Гидравлическая муфта принцип работы
Гидравлическая муфта - это... Что такое Гидравлическая муфта?
Рисунок гидромуфты в разрезе из автомобиля фирмы Даймлер (1930-е годы)Гидравлическая муфта (гидромуфта, турбомуфта) — вид гидродинамической передачи, в которой, в отличие от механической муфты, отсутствует жёсткая кинематическая связь между входным и выходным валом, и, в отличие от гидротрансформатора, отсутствует реактор.
Конструкция и принцип действия
Гидравлическая муфтаКолесо, соединённое с ведущим валом, называется насосным колесом, а колесо, соединённое с ведомым валом, называется турбинным колесом.
В отличие от гидротрансформатора, моменты на насосном и турбинном колёсах всегда практически одинаковы.
Фактически насосное колесо представляет собой лопастной насос, турбинное — лопастной гидравлический двигатель. Оба эти колеса находятся в одном герметичном корпусе и максимально сближены друг с другом (но не соприкасаются), и жидкость при вращении насосного колеса попадает непосредственно на турбинное колесо, сообщая последнему вращающий момент.
Коэффициентом трансформации гидромуфты называют отношение угловой скорости ведомого вала к угловой скорости ведущего вала:
где — угловая скорость ведомого вала; — угловая скорость ведущего вала.
Также можно утверждать, что коэффициент трансформации равен отношению частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.
Учитывая равенство моментов на ведущем и ведомом валах, можно записать, что КПД гидромуфты равен коэффициенту трансформации:
где и — мощность, соответственно, на ведомом и ведущем валах; и — момент вращения на ведомом и ведущем валах.
Гидромуфты применяются в коробках передач автомобилей, некоторых тракторов, в авиации и других областях техники.
Перед механическими муфтами, гидромуфты имеют те преимущества, что ограничивают максимальный передаваемый момент, и таким образом, предохраняют приводной двигатель от перегрузок (что особенно важно при пуске двигателя), а также сглаживают пульсации момента.
Однако КПД гидравлической муфты ниже, чем КПД механической.
История
Создание первых гидродинамических передач связано с развитием в конце XIX века судостроения. В то время в морском флоте стали применять быстроходные паровые машины. Однако, из-за кавитации, повысить число оборотов гребных винтов не удавалось. Это потребовало применения дополнительных механизмов. Поскольку технологии в то время не позволяли изготавливать высокооборотистые шестерённые передачи, то потребовалось создание принципиально новых передач. Первым таким устройством с относительно высоким КПД явился изобретённый немецким профессором Г. Фётингером гидравлический трансформатор (патент 1902 года)[1], представлявший собой объединённые в одном корпусе насос, турбину и неподвижный реактор. Однако первая применённая на практике конструкция гидродинамической передачи была создана в 1908 году, и имела КПД около 83 %. Позднее гидродинамические передачи нашли применение в автомобилях. Они повышали плавность трогания с места. В 1930 году Гарольд Синклер (англ. Harold Sinclair), работая в компании Даймлер, разработал для автобусов трансмиссию, включающую гидромуфту и планетарную передачу[2]. В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты[3].
В СССР первая гидравлическая муфта была создана в 1929 году.
См. также
Примечания
- Лепешкин А.В., Михайлин А. А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. - М.: МГИУ, 2003. - 352 с.
гидромуфта и гидротрансформатор — бортжурнал Honda CR-V "Милый теоретик" 1998 года на DRIVE2
Гидромуфта и гидротрансформатор.
Гидравлическая муфта (она же гидромуфта), а также впоследствии вытеснивший ее гидротрансформатор представляют собой закрытые механизмы полуавтоматических и автоматических коробок передач.
Оба устройства используются для передачи крутящего момента от ведущего вала двигателя к АКПП. В обоих механизмах между ведущим и ведомым валами нет жесткой связи, поэтому они передают вращение от одной оси к другой плавно и равномерно, без каких-либо рывков и толчков.
История
Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. vk.com/cars.best Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.
Устройство и принцип работы гидромуфты
Внутри гидромуфты очень близко друг к другу соосно размещены два вращающихся колеса с лопастями. Одно соединено с ведущим валом (насосное), а второе с ведомым (турбинное). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (масло).
Принцип работы гидромуфты очень прост. Её ведущий вал вращается двигателем. Вместе с валом в корпусе гидромуфты циркулирует и масло. За счет своей вязкости оно постепенно все больше и больше вовлекает за собой в это вращение ведомый вал. Таким образом, крутящий момент от двигателя плавно нарастая постепенно через жидкость передается на ведомый вал.
Устройство и принцип работы гидротрансформатора
По сути, гидротрансформатор это та же гидромуфта в которой между вращающимися колёсами добавлено третье лопастное колесо – реактор (статор). Посредством муфты свободного хода оно может вращаться на ведущем валу, образуя единое целое с насосным колесом. Это происходит до тех пор, пока обороты вращения насоса и турбины различаются. Как только они уравниваются, реактор начинает вращаться независимо от насоса, превращая гидротрансформатор в гидромуфту.
Плюсы и минусы
Главным достоинством гидромуфты и гидротрансформатора является возможность плавного изменения крутящего момента, передаваемого на трансмиссию от двигателя. Еще одним важным плюсом этих устройств является ограничение максимального передаваемого крутящего момента. Иными словами, эти механизмы никогда не смогут передать слишком большое вращение, способное повредить трансмиссию. Они предохранят от перегрузок приводной двигатель (особенно в момент пуска).
Самый большой недостаток гидротрансформатора и гидромуфты, в свою очередь, является низкий КПД в сравнении с механическими муфтами, имеющими жесткую связь ведущего и ведомого вала. Часть крутящего момента в них попросту тратится на перемешивание масла. Вместо того чтобы превратиться в полезный крутящий момент на выходном валу энергия вращения трансформируется в тепло, нагревая корпус муфты. Соответственно, это приводит к увеличению расхода топлива. Чтобы избежать этого, у современных автомобилей с АКПП для гидротрансформаторов предусмотрен механизм блокировки, который жестко связывает насос и турбину при достижении определенной скорости.
Принцип действия гидродинамических муфт
Гидромуфты состоят из двух колёс: насосного и турбинного. Насосное колесо
получает энергию от двигателя 1 (см. рис.41). Лопатки
насосного колеса 2 передают эту энергию потоку жидкости. Поток жидкости, попадая на турбинное колесо 3, заставляет его вращаться,
отдавая свою энергию турбинному
нено выходным валом с нагрузкой 4.
колесу. Турбинное колесо соедиНа рис. 42 показана гидромуфта. При вращении входным валом 1
насосного колеса 2 частицы жидкости, находящиеся внутри насосного
колеса, под
воздействием пластин колеса вращаются вместе с ним –
это переносное движение.
Одновременно жидкость движется под действием центробежных сил от оси вращения к периферии. Колесо муфты на периферии имеет закругленную торообразную форму, поэтому двигаясь поток жидкости поворачивается практически на
90° , и продолжая движение, «слетает» с насосного колеса. «Слетая», жидкость по инерции продолжает двигаться и попадает на турбинное колесо 3, которое размещено рядом с насосным колесом, но не связано с ним механически. Попадая на турбинное колесо, жидкость по инерции продолжает вращаться и
заставляет турбинное колесо тоже вращаться,
медленнее, но вращаться. При этом кинетическая гидравлическая энергия, которой обладала жидкость, переходит в кинетическую механическую энергию турбинного колеса.
Рис. 42. Гидромуфта: 1 – входной вал; 2насосное колесо;
3турбинное колесо; 4кожух; 5выходной вал
На турбинном колесе жидкость движется от периферии к центру, отдавая свою энергию турбинному колесу. Около центра поток движущейся жидкости профилем колеса поворачивается и, «слетая» с турбинного колеса, движется практически параллельно оси вращения. Рядом опять находится насосное колесо, на которое и попадает жидкость. Цикл повторяется. Частицы жидкости в муфте совершают одновременно два вращательных движения: одно вдоль поперечного сечения тора, другое вокруг оси вращения вала. Эти два вращения перпендикулярны друг другу. Турбинное колесо жестко связано с выходным валом 5 и закрыто кожухом 4.
При установившихся режимах работы крутящий момент на насосном колесе равен моменту на турбинном колесе. Докажем, что
MН = MТ . Для насосного колеса момент количества движения
M2Н на
выходе будет равен :
M2Н
= ρQR2НVU.2Н , где ρ плотность жидкости,
Q расход,
(рис.43), VU.2Н
R2Н радиус на выходе жидкости с насосного колеса
окружная составляющая абсолютной скорости, индекс 1
означает вход жидкости в колесо, индекс 2 – выход жидкости с колеса.
Рис. 43. Схема гидромуфты
При поступлении (на входе) жидкости в насосное колесо на лопатки момент количества движения будет равен:
M1Н
= ρQR1Н VU.1Н .
Результирующий момент внешних сил на насосном колесе
MН = M2Н − M1Н
= ρQ(R2Н VU.2Н − R1Н VU.1Н ).
Аналогично запишем выражения для турбинного колеса:
на входе в колесо
M1Т
= ρQR1Т VU.1Т ;
на выходе из колеса
M2Т
= ρQR2Т VU.2Т .
Результирующий момент на турбинном колесе
MТ = M1Т
− M2Т
= ρQ(R1Т VU.1Т
− R2Т VU.2Т ) .
Можно считать, что с какой скоростью жидкость «слетает» с насосного колеса, с такой она и попадает на турбинное колесо, т.е.
VU.2Н
≅ VU.1Т и
VU.2Т
≅ VU.1Н . Радиусы на выходе насосного и на входе турбинного колес одинаковые, т.е.
R2Н
= R1Т
и R1Н = R2Т . Тогда выражения результирующих моментов на насосном и турбинном колесах становятся одинаковыми, т.е. MН
≅ MТ .
К кинематическим показателям, характеризующим работу муфты, относятся скорости вращения входного nН
и выходного валов
nТ ,
передаточное отношение
i = nТ
nН
, относительное скольжение
S = nН − nТ 100% .
nН
К силовым показателям относятся: коэффициент трансформации
K = MT
MH
( у муфт K=1); мощность на валах
N = Mω , где частота вращения вала
ω = πn .
30
К экономическим показателям относится коэффициент полезного
действия
η = MT nT .
MН nH
Гидромуфта может быть заполнена жидкостью полностью или частично. Чем больше в муфте жидкости, тем эта жидкость больше получает от насосного колеса энергии, а значит, и отдать турбинному может больше, т.е. передать больший момент. На рис. 44 показаны характеристики муфты при различных наполнениях жидкостью.
Рис. 44. Характеристика гидромуфты при различной степени заполнения жидкостью
Исследования показали, что в зависимости от степени заполнения рабочей полости муфты жидкостью и величины передаточного отношения возможны несколько схем движения потока, изображенные
на рис. 45. Любой из показанных контуров движения является чивым, но в определенной зоне передаточных отношений.
устой
Рис. 45. Схема форм потока при частичном заполнении муфты: апри S = 0 ; бпри S = 5…10% ; впри S = 30…35% ; гпри S > 45% ( муфта с внутренним тором)
Неустойчивый режим работы муфты начинается в критическом диапазоне. Переход с одного диапазона на другой происходит скачкообразно, сопровождаясь изменением момента. При переходе с малого контурного цикла (рис.45, б) на большой (рис.45, в) резко возрастает
момент, поскольку радиус
R1H
входа жидкости в колесо уменьшается
M = ρQ(R V
− R V
). Моменты на насосном и турбинном колеН 2Н
U.2Н
1Н U.1Н
сах равны, т.е.
MН = MТ .
Согласно законам подобия для лопастных
гидромашин
M = λρω 2 D5 (где
λ коэффициент гидравлического момента). Поэтому увеличение момента вызывает увеличение числа оборотов на турбинном колесе, что в свою очередь увеличивает центробежные силы и жидкость переходит на малый контур циркуляции. Тогда момент сопротивления затормаживает турбину, уменьшаются центробежные силы, что приводит к переходу движения жидкости по большому контурному циклу. Эти колебания момента и частоты вращения турбины незатухающие, в результате работа гидромуфты неустойчивая.
Для ликвидации этого явления:
1 – сбрасывают часть жидкости;
2 – применяют установку внутреннего тора. На рис. 46, а насосное 1 и турбинное 2 колеса имеют одинаковую форму, показанную на рис.46, б. Жидкость перемещается, как по каналам при неизменном
контуре движения;
3 устанавливают порог. Дроссельный диск (порог) 3 (рис.47) установлен на турбинном колесе 2. При заполнении жидкостью
муфты
меньше, чем на 50% возможны две формы потока в проточной части:
малый контурный цикл (при
i > 0.5 ) или большой контурный
цикл( при
i < 0.5 ). При малом контурном цикле, рис. 47, а , жидкость
движется, прижимаясь к наружным торам периферийной части рабочей полости, воздух находится в центре ближе к оси вращения. С уменьшением скорости вращения турбинного колеса, т.е. с увеличением нагрузки движение жидкости переходит на большой контурный цикл (рис. 47, б). Переход потока с одного на другой контур циркуляции происходит скачкообразно и сопровождается резким изменением момента и неустойчивой работой гидромуфты.
|
б)
Рис. 46. Гидромуфта с внутренним тором: а схема; б внешний вид колеса
Рис. 47. Схема циркуляции жидкости в гидромуфте с порогом:
а– малое скольжение ;ббольшое скольжение
Муфта работает устойчиво при обеих формах движения жидкости, но в зоне перехода от одной формы к другой теряет устойчивость.
Материал взят из книги Гидродинамические машины и передачи (Трифонова Г.О.)
Гидромуфта и гидротрансформатор — DRIVE2
Гидравлическая муфта (она же гидромуфта), а также впоследствии вытеснивший ее гидротрансформатор представляют собой закрытые механизмы полуавтоматических и автоматических коробок передач.
Оба устройства используются для передачи крутящего момента от ведущего вала двигателя к АКПП. В обоих механизмах между ведущим и ведомым валами нет жесткой связи, поэтому они передают вращение от одной оси к другой плавно и равномерно, без каких-либо рывков и толчков.
История:Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.
Устройство и принцип работы гидромуфты
Внутри гидромуфты очень близко друг к другу соосно размещены два вращающихся колеса с лопастями. Одно соединено с ведущим валом (насосное), а второе с ведомым (турбинное). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (масло).
Принцип работы гидромуфты очень прост. Её ведущий вал вращается двигателем. Вместе с валом в корпусе гидромуфты циркулирует и масло. За счет своей вязкости оно постепенно все больше и больше вовлекает за собой в это вращение ведомый вал. Таким образом, крутящий момент от двигателя плавно нарастая постепенно через жидкость передается на ведомый вал.Устройство и принцип работы гидротрансформатора
По сути, гидротрансформатор это та же гидромуфта в которой между вращающимися колёсами добавлено третье лопастное колесо – реактор (статор). Посредством муфты свободного хода оно может вращаться на ведущем валу, образуя единое целое с насосным колесом. Это происходит до тех пор, пока обороты вращения насоса и турбины различаются. Как только они уравниваются, реактор начинает вращаться независимо от насоса, превращая гидротрансформатор в гидромуфту.
Плюсы и минусы
Главным достоинством гидромуфты и гидротрансформатора является возможность плавного изменения крутящего момента, передаваемого на трансмиссию от двигателя. Статья из паблика Машины Еще одним важным плюсом этих устройств является ограничение максимального передаваемого крутящего момента. Иными словами, эти механизмы никогда не смогут передать слишком большое вращение, способное повредить трансмиссию. Они предохранят от перегрузок приводной двигатель (особенно в момент пуска).
Самый большой недостаток гидротрансформатора и гидромуфты, в свою очередь, является низкий КПД в сравнении с механическими муфтами, имеющими жесткую связь ведущего и ведомого вала. Часть крутящего момента в них попросту тратится на перемешивание масла. Вместо того чтобы превратиться в полезный крутящий момент на выходном валу энергия вращения трансформируется в тепло, нагревая корпус муфты. Соответственно, это приводит к увеличению расхода топлива. Чтобы избежать этого, у современных автомобилей с АКПП для гидротрансформаторов предусмотрен механизм блокировки, который жестко связывает насос и турбину при достижении определенной скорости.
"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453
Новости
-
Отзывы о Питер-АТ
Спасибо нашим клиентам за отзывы о нас:
-
Акция на ремонт вариаторных трансмиссий
-
Замена масла в двигателе в подарок
При замене масла в АКПП замена масла в двигателе бесплатно! -
Клиенту на заметку
-
Контрактные АКПП в СПб
