Введение

Устройство, используемое для передачи вращающейся механической мощности – гидродинамические муфты.

Жидкостная муфта или гидравлическая муфта – это гидродинамическое или "гидрокинетическое" устройство, предназначенное для передачи вращающейся механической мощности. Она используется в автомобильных трансмиссиях как альтернатива механическому сцеплению, а также широко применяется в судовых и промышленных приводах, где требуется работа с переменной скоростью и плавный запуск без ударных нагрузок на систему передачи энергии. Гидрокинетические приводы, такие как данный, следует отличать от гидростатических приводов, например, комбинаций гидравлического насоса и двигателя.

Проваливай .

Гидромуфта не может развивать выходной крутящий момент при одинаковых входной и выходной угловых скоростях. Следовательно, гидромуфта не может достичь 100-процентной эффективности передачи мощности. Из-за проскальзывания, которое неизбежно возникает в любой гидромуфте под нагрузкой, часть мощности всегда теряется на трение и турбулентность жидкости, рассеиваясь в виде тепла. Как и другие гидродинамические устройства, её эффективность обычно постепенно возрастает с увеличением масштаба, определяемого числом Рейнольдса.

Гидравлическая жидкость

Поскольку гидромуфта работает кинетически, предпочтительны жидкости с низкой вязкостью. Однако гидравлические жидкости, как и любые другие, подвержены изменению вязкости при изменении температуры. Это приводит к изменению рабочих характеристик трансмиссии, поэтому, если необходимо минимизировать нежелательные изменения характеристик или эффективности, следует использовать моторное масло или жидкость для автоматической трансмиссии с высоким индексом вязкости.

Гидродинамическое торможение

Жидкостные муфты также могут выполнять функцию гидродинамических тормозов, рассеивая вращательную энергию в виде тепла за счет сил трения (как вязкого, так и трения жидкости о корпус). Когда жидкостная муфта используется для торможения, она также называется ретардером.

Контроль лопатки

Правильная работа гидротрансформатора зависит от его правильного заполнения жидкостью. Недозаполненный гидротрансформатор не сможет передавать полный крутящий момент, а малый объем жидкости также может перегреться, часто с повреждением уплотнений. Если гидротрансформатор специально разработан для безопасной работы при недостаточном заполнении, обычно за счет обеспечения большого резервуара для жидкости, не участвующего во вращении рабочего колеса, то контроль уровня заполнения может использоваться для управления крутящим моментом, который он может передавать, а в некоторых случаях и для управления скоростью нагрузки. Контроль уровня заполнения осуществляется с помощью "ковша" – невращающейся трубы, которая входит во вращающийся гидротрансформатор через центральный неподвижный узел. Перемещая этот ковш, поворачивая или выдвигая его, он забирает жидкость из гидротрансформатора и возвращает ее в накопительный бак вне гидротрансформатора. Масло может быть перекачано обратно в гидротрансформатор при необходимости, или в некоторых конструкциях используется гравитационная подача – действия ковша достаточно для подъема жидкости в этот бак, приводимый в движение вращением гидротрансформатора. Управление ковшом может использоваться для простого и бесступенчатого управления передачей очень больших крутящих моментов. Дизельный локомотив Fell, британский экспериментальный дизельный железнодорожный локомотив 1950-х годов, использовал четыре двигателя и четыре гидротрансформатора, каждый с независимым управлением ковшом, для последовательного подключения каждого двигателя. Он широко используется для обеспечения приводов с регулируемой скоростью.

Промышленный

Жидкостные муфты применяются во многих промышленных областях, связанных с передачей вращательной энергии, особенно в машинных приводах, где присутствуют пуски с высокой инерцией или постоянные циклические нагрузки.

Железнодорожные перевозки

Жидкостные муфты применяются в некоторых дизельных локомотивах как часть системы передачи мощности. Компания Self Changing Gears производила полуавтоматические трансмиссии для British Rail, а Voith изготавливает турботрансмиссии для дизельных многосекционных поездов, которые включают различные комбинации гидромуфт и гидротрансформаторов.

Автомобильная промышленность

Жидкостные сцепления использовались в различных ранних полуавтоматических и автоматических трансмиссиях. Начиная с конца 1940-х годов, гидродинамический преобразователь крутящего момента заменил жидкостное сцепление в автомобильных применениях. В автомобильных применениях насос обычно соединяется с маховиком двигателя – фактически, корпус сцепления может быть частью самого маховика и, таким образом, приводится в движение коленчатым валом двигателя. Турбина соединена с входным валом трансмиссии. Когда трансмиссия включена, с увеличением оборотов двигателя крутящий момент передается от двигателя к входному валу посредством движения жидкости, приводя в движение автомобиль. В этом отношении поведение жидкостного сцепления сильно напоминает поведение механического сцепления, приводящего в действие механическую коробку передач. Флюидные маховики, в отличие от преобразователей крутящего момента, наиболее известны своим использованием в автомобилях Daimler в сочетании с коробкой передач с предварительным выбором Wilson. Daimler использовал их во всем модельном ряду своих роскошных автомобилей, пока в 1958 году не перешел на автоматические коробки передач в модели Majestic. Daimler и Alvis также были известны своими военными машинами и бронеавтомобилями, некоторые из которых также использовали комбинацию коробки передач с предварительным выбором и флюидного маховика.

Авиация

Наиболее заметное применение жидкостных сцеплений в авиации было в двигателях DB 601, DB 603 и DB 605, где они использовались как барометрически управляемые гидравлические муфты для центробежного компрессора, а также в турбокомпонентном двигателе Wright, в котором три турбины для рекуперации энергии извлекали около 20 процентов энергии из выхлопных газов двигателя, а затем, с помощью трех жидкостных сцеплений и редукторов, преобразовывали быстрое вращение турбин с низким моментом в медленное вращение с высоким моментом для привода воздушного винта.

Расчеты

В целом, способность к передаче мощности данной гидромуфты сильно зависит от скорости насоса – характеристика, которая обычно хорошо подходит для применений, где нагрузка не испытывает значительных колебаний. Передаваемый крутящий момент любой гидродинамической муфты можно описать выражением , где – плотность жидкости (кг/м³), – скорость вращения рабочего колеса (об/мин), а – диаметр рабочего колеса (м). В случае автомобильных применений, где нагрузка может изменяться в широких пределах, это лишь приближение. Движение в режиме старт-стоп заставляет муфту работать в наименее эффективном диапазоне, что негативно влияет на экономию топлива.

Производство

Жидкостные муфты относительно просты в производстве. Например, турбины могут быть изготовлены из алюминиевых отливок или стальных штамповок, а корпус также может быть отлитым или изготовленным из штампованной или кованой стали. Производителями промышленных жидкостных муфт являются Voith, Transfluid, TwinDisc, Siemens, Parag, Fluidomat, Reuland Electric и TRI Transmission and Bearing Corp.