Гідродинамічні і гідромеханічні трансмісії
безступінчаті трансмісії
Гідродинамічні і гідромеханічні трансмісії
В гідродинамічної трансмісії перетворення і передача потужності відбуваються за рахунок динамічного (швидкісного) напору рідини. Пристроєм, який дозволяє здійснювати таке перетворення є гідротрансформатор.
Слід відрізняти гідротрансформатор від гідромуфти - гідротрансформатор здатний не тільки передавати крутний момент, але і змінювати його величину, а гидромуфта лише передає крутний момент від ведучого (насосного) колеса відомому (турбінного) колесу за допомогою потоку рідини.
Гідротрансформатор (рис. 1) складається з трьох коліс з радіально розташованими криволінійними лопатями: насосного колеса 4. яке через корпус 2 пов'язано з колінчастим валом 1 двигуна, турбінного колеса 3. з'єднаного з вихідним валом 7. і реактивного колеса 5. встановленого на нерухомому підлогою валу 6. Корпус гідротрансформатора заповнений маловязким маслом.
При обертанні колінчастого вала масло, що заповнила проміжки між лопатями насосного колеса, під дією відцентрових сил перетікає від внутрішніх країв лопатей до зовнішніх, і здійснюючи складний рух, переміщується до турбінного колеса, впливаючи на його лопаті.
Б'ючись об лопаті турбінного колеса, масло віддає частину накопиченої кінетичної енергії, і тому турбінне колесо починає обертатися в тому ж напрямку, що і насосне.
Від турбінного колеса масло надходить до лопат реакторного колеса, що змінює напрямок струменів олії, а потім до внутрішніх краях лопатей насосного колеса.
Таким чином, частина масла циркулює по замкнутому контуру: насосне колесо - турбінне колесо - реакторне колесо і знову - насосне колесо. При цьому кутова швидкість турбінного колеса виявляється менше кутової швидкості насосного колеса, оскільки має місце «прослизання» ведучого колеса щодо веденого, яке тим більше, чим вище навантаження на вихідному валу.
«Прослизання» коліс гідротрансформатора обумовлено втратами кінетичної енергії на тертя між шарами масла і при переміщенні масла по складній траєкторії між колесами.
«Відставання» турбінного колеса від насосного призводить до того, що потік рідини починає відхилятися від кругової траєкторії після удару об лопатки нерухомого реакторного колеса. При цьому напрямок руху потоку масла змінюється, і лопаті турбінного колеса приймають потік рідини під більш крутим кутом, т. Е. Плече обертає сили зростає, отже, зростає і передається гидротрансформатором крутний момент.
Як тільки частота обертання насосного та турбінного коліс вирівнюються, потік рідини починає циркулювати по спіральній траєкторії, і крутний момент, що передається від ведучого колеса до веденого теж вирівнюється.
Потім знову з'являється ефект «прослизання» коліс і трансформатор починає працювати в режимі збільшення переданого крутного моменту.
Очевидно, що збільшення передавального числа гідротрансформатора безпосередньо залежить від того, наскільки ведене (насосне) колесо відстає від ведучого (турбінного), т. Е. Від значення прикладеної до вихідного валу навантаження. Таким чином, гідротрансформатор має властивість бесступенчатого і автоматичного регулювання крутного моменту на вихідному валу в залежності від прикладеної до нього навантаження. При цьому двигун продовжує працювати в заданому режимі, або незначно від нього відхиляючись.
Ступінь збільшення крутного моменту в гідротрансформаторі називається коефіцієнтом трансформації, а співвідношення кутових швидкостей валів насосного та турбінного коліс називається передавальним відношенням гідротрансформатора.
Між двигуном і трансмісією в такій передачі немає жорсткого зв'язку, а лише гідравлічний зв'язок, тому гідротрансформатор згладжує виникають динамічні навантаження, завдяки чому значно підвищуються показники надійності і довговічності деталей і вузлів трансмісії, двигуна і автомобіля в цілому.
Однак у гидротрансформаторов відносно низький максимальний ККД (0,85..0,9) і незначний коефіцієнт трансформації (2 ... 4). Тому в деяких конструкціях з метою різкого підвищення ККД передбачається блокування гідротрансформатора, при якій насосне та турбінне колесо жорстко з'єднуються один з одним під час роботи.
Крім того при відхиленні навантаження від номінальної значення ККД гідротрансформатора різко знижується.
Щоб компенсувати ці недоліки і під час роботи використовувати зону максимального значення ККД, а також підвищити передається момент, гідротрансформатор комбінують з елементами механічної трансмісії - зчепленням і ступінчастою коробкою передач або тільки з багатоступеневою коробкою.
Подальша передача крутного моменту на ведучі колеса автомобіля здійснюється за допомогою карданної передачі і провідними мостами. Така комбінована трансмісія називається гидромеханической.
Автомобілі з гідромеханічної трансмісією мають значно кращу прохідність за рахунок плавної зміни сили тяги ан колесах при русі і, особливо, при рушанні з місця. Істотною перевагою автомобілів з гідромеханічної трансмісією є можливість руху з дуже малими швидкостями і навіть повної зупинки машини з працюючим двигуном і включеною передачею.
Гідромеханічну трансмісію застосовують в машинах, що працюють при значних і частих змінах навантаження, наприклад, міських автобусах. Але складність конструкції, значні маса і габарити, а також вартість таких передач обмежують застосування гідромеханічних трансмісій в конструкціях автомобілів.