Что такое гидромуфта и для чего она нужна
Статья про гидромуфту: для чего она нужна, комплектующие, особенности работы, возможные неисправности. В конце статьи — видео анимации гидромуфты КамАЗа. Статья про гидромуфту: для чего она нужна, комплектующие, особенности работы, возможные неисправности. В конце статьи — видео анимации гидромуфты КамАЗа.
Гидравлическая муфта является частью закрытой системы автоматической и полуавтоматической коробки передач. Отдельный узел гидромуфты (в современных моделях авто — гидротрансформатор) предназначен для плавной передачи крутящего момента от коленвала к коробке-автомат.
Принцип работы
Гидромуфта обеспечивает плавные переходы с одной передачи на другую, сдерживая вращательное колебание, позволяет начать плавный старт автомобиля и быстрый плавный разгон.
Главные комплектующие гидромуфты — два лопастных колеса, которые расположены на одной оси. Первая лопасть соединяется гибкой связкой с ведущим валом авто. Вторая лопасть имеет сцепление с ведомым валом. Внутренняя часть гидромуфты заполнена маслом.
Ведущий вал муфты получает вращение от двигателя машины. Под действием вращательных движений рабочей жидкости происходит передача усилий на лопасти ведомого вала, который начинает плавно вращаться, перебирая на себя ускорение от ведущего вала. Связующим звеном между валами является рабочая жидкость.
Гидротрансформатор как более модернизированная система имеет дополнительную силовую деталь – статор, третье колесо с лопастями определенной формы. Устанавливается на ведущий (насосный) вал, образуя с колесом единый узел.
Гидротрансформатор увеличивает крутящий момент передачи от двигателя на АКПП в несколько раз, в то время как муфта передает количество колебаний от ведущего вала с потерями на 2-5%.
Главные комплектующие гидромуфты:
Признаки износа и поломки гидромуфты и гидротрансформатора
Гидравлическая муфта рассчитана на весь срок эксплуатации автоматической коробки передач, но, как и любая другая деталь, может выходить из строя намного раньше.
Признаки неисправности гидромуфты, которые потребуют обращения в автосервис:
Главной особенностью и достоинством гидромуфты является предохранение АКПП от большого крутящего момента при передаче усилия от двигателя. Муфта и гидротрансформатор позволяют сглаживать рывки подачи и передавать крутящий момент плавно, с постепенным увеличением и снижением оборотов.
Видео анимации гидромуфты КамАЗа:
Гидромуфта и гидротрансформатор
Гидравлическая муфта (она же гидромуфта), а также впоследствии вытеснивший ее гидротрансформатор представляют собой закрытые механизмы полуавтоматических и автоматических коробок передач.
Оба устройства используются для передачи крутящего момента от ведущего вала двигателя к АКПП. В обоих механизмах между ведущим и ведомым валами нет жесткой связи, поэтому они передают вращение от одной оси к другой плавно и равномерно, без каких-либо рывков и толчков.
Своим рождением гидротрансформатор и гидромуфта обязаны развитию судостроения в конце XIX века. С появлением на кораблях морского флота паровых машин возникла острая необходимость в новом дополнительном механизме, который позволял бы плавно передавать крутящий момент от паровых двигателей к большим и тяжелым гребным винтам, погруженным в воду. Такими устройствами стали гидромуфта и гидротрансформатор, которые запатентовал в 1905 году немецкий инженер и изобретатель Герман Феттингер. Позже эти механизмы адаптировали для установки на лондонские автобусы, а затем на автомобили и первые дизельные локомотивы для более плавного начала движения.
Устройство и принцип работы гидромуфты
Внутри гидромуфты очень близко друг к другу соосно размещены два вращающихся колеса с лопастями. Одно соединено с ведущим валом (насосное), а второе с ведомым (турбинное). Все пространство вокруг них в гидромуфте заполнено рабочей жидкостью (масло).
Принцип работы гидромуфты очень прост. Её ведущий вал вращается двигателем. Вместе с валом в корпусе гидромуфты циркулирует и масло. За счет своей вязкости оно постепенно все больше и больше вовлекает за собой в это вращение ведомый вал. Таким образом, крутящий момент от двигателя плавно нарастая постепенно через жидкость передается на ведомый вал.
Устройство и принцип работы гидротрансформатора
По сути, гидротрансформатор это та же гидромуфта в которой между вращающимися колёсами добавлено третье лопастное колесо – реактор (статор). Посредством муфты свободного хода оно может вращаться на ведущем валу, образуя единое целое с насосным колесом. Это происходит до тех пор, пока обороты вращения насоса и турбины различаются. Как только они уравниваются, реактор начинает вращаться независимо от насоса, превращая гидротрансформатор в гидромуфту.
Главным достоинством гидромуфты и гидротрансформатора является возможность плавного изменения крутящего момента, передаваемого на трансмиссию от двигателя. Еще одним важным плюсом этих устройств является ограничение максимального передаваемого крутящего момента. Иными словами, эти механизмы никогда не смогут передать слишком большое вращение, способное повредить трансмиссию. Они предохранят от перегрузок приводной двигатель (особенно в момент пуска).
Самый большой недостаток гидротрансформатора и гидромуфты, в свою очередь, является низкий КПД в сравнении с механическими муфтами, имеющими жесткую связь ведущего и ведомого вала. Часть крутящего момента в них попросту тратится на перемешивание масла. Вместо того чтобы превратиться в полезный крутящий момент на выходном валу энергия вращения трансформируется в тепло, нагревая корпус муфты. Соответственно, это приводит к увеличению расхода топлива. Чтобы избежать этого, у современных автомобилей с АКПП для гидротрансформаторов предусмотрен механизм блокировки, который жестко связывает насос и турбину при достижении определенной скорости.
Что такое гидромуфта и где применяется
в КПП 22.01.2018 6,170 Просмотров
Гидромуфта – это важный элемент автомобиля, являющийся важной частью полуавтоматической, а также автоматической коробки передач. Основное применение устройства заключается в передаче крутящего момента к коробке передач от ведущего вала. Оно состоит из двухлопастных колес, которые установлены в особом корпусе. Он заполнен специальным маслом, которое является рабочей жидкостью. Валы не имеют жесткой связи, что дает возможность обеспечивать плавную передачу вращения между осями без резких движений.
История появления
Гидромуфта была запатентована в 1950 году и своим появлением обязана развитию кораблестроения. После того как на кораблях стали устанавливать паровые машины для увеличения скорости, возникла потребность в передаче крутящего момента на гребные винты, которые находились в воде. Механизм успешно был опробован и прижился. В дальнейшем устройство было адаптировано под автобусы в Лондоне. Также гидромуфта нашла свое применение на автомобилях и локомотивах на дизельном ходу. Устройство имеет коэффициент полезного действия порядка 98% и широко применяется в автомобилестроении.
Принцип работы
Колеса, из которых состоит устройство, разделяются по назначению. Наносное соединяется с коленвалом двигателя, а турбинное имеет прямую связь с трансмиссией. Турбинное колесо раскручивается потоками масла, которые образуются при вращении наносного колеса. Такая конструкция позволяет передавать крутящий момент в соотношении один к одному. Но этого недостаточно, чтобы автомобиль мог работать с максимальной мощностью. Для усиления эффекта в конструкцию добавили реакторное колесо.
Данное колесо вращается на ведущем валу и вместе с насосным составляет единый механизм. В зависимости от того, стоит оно или вращается, увеличивается разброс воздействия. Улучшенная конструкция получила название гидротрансформатор. Когда увеличивается частота вращения турбинного колеса (т.е. повышается скорость автомобиля), гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты.
Преимущества
Основным преимущество использования гидромуфты стала плавная передача и изменение крутящего момента. Кроме того, особенности конструкции максимально бережно воздействуют на трансмиссию и не могут её повредить. Это происходит за счет того, что конструкция предполагает возможность ограничивать крутящий момент.
Недостатки
Одним из явных изъянов использования гидромуфты стал небольшой коэффициент полезного действия если сравнивать их с механическими муфтами. Это связано с потерей крутящего момента, который используется на раскрутку масла, а не превращается в полезный крутящий момент. Для снижения износа в автомобилях с АКПП предусмотрен механизм блокирования, который срабатывает если автомобиль достиг предусмотренного значения скорости.
Сегодня на смену гидравлическим системам приходят современные пневматические и электрические системы. По статистике, именно на них направляется большинство инвестиций. Но на данный момент гидравлические системы являются самыми проверенными и надежными.
Гидромуфта представляет собой специальный механизм, который передает крутящий момент от вала силовой установки на коробку передач. Он является важнейшей частью гидромеханической трансмиссии, но в последнее время все чаще в качестве альтернативы используются гидротрансформаторы, хотя еще сравнительно недавно эта деталь устанавливалась на все авто с автоматической и полуавтоматической КПП.
Назначение
Сфера применения гидромуфт не ограничивается одними только автомобилями и другими транспортными средствами. Эти механизмы незаменимы в устройстве всевозможных конвейеров, они входят в конструкцию элеваторов, дымососов, различного рода насосов и газовых турбин, а также мельниц, дробилок и тому подобных сельскохозяйственных и промышленных установок.
Также детали, ставшие темой нашего разговора, входят в состав экскаваторов роторного типа, дорожных катков, центрифуг, бетономешалок и барабанных сушилок.
Так, к примеру, гидромуфта вентилятора является обязательным элементом привода системы охлаждения в автомобилях определенных марок и моделей. Если говорить о функции данной детали вкратце, то она сводится к автоматическому включению/отключению вентилятора в соответствии с изменением температуры мотора.
Деталь по праву считается наиболее простым решением, упрощающим конструкцию привода в системе охлаждения. Она выполняется в виде небольшого блока, связывающего крыльчатку и шкив. Блок не нуждается в электроприводе, не требует соединения с другими элементами, его работа полностью автономна.
Для управления работой вентилятора в конструкцию некоторых авто предусмотрен датчик гидромуфты – устройство, которое при необходимости включает, а затем автоматически отключает вентилятор, ориентируясь по температуре охлаждающей жидкости.
Гидромуфта привода обладает массой преимуществ по сравнению с остальными типами привода, ее установка предпочтительна в транспортных средствах повышенной проходимости, которые призваны выдерживать высокие нагрузки в сложных условиях эксплуатации.
Так, ее использование, к примеру, минимизирует необходимость применения жалюзи перед радиатором охлаждения, позволяет сэкономить время перед преодолением на автомобиле водных препятствий (водителю не придется отключать вентилятор перед ездой вброд).
Помимо всего прочего, доказано, что этот механизм способствует снижению расхода топлива и делает работу двигателя более тихой, что особенно заметно на холостых оборотах.
Гидромуфту двигателя без преувеличения можно назвать простейшим элементом гидромеханической трансмиссии. Крутящие моменты на ее ведущем и ведомом валах одинаковы, она их не изменяет, а передает требуемую скорость вращения с вала мотора на КПП.
Именно эта деталь отвечает за плавное переключение передач, она тормозит вращательное колебание, обеспечивает плавное начало движения и хороший разгон без рывков.
Как работает гидромуфта
Работа механизма, ставшего темой нашего разговора, базируется на простейших принципах. Крутящий момент поступает от ротора благодаря тому, что рабочая жидкость вязкая. Функцию этой жидкости выполняет масло гидромуфты.
Управление деталью осуществляется благодаря двум деталям – спиральной биметаллической пружине и пластине. В соответствии со сменой температуры пружина скручивается либо раскручивается, она поворачивает закрепленную на штифте биметаллическую пластину.
Пластина, также подверженная воздействию температурных изменений, либо изгибается, либо выпрямляется, обеспечивая открытие или закрытие каналов соответственно.
Если мотор транспортного средства холодный (а это обычно бывает сразу после его запуска), гидромуфта тоже холодная, ее пружина коротка, а пластина находится вплотную к разделительной пластине, соответственно, каналы закрыты.
Когда двигатель нагревается, нагревается и муфта, ее пружина под воздействием тепла раскручивается, провоцируя поворот пластины – она смещается, открывает канал, что способствует попаданию рабочей жидкости внутрь камеры. Благодаря вязкости этой жидкости начинается вращение вентилятора.
Устройство
Основными составными элементами гидромуфты являются лопастные колеса в количестве 2-х штук. Первая лопасть связана с ведущим валом ТС, вторая – с ведомым валом. Внутри гидромуфты находится масло.
Описывая устройство гидромуфты детальнее, необходимо упомянуть следующие ее конструктивные элементы:
Признаки неисправности гидромуфты
Наиболее распространенными признаками износа гидромуфты являются:
В некоторых случаях поломку детали можно определить на слух. Так, во время переключения передач появляется шум, который исчезает одновременно с увеличением оборотов двигателя. Иногда при езде на скорости около 60-ти км/час появляется вой, который сопровождается вибрацией.
Достоинства и недостатки
Гидромуфты входят в конструкцию автомобилей, которые оснащены полуавтоматической трансмиссий. Чаще ими оборудуют грузовики и автобусы. К неоспоримым плюсам этих механизмов следует отнести простоту конструкции, плавность изменения скорости движения, снижение нагрузки на шестеренки КПП.
Что касается недостатков, то это низкий КПД по причине значительных потерь ведущего вала на больших оборотах. Именно поэтому на легковой автотранспорт в последнее время устанавливают гидротрансформаторы, которые считаются более совершенными устройствами.
Заключение
Разместите объявление на нашем сайте: Запчасти в России
Благодаря наличию в системе привода ТС гидромуфты заметно улучшаются статические и динамические характеристики двигателя, что в общем и целом оптимально сказывается на эксплуатационных показателях авто и его надежности. Деталь, которой был посвящен наш сегодняшний разговор, предотвращает перегрузку мотора и продлевает срок службы машины.
Гидромуфта, гидротрансформатор
Гидромуфта: схема, устройство, принцип работы.
Гидромуфта представляет собой отдельный узел в коробке передач автомобиля. Она устанавливается как в автоматической, так и в полуавтоматической коробке. Назначение такого узла состоит в плавной передаче крутящего момента от ведущего вала к коробке передач.
Гидромуфта, находящаяся в составе насосного агрегата, предназначена для бесступенчатого регулирования режима работы путем изменения частоты вращения насоса при неизменной частоте вращения приводного электродвигателя.
Содержание статьи
Частота вращения вторичного вала гидромуфты изменяется в зависимости от степени наполнения, которая регулируется черпательно-золотниковым устройством или жиклерной системой.
Принцип работы гидромуфты
Схематично гидромуфта состоит из нескольких основных элементов. Первый из которых – это насосное колесо (обозначено синим на схеме). Такое колесо имеет изогнутые лопасти и заполнено маслом.
Включение гидромуфты в работу начинается в тот момент, когда насосное колесо начинает вращаться, то масло выталкивается наружу центробежной силой. Чем быстрее вращается колесо, тем больше центробежная сила.
Напротив насосного колеса расположено турбинное колесо (на схеме обозначено красным). Турбинное колесо представляет собой зеркальную копию насосного колеса, повернутую на 180 градусов.
Когда насосное колесо вращается, то поток масла направляется на лопасти турбинное колеса и заставляет его вращаться, но из-за потерь турбинное колесо вращается медленнее.
Степень изменения частоты вращения называется скольжением гидромуфты:
S = 100% *(n1-n2)/n1 = (1-i) * 100%
где n1 – частота вращения вала гидромуфты (приводного двигателя);
n2 – частота вращения вторичного вала гидромуфты (приводного двигателя);
i – передаточное отношение гидромуфты;
s – скольжение, %.
Величины s и i характеризуют глубину регулирования и относятся к режимным характеристикам гидромуфты.
Рабочей жидкостью гидромуфты является масло турбинное марки Т22. Применение масел, склонных к шламообразованию и окислению, не допускается. В масло рекомендуется добавлять присадки против пенообразования и окисления.
При номинальной частоте вращения насоса 2900 оборотов в минуту гидромуфта устанавливается между двигателем и насосом.
В высокооборотных насосных агрегатах (частота вращения более 3000 оборотов в минуту) гидромуфта устанавливается между электродвигателем и передачей, повышающей частоту вращения (мультипликатором).
Устройство гидромуфты
Гидромуфта в автомобиле представляет собой самый простой элемент гидравлической трансмиссии. В современном варианте гидромуфта дополнена ещё одним элементов – статором и такой механизм называется гидротрансформатор. Он состоит из нескольких элементов:
Насосного колеса;
Турбинного колеса;
Статора;
Корпуса (картера).
Насосное колесо закреплено на валу двигателя и вращается внутри герметичного картера гидромуфты. Турбинное колесо расположено на противоположной стороне и закреплено на ведомом валу.
Внутри корпуса между этими двумя колеса все пространство заполнено маслом.
Для преобразования крутящего момента между турбинным и насосным колесами расположен статор. Жидкость возвращается из турбинного колеса в насосное проходя через статор. Это приводит к усилению крутящего момента.
Конструкция насосной гидромуфты
Конструктивная схема гидромуфты насосов разных типов имеет много общих решений.
В состав гидромуфты входит: собственно гидромуфта, рычажно-кулачковая передача и исполнительный механизм.
Гидромуфта типа МГ2 – двухполосная с устройством для регулирования.
Базовая деталь гидромуфты – литой, чугунный корпус (картер) 1 с крышкой 3. В расточках корпуса устанавливается корпус черпательного устройства и подшипник гидромуфты.
К корпусу подсоединяются золотник, маслопроводы, термометры сопротивления. В корпусе установлен перфорированный экран для изоляции вращающегося ротора от брызг и уменьшения вентиляционных потерь. В корпусе отлиты четыре опорные лапы для крепления к фундаментной плите.
С помощью шпилек крышка крепиться к корпусу. По плоскости разъема разъема предусмотрена паронитовая прокладка. В крышке выполнен люк со съемной крышкой, через который производится ремонт замена плавких предохранителей ротора без разборки корпуса гидромуфты 2.
Вал электродвигателя посредством зубчатой муфты соединяется с насосным валом гидромуфты, а вал насоса или редуктора с турбинным валом 9 гидромуфты. Насосный полуротор 5 и турбинное колесо 6 гидромуфты изготавливаются из стальных поковок, с приваренными плоскими радиальными лопастями. Насосный ротор на подшипниках скольжения с осевым упором цапфы 8 устанавливается в корпус.
Подшипник качения гидромуфты смазывается жидким маслом, поступающим от подшипников скольжения по специальным сверлениям.
Насосный ротор состоит из двух полуроторов: левого и правого. Левый полуротор 5 крепится болтами с пружинными шайбами к фланцу насосного вала, правый 7 – к цапфе 8. Между собой полуроторы соединены цилиндрическим корпусом ротора 4. К корпусу ротора крепится крышка 10 камеры черпательного устройства.
Турбинный ротор состоит из симметричного колеса, насаженного на вал, и деталей крепления. В ступице турбинного колеса выполнены разгрузочный отверстия для выравнивания давления в обеих рабочих полостях гидромуфты.
Двухполосный круг циркуляции гидромуфты через золотники и корпус подшипника заполняется маслом от маслосистемы. Регулирование частоты вращения турбинного ротора гидромуфты осуществляется изменением значения заполнения круга циркуляции, который через отверстия соединяется с дополнительным объемом, где формируется масляное кольцо.
Схема системы регулирования гидромуфты.
Работы и регулирование гидромуфты производится путем воздействия вала исполнительного механизма через кулачок 1 и рычаг 7 на зубчатый сектор 5, находящийся в зацеплении с зубчатой рейкой черпака 4.
Черпак движется поступательно в направляющей втулке. Положение черпака определяет уровень масла в черпательной камере, а следовательно, и в полости гидромуфты, обуславливая тем самым определенное скольжение. Предельное положение черпака фиксируется стопором 3. На корпусе гидромуфты имеется указатель положения черпака.
Закрепленный на корпусе 12 золотник 11 может разделить масло на два потока: в полость гидромуфты и сброс в маслобак. Масло подводится в центр золотника, а отводится через регулирующие окна в верхней и нижней части 10.
Вращение на золотник передается от валика зубчатого сектора через кулачок 2, двухплечий рычаг 6, тягу 15 и рычаг 13, установленный на валике золотника. Продольная тяга имеет пружину 14, которая обеспечивает обратное движение золотника.
Кулачок 2 спрофилирован таким образом, чтобы обеспечить максимальную подачу масла в гидромуфту при режиме наибольшего в ней тепловыделения. Золотник предохраняет гидромуфту от переполнения, а черпаковую трубу – от чрезмерной перегрузки.
Постоянный контакт рычага 6 с кулачком 2 осуществляется за счет противовеса 8. Вал исполнительного механизма имеет подшипниковую опору 9.
Применение гидромуфт дает возможность повысить экономичность работы насосного агрегата при частичных нагрузках, увеличивает долговечность работы насоса и арматуры, а также позволяет привести в соответствие напорные характеристики параллельно работающих насосных агрегатов.
Для резервных питательных насосов энергоблоков до 300 МВт применяются одноступенчатые повысительные передачи с передаточным отношением до 2,2.
Шевронная зубчатая пара установлена в подшипниках с принудительной смазкой. Подшипники располагаются в чугунном корпусе редуктора, который имеет осевой разъем в горизонтальной плоскости.
Шестерня выполнена как одно целое с валом из стали 40Х. Зубчатое колесо – бандажированное: на вал из стали 45 насажена ступица и обод зубчатого колеса из стали 40Х. Редуктор имеет торсионный вал для соединения с насосом.
Достоинства и недостатки
Основным достоинством гидромуфты считается возможность плавного регулирования крутящего момента, который передается от двигателя на трансмиссию. Использование гидромуфты позволяет ограничить максимальный передаваемый крутящий момент и таким образом обезопасить трансмиссию от поломок и перегрузок.
Недостатком такой конструкции является снижение КПД, которое происходит вследствие потерь в масле при передаче крутящего момента. Большая часть потерь связана с преобразованием механической энергии вращения в тепловую, которая расходуется на нагрев масла и корпуса турбины. Такие потери приводят к увеличению расхода топлива.