При установившемся режиме работы сумма моментов, приложенных извне к гидромуфте равна нулю. Такими моментами являются М₁, приложенный со стороны двигателя к ведущему валу 5 насосного колеса (рис. 36, б); момент сопротивления потребителя М₂ приложенный к ведомому валу турбинного колеса 4 и момент трения М_в вращающегося корпуса 3 об окружающую среду:

.

Момент М_в обычно мал. Поэтому принимают, что момент от двигателя передаётся потребителю без изменений. Главная часть момента передаётся турбинному колесу потоком жидкости, обтекающим лопастные системы, только при обгоне турбинного колеса насосным, когда .

Отношение частот вращения ведомого и ведущего валов  называют передаточным отношением.

Относительная разность частот вращения  называется скольжением. Без скольжения расход Q и момент M равны нулю. При малых частотах вращения выходного вала  турбинное колесо оказывает малое противодействие протеканию потока рабочей жидкости при этом расход и передаваемый момент максимальны.

Характеристики гидромуфт. Работу гидромуфт отражают внешние и внутренние характеристики. Внутренние представляют зависимости между параметрами потока жидкости в рабочей полости гидромуфты, внешние – зависимости внешних параметров гидромуфты от передаточного отношения при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости, частоте вращения или крутящем моменте входного звена.

Внешние характеристики (рис. 5.18) делятся на:

1) Тяговая характеристика – это внешняя характеристика гидромуфты при таком режиме работы гидромуфты, при котором мощность передается от входного к выходному звену. В тяговую характеристику входит зависимости крутящего момента и КПД от частоты вращения выходного вала n₂ при постоянной частоте вращения входного вала  или от передаточного отношения i (рис. 5.18, а).

Рис. 5.18.  Внешние характеристики гидромуфт: а) тяговая; б) полная; в) универсальная

На тяговой характеристике различают режимные точки:

- режим холостого хода (точка 1) – работа гидромуфты при отсутствии нагрузки на ведомом звене, теоретически при этом частоты вращения ведущего звеньев гидромуфты равны и передаточное отношение i_x.x = 1, КПД равно 0;

- номинальный режим работы (точка 2) – это режим при котором гидромуфта имеет максимальный КПД η = 95 - 98% и ;

- стоповым режимом (точка 3) называется такой режим работы при остановленном турбинном колесе (n₂=0) i = 0.

Тяговая характеристика может быть приведена к безразмерному виду. Для этого по законам подобия заменяют зависимости момента и мощности зависимостями коэффициента момента  и коэффициента мощности  от передаточного отношения по формулам:

 и , (54)

где D_а – активный диаметр гидромуфты.

2) Полной характеристикой гидромуфты называется внешняя характеристика, отражающая тяговый, тормозной и обратимый режимы работы (рис. 5.18, б).

Тормозной режим – режим, при котором мощность подводится к гидромуфте со стороны одного из звеньев при остановленном другом или со стороны обоих звеньев. Различают:

- обгонный – такой тормозной режим, при котором на выходном звене знак крутящего момента противоположен, а направление вращения соответствует тяговому режиму работы. Турбинное колесо начинает работать как насосное, т.к. n₂ > n₁, а насосное как турбинное колесо;

- режим противовращения – тормозной режим при котором входные и выходные звенья гидромуфты вращаются в разные стороны.

Обратимый режим – режим, при котором мощность передается от выходного звена гидромуфты к входному.

3) Универсальная характеристика гидромуфты – совокупность её внешних характеристик, полученных при различных частотах вращения входного звена (рис. 5.18, в). Обычно с ней совмещается характеристика передаваемого крутящего момента, полученного при различных КПД или i.

Регулирование гидромуфт

Регулирование гидромуфт – это управляемое изменение скорости выходного вала или его крутящего момента осуществляемое следующими способами:

1) изменением заполнения рабочей полости жидкостью – объёмное регулирование;

2) изменением формы рабочей полости – механическое регулирование;

Объёмное регулирование – это работа гидромуфты с частичным заполнением рабочей полости. Существует несколько конструктивных разновидностей таких муфт (рис. 5.19):

Рис. 5.19.  Схемы регулируемых гидродинамических муфт: а) регулируемой насосом;  б) регулируемой насосом и неподвижной черпательной трубкой; в) регулируемой подвижной черпательной трубкой

- Гидромуфта, регулируемая насосом (рис. 5.19, а), состоит из насосного 1 и турбинного 2 колес, расположенных внутри неподвижного масляного резервуара – кожуха 3. При работе гидромуфта теряет рабочую жидкость, вытекающую из рабочей полости через жиклеры (ниппели) 7 под действием центробежной силы, а необходимый объем рабочей жидкости в полости поддерживается питающим насосом 4. Насос 4 подает жидкость из масляного резервуара через теплообменник 5 на вход насосного колеса при включенном регулировочном золотнике 6. Управляя регулировочным золотником, изменяют заполнение рабочей полости гидромуфты. Это приводит к изменению передаваемого гидромуфтой крутящего момента передаточного отношения i.

- Гидромуфта, регулируемая насосом и неподвижной черпательной трубкой (рис. 5.19, б). За счет увеличения кожуха образуется дополнительная камера 8, в которой вращается неподвижно закрепленная на валу турбинного колеса 2 черпательная трубка 9. Дополнительная и рабочая полости муфты работают по принципу сообщающихся сосудов. Внешняя опора 10 является элементом основания – внешнего масляного резервуара 3. Он связан через питающий насос двустороннего действия 4 и теплообменник с дополнительным объемом гидромуфты.

Управление рассмотренной гидромуфтой осуществляется насосом через коллектор с большим давлением, обеспечивающим быстрый отвод жидкости из рабочей полости гидромуфты и затрудняющим ее подвод, когда необходимо увеличить передаваемый гидромуфтой крутящий момент.

- Гидромуфта, регулируемая насосом и подвижной черпательной трубкой (рис. 5.19, в), включает насосное 1 и турбинное 2 рабочие колеса, дополнительный объем 8 образуемый кожухом, подвижную относительно вала коллектора 12 черпательную трубку 9, внешний масляный резервуар-основание 3 с внешней опорой. Дополнительная и рабочая полости муфты являются сообщающимися сосудами. Отвод жидкости из рабочей полости осуществляется под действием напора в дополнительном объеме через черпательную трубку. При этом чем больше заглублена трубка, тем интенсивнее отводится рабочая жидкость. Заглубление черпательной трубки регулируется поворотом зубчатого сектора коллектора рукояткой управления 14. Отводимая рабочая жидкость сливается во внешний резервуар. Подача рабочей жидкости в гидромуфту осуществляется питающим насосом из внешнего резервуара через теплообменник, коллектор на валу насосного колеса и далее по каналам вала до входа в насосное колесо. Закрытием вентиля 13 прекращается подача жидкости в гидромуфту и рабочая жидкость от насоса сливается во внешний резервуар через перепускной клапан 11.

Эта гидромуфта является наиболее распространенной из-за достаточного быстродействия как при отводе жидкости из муфты, так и при подводе её в рабочую полость.

Недостаток гидромуфт, регулируемых изменением наполнения рабочей полости: при некотором заполнении рабочей полости жидкостью и при определенной нагрузке ведомого звена они теряют устойчивость. Что снижает их регулирующие возможности.

Существуют следующие схемы механического регулирования гидромуфт:

Рис. 5.20.  Схемы механического регулирования гидромуфт: а) перемещением шибера;  б) изменением объема сбросной камеры; в) выдвижением лопастей; г) поворотом лопастей

- Гидромуфта с шиберным регулированием (рис. 5.20, а). Шибер 1 играет роль регулирующего органа и представляет собой кольцеобразную заслонку, расположенную в нише турбинного колеса. При движении шиберного кольца в проточную полость перекрываются межлопастные каналы турбины поток рабочей жидкости завихряется и несколько снижается передаваемый гидромуфтой момент. Применяют в машинах, где необходимо плавное изменение передаваемого приводом момента в небольшом диапазоне.

- Гидромуфта с переменным объемом сбросной камеры (рис. 5.20, б). В этой схеме за счет дополнительной камеры с подвижной заслонкой 3 и пружиной 2 изменяется форма рабочей полости. Заслонка 3 не дает мгновенно сбрасываться рабочей жидкости в дополнительную камеру. Когда под напором жидкости заслонка сжимает пружину 2, объем сбросной камеры постепенно увеличивается и изменяется передаваемый момент. В этой схеме ручное регулирование заменяется автоматическим.

- Гидромуфта с выдвижными лопастями (рис. 5.20, в) изменение передаваемого крутящего момента происходит за счет изменения рабочей поверхности лопастей. При выдвижении лопастей 7 через щели из чаши турбинного колеса уменьшается площадь контакта лопастей гидромуфты с рабочей жидкостью. Следовательно, снижается передаваемый гидромуфтой крутящий момент.

- Гидромуфта с поворотными лопастями (рис. 5.20, г). Лопатки 8 сворачиваются относительно оси, параллельной оси муфты при помощи зубчатого механизма 9 из нормального положения В в положение полного перекрытия межлопастных каналов Б. При этом уменьшается передаваемый гидромуфтой момент. Недостаток: сложность конструкции.

Гидродинамические трансформаторы. Основные понятия и        классификация

Это энергетические машины, обеспечивающие гибкое соединение валов и передачу мощности с входного вала на выходной с преобразованием крутящего момента и изменением скорости вращения ведомого вала по сравнению со скоростью вращения ведущего. В гидротрансформаторе между насосным и турбинным колёсами устанавливают колесо реактора, соединённое с неподвижным корпусом. Принцип действия гидротрансформаторов такой же, как и у гидромуфт, лопасти колеса реактора играют роль направляющей для рабочей жидкости.

Гидродинамические трансформаторы, или преобразователи крутящего момента, классифицируются на основе наиболее характерных свойств и особенностей конструкции.