Гидромуфта

Гидромуфта (тж: гидродинамическая муфта) — гидродинамическая передача, не преобразующая крутящий момент. Отличием гидромуфты от любых прочих видов муфт является то, что в гидромуфте отсутствует жёсткая кинематическая связь между ведущим и ведомым звеньями (ведущим и ведомым валами).

Конструкция и принцип действия

Колесо, соединённое с ведущим валом, называется насосным колесом, а колесо, соединённое с ведомым валом, называется турбинным колесом. Фактически насосное колесо представляет собой лопастной насос, а 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. В отличие от гидротрансформатора, моменты на насосном и турбинном колёсах всегда практически одинаковы.

Коэффициентом трансформации гидромуфты называют отношение угловой скорости ведомого вала к угловой скорости ведущего вала:

i = ω 2 ω 1 , {displaystyle i={frac {omega _{2}}{omega _{1}}},}

где ω 2 , {displaystyle omega _{2},} — угловая скорость ведомого вала; ω 1 {displaystyle omega _{1}} — угловая скорость ведущего вала.

Также можно утверждать, что коэффициент трансформации равен отношению частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.

Учитывая равенство моментов на ведущем и ведомом валах, можно записать, что КПД гидромуфты равен коэффициенту трансформации:

η = N 2 N 1 = M 2 ∗ ω 2 M 1 ∗ ω 1 = ω 2 ω 1 = i , {displaystyle eta ={frac {N_{2}}{N_{1}}}={frac {M_{2}*omega _{2}}{M_{1}*omega _{1}}}={frac {omega _{2}}{omega _{1}}}=i,}

где N 2 {displaystyle N_{2}} и N 1 {displaystyle N_{1}} — мощность, соответственно, на ведомом и ведущем валах; M 2 {displaystyle M_{2}} и M 1 {displaystyle M_{1}} — момент вращения на ведомом и ведущем валах.

Гидромуфты применяются в коробках передач автомобилей, некоторых тракторов, в авиации и других областях техники.

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.

Однако КПД гидравлической муфты ниже, чем КПД механической.

История

Создание первых гидродинамических передач связано с развитием в конце XIX века судостроения. В то время в морском флоте стали применять быстроходные паровые турбины, что вызвало необходимость понижения оборотов вала до скорости вращения гребного винта в пределах 200—300 об/мин или ниже — на крупногабаритных судах, т.к. наиболее высокий КПД гребных винтов проявляется именно в этих пределах. Кроме этого, высокие обороты вызывают кавитацию на лопастях и большие нагрузки. 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), 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. В 1930-х годах производились первые дизельные локомотивы, использовавшие гидромуфты.

В СССР первая гидравлическая муфта была создана в 1929 году.