新的行星輪減速機構轉化后，存在不守恒現象。

能量轉化；不守恒；行星輪減速

一、引言

能量守恒是物理學的基礎定律之一，其指出能量在轉化過程中，應該是等比例轉化，尤其在宏觀領域，無一例外。本文探討在創新的行星輪系減速機構的能量轉化實驗中，根據能量輸出輸入比，確定在此過程中，存在能量不守恒現象。在常用的行星輪減速機構中，通常是將其一個自由端設為輸入端，一個自由端設為輸出端，第三端作為固定端。在此種結構中，輸出輸入端的能量轉化是嚴格遵守能量守恒的。在本研究過程中，創新地將行星輪系的固定端與輸入端通過齒輪機械連接，并通過設定連接齒輪的傳動比，從而設定輸出端的減速比。其關鍵點是：該方式減速后，實現了“減速不增扭”（輸出扭矩可設定，可增可不增，也就是輸出扭矩與減速比不是等比例的），從而說明在此機構的能量轉化過程中，存在不守恒現象。本研究成果如果正確，在物理學上將具有一定意義。

二、實驗裝置

本文所述行星輪系包含機械行業中所說的差速器及行星排，這里給出的是比較直觀的差速器結構。

所用器材：

1、齒輪差速器，2、輸入軸，3、傳動齒輪，4，輸入及輸出軸上的滾筒，5、配重。

三、實驗

實驗結構圖如下：

其中：1是輸入軸，2、3、4、5是傳動齒輪，10是惰輪，6、9是差速器輸入軸，7是配重拉線，8是差速器，81是差速器外殼，11是固定在輸入軸上的滾筒，12是固定在差速器外殼上的滾筒，W1、W2是配重。

此裝置中，齒輪2、4的傳動比是1：1，齒輪3、5的傳動比是1：0.94。

滾筒11、12的直徑相同，為6cm。

實驗過程：由于惰輪10的作用，使差速器的兩個太陽輪作反方向轉動，在齒輪2、4及3、5的傳動比限制下，差速器外殼81的轉速是輸入軸轉速的3%，配重拉線與配重連接并纏繞在滾筒上。調整配重質量，使系統保持平衡，然后給W1施加少許外力，使之下降高度，W2同時上升高度，實現重力勢能的轉換，數值如下：

W2上升高度3cm輸出/輸入速比3% W1 1.1kg W2 2.5kg W1下降高度100cm

計算得知，勢能轉換的輸出輸入比是6.8%。

分析：通過差速器原理可知，此種結構中，如果滾筒11、12的半徑相同，則滾筒12的扭矩是滾筒11的2倍，本實驗裝置中輸出輸入速比是3%，在沒有誤差的情況下，能量轉換的輸出輸入比是6%，實驗中的數值是6.8%，應該是裝置的精確度不夠所導致的誤差所致，如果此結果成立，是則預示著能量轉化在此結構中存在不守恒現象。

四、結論

由差速器工作原理可知，外殼81的轉速由齒輪2、4及齒輪3、5的傳動比決定，但是，無論外殼的轉速怎樣變化，其扭矩是恒定的（不考慮旋轉方向），這就實現了“減速不增扭”（確切的說是輸出扭矩與減速比成非對應比例狀態），由此出現了本實驗中產生的勢能轉化不恒定的結果。受作者水平及實驗條件的限制，所述實驗數據準確性不夠，但是，雖不足以作定量的依據，但作為定性的依據應該是充分的。實驗方法及結論可能同樣存在不合理性，真誠希望讀者指正。