Гидравлическая муфта

Гидромуфта или «гидрокинетическое» устройство , или гидравлическая муфта — это гидродинамическое используемое для передачи вращающейся механической энергии. ^{[ 1 ]} Его использовали в автомобильных трансмиссиях как альтернативу механическому сцеплению . Он также широко применяется в приводах морских и промышленных машин, где важна работа с регулируемой скоростью и контролируемый пуск без ударной нагрузки на систему передачи мощности.

Гидрокинетические приводы, подобные этому, следует отличать от гидростатических приводов , таких как гидравлического насоса и двигателя комбинации .

История

Гидравлическая муфта возникла в результате работы Германа Фёттингера , который был главным конструктором завода AG Vulcan Works в Штеттине . ^{[ 2 ]} Его патенты 1905 года охватывали как гидромуфты, так и гидротрансформаторы .

Доктор Густав Бауэр из Vulcan-Werke сотрудничал с английским инженером Гарольдом Синклером из Hydraulic Coupling Patents Limited, чтобы адаптировать муфту Феттингера к трансмиссии автомобиля в попытке смягчить крен, который Синклер испытывал во время езды на лондонских автобусах в 1920-х годах. ^{[ 2 ]} После переговоров Синклера с лондонской General Omnibus Company, начавшихся в октябре 1926 года, и испытаний автобусного шасси Associated Daimler Перси Мартин из Daimler решил применить этот принцип к частным автомобилям группы Daimler. ^{[ 3 ]}

В 1930 году компания Daimler из Ковентри, Англия, начала внедрять систему трансмиссии с использованием гидромуфты и самопереключающейся коробки передач Wilson для автобусов и их флагманских автомобилей . К 1933 году система использовалась во всех новых автомобилях Daimler, Lanchester и BSA, выпускаемых группой, от тяжелых коммерческих автомобилей до небольших автомобилей. Вскоре он был распространен на военные автомобили Daimler, а в 1934 году был использован в Singer Eleven под торговой маркой Fluidrive. Эти муфты созданы по патентам Vulcan-Sinclair и Daimler. ^{[ 3 ]}

В 1939 году корпорация General Motors представила привод Hydramatic — первую полностью автоматическую автомобильную трансмиссию, установленную в серийном автомобиле. ^{[ 2 ]} В Hydramatic использовалась гидромуфта.

Первые тепловозы с гидромуфтами также были произведены в 1930-х годах. ^{[ 4 ]}

Обзор

Гидромуфта состоит из трех компонентов, а также гидравлической жидкости :

Корпус, также известный как оболочка ^{[ 5 ]} (который должен иметь маслонепроницаемое уплотнение вокруг приводных валов), содержит жидкость и турбины.
Две турбины (веерные компоненты):
- Один соединен с входным валом; известный как насос или рабочее колесо , ^{[ 5 ]} или первичного колеса входная турбина . ^{[ 5 ]}
- Другой соединен с выходным валом, известным как турбина , выходная турбина , вторичное колесо. ^{[ 5 ]} или бегун

Приводная турбина, известная как «насос» (или приводной тор). ^{[ а ]}) вращается первичным двигателем , которым обычно является двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель . Движение крыльчатки сообщает жидкости как линейное, так и вращательное движение наружу.

Гидравлическая жидкость направляется «насосом», форма которого заставляет поток двигаться в направлении «выходной турбины» (или ведомого тора) . ^{[ а ]}). Здесь любая разница в угловых скоростях «входной ступени» и «выходной ступени» приводит к результирующей силе на «выходной турбине», вызывающей крутящий момент; таким образом заставляя его вращаться в том же направлении, что и насос.

Движение жидкости по сути является тороидальным : оно движется в одном направлении по путям, которые можно представить себе как находящиеся на поверхности тора :

При наличии разницы между входной и выходной угловыми скоростями движение имеет полоидальную составляющую.
Если входная и выходная ступени имеют одинаковые угловые скорости, результирующая центростремительная сила отсутствует, а движение жидкости круговое и соосное оси вращения (т. е. вокруг краев тора), поток жидкости отсутствует. от одной турбины к другой.

Скорость сваливания

Важной характеристикой гидромуфты является ее скорость срыва. Скорость сваливания определяется как наибольшая скорость, с которой насос может вращаться, когда выходная турбина заблокирована и приложен полный входной крутящий момент (при скорости сваливания). В условиях остановки вся мощность двигателя на этой скорости будет рассеиваться в гидромуфте в виде тепла, что может привести к повреждению.

Ступенчатая связь

Модификацией простой гидромуфты является ступенчатая муфта, которая ранее производилась компанией Fluiddrive Engineering Company как «муфта STC».

Муфта STC содержит резервуар, в который попадает часть, но не все масло, когда выходной вал блокируется. Это уменьшает «сопротивление» входного вала, что приводит к снижению расхода топлива на холостом ходу и снижению склонности автомобиля к «ползучести».

Когда выходной вал начинает вращаться, масло выбрасывается из резервуара под действием центробежной силы и возвращается в основной корпус муфты, так что нормальная передача мощности восстанавливается. ^{[ 6 ]}

Соскальзывать

Гидравлическая муфта не может развивать выходной крутящий момент, если входная и выходная угловые скорости одинаковы. ^{[ 7 ]} Следовательно, гидромуфта не может обеспечить 100-процентную эффективность передачи мощности. Из-за проскальзывания, которое возникает в любой гидромуфте под нагрузкой, некоторая мощность всегда будет теряться из-за трения жидкости и турбулентности и рассеиваться в виде тепла. Как и другие гидродинамические устройства, его эффективность имеет тенденцию постепенно увеличиваться с увеличением масштаба, что измеряется числом Рейнольдса .

Гидравлическая жидкость

Поскольку гидромуфта работает кинетически, с низкой вязкостью . предпочтительны жидкости ^{[ 7 ]} всесезонные моторные масла или жидкости для автоматических трансмиссий Как правило, используются . Увеличение плотности жидкости увеличивает величину крутящего момента , который может быть передан при заданной входной скорости. ^{[ 8 ]} Однако гидравлические жидкости, как и другие жидкости, подвержены изменению вязкости при изменении температуры. Это приводит к изменению характеристик трансмиссии, и поэтому там, где нежелательные изменения характеристик/КПД необходимо свести к минимуму, моторное масло или жидкость для автоматических трансмиссий с высоким индексом вязкости следует использовать .

Гидродинамическое торможение

Гидромуфты также могут действовать как гидродинамические тормоза , рассеивая энергию вращения в виде тепла за счет сил трения (как вязких, так и жидкости/контейнера). Когда для торможения используется гидромуфта, ее также называют замедлителем . ^{[ 5 ]}

Контроль совка

Правильная работа гидромуфты зависит от правильного заполнения ее жидкостью. Недозаправленная муфта не сможет передать полный крутящий момент, а ограниченный объем жидкости также вероятен перегрев, часто с повреждением уплотнений.

Если муфта специально спроектирована так, чтобы безопасно работать при недостаточном заполнении, обычно за счет наличия достаточного резервуара для жидкости, который не входит в зацепление с крыльчаткой, то контроль уровня ее заполнения может использоваться для управления крутящим моментом, который она может передавать, а в некоторых случаях также контролировать скорость груза. ^{[ б ]}

Контроль уровня заполнения осуществляется с помощью «ковша», невращающейся трубы, которая входит во вращающуюся муфту через центральную неподвижную ступицу. Перемещая этот ковш, вращая или выдвигая его, он зачерпывает жидкость из муфты и возвращает ее в сборный резервуар за пределами муфты. При необходимости масло можно закачивать обратно в муфту, или в некоторых конструкциях используется гравитационная подача - действия черпака достаточно, чтобы поднять жидкость в этот накопительный резервуар, приводимый в движение вращением муфты.

Управление ковшом можно использовать для легко управляемого и бесступенчатого управления передачей очень больших крутящих моментов. Тепловоз Фелла , британский экспериментальный дизельный железнодорожный локомотив 1950-х годов, использовал четыре двигателя и четыре муфты, каждая с независимым управлением ковшом, для поочередного включения каждого двигателя. Он обычно используется для обеспечения приводов с регулируемой скоростью . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Приложения

Промышленный

Гидравлические муфты используются во многих промышленных применениях, связанных с вращательной силой, ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} особенно в приводах машин, предполагающих высокоинерционные запуски или постоянную циклическую нагрузку.

Железнодорожные перевозки

Гидромуфты встречаются в некоторых тепловозах как часть системы передачи мощности. Компания Self-Changing Gears производит полуавтоматические трансмиссии для British Rail, а компания Voith производит турботрансмиссии для дизельных автопоездов , которые содержат различные комбинации гидромуфт и гидротрансформаторов.

Автомобильная промышленность

Гидромуфты использовались в различных ранних полуавтоматических и автоматических трансмиссиях . С конца 1940-х годов гидродинамический преобразователь крутящего момента заменил гидромуфту в автомобильной технике.

В автомобилях насос обычно соединяется с маховиком двигателя и, таким образом , — фактически корпус муфты может быть частью самого маховика двигателя приводится во вращение коленчатым валом . Турбина соединена с входным валом коробки передач . Пока трансмиссия находится на передаче, по мере увеличения частоты вращения двигателя крутящий момент передается от двигателя на входной вал за счет движения жидкости, приводящей в движение автомобиль. В этом отношении поведение гидромуфты сильно напоминает поведение механической муфты, приводящей в движение механическую коробку передач .

Жидкостные маховики, в отличие от гидротрансформаторов, наиболее известны благодаря использованию в автомобилях Daimler совместно с коробкой передач с преселектором Wilson . Daimler использовал их во всех своих роскошных автомобилях, пока не перешел на автоматические коробки передач с Majestic 1958 года . Daimler и Alvis также были известны своими военными машинами и броневиками, некоторые из которых также использовали комбинацию коробки передач с преселектором и жидкостного маховика.

Авиация

Наиболее заметное применение гидромуфт в авиационной технике было в двигателях DB 601 , DB 603 и DB 605, где они использовались в качестве гидравлической муфты с барометрическим управлением для центробежного компрессора и турбокомпаундного поршневого двигателя Райта, в котором три рекуператора мощности турбины извлекали примерно 20 процентов энергии или около 500 лошадиных сил (370 кВт) из выхлопных газов двигателя, а затем, используя три жидкости муфты и зубчатая передача преобразуют высокоскоростное вращение турбины с низким крутящим моментом в низкоскоростной выходной сигнал с высоким крутящим моментом для привода гребного винта .

Расчеты

Вообще говоря, способность передачи мощности данной гидромуфты тесно связана со скоростью насоса, характеристикой, которая обычно хорошо работает в приложениях, где приложенная нагрузка не колеблется в значительной степени. Способность передачи крутящего момента любой гидродинамической муфты можно описать выражением $r\,N^{2}D^{5}$ , где $r$ - массовая плотность жидкости (кг/м ³), $N$ - скорость крыльчатки ( об/мин ), и $D$ — диаметр рабочего колеса ( м ). ^{[ 13 ]} В случае автомобильной техники, где нагрузка может достигать значительных пределов, $r\,N^{2}D^{5}$ является лишь приближением. При движении с остановками муфта будет работать в наименее эффективном диапазоне, что отрицательно скажется на экономии топлива .

Производство

Гидромуфты представляют собой относительно простые в изготовлении компоненты. Например, турбины могут быть отлиты из алюминия или штампованной стали, а корпус также может быть литым или изготовлен из штампованной или кованой стали.

Производителями промышленных гидромуфт являются компании Voith , ^{[ 14 ]} Трансфлюид, ^{[ 15 ]} ТвинДиск, ^{[ 16 ]} Сименс , ^{[ 17 ]} Параг, ^{[ 18 ]} Флюидомат, ^{[ 19 ]} Рейланд Электрик ^{[ 20 ]} и TRI Transmission and Bearing Corp. ^{[ 21 ]}

Патенты

Список патентов на гидромуфты.

Это не исчерпывающий список, но он призван дать представление о развитии гидромуфт в 20 веке.

Номер патента	Дата публикации	изобретатель	Связь
ГБ190906861	02 декабря 1909 г.	Герман Фёттингер	[1]
US1127758	09 февраля 1915 г.	Джейкоб Кристиан Хансен-Эллехаммер	[2]
США1199359	26 сентября 1916 г.	Герман Фёттингер	[3]
США1472930	06 ноября 1923 г.	Фриц Майер	[4]
ГБ359501	23 октября 1931 г.	Фойт	[5]
США1937364	28 ноября 1933 г.	Гарольд Синклер	[6]
США1987985	15 января 1935 г.	Шмиске и Бауэр	[7]
США2004279	11 июня 1935 г.	Герман Фёттингер	[8]
США2127738	23 августа 1938 г.	Фриц Кугель	[9]
США2202243	28 мая 1940 г.	Ной Л. Элисон	[10]
США2264341	02 декабря 1941 г.	Артур и Синклер	[11]
США2491483	20 декабря 1949 г.	Гаубац и Дольза	[12]
США2505842	02 мая 1950 г.	Гарольд Синклер	[13]
США2882683	21 апреля 1959 г.	Гарольд Синклер	[14]

См. также

Примечания

^ Jump up to: ^а ^б Термин Motors General
^ Где крутящий момент, необходимый для приведения груза в движение, пропорционален его скорости.

Ссылки

^ Энциклопедия гидромуфты 2.thefreedictionary.com
^ Jump up to: ^а ^б ^с Нанни, Малкольм Джеймс (2007). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Баттерворт-Хайнеманн. п. 317. ИСБН 978-0-7506-8037-0 .
^ Jump up to: ^а ^б Дуглас-Скотт-Монтегю, Эдвард ; Берджесс-Уайз, Дэвид (1995). Daimler Century: Полная история старейшего автопроизводителя Великобритании . Патрик Стивенс. ISBN 978-1-85260-494-3 .
^ Рэнсом-Уоллис, Патрик (2012). Иллюстрированная энциклопедия локомотивов железных дорог мира . Дуврские публикации. п. 64. ИСБН 978-0-486-41247-4 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Глоссарий по гидромуфтам voithturbo.com
^ Болтон, Уильям Ф. (1963). Руководство железнодорожника по дизелю: Практическое введение в дизельные локомотивы, вагоны и моторвагонные поезда для железнодорожников и железнодорожных энтузиастов (4-е изд.). Издательство Иэна Аллана. стр. 97–98. ISBN 978-0-7110-3197-5 .
^ Jump up to: ^а ^б Почему выходная скорость турбомуфты всегда ниже входной? voithturbo.com от Voith - Часто задаваемые вопросы по гидромуфтам
^ Влияет ли тип рабочей жидкости на поведение трансмиссии? voithturbo.com от Voith - Часто задаваемые вопросы по гидромуфтам
^ «Регулируемая муфта: тип SC» . Флюидомат . Архивировано из оригинала 07 апреля 2019 г. Проверено 2 июля 2018 г.
^ Гидравлические приводы с регулируемой скоростью для насосов
^ Промышленность/Сектор Промышленное и другое использование гидромуфт voithturbo.com
^ Процесс Использование гидромуфты в процессе voithturbo.com
^ Гидродинамические муфты и преобразователи . Автомобильный справочник (3-е изд.). Роберт Бош . 1993. с. 539. ИСБН 0-8376-0330-7 .
^ Voith: Жидкостные муфты , voith.com
^ Transfluid: Гидромуфты , transfluid.eu
^ TwinDisc: Гидромуфты. Архивировано 5 февраля 2013 г. на archive.today , Twindisc.com.
^ Siemens: Гидродинамические муфты. Архивировано 2 марта 2009 г. на Wayback Machine , Automation.siemens.com.
^ "жидкостная муфта -" . жидкостная муфта . Проверено 16 апреля 2018 г.
^ Fluidomat Liquidmat.com
^ «Добро пожаловать в Рейланд» . www.reuland.com . Проверено 16 апреля 2018 г.
^ TRI Transmission and Bearing Corp. Turboresearch.com

Внешние ссылки

Гидравлическая муфта, Принципы работы, фильм [15]

[GM_term-6] Jump up to: ^а ^б Термин Motors General

[10] Где крутящий момент, необходимый для приведения груза в движение, пропорционален его скорости.

[dic-1] Энциклопедия гидромуфты 2.thefreedictionary.com

[mjn-2] Jump up to: ^а ^б ^с Нанни, Малкольм Джеймс (2007). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Баттерворт-Хайнеманн. п. 317. ИСБН 978-0-7506-8037-0 .

[DCMB-3] Jump up to: ^а ^б Дуглас-Скотт-Монтегю, Эдвард ; Берджесс-Уайз, Дэвид (1995). Daimler Century: Полная история старейшего автопроизводителя Великобритании . Патрик Стивенс. ISBN 978-1-85260-494-3 .

[locbook-4] Рэнсом-Уоллис, Патрик (2012). Иллюстрированная энциклопедия локомотивов железных дорог мира . Дуврские публикации. п. 64. ИСБН 978-0-486-41247-4 .

[gloss-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Глоссарий по гидромуфтам voithturbo.com

[7] Болтон, Уильям Ф. (1963). Руководство железнодорожника по дизелю: Практическое введение в дизельные локомотивы, вагоны и моторвагонные поезда для железнодорожников и железнодорожных энтузиастов (4-е изд.). Издательство Иэна Аллана. стр. 97–98. ISBN 978-0-7110-3197-5 .

[slip-8] Jump up to: ^а ^б Почему выходная скорость турбомуфты всегда ниже входной? voithturbo.com от Voith - Часто задаваемые вопросы по гидромуфтам

[flu-9] Влияет ли тип рабочей жидкости на поведение трансмиссии? voithturbo.com от Voith - Часто задаваемые вопросы по гидромуфтам

[11] «Регулируемая муфта: тип SC» . Флюидомат . Архивировано из оригинала 07 апреля 2019 г. Проверено 2 июля 2018 г.

[12] Гидравлические приводы с регулируемой скоростью для насосов

[13] Промышленность/Сектор Промышленное и другое использование гидромуфт voithturbo.com

[14] Процесс Использование гидромуфты в процессе voithturbo.com

[Bosch,_Torque_converter-15] Гидродинамические муфты и преобразователи . Автомобильный справочник (3-е изд.). Роберт Бош . 1993. с. 539. ИСБН 0-8376-0330-7 .

[16] Voith: Жидкостные муфты , voith.com

[17] Transfluid: Гидромуфты , transfluid.eu

[18] TwinDisc: Гидромуфты. Архивировано 5 февраля 2013 г. на archive.today , Twindisc.com.

[19] Siemens: Гидродинамические муфты. Архивировано 2 марта 2009 г. на Wayback Machine , Automation.siemens.com.

[20] "жидкостная муфта -" . жидкостная муфта . Проверено 16 апреля 2018 г.

[21] Fluidomat Liquidmat.com

[22] «Добро пожаловать в Рейланд» . www.reuland.com . Проверено 16 апреля 2018 г.

[23] TRI Transmission and Bearing Corp. Turboresearch.com

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ а ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ б ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

v т и Силовой агрегат
Входит в «Автомобиль» . серию
Автомобильный двигатель	Дизельный двигатель Электрический Топливный элемент Гибрид ( подключаемый гибрид ) Двигатель внутреннего сгорания Бензиновый двигатель Паровой двигатель
Передача инфекции	Автоматическая коробка передач Цепной привод Прямой привод Схватить Шарнир равных скоростей Бесступенчатая трансмиссия Муфта Дифференциал Коробка передач прямого переключения Приводной вал Трансмиссия с двойным сцеплением Ведущее колесо Автоматизированная механическая коробка передач Электрореологическая муфта Эпициклическая передача Гидравлическая муфта Фрикционный привод Переключение передач страдал от кашля Гочкис драйв Дифференциал повышенного трения Блокировка дифференциала Механическая коробка передач Мануматик Парковочная защелка Парковка по проводу Преселектор коробки передач Полуавтоматическая коробка передач Переключение по проводам Чтобы преобразовать крутящий момент Трансмиссия Раздаточная коробка Блок управления коробкой передач Универсальный шарнир
Колеса и шины	Ступица колеса в сборе Колесо Рим Литые диски Колпак ступицы Шина Внедорожный Гоночный слик Радиальный Дождь Ран-флэт Снег Запасной Бескамерный
Гибридный	Электродвигатель Трансмиссия гибридного автомобиля Электрический генератор Генератор
Портал Категория