Відмінності між версіями «Гідромуфта»
(→‎Робочий процес і характеристика гідромуфти)
 
(Не показано одну проміжну версію цього користувача)
Рядок 1: Рядок 1:
−
Гідромуфта (рос. гидромуфта, англ. oil clutch, hydraulic clutch, hydraulic clutor, fluid coupling; нім. hydraulische Muffe f, Flüssigkeitkupplung f, Hydroflexkupplung f, Strömungskupplung f) – гідравлічний механізм, що передає обертовий рух. Застосовують у трансмісіях автомашин, у тепловозах тощо. В гірничій промисловості Г. поширені в приводах підземних конвеєрів.
+
[[File:Fluid flywheel, part section (Autocar Handbook, 13th ed, 1935).jpg|thumb|Рисунок автомобільної гідромуфти у розрізі фірми Даймлер (1930-ті роки). Рис.1]]
 +
'''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 [[гідротрансформатор]]а, відсутній реактор.
  
−
Г. – надійний захист від перевантаження, полегшують пуск двигуна, згладжують крутильні коливання, поштовхи та вібрації, які виникають між двигуном та машиною. При багатодвигуновому приводі Г. забезпечують рівномірний розподіл навантаження між окремими дви-гунами.
+
== Конструкція і принцип дії ==
  
−
Г. складаються з насосного та турбінного лопатевих коліс, з яких перше закріплене на ведучому, а друге – на веденому валах. При обертанні насосного колеса рідина утворює вихрове гідравлічне кільце (тор), яке є передає потужність від ведучого вала до веденого. Ковзання в Г. складає 3-5%.
+
[[Файл:Гідромуфта_5.GIF|thumb|300px|left|Гідравлічна муфта. Рис.2]]
  
−
В підземних конвеєрах використовують так звані запобіжні Г., характерною конструктивною особливістю яких є додаткова камера збоку насосного колеса.
+
Колесо, що з'єднане з ведучим валом, називається насосним колесом, а колесо, що з'єднане з веденим валом, називається турбінним колесом.
  
−
называется турбинным колесом.
+
На відміну від гідротрансформатора, моменти на насосному и турбінному колесах завжди практично одинакові.
  
−
В отличие от гидротрансформатора, моменты на насосном и турбинном колёсах всегда практически одинаковы.
+
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%.
  
−
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.
+
[[Файл:Лопатки_гідравлічної_муфти.GIF|thumb|300px|left|Лопатки гідравлічної муфти. Рис.3]]
  
−
Коэффициентом трансформации гидромуфты называют отношение угловой скорости ведомого вала к угловой скорости ведущего вала:
+
Гідромуфти застосовуються у коробках передач автомобілів, деяких тракторів, в авіації, в приводах стрічкових конвеєрів, ескалаторів, млинів, дробарок, грохотів.
  
−
i = \frac{\omega_2}{\omega_1},
+
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.
  
−
где ω2, — угловая скорость ведомого вала; ω1 — угловая скорость ведущего вала.
+
Однак ККД гідравлічної муфти є нижчим, чим ККД механічної.
  
−
Также можно утверждать, что коэффициент трансформации равен отношению частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.
+
== Робочий процес і характеристика гідромуфти ==
  
−
Учитывая равенство моментов на ведущем и ведомом валах, можно записать, что КПД гидромуфты равен коэффициенту трансформации:
+
[[Файл:Схема гідромуфти і потоку в її лопастній системі.GIF|thumb|300px|left|Схема гідромуфти і потоку в її лопастній системі. Рис.4]]
  
−
\eta = \frac{N_2}{N_1} = \frac{M_2 * \omega_2}{M_1 * \omega_1} = \frac{\omega_2}{\omega_1} = i,
+
При встановленому режимі роботи сума моментів, прикладених ззовні до гідромуфти дорівнює нулю. Зовнішніми моментами являються момент <math> {M_1},</math>, прикладений зі сторони двигуна, до вихідного валу 5; момент супротиву <math> {M_2},</math> споживача, прикладений до вихідного валу 11; момент тертя об навколишнє середовище, <math> {M_В},</math> корпусу 1, який обертається. Звідси випливає,  
  
−
где N2 и N1 — мощность, соответственно, на ведомом и ведущем валах; M2 и M1 — момент вращения на ведомом и ведущем валах.
+
<math> {M_1}-{M_2}-{M_B}=0,</math>
  
−
Гидромуфты применяются в коробках передач автомобилей, некоторых тракторов, в авиации и других областях техники.
+
Момент <math> {M_B},</math>МВ зазвичай малий і наближено приймають, що <math> {M_1},</math> передається без змін, тобто
  
−
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.
+
<math> {M_1}-{M_2}={M},</math>
  
−
Однако КПД гидравлической муфты ниже, чем КПД механической.
+
Головна частина <math> {M},</math>, яку позначимо Мп, передається турбінному колесу потоком рідини, який обтікає лопатні системи. Момент Мп рівний зміні моменту кількості руху потоку, який викликаний дією лопатей. В гідромуфтах встановлюють плоскі радіальні лопаті. Згідно схем кінематики потоку на границях лопатних систем момент, який необхідний від двигуна для збільшення моменту кількості руху потоку в насосному колесі,
−
[править] 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].
+
Мп <math>={V_{U2H}*R_2}-{V_{U2T}*R_1},</math>
  
−
В СССР первая гидравлическая муфта была создана в 1929 году.
+
Дане рівняння показує, що момент Мп пропорційний витраті <math> {Q},</math> і збільшенні моменту швидкості потоку (збільшенню його закрутки) <math> {V_UR},</math>. В проміжках 2Н – 1Т і 2Т – 1Н між лопатними системами момент кількості руху потоку незмінний, тому його зменшення в турбінному колесі завжди рівне приросту в насосному колесі.
−
[править] См. также
+
Момент від двигуна передається тільки при обгоні турбінного колеса насосним, коли n1> n2. Відношення частот обертання коліс <math>i = \frac{n_2}{n_1},</math> називають передаточним відношенням.
  
−
    Муфта (механическое устройство)
+
Відносна різниця частот
−
    Фрикционная муфта
 
−
    Гидроподжимная муфта
 
−
    Гидродинамическая передача
 
−
    Гидротрансформатор
 
  
−
[править] Примечания
+
<math>s = \frac {(n_1-n_2)}{n_1}=1-i,</math>
  
−
    ↑ Автоматические коробки передач (АКПП) — История
+
називається ковзанням. Без ковзання витрата <math> {Q},</math> і, момент Мп рівні нулю. Відсутня і передача моменту тертям. При малих n2 і, отже, слабкому полі відцентрових сил в між лопатевих каналах турбінне колесо чинить малу протидію протіканню потоку рідини. При цьому Q→Qmax і момент Мп, який передається, також максимальний.
−
    ↑ Light and Heavy Vehicle Technology, Malcolm James Nunney, p 317 (Google Books link)
 
−
    ↑ Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives, Patrick Ransome-Wallis, p 64 (ISBN 0-486-41247-4, 9780486412474 Google Books link)
 
  
−
[править] Литература
+
[[Файл:Характеристика гідромуфти.GIF|thumb|300px|left|Характеристика гідромуфти. Рис.5]]
  
−
    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.
+
Характеристика гідромуфти представляє залежність моменту <math> {M},</math> від частоти обертання вихідного валу n2 при n1=const або від передаточного відношення <math>i,</math>. Праве поле ОК характеристики відповідає режимам, при яких і додатне і колеса обертаються в одному напрямку. Це область передачі потужності від насосного колеса турбінному. В ній залежність М=f(n2) має вигляд падаючої кривої. Характеристика включає також залежність ККД ŋ від n2 або <math>i,</math>. Момент передається гідромуфтою практично без змін і ККД дорівнює передаточному відношенню:
 +
 
 +
<math> \eta = \frac{N_2}{N_1} = \frac{M_2 * n_2}{M_1 * n_1} = \frac{n_2}{n_1} = i,</math>
 +
 
 +
== 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). Автоматичні коробки передач (АКПП), що представляв собою 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, 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 ==
 +
# 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.
 +
# Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. - Гидравлика, гидромашины и гидроприводы[c] учебник для вузов (1982)
 +
# Bolton, William F. (1963). Railwayman's Diesel Manual: A Practical Introduction to the Diesel-powered Locomotive, Railcar and Multiple-unit Powered Train for Railway Staff and Railway Enthusiasts (4th ed.). Ian Allan Publishing. pp. 97–98

Поточна версія на 00:07, 26 квітня 2016

Рисунок автомобільної гідромуфти у розрізі фірми Даймлер (1930-ті роки). Рис.1

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. Рис.2

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 турбінному 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%.

Лопатки гідравлічної муфти. Рис.3

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.

Робочий процес і характеристика гідромуфти

Схема гідромуфти і потоку в її лопастній системі. Рис.4

При встановленому режимі роботи сума моментів, прикладених ззовні до гідромуфти дорівнює нулю. Зовнішніми моментами являються момент [math]{M_1},[/math], прикладений зі сторони двигуна, до вихідного валу 5; момент супротиву [math]{M_2},[/math] споживача, прикладений до вихідного валу 11; момент тертя об навколишнє середовище, [math]{M_В},[/math] корпусу 1, який обертається. Звідси випливає,

[math]{M_1}-{M_2}-{M_B}=0,[/math]

Момент [math]{M_B},[/math]МВ зазвичай малий і наближено приймають, що [math]{M_1},[/math] передається без змін, тобто

[math]{M_1}-{M_2}={M},[/math]

Головна частина [math]{M},[/math], яку позначимо Мп, передається турбінному колесу потоком рідини, який обтікає лопатні системи. Момент Мп рівний зміні моменту кількості руху потоку, який викликаний дією лопатей. В гідромуфтах встановлюють плоскі радіальні лопаті. Згідно схем кінематики потоку на границях лопатних систем момент, який необхідний від двигуна для збільшення моменту кількості руху потоку в насосному колесі,

Мп [math]={V_{U2H}*R_2}-{V_{U2T}*R_1},[/math]

Дане рівняння показує, що момент Мп пропорційний витраті [math]{Q},[/math] і збільшенні моменту швидкості потоку (збільшенню його закрутки) [math]{V_UR},[/math]. В проміжках 2Н – 1Т і 2Т – 1Н між лопатними системами момент кількості руху потоку незмінний, тому його зменшення в турбінному колесі завжди рівне приросту в насосному колесі. Момент від двигуна передається тільки при обгоні турбінного колеса насосним, коли n1> n2. Відношення частот обертання коліс [math]i = \frac{n_2}{n_1},[/math] називають передаточним відношенням.

Відносна різниця частот

[math]s = \frac {(n_1-n_2)}{n_1}=1-i,[/math]

називається ковзанням. Без ковзання витрата [math]{Q},[/math] і, момент Мп рівні нулю. Відсутня і передача моменту тертям. При малих n2 і, отже, слабкому полі відцентрових сил в між лопатевих каналах турбінне колесо чинить малу протидію протіканню потоку рідини. При цьому Q→Qmax і момент Мп, який передається, також максимальний.

Характеристика гідромуфти. Рис.5

Характеристика гідромуфти представляє залежність моменту [math]{M},[/math] від частоти обертання вихідного валу n2 при n1=const або від передаточного відношення [math]i,[/math]. Праве поле ОК характеристики відповідає режимам, при яких і додатне і колеса обертаються в одному напрямку. Це область передачі потужності від насосного колеса турбінному. В ній залежність М=f(n2) має вигляд падаючої кривої. Характеристика включає також залежність ККД ŋ від n2 або [math]i,[/math]. Момент передається гідромуфтою практично без змін і ККД дорівнює передаточному відношенню:

[math]\eta = \frac{N_2}{N_1} = \frac{M_2 * n_2}{M_1 * n_1} = \frac{n_2}{n_1} = i,[/math]

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). Автоматичні коробки передач (АКПП), що представляв собою 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, 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. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. - Гидравлика, гидромашины и гидроприводы[c] учебник для вузов (1982)
  3. Bolton, William F. (1963). Railwayman's Diesel Manual: A Practical Introduction to the Diesel-powered Locomotive, Railcar and Multiple-unit Powered Train for Railway Staff and Railway Enthusiasts (4th ed.). Ian Allan Publishing. pp. 97–98
Отримано з https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=Гідромуфта&oldid=21770