Основные сведения о гидродинамических передачах

Гидродинамической передачей называют гидропередачу, имеющую лопастные колеса, расположенные соосно и предельно сближенные друг с другом. Одно из колес работает в режиме насоса, второе в режиме турбины. Лопастями рабочего колеса насоса жидкости сообщается энергия динамического напора. В турбинном колесе гидравлическая энергия преобразовывается в механическую энергию. В гидродинамической передаче поток жидкости характеризуется большим расходом и небольшим статическим давлением и в качестве ведущего элемента используются высокопроизводительные центробежные насосы.

Гидродинамическая передача способна передавать вращающий момент с одного вала на другой, которые не связаны жестко между собой. При повышении температуры рабочей жидкости гидравлические потери в гидродинамических передачах уменьшаются, что улучшает передаточное свойство системы; отсутствие взаимного соприкосновения деталей, кроме малонагруженных подшипников, почти полностью исключает механический износ деталей механизма. Указанные положительные стороны в работе гидродинамических передач дали возможность широко применять их в ряде колесных и гусеничных машин. В гидродинамических передачах в качестве рабочих жидкостей применяют следующие масла: индустриальное 12, индустриальное 20, турбинное Л и трансформаторное.

Обычно рабочая температура жидкости в круге циркуляции гидродинамических передач колесных и гусеничных машин находится в пределах 60-135°С, в зависимости от условий работы и конструкции узлов.

Гидродинамические передачи разделяют на гидродинамические муфты (гидромуфты) и гидродинамические трансформаторы (гидротрансформаторы).

Принципиальное отличие гидромуфты от гидротрансформатора заключается в том, что гидромуфта передает мощность без изменения величины вращающего момента, а гидротрансформатор способен изменять (трансформировать) величину передаваемого вращающего момента с одного вала на другой.

Гидромуфта

Гидромуфта (рис. 10.26, а) имеет насосное колесо 1, 4, турбинное колесо 7, 14, вал насосного колеса 2, вал 12 турбинного колеса, диафрагмовый порог 3, корпус 5 и 6.

Насосное и турбинное колеса изготовляют в виде штампованных полуколец. Лопатки в насосном и турбинном колесах чаще всего располагают радиально по их внутренней поверхности. Гидромуфта в разобранном виде имеет: насосное колесо 1, турбинное колесо 2 (рис. 10.26, б), кожух 3.

Рис. 10.26. Гидромуфта

Гидромуфты снабжены радиальными лопатками (рис. 10.27, а), наклоненными назад (рис. 10.27, б), и лопатками, наклоненными вперед (рис. 10.27, в). Наклон лопаток имеет угол 45° к плоскости меридионального сечения. При скольжении =3 % гидромуфта с лопатками, наклоненными вперед под углом 45°, передает момент в 2,5 раза больший, чем гидромуфта с радиальными лопатками, а гидромуфта с лопатками, наклоненными назад, передает момент на 5 % меньший, чем гидромуфта с радиальными лопатками.

Обычно число лопаток в насосном колесе не должно равняться числу лопаток в турбинном колесе, чтобы устранить их вибрацию при работе гидромуфты.

Например, гидромуфта автомобиля ГАЗ-12 в насосном колесе имеет 48 лопаток, а в турбинном - 44 лопатки. Корпус гидромуфты имеет две штампованных части корпуса 5 и 6 (рис. 10.27, а), которые соединяются болтами или сваркой.

Диафрагмовый порог 3 установлен между фланцем ведомого вала 12 и чашей турбинного колеса 14.

Диафрагмовый порог 3 предназначен для уменьшения передаваемого на ведущий вал вращающего момента. При движении жидкости в насосном и турбинном колесах циркуляционный поток встречает отражатель, который увеличивает гидравлические сопротивления и вызывает тем самым потерю части энергии, что и приводит к снижению величины передаваемого вращающего момента. Уменьшение вращающего момента необходимо во время стоянки автомобиля с включенной передачей и при двигателе, работающем на холостом ходу, а также для полной остановки автомобиля. Если же двигатель работает на увеличенной частоте вращения (например, при движении машины), то движущийся поток жидкости, благодаря действию центробежных сил, отжимается от диафрагмового порога, обтекая его, т.е. не вызывая потери энергии.

Рис. 10.27. Устройство лопаток гидромуфт

Для предотвращения утечки жидкости гидромуфта имеет торцевое уплотнение (рис. 10.27, а), состоящее из уплотнительного кольца 10, 13, зажимной пружины 11, стального кольца 8 и гофрированного цилиндра 9.

Вал насосного колеса и вал турбинного колеса не соединены между собой, и между их торцами имеется зазор. Энергия от вала насосного колеса к валу турбинного колеса передается через рабочую жидкость, которой заполняют внутренние полости гидромуфты.

При вращении насосного колеса от вала двигателя жидкость забирается им как колесом центробежного насоса из турбинного колеса на меньших радиусах и выбрасывается на больших радиусах.

Поток рабочей жидкости, проходя через насосное колесо, подвергается закручиванию, что увеличивает момент количества движения рабочей жидкости. На закручивание потока рабочей жидкости затрачивается весь момент двигателя. При прохождении жидкости через турбинное колесо поток жидкости раскручивается, воздействуя на лопатки турбинного колеса и преодолевая момент сопротивления потребителя энергии. Таким образом, приобретенная рабочей жидкостью в насосном колесе энергия передается лопатками турбинного колеса, заставляя вращаться последнее.

Из турбинного колеса жидкость снова поступает в насосное колесо. Замкнутое движение жидкости в колесах гидромуфты называют кругом циркуляции. Внутреннее кольцо гидромуфты называют тором, так как это вихревое кольцо имеет форму пологого тороида. Тор может быть металлический и воздушный.

Полый тороид вращается с небольшой скоростью циркуляции вокруг своей кольцевой оси, кроме того, он вращается вокруг центральной оси тороида, т.е. вокруг оси валов гидромуфты.

За последнее время конструкторы автомобилей создали гидромуфты без металлического тора и с лучшими показателями работы, так как тор ухудшает показатели внешней характеристики. У гидромуфты, например, тор уменьшает КПД, снижает величину передаваемого вращающего момента.

Гидротрансформатор

Конструкция гидротрансформатора (рис. 10.28) имеет два варианта. Первый вариант конструкции гидротрансформатора (рис. 10.28, а) имеет ведущий вал 1, получающий вращение от двигателя; насосное колесо 2, направляющий неподвижный аппарат 3; турбинное колесо 4 в кожухе 9, служащее для отвода масла из гидротрансформатора в холодильник; ведомый вал 5, передающий момент на силовой орган машины; внутреннее кольцо 6 гидротрансформатора, называемое тором; подшипник 7 (рис. 10.28, б); отверстие 8 в направляющем аппарате для пополнения масла с помощью вспомогательного насоса.

Первый вариант конструкции гидротрансформатора / класса имеет (рис. 10.28, а) направляющий аппарат 3, расположенный за турбинным колесом 4. Круг циркуляции рабочей жидкости в гидротрансформаторе I класса следующий: рабочая жидкость с насосного колеса 2 поступает в неподвижный направляющий аппарат 3, затем идет на лопатки турбинного колеса 4 и далее снова возвращается в насосное колесо 2.

Второй вариант конструкции гидротрансформатора (рис. 10.28, б) имеет неподвижный направляющий аппарат 3, который установлен за насосным колесом 2 и называется гидротрансформатором II класса. Здесь насосное колесо 2 укреплено на ведущем валу 1. На ведомом валу 5 жестко укреплено турбинное колесо 4. Круг циркуляции рабочей жидкости в гидротрансформаторе II класса следующий: жидкость из насосного колеса 2 поступает на лопатки турбинного колеса 4 и далее идет в неподвижный направляющий аппарат 3, откуда она снова возвращается в насосное колесо 2.

Рис. 10.28. Конструкции гидротрансформатора

Наибольший диаметр круга циркуляции называют активным диаметром гидротрансформатора. Внутреннее кольцо гидротрансформатора 6, как и у гидромуфты, называют тором.

Особенностью гидротрансформаторов, выполненных по II классу, когда направляющий аппарат расположен за насосным колесом, является то, что здесь турбинный (ведомый) вал может вращаться в любую сторону по отношению к насосному (ведущему) валу.

Гидротрансформаторы бывают одноступенчатые и многоступенчатые. Гидротрансформаторы, имеющие одно насосное колесо, одно турбинное колесо и направляющий аппарат, называют одноступенчатыми, а гидротрансформаторы, имеющие несколько турбинных колес, называют многоступенчатыми.

На рис. 10.28, в показаны колеса гидротрансформатора в разобранном виде; направляющий аппарат 1, насосное колесо 2, турбинное колесо 3, кожух гидротрансформатора 4.