Преобразователь крутящего момента что это
Перейти к содержимому

Преобразователь крутящего момента что это

  • автор:

Гидротрансформатор

Гидродинамический преобразователь момента, или гидротрансформатор (сокращенно ГДТ, или ГТ), представляет собой лопастную машину для бесступенчатого и автоматического изменения крутящего момента в зависимости от нагрузки на выходном валу.

ГДТ позволяет существенно облегчить управление автомобилем, в основном, из-за устранения педали сцепления. Кроме того, он позволяет работать двигателю при полностью остановленном автомобиле, не выключая передачи. Эти и другие положительные качества, а также его свойство осуществлять плавный разгон, делают движение автомобиля более приятным и комфортабельным, способствуют повышению безопасности, так как водитель меньше отвлекается на управление автомобилем. В связи с этим на современных легковых автомобилях с автоматической трансмиссией ГТ стал ее основным элементом.

схема гидротрансформатора

Устройство гидротрансформатора

Гидротрансформатор обычно состоит из трех основных элементов: насосного колеса, турбинного колеса и колеса реактора. Через ГТ осуществляется связь между двигателем и коробкой передач, при этом насосное колесо, являющееся одновременно кожухом, соединяется с коленчатым валом двигателя, турбинное колесо — с входным валом коробки передач, а реактор обычно устанавливается на муфте свободного хода и при переходе на режим гидромуфты свободно вращается в потоке жидкости. Жидкость из насоса поступает в турбинное колесо, из турбинного колеса в реактор и далее в насосное колесо. При вращении насосного колеса жидкость под воздействием лопастей начинает двигаться в насосном колесе от центра к периферии. При этом энергия каждой частицы рабочей жидкости при ее движении в рабочей полости гидротрансформатора изменяется. При прохождении через насосное колесо напор (энергия потока, отнесенная к единице веса рабочей жидкости) увеличивается. Жидкость из насосного колеса далее поступает в турбину. Проходя через турбину, рабочая жидкость отдает энергию, ранее полученную в насосе. Из турбины рабочая жидкость поступает в реактор, где изменяется направление движения жидкости для реализации крутящего момента в соответствии с требуемыми характеристиками.

Типовая характеристика гидротрансформатора:

типовая характеристика гидротрансформатора

К – коэффициент трансформации (силовое передаточное число);

I — передаточное отношение частот вращения турбинного колеса к насосному колесу.

ή- КПД гидротрансформатора.

Сложные гидродинамические процессы, протекающие внутри ГДТ, на автомобиле (упрощенно) проявляют себя следующим образом.

Водитель переводит селектор АКПП в положение движения. До начала движения и в момент трогания происходит интенсивное взаимное проскальзывание насосного и турбинного колес ГТ. Режим установившего движения автомобиля сопровождается выравниванием скоростей вращения насосного и турбинного колес. При работе АКПП гидротрансформатор исключает ударные нагрузки в момент переключения передач и «сглаживает» разницу их передаточных отношений.

Он обеспечивает, в определенных пределах, приспособляемость двигателя к изменению дорожных условий. На современных моделях при установившемся движении автомобиля происходит полная механическая блокировка ГДТ, и он работает как обычное сцепление, исключая тем самым потерю в нем мощности.

При движении автомобиля детали ГДТ испытывают высокие гидравлическую и тепловую нагрузки, которые возникают тогда, когда реактор не вращается. Это происходит из-за характера движения жидкости и ее внутреннего трения. Поэтому рабочая жидкость дополнительно охлаждается специальным радиатором, расположенным в передней части автомобиля вместе с радиатором охлаждения двигателя или внутри него. Неисправности радиаторов могут привести к попаданию охлаждающей жидкости в трансмиссионную, что выводит из строя ГДТ и АКПП.

Гидротрансформатор АКПП: все об устройстве и неисправностях

Гидротрансформатор – это далеко не новое изобретение для автомобильной индустрии. Впервые он появился порядка ста лет назад, но за долгое время своего существования устройство претерпело значительные изменения. Сегодня гидротрансформаторы используют для передачи крутящего во многих отраслях промышленности. Разумеется, автомобильная промышленность исключением не стала. Об особенностях устройства гидротрансформаторов, принципе их работы, а также неисправностях вы сможете узнать из материала Avto.pro.

Гидротрансформатор АКПП

Экскурс в историю

Прообраз современных гидротрансформаторов был создан еще в 1905 году Германом Феттингером – талантливым немецким инженером, который работал над устройствами для передачи передачи крутящего момента. Свой механизм он назвал гидромуфтой. Изначально его планировалось использовать в судах. Суть работы муфты сводилась к передаче крутящего момента с помощью рециркуляции жидкости , которая заполняла пространство между парой лопастных колес. Такое техническое решение должно было решить проблемы обратной нагрузку на валы, двигатель и их соединительные элементы – жидкость решила бы недостатки жесткой связи между агрегатами и смежными с ними деталями.

Первый автомобиль, оснащенный гидротрансформатором, выпустил концерн General Motors . Это была модель Oldsmobile Custom 8 Cruiser 1939 года. Автолюбители отметили, что управление данным автомобилем было очень легким, простым и, разумеется, комфортным. Чуть позже аналогичные устройства начали применять и в других моделях личного транспорта. Сегодня гидротрансформатор является верным спутников автоматических коробок передач. Автолюбители часто называют его « бубликом » из-за специфической геометрии.

Достоинства и недостатки

Прежде чем мы начнем изучать устройство гидротрансформаторов, давайте разберемся, почему их вообще стали применять. Трансмиссия с жестким соединением первичного вала с двигателем имеет серьезный недостаток: в определенных режимах работы двигателя на трансмиссию приходятся сильные нагрузки, которые становятся причиной ускоренного износа деталей. Трансформатор решил эту проблему . Но у него есть и другие достоинства. Среди них:

  • Обеспечение плавного троганья с места;
  • Потенциальная возможность увеличения крутящего момента от автомобильного двигателя;
  • Устройство практически не нуждается в обслуживании.

Где есть достоинства, там есть и недостатки. Главная особенность гидротрансфортматора – передача момента посредством движения жидкости – является и его главным недостатком. Вот почему автоконцерны продолжают работать над его улучшением:

  • Устройство имеет относительно невысокий КПД;
  • Оно пагубно сказывается на динамике автомобиля;
  • Стоимость устройства довольно высока.

Так как на раскручивание жидкости в гидротрансформаторе требуется время и мощность, динамика автомобиля может пострадать. Кроме того, проектирование и сборка гидротрансформатора требует больших экспертных мощностей и денежных трат. Автомобиль, оснащенный АКПП с трансформатором стоит дороже моделей с наиболее простой механической трансмиссией. Но с учетом того, что устройтсво не только делает работу трансмиссии более плавной, но и увеличивает ее эксплуатационный ресурс, денежные траты окупаются.

Трансмиссия с гидротрансформатором

Подробнее о принципе работы

Принцип работы гидротрансформатора сводится к передаче момента от двигателя к автомобильной трансмиссии без создания жесткой связи . Момент передается посредством рециркуляции жидкости. По сути, работает трансформатор АКПП так же, как и гидравлическая муфта. Но не стоит путать два этих устройства – гидротрансформатор несколько сложнее. Он состоит из таких элементов:

  1. Корпус;
  2. Насосное колесо / насос;
  3. Статор / реактор;
  4. Обгонная муфта;
  5. Механизм блокировки / плита блокировки;
  6. Турбинное колесо / турбина.
Запчасти на Ford custom

CUSTOM Tourneo bus (V362) (01.12 — )

Запчасти на Mazda 2

2 хетчбек (DL, DJ) (11.14 — )

Если разобрать гидротрансформатор, то можно увидеть следующее: на одной оси размещено турбинное, насосное и реакторное колесо, а весь внутренний объем механизма заполнен трансмиссионной жидкостью. Между каждым из лопастных колес нет жесткого соединения, но оно и не требуется. Насосное колесо имеет жесткое соединение с коленвалом, а значит, при запуске двигателя оно будет проворачиваться вместе с ним. Турбинное колесо имеет жесткое соединение с первичным валом автомобильной АКП. Между этими колесами расположен реактор, иначе называемый статором . Сам же реактор имеет смежный элемент – муфту свободного хода, которая не дает ему вращаться в двух направлениях. Кстати, в обычных гидравлических муфтах, которые часто сравнивают с гидравлическими трансформаторами, статора и муфты нет.

Лопасти всех колес имеет особую геометрию, которая позволяет им захватывать как можно больший объем трансмиссионной жидкости. Работает устройство так: при включении двигателя и по ходу повышения оборотов насосное колесо начинает вращаться со все большей скоростью, постепенно раскручивая и жидкость. Так как турбинное колесо имеет схожую геометрию лопастей, оно начнет вращаться, увлекаемое трансмиссионной жидкостью . Выделяется здесь только реактор – он придает жидкости ускорение. Это становится возможным благодаря особой конструкции лопаток. Они имеют специфический профиль с сужающимися межлопаточными каналами. Жидкость, входя в сужающиеся каналы, выбрасывается в сторону выходного вала с увеличенной скоростью.

Устройство гидротрансформатора

Формирование потока жидкости в гидротрансформаторе напрямую определяется скоростью насосного колеса. Скорость вращения последнего, в свою очередь, зависит от скорости вращения коленчатого вала. Как только лопастные колеса синхронизируется, гидротрансформатор начинает работать как гидромуфта – он не увеличивает крутящий момент. Если же нагрузка на выходной вал увеличивается, турбинное колесо немного замедляется. Реактор (статор) блокируется, начиная трансформировать поток трансмиссионной жидкости.

Режимы работы

Для полного понимания принципов работы гидротрансформатора стоит уделить внимание режимам его работы. Как стало понятно из предыдущих разделов, этот агрегат передает крутящий момент без жесткого соединения вращающихся деталей. Однако в силу отсутствия такого соединения агрегат имеет несколько недостатков . В частности, уже упомянутые низкий КПД и посредственная динамика автомобиля. Проблемы удалось решить на конструктивном уровне – введением механизма блокировки, иначе называемого блокировочной плитой. У современных гидротрансформаторов есть несколько режимов работы:

  1. Блокировка;
  2. Проскальзывание.

Блокировочная плита соединена с турбинным колесом, а значит, и с первичным валом коробки передач при помощи пружин демпфера крутильных колебаний . Получив команду от блока управления трансмиссией, она прижимает к внутренней поверхности корпуса агрегата под действием давления жидкости. Так как на плите расположены фрикционные накладки, она может обеспечить жесткое соединение и передачу крутящего момента от силового агрегата трансмиссии даже без участия жидкости. Блокировка может включаться на любой из передач.

Разобранный гидротрансформатор

Блокировка гидротрансформатора может быть и частичной. Если плита прижимается к корпусу устройства неполностью, гидротрансформатор переходит в режим проскальзывания . Крутящий момент при этом передаваться как через механизм блокировки, так и через циркулирующую жидкость. В этом режиме автомобиль имеет достойные динамические характеристики, а его трансмиссия продолжает работать плавно. Электроника включает частичную блокировку при разгоне и отключает при понижении скорости . У данного режима есть только один недостаток: частое его включение приводит к истиранию фрикционной накладки плиты. Продукты износа попадают в трансмиссионное масло, что отрицательно сказывается на его рабочих свойствах.

Применение гидротрансформаторов

Возьмем пример того, когда гидротрансформатор упрощает пользование автомобилем. Предположим, начинается подъем на гору после движения по ровному участку дороги. Водитель забыл о манипуляциях с педалью акселератора . Так как нагрузка на ведущие колеса увеличилась, а автомобиль сбросил скорость, частота вращения турбины должна уменьшиться. При этом уменьшилось гидравлическое сопротивление – скорость циркуляции трансмиссионного масла в гидротрансформаторе увеличилась. Это означает, что крутящий момент , передаваемый валу турбинного колеса, вырос. Водитель обнаружит, что пока лопастные колеса не синхронизировались, автомобиль двигается так, будто произошел переход на низшую передачу, как это делается в автомобилях с механической коробкой передач.

Пытливый автолюбитель может обнаружить следующее: крутящий момент может преобразовываться гидротрансформатором слишком большое число раз. Что при этом происходит? Необходимая скорость уже достигнута, однако жидкость продолжает набирать скорость вращения. Здесь на выручку приходит механизм блокировки. Он создает жесткую связь между ведущим и ведомым валом. Блокировка устроена так, что потери мощности будут минимальными. При этом гидротрансформатор не увеличит расход топлива как до, так и после блокировки.

Вот еще один вопрос: если гидротрансформатор сам может менять величину крутящего момента, зачем присоединять его к автоматической коробке передач? Дело в том, что коэффициент изменение крутящего момента данного устройства равен 2,0 – 3,5 (обычно 2,4). Это не тот диапазон передаточных чисел , который нужен для эффективной работа автомобильной трансмиссии. К тому же, гидротрансформатор никак не поможет в движении задним ходом или в случаях, когда ведущие колеса разъединены с двигателем.

Гидротрансформатор изнутри

Неисправности гидротрансформаторов

Конструкция гидротрансформатора не кажется слишком сложной. Да, каждая деталь устройства спроектирована с учетом того, что к ней будут прилагаться большие нагрузки. Однако учтите тот факт, что в тандеме с трансформатором работает и электроника. Механические и электронные компоненты рано или поздно выходят из строя , причем у разных моделей авто могут быть свои специфические неисправности. Чаще всего автолюбители отмечают следующее:

  • Появление посторонних звуков при работе трансмиссии без приложения нагрузки. Причина: износ опорных или промежуточных подшипников;
  • Появление вибрации на высоких скоростях, реже – во всех режимах работы АКПП. Причина: засоренность масляного фильтра и загрязнение трансмиссионной жидкости;
  • Выход реактора из строя и падение динамике автомобиля. Здесь стоит проверить обгонную муфту;
  • Скрежет, стук гидротрансформатора. Причина: разрушение лопастей;
  • Самопроизвольное переключение ступеней АКПП. Причина: неисправность электронной системы управления;
  • Полный выход трансмиссии из строя. Такое может произойти при обрыве соединения колеса с первичным валом коробки передач. Иногда помогает восстановление шлицевого соединения.

Отдельно стоит сказать об опасности перегрева гидротрансформатора. Если автолюбитель игнорировал необходимость замены трансмиссионного масла, трансформатор будет страдать от сухого трения и перегрева . Также стоит уделять внимание остаточному ресурсу фильтра АКПП и чистоте системы охлаждения агрегата. Обычно проблема устраняется заменой расходников, чисткой и заливкой нового масла . В запущенных случаях требуется замена отдельных узлов гидротрансформатора.

Разборка гидротрансформатора

Общие признаки выхода гидротрансформатора из строя: повышенный расход топлива, рывки при движении на постоянной скорости, а также при торможении двигателем, плохое состояние масла при замене. Как правило, масло в агрегате с изношенным гидротрансформатором имеет черный цвет. Некоторые неисправности могут указывать на поломку других деталей автоматической коробки передач, так что если вы заметили ненормальную работу трансмиссии , скорее обращайтесь к специалисту для диагностики своего авто.

Выбор нового агрегата

Найти новый гидротрансформатор не так уж сложно. Автолюбителям важно понимать, что при подборе нельзя допускать ошибок – если он выберет неподходящий агрегат, его не получится установить на свой автомобиль. Как результат, устройство нужно будет возвращать продавцу и начинать поиски снова. Чтобы не допустить ошибку, гидротрансформатор обычно ищут по:

  • VIN-коду;
  • Коду имеющегося агрегата.

Особняком стоит поиск по параметрам автомобиля. Он не всегда дает точный результат, но если вести поиски в проверенных электронных каталогах, то вероятность ошибки становятся меньше. Необходимо указывать практически все технические параметры транспортного средства – от марки, модели и года выпуска до характеристик двигателя и коробки передач.

Отдельно стоит рассказать о ремонте гидротрансформатора . Новое устройство в сборе стоит от 600 до 1000$, а иногда и больше. Ремонт же обходится в среднем в 4-6 раза дешевле. Впрочем, важно учитывать и стоимость снятия коробки передач. Как правило, мастера проводят мойку и дефектовку деталей, меняют уплотнители, гидроцилиндры, фрикционные накладки блокировочной плиты, а также по необходимости балансируют лопаточные колеса. Полный выход гидротрансформатора из строя – это запущенный случай. Автолюбителям достаточно менять расходники и вовремя проводить диагностику.

Вывод

Гидротрансформатор – это один из важных компонентов автоматических коробок передач, который делает эксплуатацию автомобиля еще более простой и комфортной. В силу относительной простоты устройства и применения деталей с большим эксплуатационным ресурсом, он редко выходит из строя. Но не стоит думать, что довести дело до капитального ремонта будет сложно. Если водитель игнорирует необходимость регулярной замены масла и фильтров, поломка случится в самый неожиданный момент. Впрочем, даже изношенный гидротрансформатор можно отремонтировать. Добиться полного выхода устройства из строя нелегко. Если вы заметили, что трансмиссия начала работать ненормально, мы советуем для начала обратиться к специалисту. Он локализует проблему и выяснит, подлежат ли компонента АКП ремонту. Так как новый гидротрансформатор стоит немалых денег, ремонт будет предпочтительнее.

Что такое Гидротрансформатор и зачем он нужен?

Главная / Рекомендуем / Что такое Гидротрансформатор и зачем он нужен?

Гидротрансформатор — устройство, необходимое автомобилям с автоматической коробкой передач для отделения трансмиссии от двигателя, заменяя сцепление.

Краткое описание

Гидротрансформатор дает возможность машинам с автоматической трансмиссией работать на холостых оборотах, благодаря полному отсоединению трансмиссии от двигателя. Располагается гидротрансформатор между двигателем и трансмиссией.

В данном устройстве для передачи движения от двигателя трансмиссии используется жидкость. При работе двигателя на малых оборотах (остановка на светофоре и т.д.) входящий крутящий момент мал, поэтому для удержания машины на месте достаточно лишь слегка удерживать педаль тормоза.

Внутри гидротрансформатор состоит из 4 элементов:

  • насос
  • турбина
  • реактор
  • трансмиссионная жидкость

Корпус гидротрансформатора прикреплен болтами к маховику двигателя, поэтому скорость его вращения равна скорости вращения двигателя. Плавники (они создают давление масла в гидротрансформаторе) так же соединены с корпусом, поэтому их скорость вращения, тоже совпадает со скоростью работы двигателя.

Соединение гидротрансформатора с трансмиссией и двигателем

Принцип работы насоса в гидротрансформаторе основан на принципе работы центрифуги. Когда происходит вращение гидротрансформатора, то жидкость отбрасывается наружу, создавая разреженное давление в центре и притягивая, тем самым, жидкость к центру. Все это очень напоминает принцип действия стиральной машины, в которой белье и вода прижимаются к стенкам барабана.

Жидкость попадает на лопасти турбины, соединенной с трансмиссией. Таким образом турбина вызывает вращение трансмиссии и машина начинает движение.

Достоинства и недостатки наличия гидротрансформатора

Современные гидротрансформаторы могут обеспечивать увеличение крутящего момента в 2-3 раза. Добиться этого возможно только если двигатель работает гораздо быстрее гидротрансформатора.

При движении с высокой скоростью частота вращения трансмиссии уравнивается с частотой работы двигателя. Разница скоростей вращения ведет к потере энергии. Эта причина приводит к перерасходу топлива (по сравнению с машинами с механическими трансмиссиями).

Для устранения данного эффекта в некоторые машины дополнительно к гидротрансформатору устанавливают блокировочную муфту. Когда обе половины гидротрансформатора набирают скорость, эта муфта соединяет их жестко, ликвидируя возможные потери производительности.

Гидротрансформатор — Torque converter

ZF Вырезка гидротрансформатора Вырезанная модель гидротрансформатора

A гидротрансформатор — это тип гидравлической муфты, которая передает крутящий момент от первичного двигателя, такого как двигатель внутреннего сгорания, на вращающуюся ведомую нагрузку. В автомобиле с автоматической коробкой передач преобразователь крутящего момента подключает источник питания к нагрузке. Обычно он располагается между гибкой пластиной двигателя и коробкой передач. Эквивалентным местом в механической коробке передач будет механическое сцепление.

. Основная характеристика гидротрансформатора — это его способность умножать крутящий момент, когда частота вращения на выходе настолько мала, что пропускает жидкость. сходит с изогнутых лопаток турбины, чтобы отклониться от статора, когда он заблокирован своей односторонней муфтой, таким образом обеспечивая эквивалент редуктора . Это отличительная особенность простой гидравлической муфты, которая может соответствовать скорости вращения, но не увеличивает крутящий момент, тем самым снижая мощность.

Некоторые из этих устройств также оснащены механизмом «блокировки», который жестко связывает двигатель с трансмиссией, когда их скорости почти равны, чтобы избежать проскальзывания и, как следствие, потери эффективности.

  • 1 Гидравлические системы
  • 2 Механические системы
  • 3 Использование
  • 4 Функция
    • 4.1 Принцип работы
    • 4.2 Элементы преобразователя крутящего момента
    • 4.3 Рабочие фазы
    • 4.4 КПД и увеличение крутящего момента
    • 4.5 Преобразователи крутящего момента с блокировкой
    • 4.6 Емкость и виды отказов
    • 5.1 Ток
    • 5.2 Прошлые

    Гидравлические системы

    Наиболее распространенной формой гидротрансформатора в автомобильных трансмиссиях является гидрокинетическое устройство, описанное в этой статье. Существуют также гидростатические системы, которые широко используются в небольших машинах, таких как компактные экскаваторы.

    Механические системы

    Существуют также механические конструкции для бесступенчатых трансмиссий И у этих тоже есть возможность умножать крутящий момент. К ним относятся маятниковый преобразователь крутящего момента Constantinesco, фрикционная приводная трансмиссия Ламберта и Variomatic с раздвижными шкивами и ременным приводом.

    Использование

    • автоматических коробок передач на легковых автомобилях, таких как легковые автомобили, автобусы и внедорожные грузовики.
    • Форвардеры и другие автомобили большой грузоподъемности.
    • Морские двигательные установки.
    • Промышленная передача энергии, такая как конвейерные приводы, почти все современные вилочные погрузчики, лебедки, буровые установки, строительная техника и железнодорожные локомотивы.

    Функция

    Теория работы

    В уравнениях движения гидротрансформатора доминирует Леонард Эйлер уравнение турбомашины восемнадцатого века:

    Уравнение расширяется и включает пятую степень радиуса; в результате свойства гидротрансформатора сильно зависят от размера устройства.

    Элементы гидротрансформатора

    A гидравлическая муфта — это двухэлементный привод, который не может увеличивать крутящий момент, в то время как гидротрансформатор имеет как минимум один дополнительный элемент — статор, который изменяет характеристики привода во время высокого проскальзывания, что приводит к увеличению крутящего момента на выходе.

    В преобразователе крутящего момента есть по крайней мере три вращающихся элемента: крыльчатка, которая приводится в движение механическим приводом первичным двигателем ; турбина, приводящая в движение нагрузку ; и статор, который расположен между рабочим колесом и турбиной, так что он может изменять поток масла, возвращающийся от турбины к рабочему колесу. Классическая конструкция гидротрансформатора требует, чтобы статор не вращался ни при каких условиях, отсюда и термин «статор». Однако на практике статор установлен на обгонной муфте , которая предотвращает вращение статора в противоположных направлениях относительно первичного двигателя, но допускает вращение вперед.

    В базовую трехэлементную конструкцию периодически вносились изменения, особенно в приложениях, где требуется большее, чем обычно, увеличение крутящего момента. Чаще всего они имеют форму нескольких турбин и статоров, каждый из которых спроектирован так, чтобы производить разную величину увеличения крутящего момента. Например, автоматическая трансмиссия Buick Dynaflow имела конструкцию без переключения передач и в нормальных условиях полагалась исключительно на преобразователь для увеличения крутящего момента. В Dynaflow использовался пятиэлементный преобразователь для обеспечения широкого диапазона увеличения крутящего момента, необходимого для движения тяжелого транспортного средства.

    Хотя это и не является строго частью классической конструкции гидротрансформатора, многие автомобильные преобразователи включают муфту блокировки для повышения эффективности передачи мощности в крейсерском режиме и уменьшения нагрева. Применение муфты блокирует турбину с рабочим колесом, в результате чего вся передача мощности осуществляется механически, что устраняет потери, связанные с гидравлическим приводом.

    Рабочие фазы

    Гидротрансформатор имеет три этапа работы:

    • Опрокидывание . Первичный двигатель передает мощность на крыльчатку, но турбина не может вращаться. Например, в автомобиле этот этап работы может происходить, когда водитель включил передачу трансмиссии, но не дает транспортному средству двигаться, продолжая применять тормоза. При остановке гидротрансформатор может обеспечить максимальное увеличение крутящего момента, если приложена достаточная входная мощность (результирующее умножение называется передаточным числом при остановке). Фаза остановки на самом деле длится в течение короткого периода, когда груз (например, транспортное средство) первоначально начинает двигаться, поскольку будет очень большая разница между скоростью насоса и турбины.
    • Ускорение . Нагрузка увеличивается, но по-прежнему существует относительно большая разница между скоростью вращения крыльчатки и турбины. В этом случае преобразователь будет производить меньшее увеличение крутящего момента, чем могло бы быть достигнуто в условиях остановки. Величина умножения будет зависеть от фактической разницы между скоростями насоса и турбины, а также от различных других проектных факторов.
    • Муфта . Турбина достигла примерно 90 процентов скорости рабочего колеса. Увеличение крутящего момента практически прекратилось, и преобразователь крутящего момента ведет себя аналогично простой гидравлической муфте. В современных автомобилестроительных приложениях обычно на этом этапе работы применяется блокировочная муфта, процедура, которая имеет тенденцию к повышению топливной экономичности.

    Ключ к способности гидротрансформатора умноженный крутящий момент лежит в статоре. В классической конструкции гидравлической муфты периоды высокого проскальзывания приводят к тому, что поток жидкости, возвращающийся от турбины к крыльчатке, противодействует направлению вращения крыльчатки, что приводит к значительной потере эффективности и возникновению значительного отходящее тепло. В тех же условиях в гидротрансформаторе возвращаемая жидкость будет перенаправлена ​​статором, чтобы способствовать вращению крыльчатки, а не препятствовать ей. В результате большая часть энергии возвращающейся жидкости восстанавливается и добавляется к энергии, прикладываемой к рабочему колесу первичным двигателем. Это действие вызывает значительное увеличение массы жидкости, направляемой в турбину, что приводит к увеличению выходного крутящего момента. Поскольку возвращающаяся жидкость изначально движется в направлении, противоположном вращению рабочего колеса, статор также будет пытаться вращаться в противоположных направлениях, поскольку он заставляет жидкость менять направление, эффект, который предотвращается односторонней муфтой статора .

    В отличие от радиально прямых лопаток, используемых в простой гидравлической муфте, в турбине и статоре гидротрансформатора используются угловые и изогнутые лопатки. Форма лопастей статора — это то, что изменяет путь жидкости, заставляя его совпадать с вращением рабочего колеса. Соответствующая кривая лопаток турбины помогает правильно направлять возвращающуюся жидкость к статору, чтобы последний мог выполнять свою работу. Форма лопастей важна, поскольку незначительные изменения могут привести к значительным изменениям в характеристиках преобразователя.

    Во время фаз опрокидывания и ускорения, в которых происходит увеличение крутящего момента, статор остается неподвижным из-за действия его односторонней муфты. Однако по мере приближения гидротрансформатора к фазе сцепления энергия и объем жидкости, возвращающейся из турбины, будут постепенно уменьшаться, вызывая аналогичное уменьшение давления на статор. Находясь в фазе соединения, возвращающаяся жидкость изменит направление и теперь будет вращаться в направлении рабочего колеса и турбины, в результате чего будет предпринята попытка вращения статора вперед. В этот момент муфта статора отключится, и крыльчатка, турбина и статор все (более или менее) повернутся как единое целое.

    Неизбежно, часть кинетической энергии жидкости будет потеряна из-за трения и турбулентности, в результате чего преобразователь будет выделять избыточное тепло (рассеиваемое во многих приложениях за счет водяного охлаждения). Этот эффект, часто называемый насосными потерями, будет наиболее выражен в условиях сваливания или около него. В современных конструкциях геометрия лопастей сводит к минимуму скорость масла при низких оборотах рабочего колеса, что позволяет турбине останавливаться на длительные периоды времени с небольшой опасностью перегрева (например, когда автомобиль с автоматической коробкой передач останавливается на светофоре или в пробке, когда все еще на передаче).

    КПД и увеличение крутящего момента

    Преобразователь крутящего момента не может обеспечить 100-процентный КПД муфты. Классический трехэлементный преобразователь крутящего момента имеет кривую КПД, напоминающую ∩: нулевой КПД при остановке, обычно повышающий КПД во время фазы ускорения и низкий КПД на фазе сцепления. Потеря эффективности, когда преобразователь входит в фазу соединения, является результатом турбулентности и помех потока жидкости, создаваемых статором, и, как упоминалось ранее, обычно преодолевается путем установки статора на односторонней муфте.

    Даже с преимуществом односторонней муфты статора преобразователь не может достичь такого же уровня эффективности в фазе соединения, как гидравлическая муфта того же размера. Некоторые потери возникают из-за наличия статора (даже если он вращается как часть узла), поскольку он всегда создает некоторую турбулентность, поглощающую энергию. Однако большая часть потерь происходит из-за изогнутых и наклонных лопаток турбины, которые не поглощают кинетическую энергию от массы жидкости, а также из-за радиально прямых лопаток. Поскольку геометрия лопаток турбины является решающим фактором в способности преобразователя увеличивать крутящий момент, компромисс между увеличением крутящего момента и эффективностью соединения неизбежен. В автомобильной промышленности, где неуклонное повышение экономии топлива требовалось рыночными силами и постановлением правительства, почти универсальное использование муфты блокировки помогло исключить преобразователь из уравнения эффективности во время крейсерской эксплуатации.

    Максимальное увеличение крутящего момента, создаваемое преобразователем, в значительной степени зависит от размера и геометрии лопаток турбины и статора и создается только тогда, когда преобразователь находится в фазе остановки или около нее. Типичный коэффициент умножения крутящего момента при сваливании находится в диапазоне от 1,8: 1 до 2,5: 1 для большинства автомобильных приложений (хотя многоэлементные конструкции используются в Buick Dynaflow и Chevrolet Turboglide может производить больше). Специализированные преобразователи, разработанные для промышленных, железнодорожных или тяжелых судовых систем передачи электроэнергии, способны к умножению до 5,0: 1. Вообще говоря, существует компромисс между максимальным увеличением крутящего момента и эффективностью — преобразователи с высоким коэффициентом торможения имеют тенденцию быть относительно неэффективными ниже скорости сцепления, тогда как преобразователи с низким коэффициентом торможения обычно обеспечивают меньшее возможное увеличение крутящего момента.

    Характеристики преобразователя крутящего момента должны быть тщательно согласованы с кривой крутящего момента источника питания и предполагаемого применения. Изменение геометрии лопастей статора и / или турбины приведет к изменению характеристик торможения крутящего момента, а также общей эффективности агрегата. Например, в автоматических трансмиссиях для дрэг-рейсинга часто используются преобразователи, модифицированные для обеспечения высоких скоростей сваливания, чтобы улучшить крутящий момент вне сети и быстрее перейти в диапазон мощности двигателя. В шоссейных транспортных средствах обычно используются преобразователи крутящего момента с более низкой стойкостью, чтобы ограничить тепловыделение и обеспечить более четкое ощущение характеристик автомобиля.

    Конструктивной особенностью некоторых автоматических трансмиссий General Motors был статор с изменяемым шагом, в котором угол атаки лопастей мог изменяться в зависимости от изменения оборотов двигателя и нагрузки. Эффектом этого было изменение величины увеличения крутящего момента, производимого преобразователем. При нормальном угле атаки статор заставлял преобразователь производить умеренное умножение, но с более высоким уровнем эффективности. Если водитель резко откроет дроссельную заслонку, клапан переключит шаг статора на другой угол атаки, увеличивая умножение крутящего момента за счет эффективности.

    В некоторых преобразователях крутящего момента используется несколько статоров и / или несколько турбин, чтобы обеспечить более широкий диапазон увеличения крутящего момента. Такие многоэлементные преобразователи чаще встречаются в промышленных условиях, чем в автомобильных трансмиссиях, но автомобильные приложения, такие как Buick Triple Turbine Dynaflow и Chevrolet Турбоглайд тоже существовал. Buick Dynaflow использовал характеристики увеличения крутящего момента своей планетарной передачи в сочетании с гидротрансформатором для пониженной передачи и обходил первую турбину, используя только вторую турбину по мере увеличения скорости автомобиля. Неизбежным компромиссом с этой компоновкой была низкая эффективность, и в конечном итоге эти трансмиссии были прекращены в пользу более эффективных трехскоростных агрегатов с обычным трехэлементным преобразователем крутящего момента. Также установлено, что КПД гидротрансформатора максимален при очень низких скоростях.

    Преобразователи крутящего момента с блокировкой

    Как описано выше, управляющие потери в преобразователе крутящего момента снижают эффективность и генерируют отходящее тепло. В современных автомобильных приложениях этой проблемы обычно удается избежать за счет использования муфты блокировки, которая физически связывает рабочее колесо и турбину, эффективно превращая преобразователь в чисто механическое соединение. В результате нет проскальзывания и практически никаких потерь мощности.

    Первым автомобильным применением принципа блокировки была трансмиссия Packard Ultramatic, представленная в 1949 году, которая блокировала преобразователь на крейсерских скоростях и разблокировалась при дроссельная заслонка была опущена для быстрого ускорения или при замедлении автомобиля. Эта функция также присутствовала в некоторых коробках передач Borg-Warner, выпущенных в 1950-х годах. В последующие годы он потерял популярность из-за своей дополнительной сложности и стоимости. В конце 1970-х муфты блокировки снова начали появляться в ответ на потребность в улучшенной экономии топлива, и теперь они почти универсальны в автомобильной промышленности.

    Пропускная способность и виды отказов

    Как и в случае базовой гидравлической муфты, теоретический крутящий момент преобразователя пропорционален r N 2 D 5 D ^ > , где r — массовая плотность жидкости (кг / м³), N — скорость рабочего колеса (об / мин ), а D — диаметр (м). На практике максимальный крутящий момент ограничен механическими характеристиками материалов, используемых в компонентах преобразователя, а также способностью преобразователя рассеивать тепло (часто посредством водяного охлаждения). Для повышения прочности, надежности и экономичности производства большинство корпусов преобразователей автомобилей имеют сварную конструкцию. Промышленные блоки обычно собираются с корпусами на болтах, что упрощает процесс осмотра и ремонта, но увеличивает стоимость производства преобразователя.

    В высокопроизводительных, гоночных и тяжелых промышленных преобразователях насос и турбина могут быть дополнительно усилены с помощью процесса, называемого пайка в печи, при котором расплавленная латунь втягивается в швы и соединения для получения более прочная связь между лопастями, ступицами и кольцевым кольцом (кольцами). Поскольку процесс пайки в печи создает небольшой радиус в точке, где лопатка встречается со ступицей или кольцевым кольцом, произойдет теоретическое уменьшение турбулентности, что приведет к соответствующему увеличению эффективности.

    Перегрузка преобразователя может привести к нескольким режимам отказа, некоторые из которых потенциально опасны по своей природе:

    • Перегрев : постоянные высокие уровни скольжения могут подавить способность преобразователя рассеивать тепло, что приведет к повреждению эластомеруплотнения, удерживающие жидкость внутри преобразователя. Это приведет к протечке устройства и, в конечном итоге, к остановке работы из-за нехватки жидкости.
    • Заклинивание муфты статора : внутренние и внешние элементы односторонней муфты статора навсегда заблокируются вместе, таким образом предотвращая вращение статора во время фазы соединения. Чаще всего заедание происходит из-за сильной нагрузки и последующей деформации компонентов сцепления. В конце концов, возникает истирание сопрягаемых частей, что вызывает заедание. Преобразователь с заеданием муфты статора будет демонстрировать очень низкий КПД во время фазы сцепления, а в автомобиле потребление топлива резко возрастет. Перегрев преобразователя в таких условиях обычно происходит при попытке продолжения работы.
    • Поломка муфты статора : Очень резкое приложение мощности может вызвать ударную нагрузку на муфту статора, что приведет к поломке. Если это произойдет, статор будет свободно вращаться в противоположных направлениях в направлении, противоположном направлению вращения насоса, и передача мощности практически не произойдет. В автомобиле эффект аналогичен серьезному случаю проскальзывания трансмиссии, и транспортное средство практически не может двигаться своим ходом.
    • Деформация и фрагментация лопасти : при резкой нагрузке или чрезмерном нагреве лопатки преобразователя, насоса и / или турбины могут быть деформированы, отделены от их ступиц и / или кольцевых колец или могут развалиться на фрагменты. По крайней мере, такой отказ приведет к значительной потере эффективности, вызывая симптомы, аналогичные (хотя и менее выраженным) тем, которые сопровождают отказ муфты статора. В крайних случаях произойдет катастрофическое разрушение преобразователя.
    • Раздувание : продолжительная работа при чрезмерной нагрузке, очень резкое приложение нагрузки или работа преобразователя крутящего момента на очень высоких оборотах в минуту может вызвать форма корпуса преобразователя должна быть физически искажена из-за внутреннего давления и / или напряжения, вызванного инерцией. В экстремальных условиях вздутие живота вызовет разрыв корпуса преобразователя, что приведет к сильному разлету горячего масла и металлических фрагментов по большой площади.

    Производители

    Current

    • Aisin AW, used в автомобилях
    • Allison Transmission, используется в автобусах, мусоровозах, пожарных, строительных, распределительных, военных и специальных приложениях
    • BorgWarner, используется в автомобилях
    • Exedy, используется в автомобили
    • Isuzu, используемые в автомобилях
    • Jatco, используемые в автомобилях
    • LuK USA LLC, производит преобразователи крутящего момента для Ford, GM, Allison Transmission и Hyundai
    • Subaru, используемые в автомобилях
    • Twin Disc, используемых в транспортных средствах, судостроении и нефтепромыслах
    • Valeo, производит Torque преобразователь для Ford, GM, Mazda, Subaru
    • Voith Turbo-Transmission, используемый во многих тепловозах и дизельных двигателях
    • ZF Friedrichshafen, автомобили, лесохозяйственные машины, популярные в городе автобусные приложения

    Прошлые

    • Lysholm-Smith, названные в честь своего изобретателя, Альфа Лисхолма, производились Leyland Motors и использовались в автобусах с 1933 по 2009 год, а также некоторые легкие и Ulster Transport Authority дизельные многоканальные двигатели
    • Mekydro, используемые в British Rail Class 35 локомотивов Hymek.
    • Packard, используется в автомобильной трансмиссии Ultramatic
    • Rolls-Royce (Twin Disc), используется в некоторых дизельных агрегатах British United Traction
    • Vickers-Coates

    См. Также

    • Муфта
    • Гидравлическая муфта
    • Сервомеханизм
    • Усилитель крутящего момента
    • Водяной тормоз

    Справочная информация

    1. ^Гидродинамические муфты и преобразователи. Справочник по автомобилестроению (3-е изд.). Роберт Бош. п. 539. ISBN 0-8376-0330-7 .
    2. ^«Espacenet — Исходный документ». Worldwide.espacenet.com. 1933-03-07. Проверено 21 июля 2014.
    3. ^«Архивная копия». Архивировано с оригинального 02.03.2010. Проверено 31 октября 2009 г. CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка )
    4. ^[1]

    Внешние ссылки

    На Викискладе есть материалы, связанные с преобразователями крутящего момента .
    • Статья HowStuffWorks о гидротрансформаторах
    • Видео на YouTube о гидротрансформаторах

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *