8.1.22.Конструкция и принцип работы гидротрансформатора.

Гидродинамическими называют передачи, в которых передача мощности от одного узла к другому осуществляется за счет использования кинетической энергии потока жидкости. В автостроении нашли применение в основном два гидродинамических устройства — гидромуфта и гидротрансформатор. Принцип работы гидротрансформатора Гидротрансформатор представляет собой объединенные в один узел центробежный насос, гидравлическую турбину и неподвижный направляющий аппарат. Принцип работы гидротрансформатора вытекает из уравнения момента на лопаточном колесе при взаимодействии его со струей жидкости, изложенного еще Леонардом Эйлером. Момент на лопаточном колесе при взаимодействии со струей жидкости равен разности моментов ко­личества движения струи жидкости до удара в лопатку и после.РИС 1. ЗдесьV1 (V2)— вектор скорости струи жидкости до (после) удара в лопатку; r1 (г2)— радиус действия струи жидкости относительно опоры лопа­точного колеса до (после) удара в лопатку. Q — секундный расход жидкости; р — плотность жидкости,; Момент количества движения струи жидкости до удара в лопатку М1 = Q*p*V1*r1. После удара М2 = -Q*p*V2*r2. Момент на лопаточном колесе Млк = М1 - М2 = Q*p*( V1*r1+ V2*r2). Увеличение крутящего момента на профилированном лопаточном колесе, вызванное поворотом струи жидкости (величина М2), называют реактивным воздействием струи жидкости на лопаточное колесо. Принцип работы простейшего гидротрансформатора. рис.4.2. Насосное колесо Н устанавливается либо непосредственно на валу двигателя, либо соединяется с ним через согласующий ре­дуктор, а турбинное колесо Т связано с вход­ным валом трансмиссии. Реакторное колесо Р при работе узла в режиме трансформатора крутящего момента жестко закреплено на картере передачи. Внутренняя полость транс­форматора заполнена рабочей жидкостью — жидким маслом. Vн2 это геометрическая сумма Wн2 + Uн2, (переносной и относительной) Vн2 является функцией частоты вращения насоса. Если пренебречь потерями энергии в межлопаточном пространстве Vт1 (при входе)=Vн2. Vт2 = Wт2 + Uт2, (атака лопаток Vт2=Vp1), (Vp2= Vн1). На рис. 4.3 развертка круга циркуляции. Vн1 (Vн2) абсолютная скорость струи жидкости при входе (выходе) в(из) насос(а); Vт2 (Vр2) абсолютная скорость струи жидкости при выходе из турбины (реактора); Wн2 (Wт2) переносная скорость струи жидкости при выходе из насоса (турбины); Uн2 (Uт2) относительная скорость струи жидкости при выходе из насоса (турбины); г1 радиус действия среднего сечения струи жидкости при входе в насос (выход из реактора); г2 (г3) радиус действия среднего сечения струи жидкости при выходе из насоса (вход в турбину) (турбины (вход в реактор)); а1 угол между направлением абсолютной и переносной скоростей на входе в насос; а2 (а3)угол между направлением абсолютной и переносной скоростей на выходе из насоса (турбины); В соответствии с уравнением Эйлера определим значения мо­ментов на колесах гидротрансформатора: Мн = Qp(Vн2*г1*cos a1- Vн2*г2*cos a2); Мт = Qp(Vт2*г1*cos a2- Vт2*г2*cos a3); Мр = Qp(Vр2*г1*cos a3- Vр2*г2*cos a1); Заметим, что момент на насосном колесе не зависит от режима работы турбины, поскольку величины скоростей Vн1 и Vн2 являются функциями частоты вращения насосного колеса. На турбинном колесе момент зависит как от режима работы насоса, так и от режима работы турбины. При неподвижной турбине (неподвижный автомобиль) угол а3 имеет наибольшее значение, угол атаки лопаток реактора наиболь­ший, и реактивная добавка момента на турбине наибольшая. С увеличением частоты вращения вала турбины (увеличение ско­рости движения автомобиля) растет переносная скорость Wт2, что ведет к уменьшению угла а3, а следовательно, и второго слагаемого в скобках, выражения момента турбины (реактивной добавки мо­мента на турбине). Таким образом, гидротрансформатор выполняет две функции: увеличение момента, передаваемого в трансмиссию, в сравнении с моментом, подводимым к гидротрансформатору, и уменьшение момента турбины по мере разгона вала турбины (разгона авто­мобиля). Этим объясняется внутренний автоматизм гидротранс­форматора. Очевидно, что алгебраическая сумма моментов на колесах гид­ротрансформатора равна нулю: Мн + Мт + Мр = 0., Мт = -(Мн + Мр).

Конструкция гидротрансформатора 1.элементы конструкции гидро­трансформатора: 2.рабочие колеса; 3.опоры колес; 4.уплотнения вращающихся деталей; 5.механизм свободного хода. Рабочие колеса представляют собой установленные на ступицах чаши с закрепленными в них лопатками и торовыми кольцами. Колеса изготовляются литыми или штампованными, в последнем случае штампованные лопатки крепятся к чаше либо с помощью специальных усиков, вставляемых в пазы чаши и загибаемых, либо с помощью загнутых под 90° кромок, привариваемых затем к чаше точечной сваркой. В некоторых случаях лопатки штампуют заодно с шипами, которые вставляются в отверстия чаши и затем раскле­пываются. Литые колеса отливаются из алюминиевого сплава или из специальных пластмасс. Колеса направляющего аппарата (ре­актора) чаще всего выполняются литыми.

Опорами рабочих колес являются подшипники качения (ради­альные, радиально-упорные или конические) или подшипники скольжения (металлокерамические или бронзографитовые втулки). Поскольку внутренняя полость гидротрансформатора заполнена жидкостью, для предотвращения ее утечки из полости гидротранс­форматора применяют уплотнения в виде прокладок, резиновых шнуров, самоподжимных сальников и др. Между скользящими де­талями применяют лабиринтные уплотнения или маслогонные резь­бы. Широкое применение нашли ушютнительные кольца, чаще всего изготовляемые из серого чугуна.

Муфты свободного хода в современных гидротрансформаторах применяют в основном роликового или сухарного типов. Наиболь­шее распространение получили роликовые муфты свободного хода. Угол наклона рабочей поверхности обычно выбирают в пределах 6—9°. Ролики изготавливают из шарикоподшипниковой стали, ра­бочие кольца - из высоколегированной стали. На рис. 4.5 показана конструкция типового автомобильного четырехколесного комплекс­ного гидротрансформатора, на рис. 4.6— конструкция роликовой муфты свободного хода, на рис. 4.7 — муфты свободного хода сухарного типа.