studiul transmisiilor hidromecanice

7/25/2019 studiul transmisiilor hidromecanice

1/16

tudiul transmisiilor hidromecanice

Transmisiile realizate prin asocierea unei transmisii hidraulice (in majoritatea covarsitoare a

cazurilor hidrotransformator) cu un schimbator de viteze si cu reductoare mecanice se numesc

transmisii hidromecanice (THM).

Dupa modul in care fluxul de putere strabate componentele transmisiei se disting:

! Transmisii hidromecanice serie (THM"). "unt acele transmisii la care fluxul de putere

strabate succesiv toate componentele transmisiei#

$! Transmisii hidromecanice diferentiale (THMD). "unt acele transmisii la care puterea se

transmite pe mai multe ramuri astfel incat componenta hidraulica este parcursa numai de o parte

a puterii de la intrare% cealalta parte fiind transmisa pe ramurile mecanice#

&' Transmisii hidromecanice mixte (THMM). "unt acele transmisii care in anumite

regimuri de functionare se comporta ca transmisii hidromecanice serie% iar in altele ca transmisii

hidromecanice diferentiale.tilizarea tot mai frecventa a THM la automobile este justificata de urmatoarele avantaje:

variatia continua si automata a fortei de tractiune in functie de marimea rezistentei la

inaintare a automobilului#

sporirea vitezei medii de deplasare a automobilului#

pierderi minime de putere la schimbarea treptelor de viteza in componenta mecanica#

cresterea capacitatii de progresiune a automobilului la rampe mari si in

terenuri cu aderenta scazuta#

simplificarea conducerii automobilului si posibilitatea completei automatizari

a transmisiei#

poluare chimica redusa datorita folosirii motorului mai aproape de polul

economic si eliminarii accelerarilor si decelerarilor la schimbarea treptelor#

reducerea sarcinilor dinamice si amortizarea oscilatiilor de torsiune datorita prezentei

transmisiei hidrodinamice.

Trebuie mentionat ca proiectarea si realizarea transmisiilor hidromecanice sunt mai

complicate si mai costisitoare decat ale celor mecanice. Totusi% experienta acumulata si

tehnologiile performante utilizate astazi in realizarea unor serii foarte mari de astfel de

transmisii (milioane de unitati anual) fac ca diferenta de cost% comparativ cu a celor mecanice%

sa devina nesemnificativa. De asemenea% un punct slab al transmisiilor hidrodinamice il

constituie consumul de combustibil. "e evidentiaza faptul ca acest dezavantaj a fost aproape

in totalitate eliminat prin utilizarea hidrotransformatorului numai la pornirea din loc sau la

conditii grele demers si la viteze reduse% pana la cca. $* +m,h% dupa care acesta este scosdin functiune prin blocare% indiferent de treapta de viteza in transmisia mecanica% in

continuare puterea fiind transmisa prin transmisia mecanica planetara cu randament superior

transmisiilor mecanice clasice.

1. Parametrii functionali de apreciere a transmisiei hidromecanice

-erformantele transmisiei hidromecanice referitoare la demultiplicarea

turatiei% amplificarea cuplului% randamentul transmiterii puterii% adaptabilitatii la tractiune etc%

se apreciaza prin urmatorii parametri:

1.Raportul de transmitere cinematica, ihm%definit ca raport al vitezelor unghiulare

(turatiilor) ale arborilor de intrare% /% si de iesire. /$% ai transmisiei:

(a)


2/16

0vand in vedere faptul ca la pornirea din loc a automobilului valoarea raportului de

transmiterecinematica este infinita (/$12)% este mai usor% in reprezentarile grafice% sa se opereze

cu inversul acestuia% adica:

(b)

Raportul de transformare a cuplului (momentului). khm, sau raportul de transmitere

dinamica% definit ca raport al momentelor la arborii de iesire% M$% si deintrare% M. 3aportul se ia

cu semnul '4' intrucat se considera ca momentul la arborele de iesire este un moment rezistent: ($)

3.Coeficientul de incarcare a pompei hidrotransformatorului din componenta

transmisiei hidromecanice% (5-% definit ca raport al puterilor de la arborele

pompei hidrotransformatorului%-p% si de la arborele de intrare al transmisiei% P1: (&)

Daca 5-1% atunci puterea care se transmite prin pompa hidrotransformatorului este egala

cu puterea de la arborele de intrare al transmisiei hidromecanice. 6ste cazul transmisiilor

hidromecanice serie la care puterea de la arborele de intrare strabate succesiv toate

componentele transmisiei.

Daca 275p7l% atunci prin hidrotransformator se transmite numai o parte din puterea de la

arborele de intrare% cealalta parte fiind transmisa pe ramurile mecanice. 6ste cazul transmisiilorhidromecanice diferentiale fara circulatie interioara de putere.

Daca 5-8% atunci ramura hidraulica (a hidrotransformatorului) este parcursa de o putere mai

mare decat puterea de la arborele de intrare in transmisia hidromecanica. 6ste cazul transmisiilor

hidromecanice diferentiale cu circulatie interioara de putere pe ramura mecanica.

Daca 5p72% atunci fluxul de putere pe ramura hidraulica schimba de sens% adica se

transmite de la turbina la pompa si arborele pompei devine condus. 6ste cazul franarii cu

motorul a automobilului sau a circulatiei interioare de putere pe ramura hidraulica.

9a proiectarea THM se recomanda evitarea situatiilor in care 5-8 si 5p72. n primul caz%

(5-8)% randamentul THM este scazut intrucat randamentul mai scazut al hidrotransformatorului va

afecta o putere mai mare decat puterea de la intrarea in transmisie. -e de alta parte%hidrotransformatorul% prelucrand o putere mai mare% va avea dimensiuni de gabarit mai mari%

rezultand o THM cu dimensiuni mai mari. n cel de al $4lea caz% (5p72)% hidrotransformatorul

functioneaza cu randament nesatisfacator intrucat turbina functioneaza ca pompa iar pompa ca

turbina. 0cest caz este inevitabil la coborarile pantelor lungi sau pe drumuri cu aderenta

scazuta cand se realizeaza franarea automobilului cu motorul.

4.Randamentul transmisiei hidromecanice, ;hm% definit ca raport al puterilor de la

arborele de iesire% -$% si de ia arborele de intrare% -.

(


3/16

3elatiile anterioare evidentiaza in ce masura valorile coeficientului 5p

influenteaza randamentul THM comparativ cu randamentul hidrotransformatorului.

0stfel% daca 5p1 l atunci randamentul transmisiei hidromecanice este egal cu

randamentul hidrotransformatorului din componenta transmisiei. 6ste cazul THM" (in ipoteza

enuntata mai sus).

Daca 275p7 atunci randamentul transmisiei hidromecanice este mai mare decat

randamentul transmisiei hidrodinamice din componenta transmisiei (;hm8;h). 0cesta este marele

avantaj al transmisiilor hidromecanice cu ramificare de putere. n cazul 5p8l% rezulta ;hm 7;h si

trebuie% pe cat posibil% evitat.

5.Coeficientul de neadaptabilitate, >hm% definit ca raport al momentelor maxim si minim

de la arborele de intrare in transmisia hidromecanica% cand turatia acestuia este constanta:

(*)

?oeficientul de neadaptabilitate evidentiaza masura in care variatia sarcinii aplicate

arborelui de iesire influenteaza variatia sarcinii la arborele de intrare. 0cest coeficient este similar

coeficientului de neadaptabilitate al hidrotransformatorului% >h.

.!ama de "ariatie a raportului de transmitere cinematica% @ihm% definit ca

raport al valorilor maxima si minima ale ui ihm:

(A)

#.!ama de "ariatiea raportului de transformare a momentului, @+hm% definit ca

raport al valorilor maxima si minima ale lui +hm:

()


4/16

Daca transmisia hidromecanica este complet adaptabila (momentul Mnu se modifica la

variatii ale momentului M$la arborele de iesire)% atunci:

(B)

adica gama de variatie a raportului de transformare a momentului este chiar gama de variatie a

momentului la arborele de iesire% M

1.1. Parametrii functionali de apreciere a transmisiei hidromecanice serie

Cigura . "chema bloc a THM". r reductor# HT 4 hidrotransformator# "v4

schimbator de viteze planetar

?aracteristica constructiva esentiala a $%&' este dispunerea in serie

cu hidrotransformatorul a unui schimbator de viteze% in majoritatea cazurilor% planetar si a unor

reductoare (la nevoie) cu scopul extinderii gamei de variatie a raportului de transmitere

cinematica si a gamei de variatie a raportului de amplificare a momentului% pentru o mai buna

adaptare a automobilului la cele maidiverse condtii de deplasare% fig. .

Cluxul de putere de la motorul de antrenare strabate succesiv reductorul% r%

hidrotransformatorul% HT% si schimbatorul de viteze% " v. De cele mai multe ori

reductorui% r% din fata hidrotransformatorului lipseste.

1.Raportul de transmitere cinematica, ihm% "e determinafacand produsul rapoartelor de transmitere cinematica ale subansamblelor din

componenta transmisiei:

(E)

unde ir% ihsi issunt rapoartele de transmitere cinematica ale reductoarelor%

hidrotransformatorului si schimbatorului de viteze.

0vand in vedere ca schimbatorul de viteze are F trepte se obtin expresiile:

(2)

unde i"vnsunt rapoartele de transmitere cinematica ale schimbatorului de viteze in etajele %$%%F.

"e considera ca i"v 8i"v$8i"vF

Raportul de transformare a momentului, khm."e determina facand produsul

rapoartelor de transformare a momentului din fiecare subansamblu al THM":

(a)

unde ;rsi ;s sunt randamentele reductorului% respectiv schimbatorului de viteze.0vand in vedere ca schimbatorul de viteze are F trepte de viteza se obtin relatiile:


5/16

(b)

3.Coeficientul de incarcare a pompei hidrotransformatorului, p.

-uterea preluata de pompa este -p1-;r.

3ezulta:

($)

-entru schema cinematica a THM" din fig.% coeficientul de incarcare a pompei este

chiar randamentul reductorului aflat inaintea hidrotransformatorului (HT). De regula% la cele

mai raspandite THM"% reductorul lipseste si atunci 5p1

4.Randamentul $%&' hm.

Din relatiile (


6/16

variatia raportului de transmitere cinematica este determinata de hidrotransformatorsi

schimbatorul de viteze% din relatiile (A) si (E) rezulta:

(E)

unde @i"veste gama de variatie a raportului de transmitere cinematica alschimbatorulu

i de viteze# @ih gama de variatie a raportului de transmitere

cinematica al hidrotransformatorului.

#.!ama de "ariatie a raportului de transformare a momentului, @+hm.

Ialorile maxima si minima ale raportului de transformare a momentului se determina

cu expresiile:

($2a)

($2b)

Din relatiile () si (E) rezulta:

($)

unde @+h este gama de variatie a raportului de transformare a momentului in

hidrotransformator.

Observatie: Jama de variatie a raportului de transmitere cinematica si a raportului de

transformare a momentului in THM" depind de caracteristicile constructive ale

hidrotransformatoruiui si de numarul de trepte ale schimbatorului de viteze din componenta

transmisiei.

1. Parametrii functionali de apreciere a transmisiei hidromecanicediferentiale.

Transmisiile hidromecanice diferentiale (THMD) se deosebesc de transmisiile mecanice

cu ramificare de putere prin aceea ca pe una din ramuri este amplasat un hidrotransformator

complex sau polifazat. De regula hidrotransformatorul se afla pe aceeasi ramura cu schimbatorul

de viteze planetar% fig.$ si fig.&.

Cigura "chema transmisiei cu ramificare de putere cu diferential la iesire


7/16

Cigura &. "chema transmisiei cu ramificare de putere cu diferential la intrare

n comparatie cu THM"% THMD ofera urmatoarele avantaje:

K 3andament mai bun si zone mai extinse de functionare cu randament ridicat#

K -osibilitatea reducerii dimensiunilor hidrotransformatoului.

1.1. Transmisii hidromecanice diferentiale cu diferential la iesire

fara circulatie interioara de putere% tipul 0% si cu circulatie interioara de putere pe ramura

mecanica% r% tipul L% fig.


8/16

si

($


9/16

Cigura *. Transmisia Transaxle -NOT0?4Tempest. a) "chema cinematica# b) "chema bloc.

1. Transmisii hidromecanice diferentiale cu diferential la intrare

fara circulatie interioara de putere% tipul D% cu circulatie interioara de putere pe ramura mecanica%

r% tipul >% si cu circulatie interioara de putere pe ramura hidraulica% h% tipul Q% fig.*a si b.

Cigura A. "chema bloc a THMD cu diferential la intrare% a) Tipurile D si > b) Tipul Q

1.Raportul de transmitere cinematica, ihm

3aportul de transmitere cinematica se calculeaza cu expresiile:

($B)

sau

($E)

unde ihr$% i$rh$reprezinta produsul rapoartelor de transmitere cinematica ale subansamblelor de

pe bucla inchisa parcursa in succesiunea indicata de indici# i$hl%

i$rprodusul rapoartelor de transmitere ale subansambieior de pe ramura hidraulica% espective

mecanica% r% parcurse in succesiunea indicata de indici.


10/16

Raportul de amplificare a momentului, khm

3aportul de amplificare a momentului se calculeaza pe baza relatiilor generale:

(&2)

unde ;$hr$% ;$rh$reprezinta produsul randamentelor subansamblelor transmisiei de pe bucla inchisa

parcursa in succesiunea indicata de indici: ;$hi% ;$rl4 produsul randamentelor subansamblelor

transmisiei de pe ramura hidraulica% respectiv mecanica% parcurse in succesiunea indicata de

indici.

3.Coeficientul de incarcare a pompei hidrotransformatoruiui, p

-entru transmisiile de tipul d si > momentul la arborele pompei

hidrotransformatorului se determina cu relatia:

(&)

unde ;?0este randamentul mecanismului diferential pe circuitul ?0% cand /L12#

i0-%;0- raportul de transmitere cinematica% respectiv randamentul de la arborele 0 pana la

arborele pompei HT4lui.

?oeficientul de incarcare a pompei se calculeaza cu relatia:

(&$)

"e calculeaza raportul % iThfiind raportul de transmitere cinematica pe

ramura hidraulica de la turbina pana la iesire.

6xpresia (&$) devine:

(&&)

nlocuind pe ihmdin expresia ($E) se obtine:

(&


11/16

unde:

(&A)

este coeficientul momentului la arborele de intrare in transmisie.

Nbservatie: ?oeficientul 5-depinde de raportul de transmitere cinematica si nu de

raportul de transformare a momentului ca la transmisiile cu diferential la iesire.

Transmisia este de tipul D daca i$hr$72 si de tipul > daca 27i$hr$7 deoarece irn primul caz 275-7l%

iar in al $4lea caz 5-8.

Transmisia de tipul Q nu se recomanda pentru transmisia automobilelor intrucat la

pornirea din loc pompa hidrotransformatorului nu se roteste% fiind in legatura cu

arborele de iesire $% (ih1).

Parametrii functionali de apreciere a hidrotransformatoarelor din transmisiile cu ramificare deputere .

1 Denirea parametrilor functionali

3amificarile cu diferential la intrare si cu diferential la iesire. -rin ramificarea la intrare

puterea de la arborele de intrare este divizata de mecanismul diferential% aflat la intrarea fluxului

de putere in transmisie% si apoi% dupa ce o parte din ea strabate hidrotransformatorul% insumata

prin unirea celor doua ramuri la arborele de iesire% fig.Aa. 9a ramificarea cu diferential la iesire%puterea de la intrare se imparte pe doi arbori si apoi% dupa ce o parte din putere strabate

hidrotransformatorul% este insumata prin mecanismul diferential% fig. A.b. Desi se poate trece de

la un mod de ramificare la celalalt prin schimbarea sensului de transmitere a puterii (de la iesire

spre intrare) totusi acestea trebuie studiate separat deoarece comportarea hidrotransformatorului%

la schimbarea sensului de transmitere a puterii% este complet diferita.

.

Cigura . Transmisii hidromecanice cu ramificare de putere

a) Diferential la intrare# b) Diferential ia iesire. 4 0rborele de intrare in transmisie# $ 4 arborelede iesire din transmisie# - 4 pompa. T 4 turbina# D 4 difuzorul# " 4 solara# ? 4 coroana# p 4 platoul

port4sateliti# s 4 satelit


12/16

-arametrii functionali de apreciere a hidrotransformatorului sunt:

1. -n"ersul raportului de transmitere cinematica:

(&)

Raportul de transformare a momentului:

(&B)

3. Coeficientul momentului la aborele pompei:

(&E)

unde: /-% /T%n-% nT% sunt vitezele unghiulare% respectiv turatiile pompei si turbinei#

M-% MT momentul la pompa% respectiv turbina.

Inuenta ramicarii puterii asupra performantelor hidrotransformatorului

n exemplele care urmeaza sunt prezentate doua hidrotransformatoare care se rotesc in

acelasi sens cu arborele de intrare in transmisie (inainte) si unul care se roteste in sens invers

(inapoi).

. Hidrotransformatorul 0 din fig.B% cu turbina cu curent centrifug% este complet adaptabil

(coeficientul momentului la arborele pompei -este constant in functie de ihR)% (+h)max1&%&*%

(;h)max12%BA si regimul de trecere la ihR1%$*# Iariatia parametrilor transmisiei hidromecanice cu

ramificare de putere este prezentata in fig.E.

Cigura B. Hidrotransformatorul complet adaptabil cu turbina cu curent centrifug a) "ectiunea

mediana# - 4 pompa% T 4 turbina% D 4 difuzorul# b) ?aracteristica adimensionala# # +h% 4

raportul de transformare a momentului# -4 coeficientul momentului la arboreie pompei# ;h4


13/16

randamentul. 3egimurile de functionare cu valori negative dispar la functionarea in transmisia cu

ramificare de putere.


14/16

Cigura E. Iariatia parametrilor functionali ai transmisiei hidromecanice cu ramificare de putere

cu diferential la intrare echipata cu hidrotransformatorul din fig.E. Ialorile pozitive ale marimii-corespund transmisiei cu divizarea puterii% iar valorile negative transmisiei cu circulatie

interioara de putere% a) 3aportul de transformare a momentului in transmisie +% in functie de iS#

b) 3andamentul total al transmisiei (;)in functie de iR.

Hidrotransfonnatorul L din fig.2% bifazic% neadaptabil (-scade la cresterea lui ihR)%

(+h)max1$%&% (;h%)max12%BB% intra in regim de hidroambreiaj la (ihR)+ h112%B.

Iariatia parametrilor transmisiei hidromecanice cu ramificare de putere este prezentata in fig..

Cigura 2. Hidrotransformatorul neadaptabil bifazic cu turbina cu curent centripet

a) sectiune meridiana# b) caracteristica adimensionala.


15/16

Cigura . Iariatia parametrilor functionali ai transmisiei hidromecanice cu ramificare de puterecu diferential la intrare echipata cu hidrotransformatorul din fig.. Ialorile negative ale marimii

- corespund circulatiei interioare de putere iar cele pozitive divizarii puterii% a) 3aportul de

transformare a momentului +in functie de iS# b) 3andamentul total al transmisiei (;)% in

functie de iS.

&. Hidrotransformatorul ? din fig.$% cu sens invers de rotatie fata de arborele de intrare.

Oumai pentru a usura explicarea functionarii s4a adoptat caracteristica

adimensionala a hidrotransfonnatorului 0 dar in functie de '4ihR'. De fapt

hidrotransformatorul cu sens de rotatie invers a fost inlocuit cu un ansamblu format dintr4un

inversor mecanic al sensului de rotatie si hidrotransformatorul 0. n realitate

hidrotransformatorul cu sens invers de rotatie functioneaza in domeniul i hS (4$ 4&) si are o

caracteristica crescatoare a lui U-U in functie de ih. Iariatia parametrilor transmisiei

hidromecanice cu ramificare de putere este prezentata in fig.

Cigura a) Hidrotransformatorul cu sens de rotatie invers sensului de rotatie al arborelui de

intrare in transmisie. "chema cinematica a ansamblului inversor 4 hidrotransformator. nversorul

mecanic este amplasat intre arborele de intrare in transmisie% % si arborele pompei% -. "emnele

turatiei si momentului la arborele de iesire (al turbinei) s4au pastrat% de aceea s4a adoptat

schimbarea de semn a momentului MK si vitezei unghiulare /K la arborele de intrare.


16/16

Cigura b) Hidrotransformatorul cu sens de rotatie invers sensului de rotatie al arborelui de

intrare in transmisie. ?aracteristica adimensionala a ansamblului

Cigura &. ?aracteristica adimensionala a transmisiei hidromecanice cu ramificare de

putere cu diferential la intrare si un dispozitiv inversor al sensului de rotatie.

Marimea 27 -7 corespunde divizarii puterii a) 3aportul de transformare a momentului +% in

functie de iR# b) 3andamentul total al transmisiei (;)in functie de i

R .

studiul transmisiilor hidromecanice

Documents