§2. Гідромеханічні трансмісії

Гідромеханічна трансмісія складається з гідротрансформатора, що плавно автоматично змінює величину переданого моменту залежно від навантаження; і елементів ступінчастої механічної трансмісії.

Гідротрансформатор (мал.2) складається із трьох коліс із радіально розташованими криволінійними лопостями: насосного 3, яке через корпус 8 пов'язане з колінчатим валом 1 двигуна, турбінного 2, з'єднаного із ведучим валом 7 коробки передач, і реакторного 4, установленого на нерухливому пустотілому валу 6 за допомогою муфти вільного ходу 5. Корпус 8 гідротрансформатора заповнений малов’язким маслом. Гідротрансформатор, що має муфту вільного ходу, називається комплексним.

При обертанні колінчастого вала масло, що заповнило проміжки між лопостями насоса, під дією відцентрових сил перетікає від внутрішніх країв лопат до зовнішніх. Ударяючись по лопостях турбінного колеса 2, віддає частину накопиченої кінетичної енергії, і тому турбінне колесо починає обертатися в тому ж напрямку, що й насосне 3. Від турбінного колеса 2 масло поступає до лопастей реакторного колеса 4, що змінює напрямок руху мастила, а потім мал. 2. Схема внутрішніх країв лопастей насосного гідротрансформаторадо колеса 3. Таким чином, частина масла

циркулює по замкнутому контуру: на-сосне 3 – турбінне 2 - реакторне 4 - насосне колесо 3. При цьому кутова швидкість ω_тур турбінного колеса 2 менше кутової швидкості ω_н насосного колеса 3, тобто робота гідротрансформатора супроводжується "проковзуванням" насосного колеса 3 відносно турбінного, що зростає зі збільшенням навантаження. Однак чим більше проковзування гідротрансформатора, тим більшу частину кінетичної енергії масла сприймає турбінне колесо 2 і тим більший момент М_тур і сили Р_тур удару по лопостях.

В випадку зупинки турбінного колеса 2 або при рушанні автомобіля з місця, коли кутова швидкість ω_тур = 0, момент М_тур досягає максимального значення. При цьому проковзування гідротрансформатора П=(ω_н-ω_тур)/ω_н =1, що складає 100%. В міру збільшення швидкості ω_тур величини М_тур і П зменшується.

При невеликому значенні ω_тур в результаті удару струменів масла в ввігнуті сторони лопастей реакторного колеса (мал.3,а) на нього діє сила Р_р , направлена в ту ж сторону, що і сила Р_н удару струменів масла в лопості насосного колеса 3. Муфта вільного ходу при цьому заклинюється, і тому реакторне колесо залишається нерухомим (не обертається). Тому що сума моментів М_н, М_тур і М_р усіх зовнішніх сил Р_н, Р_тур і Р_р дорівнює нулю, тому момент М_тур = М_н + М_р, тобто момент на турбінному колесі в цьому випадку більш моменту двигуна М_С=М_Н. Отже, гідротрансформатор являється перетворювачем крутного моменту.

Мал. 3. Схема сил, що діють в гідротрансформаторі при роботі:

а - на режимі перетворювача; б - в період переходу на режим гідромуфти

При великому значені ω_тур, внаслідок удару струменів масла в випуклі лопості реакторного колеса 4 (мал.3,б), сила Р_р змінює свій напрямок на зворотній, і тому момент М_тур оказується рівним різниці моментів М_Н- М_Р. Муфта вільного ходу при цьому розклинюється, що запобігає надмірному зменшенню моменту М_тур, а реакторне колесо починає обертатися в тому ж напрямку, що й турбінне, не змінюючи напрямок струменя мастила. Гідротрансформатор переходить на режим гідромуфти, на якому величина переданого моменту не змінюється (М_тур = М_н, тому що М_р = 0), але значно зростає ККД.

Тому що між насосним і турбінним колесом немає жорсткої звязки, то розрізняють кінематичне передаточне відношення і_г.т = ω_тур / ω_н = 1 - П і силове або коефіцієнт трансформації гідротрансформатора К_Г.Л = М_тур / М_н. ККД гідротрансформатора η_г.т = М_г.т К_г.т із зростанням значення М_г.т змінюється від нуля до максимуму і знову до нуля. При цьому його максимальне значення менше ККД ступінчастої механічної коробки передач.

Механічна частина гідромеханічної трансмісії складається зі ступінчастої коробки передач, що має передачу заднього ходу, карданної передачі і ведучого моста. Переваги і недоліки гідромеханічної трансмісії в значній мірі пов'язані з використанням гідротрансформатора як основного перетворювача. До переваг гідротрансформатора слід віднести передаточного числа трансмісії залежно від навантаження, що забезпечує плавне рушання автомобіля з місця, а також ліквідує необхідність передач, що знижує втому водія; поліпшує прохідність автомобіля внаслідок плавної і безперервної передачі моменту; приблизно в 2 рази підвищує довговічність двигуна й трансмісії в результаті зменшення в ній крутячих коливань і динамічних навантажень; знижує можливість зупинки двигуна при різкому збільшенні навантаження.

Однак гідромеханічна трансмісія в порівнянні із ступінчастою механічною трансмісією має такі недоліки, як значно менший ККД, тому що ККД гідротрансформатора лише в вузькому діапазоні значень і_г.т і досягає 0,85...0,92, що погіршує динамічність і паливну економічність автомобіля; велику складність, масу й вартість (близько 10% вартості автомобіля) конструкції; необхідність в встановлені ступінчастої механічної коробки, тому що коефіцієнт трансформації гідротрансформатора звичайно невеликий (не більше 2,5...3%).