Convertizorul de cuple

7/25/2019 Convertizorul de cuple

1/9

L 11 TA As.drd.ing. Dobre Alexandru

1

CONVERTIZORUL DE CUPLU

Hidrotransformatorul (sau convertizorul de cupluconverter torque) este dispozitivul

de cuplare al motorului termic cu cutia de viteze automat, practic el este ambreiajul special

conceput s conlucreze cu o cutie de viteze automat.

Fig. 1 Construcia hidrotransformatorului

1pomp; 2 - stator (difuzor); 3turbine; 4 - ansamblu ambreiaj de blocare cu amortizor de

oscilaii; 5 carcas; 6 - butuc canelat; 7 - cuplaj de sens unic

Convertizorul de cuplu are n componenurmtoarele elemente:

rotorul pomp - solidar cu arborele motorului termic de antrenare; rotorul turbin - solidar cu arborele de intrare n transmisie;

aparatul director, difuzorul sau statorul care este fix sau se poate roti n acelai sens cu

celelalte rotoare.

Energia mecanic transmis pompei hidrotransformatorului ca unitate de intrare este

transformat n energie hidraulic prin intermediul masei de lichid aflat n rotor. Aceasta, dup

modificare este retransformat de turbin, ca unitate de ieire, n energie mecanic, la arborele de

ieire al transmisiei.


2/9


2

Convertizorul de cuplu cu dou rotoare (pomp i turbin) care nu modific cuplul se

numete hidroambreiaj, iar convertizorul de cuplu cu trei sau mai multe rotoare, care modific

cuplul transmis se numete hidrotransformator .

Fig. 2 Construcia i funcionarea hidrotransformatorului

1rotorul pomp; 2 rotorul turbin; 3 - stator (difuzor); 4arborele difuzorului; 5capac

frontal; 6flana de antrenare a pompei primare de ulei; 7flana carcasei; 8 cuplaj unisens;

9arborele turbinei

Transmiterea energie hidraulice de la pomp la turbin se poate asemna cu micarea

transmis ntre dou ventilatoare puse fa-n fa. Dac un ventilator este alimentat cu energie

electric (pomp) i este pus n faa unui alt ventilator (la civa centimetri) care nu este

alimentat (turbin), prin intermediul aerului, acesta va transmite micarea celui n repaus

(nealimentat). Din cauz c cele dou ventilatoare nu sunt ntr-o carcas etan acest tip de

cuplaj nu este foarte eficient.


3/9


3

Fig. 2 Cuplarea ventilatoarelor 1 i 2 prin intermediul fluidului (aer)

Pentru a face cuplajul mult mai eficient se folosete ca fluid de lucru uleiul, iar cele dou

jumti sau componente ale cuplajului sunt montate foarte aproape una de cealalt i introduse

ntr-o carcas, iar paletele sunt dispuse radial n rotoare.Un rotor este solidar cu arborele cotit

al motorului i este numitrotor pomp, iar cellalt este legat la arborele de intrare n cutia de

viteze, numit rotor turbin. Arborele de intrare n cutiei de viteze este n legtur, prinintermediul angrenajelor i arborilor cu roile motoare pentru a se transmite cuplul la roi.

Fig. 3 Cuplarea prin fluid. Fluidul este aruncat de rotorul activ (pomp) n rotorul antrenat(turbin)

Aerul ca fluid de lucru

rotor activ rotor antrenat

direcia curentului

sensul de rotaie al arborelui cutieisensul de rotaie al arborelui cotit


4/9


4

Funcionarea

Spaiul paletat al celor dou rotoare e parial umplut cu ulei. Cnd rotorul pomp ncepe

s se roteasc (atunci cnd motorul este pornit) uleiul aflat n spaiul delimitat de dou palete

successive i pereii laterali este pus n micare i aruncat spre ieirea din rotor de ctre fora

centrifug. Aceasta nseamn c uleiul se deplaseaz n pomp de la interior ctre exterior (de la

raza micctre raza mare) dup o traiectorie circular. Astfel, uleiul lovete paletele turbinei sub

un unghi, aa cum se vede, transmind cuplul, prin intermediul paletelor, turbinei.

Cuplajul hidraulic descris mai sus nu e suficient de eficient n anumite condiii (atunci

cnd de exemplu diferena dintre turaiile celor dou rotoare este mare) uleiul va lovi paletele

turbinei cu mare for. Aceasta la rndul rndul su va determina vrtejuri ale uleiului n toate

direciile, ndeosebi n seciunea central a rotoarelor. Pentru a reduce turbulena i a crete

randamentul cuplajului se introduce un miez central de form toroidal nepaletat(fig. 4).

Fig. 4 Hidrotransformatorul prevzut cu torul central de ghidare

Pompa

Pompa e constituit pe o carcas semitoroidal n care sunt montate la interior palete

curbate. Carcasa este solidarizat cu flana arborelui cotit al motorului de antrenare, astfel nct

rotirea pompei determin micarea fluidului sub aciunea forei centrifuge, n raport cu pereii

carcasei i paletelor.Creterea turaiei motorului determin creterea forei centrifuge a lichidului

i n consecin creterea vitezei de curgere a acestuia.

Torul central de ghidare


5/9


5

Turbina

Turbina este asemntoare, din punct de vedere constructiv, cu pompa dar n mod uzual

are un numr de palete uor diferit de al pompei. Turbina este montat pe un arbore care

reprezint arborele de intrare n transmisie. Turbina este aezat pe arbore astfel nct palet ele ei

vin n faa paletelor pompei la o foarte mic distan de acesta.Cnd pompa se rotete, uleiul este aruncat spre exterior, lichidul lovete paletele turbinei

i determin rotirea acesteia. Forma canalelor dintre paletele turbinei determin curgerea

fluidului spre centrul hidrotransformatorului.

Statorul

Statorul este cel de-al treilea rotor paletat. El e montat prin intermediul unui cuplaj

unisens, pe un arbore fixat de carcas.

Cuplajul de unisens permite statorului s se roteasc n acelai sens cu motorul i seblocheaz n sens opus. Astfel fora curentului de lichid va bloca ntr-un sens, cuplajul,

meninnd statorul nemicat, iar n cellalt sens va elibera cuplajul, permind statorului s se

roteasc n sensul pompei i turbinei.

Curgerea fluidului prin reelele de palete ale hidrotransformatorului este astfel: din

pomp n turbin, apoi prin stator napoi n pomp. Oricum, paletele sunt astfel curbate nct

fluidul care strbate statorul s fie direcionat spre spatele paletelor pompei ajutnd astfel rotirea

pompei. Dac curgerea fluidului s-ar face spre faa paletelor pompei acesta s-ar opune rotirii

determinnd pierdere de putere.Statorul i forma paletelor acestuia au o importan particular

asupra funcionrii hidrotransformatorului.

Fig. 5 Difuzorul. El direcioneaz fluidul spre spatele paletelor pompei.

1

2

Sstatorul;

Ppompa;

Tturbina;

1arborele statorului;

2arborele turbinei


6/9


6

n figura 7 este prezentat curgerea lichidului din pomp n turbin (a) i din turbin prin

stator napoi n pomp (b). Cnd hidrotransformatorul se rotete, curgerea lichidului se face

astfel:

Fluidul sub aciunea forei centrifuge este aruncat afar din pomp. Paletele pompei

direcioneaz curentul de fluid spre turbin, determinnd rotirea acesteia (a). Fluidul intrnd n turbin e orientat dinspre exterior spre centru i datorit curburii

paletelor e direcionat n sens opus sensului de intrare.

Fluidul care iese din turbin e direcionat de paletele statorului astfel nct reintr n

pomp n sensul de rotaie al acesteia. Lichidul va aciona cu o anumit for n spatele

paletelor pompei ajutnd la rotirea acesteia.

Lichidul e aruncat din nou afar din pomp n turbin repetnd ciclul.

Fig. 6 Circuitul uleiului prin hidrotransformator

turbinapompa

dinspre motor spre cutie

stator

circuitul uleiului


7/9


7

Fig. 7 Curgerea fluidului nhidrotransformator

a) curgerea din pomp n turbin; b) curgerea din turbin prin difuzor n pomp

Hidrotransformatorul este numit i convertizor de cuplu deoarece amplific cuplul primit

de la motorul termic. Amplificarea cuplului are loc datorit utilizrii statorului care

redirecioneaz fluxul de ulei ce iese din turbin i intr napoi n pomp.

La transmisiile automate pentru automobile, randamentul maxim n regim de

hidrotransformator este cuprins ntre 0,9-0,86, iar n regim de hidroambreiaj poate ajunge pn la

0,98.

Pierderile hidrotransformatorului

Exist trei tipuri de pierderi hidraulice:

Pierderi de debitsunt determinate de scurgerile de lichid:

Pierderi prin frecaresunt datorate vscozitii fluidului de lucru:

Pierderi de oc sunt determinate de modificrile direciei de curgere la trecerea fluidului

dintr-un element n altul.

Pierderile datorate hidrotransformatorului pot fi diminuate prin blocarea acestuia. Prin

blocarea acestuia se pierd avantajele oferite de transmisia hidraulic (progresivitate, amortizareavibraiilor, cuplare lin fr ocuri). De aceea la blocarea hidrotransformatorului sunt prevzute

turbin pomp

stator

a

b


8/9


8

amortizoare torsionale suplimentare care sunt cu att mai voluminoase cu ct sunt mai mari

vibraiile motorului i cu ct sunt mai mici volantul i dimensiunile hidrotransformatorului.

Fig. 8 Hidrotransformator cu ambreiaj de blocare i sistem de amortizare al vibraiilor torsionale

Luk

Pentru a ameliora randamentul sczut al hidrotransformatorului acesta este prevzut cu

un ambreiaj de blocare. Convertizorul de cuplu are rol de element de cuplare progresiv, n

transmisiile moderne fiind folosit doar la plecarea din loc (viteza automobilului < 25 km/h) i la

schimbarea treptelor, dup care este blocat pentru a crete randamentul transmisiei. Astfel,

pompa este legat mecanic de turbin iar micarea nu se mai transmite prin intermediul fluidului

de lucru.

Blocarea i deblocarea hidrotransformatorului se face prin intermediul unei supape

electrohidraulice comandat de calculatorul transmisiei automate. n cazul n care circuitul de

comand al ambreiajului se defecteaz, calculatorul transmisiei raporteaz un cod de eroare.

n cazul n care hidrotransformatorul este deblocat, micarea provenit de la motorul

termic nu este transmis direct, mecanic ci hidraulic, ntre motor i cutia de viteze neexistnd

legtur mecanic. Putem trage concluzia c amplificarea de cuplu ar fi necesar n timpul

accelerrilor sau urcrii rampelor (adic la viteze sczute i medii de deplasare a

autovehiculelor). De asemenea la funcionarea motorului n zona puterilor mari, transmisia

1pompa;

2statorul;

3turbina;

4ambreiaj de blocare;

5amortizor de vibraii torsionale


9/9


9

mecanic este superioar transmisiei automate datorit randamentului mai bun i deci a

consumului mai mic de combustibil.

Fig. 9 Hidrotransformator cu ambreiaj de blocare i sistem de amortizare al vibraiilor torsionale

Sachs

Documents

Convertizorul de cuple