Гідромуфта

Рисунок автомобільної гідромуфти у розрізі фірми Даймлер (1930-ті роки)

Гідравлічна муфта (гідромуфта, турбомуфта) — вид гідродинамічної передачі, в якій, на відміну від механичної муфти, відсутній жорсткий кінематичний зв'язок між вхідним і вихідним валом, і, на відміну від гідротрансформатора, відсутній реактор.

Конструкція і принцип дії

Гідравлічна муфта

Колесо, що з'єднане з ведучим валом, називається насосним колесом, а колесо, що з'єднане з веденим валом, називається турбінним колесом.

На відміну від гідротрансформатора, моменти на насосному и турбиінному колесах завжди практично одинакові.

Фактично насосне колесо являє собою лопатевий насос, а турбінне — лопатевий гідравлічний двигун. Обидва ці колеса находяться в одному герметичному корпусі і є максимально зближеними одине з одним (але не торкаються), і рідина при обертанні насосного колеса утворює вихрове гідравлічне кільце (тор), яке і передає потужність від ведучого вала до веденого. Ковзання в гідравлічній муфті становить 3-5%.

Коефіцієнтом трансформації гідромуфти називають віношення кутової швидкості веденого валу до кутової швидкості ведучого валу:

[math]i = \frac{\omega_2}{\omega_1},[/math]

де [math]\omega_2,[/math] — кутова швидкість веденого валу; [math]\omega_1[/math] — кутова швидкість ведучого валу.

Також можна стверджувати, що коефіцієнт трансформації є рівним відношенню частоти обертання веденого валу до частоти обертання ведучого валу.

Враховуючи рівність моментів на ведучому і веденому валах, можна записати, що ККД гідромуфти є рівним коефіцієнту трансформації:

[math]\eta = \frac{N_2}{N_1} = \frac{M_2 * \omega_2}{M_1 * \omega_1} = \frac{\omega_2}{\omega_1} = i,[/math]

де [math]N_2[/math] и [math]N_1[/math] — потужність, відповідно, на веденому и ведучому валах; [math]M_2[/math] и [math]M_1[/math] — момент обертання на веденому і ведучому валах.

Лопатки гідравлічної муфти

Гідромуфти застосовуються у коробках передач автомобілів, деяких тракторів, в авіації, в приводах стрічкових конвеєрів, ескалаторів, млинів, дробарок, грохотів.

Перед механічними муфтами гідромуфти мають ту перевагу, що обмежують максимальний момент, що передається, і, таким чином, захищають приводний двигун від перевантажень (що особливо важливо при пуску двигуна), а також згладжують пульсації моменту.

Однак ККД гідравлічної муфти є нижчим, чим ККД механічної.

Історія

Створення перших гідродинамічних передач пов'язано з развитком в кінці XIX століття суднобудування. В той час у морському флоті стали застосовувати швидкохідні парові машини. Однак, із-за кавітації, підвищити число обертів гребних гвинтів не вдавалось. Це вимагало застосування додаткових механізмів. Позаяк технології у той час не дозволяли виготовляти високооборотисті шестерінчасті передачі, то виникла потреба у створенні принципово нових передач. Першим таким пристроєм з відносно високим ККД став винайдений німецьким професором Г. Фетінгером гідравлічний трансформатор (патент 1902 року), що представляв собю об'єднані в одному корпусі насос, турбіну и нерухомий реактор. Однак перша конструкція гідродинамічної передачі, що була застосована на практиці, була створена у 1908 році, і мала ККД близько 83%. Пізніше гідродинамічні передачі найшли примінення в автомобілях. Вони півищували плавність зрушення з місця. У 1930 році Гарольд Сінклер (Шаблон:Lang-en), працюючи в компанії Даймлер, розробив для автобусів трансмісію, що включала в себе гідромуфту і планетарну передачу. У 1930-х роках були сконструйовані перші дизельні локомотиви, які використовували гідромуфти.

На теренах колишнього СРСР перша гідравлічна муфта була створена у 1929 році.

Література

1. Лепешкин А.В., Михайлин А. А., Шейпак А.А. Гидравлика і гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. - М.: МГИУ, 2003. - 352 с.
2. Автоматичні коробки передач (АКПП) — Історія
3. Light and Heavy Vehicle Technology, Malcolm James Nunney, p 317 (Google Books link)
4. Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives, Patrick Ransome-Wallis, p 64 (ISBN 0-486-41247-4, 9780486412474 Google Books link)