книги из ГПНТБ / Стесин С.П. Гидродинамические передачи учебник

С. П. СТЕСИН, Е. А. ЯКОВЕНКО

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ П Е Р Е Д А Ч И

М О С К В А «МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1973

С79 УДК 621.83 : 532.5

Стесин С. П., Яковенко Е. А. Гидродинамические передачи. М., «Машиностроение», 1973, 352 с.

В учебнике излагаются основы теории гидродинами­ ческих передач. Описываются устройство, принцип

дятся различные схемы и характеристики гидродинами­

Учебник может быть полезен также инженерам и техникам конструкторских бюро и заводов, занятых разработкой и производством гидродинамических пе­ редач. Табл. 16, ил. 189, список лит. 28 назв.

Гсп. п"б 'ичная

ЧИТАЛЬНОГО ВАЛА

Р е ц е н з е н т ы : Кафедра гидравлики и гидропривода Волгоградского политехнического института

и канд. техн. наук Ф. А. ЧЕРПАК

336—024 038(01)—73 24—73

© Издательство «Машиностроение», 1973.

ВВЕДЕНИЕ

Гидропривод состоит из трех основных элементов: гидропере­ дачи, устройства управления, обслуживающих устройств.

Гидропередача — силовая часть гидропривода — осуществляет преобразование механической энергии двигателя в энергию потока и затем преобразование энергии потока в механическую энергию рабочего органа. При этом носителем энергии является рабочая жидкость.

В качестве преобразователей энергии в гидропередачах при­ меняются насосы и гидродвигатели. Если в качестве насоса и дви­ гателя используются лопастные машины, то такие передачи назы­ ваются гидродинамическими; если в качестве преобразователя энергии применяются объемные насосы или двигатели, то такие передачи называются гидрообъемными. В результате объединения гидродинамической и гидрообъемной передач можно получить новую передачу, называемую турбообъемной.

Устройство управления служит для управления потоком рабо­ чей жидкости, связи звеньев гидропередач с двигателем, взаимной связи звеньев и элементов гидродинамической трансмиссии.

К обслуживающим устройствам относятся системы охлаждения, питания и очистки рабочей жидкости. Для привода гидропередачи применяются двигатели различных типов. На строительных и дорожных машинах, а также автомобилях, в качестве приводных наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Гидропередача в приводе с двигателем внутреннего сго­

на рис. 1).

2.Неспособность преодолевать большие перегрузки, так как крутящий момент, развиваемый двигателем, меняется в неболь­ ших пределах.

3.Максимальный момент в точке В больше момента в точке А на 5—15% (при использовании турбонаддува на 30%). Расчет привода ведут по моменту в точке А,

4.Несоответствие динамической и статической характеристик двигателя при высокочастотных сравнительно больших по ампли­ туде колебаниях скоростей вращения двигателя.

5.Невозможность реверсирования коленчатого вала.

6.Сравнительно малый диапазон регулирования крутящего момента.

Идеальная характеристика двигателя обеспечивает максималь­ ную мощность во всем скоростном диапазоне. Из формулы N = = M (à = const видно, что графически мощность выражается ги­ перболической кривой (см. рис. 1,6). Применение механической

Рис. 1. Характеристики привода:

а — характеристика двигателя внутреннего сгорания; б — идеальная характеристика привода; — — — — — характеристика привода с ме­ ханической коробкой передач

коробки передач позволяет приблизить характеристику двигателя к идеальной характеристике (см. на рис. 1, б пунктирную линию). Однако, как видно из графика, это приближение ступенчатое. Лучшими характеристиками (с точки зрения более полного исполь­ зования максимальной мощности двигателя) обладает передача, осуществляющая бесступенчатое регулирование скорости и мо­ мента. К таким гидравлическим передачам относятся гидродина­ мические передачи.

Гидродинамические передачи, применяемые в приводах машин, позволяют получить:

1. Глубокое регулирование скорости, позволяющее получить монтажные и «ползучие» скорости, которые важны для строитель­ ных и дорожных машин.

2. Улучшение пусковых качеств машины, так как гидродина­ мическая передача позволяет осуществить пуск машины под на­ грузкой,

4

3. Повышение надежности основных узлов машины, так как гидродинамическая передача:

а) предохраняет двигатель от перегрузки. При этом режим ра­ боты двигателя может не зависеть от режима работы ведомого вала. Это в целом увеличивает моторесурс двигателя в некоторых случаях на 50— 100% [3];

б) предохраняет от перегрузки также механизмы трансмиссии и рабочие органы машины; при этом существенно снижаются дина­

смеханической трансмиссией).

5.Облегчение труда машиниста благодаря автоматизации ра­ бочего процесса.

На рис. 2 показана гидродинамическая передача, в которой насос и двигатель связаны трубопроводами. Жидкость от насоса H поступает в турбину Т через трубопровод 2 и направляющие ап­ параты, а от турбины к насосу — по трубопроводу 1.

При протекании жидкости в трубопроводах / и 2 происходят значительные гидравлические потери энергии жидкости, которые зависят от вязкости и скорости жидкости, а также шероховатости стенок и размеров трубопроводов.

В 1902 г. Г. Феттингер предложил объединить в одном корпусе два основных элемента гидропередачи — насос и турбину, при этом отпала необходимость в подводящем и отводящем трубопро­ водах. Передачу, в которой насос, турбина и реактор объединены в одном корпусе, назвали гидротрансформатором. Жидкость в ра­ бочей полости гидротрансформатора движется по замкнутому кон­ туру.

на морских судах были установлены быстроходные двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины вместо тихоходных паро­ вых двигателей. В приводе такой судовой установки был уста­ новлен гидротрансформатор Г. Феттингера, который имел макси­ мальный к. п. д. (85%).

Для повышения экономичности гидродинамической передачи был изъят реактор. Так появилась новая гидродинамическая передача, получившая название гидромуфты (рис. 3, б). Макси­ мальный к. п. д. гидромуфты достигает 97—98%. Однако из-за отсутствия реактора в гидромуфте не происходит преобразования крутящего момента, как в гидротрансформаторе. Гидромуфта

5

(в сочетании с зубчатыми передачами) была применена также в при­ воде гребных винтов на судах с паровыми турбинами.

Достоинства гидродинамических передач способствовали их широкому распространению в различных областях промышлен­ ности. Так, для гидравлических передач автобусов один из первых гидротрансформаторов (фирма Лисхольм—Смит) был создан в Шве­ ции в 1928 г. В 1933 г. приступили к серийному изготовлению таких передач в Англии. На серийных легковых автомобилях гидротрансформаторы с механической передачей стали устанавли­ вать с 1947 г. (передача «Дайнафлоу», автомобиль «Бьюик» и др.).

трубопроводы

В СССР первая гидромуфта создана в 1929 г. проф. А. П. Куд­ рявцевым. Первый гидротрансформатор спроектирован и построен в 1932—1934 гг. в МВТУ им. Н. Э. Баумана. Это был трехколес­ ный гидротрансформатор мощностью 44 кВт.

Внастоящее время гидродинамические передачи применяются

вприводах транспортных, строительных, дорожных, горных и дру­

гих машин, имеющих переменные нагрузки на рабочих органах. К недостаткам гидродинамических передач относятся сле­

дующие.

1. Более низкий к. п. д. гидротрансформаторов (90—83%) на расчетном режиме по сравнению с к. п. д. механической передачи (93—97%). Правда, гидромуфты имеют максимальный к. п. д. 97—98%, но из-за отсутствия реактора гидромуфты не трансфор­

смеханическими передачами.

3.Необходимость систем питания и охлаждения.

6

ГЛАВА 1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

В основу классификации гидродинамических передач поло­ жены те их свойства, которые представляют интерес для потреби­ теля, а именно:

Гидродинамические передачи

Регулируемые Нерегулируемые

Рис. 4, Классификация гидродинамических передач

§ 3. ОСОБЕННОСТИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ

Рассмотрим особенности рабочего процесса в гидротрансфор­ маторах и гидромуфтах. Абсолютная скорость с движения рабочей жидкости в любой точке рабочего колеса представляет собой гео­ метрическую сумму относительной скорости движения вдоль ло­ патки w и окружной или переносной скорости вращения и вместе с колесом (рис. 5, а).

Абсолютную скорость с можно также разложить на две состав­ ляющие:

лопастных гидромашин Л. Эйлера. Основные допущения этой теории следующие.

1. Поток в области рабочего колеса представляет собой эле­ ментарные струи, разделенные поверхностями тока осесимметричного потока в меридиональном сечении.

2.Число лопаток принимается бесконечно большим, а тол­ щина их бесконечно малой.

3.Направление потока на выходе из рабочего колеса зависит

ипоэтому все расчеты можно вести для средней линии тока.

6.Изменения момента количества движения жидкости в без­ лопаточном пространстве не происходит.

Уравнения моментов. Установим, какой крутящий момент необходимо приложить к насосу или какой крутящий момент воз­ никает на турбине, если через них протекает жидкость, скорость течения которой определяется треугольниками скоростей, пока­ занными на рис. 5.

По теореме о моменте количества движения секундное измене­ ние этого момента равно моменту внешних сил, действующих на данное колесо. Секундное изменение момента количества движе­ ния жидкости в рабочем колесе

ния жидкости;

9