کنورتر مبدل گشتاور <>وکوپلینگ هیدرولیکی

مبدل گشتاور قطع دور
مدل برش دور از مبدل گشتاور

در استفاده از مدرن، یک مبدل گشتاور یک نوع کوپلینگ هیدرولیکی است هیدرودینامیکی است که استفاده می شود برای انتقال قدرت چرخش از یک محرک، نخست به عنوان یک موتور احتراق داخلی و یا موتور الکتریکی، به یک بار چرخش محور است. مبدل گشتاور به طور معمول طول می کشد از یک کلاچ مکانیکی در یک وسیله نقلیه با انتقال قدرت خودکار، اجازه می دهد که بار را از منبع برق جدا شده است. این است که معمولا بین flexplate موتور و انتقال واقع شده است.

ویژگی های کلیدی مبدل گشتاور، توانایی خود را به ضرب گشتاور در زمانی است که تفاوت قابل توجهی بین ورودی و سرعت چرخشی خروجی وجود دارد، معادل کاهش دنده در نتیجه ارائه است. برخی از این دستگاه ها، با یک مکانیزم قفل موقت که در صلب متصل موتور به انتقال زمانی که سرعت آنها تقریبا برابر است، برای جلوگیری از لغزش و از دست دادن حاصل از بهره وری نیز مجهز شده است.

تا حد زیادی شایع ترین فرم از مبدل گشتاور انتقال خودرو است دستگاه شرح داده شده در اینجا. با این حال، در 1920s نیز وجود دارد که آونگ مبتنی بر Constantinesco مبدل گشتاور. نیز وجود دارد که طرح های مکانیکی برای انتقال قدرت پیوسته متغیر است و این نیز از این توانایی برای ضرب گشتاور، به عنوان مثال Variomatic با گسترش قرقره ها و تسمه.





گشتاور عناصر تبدیل

کوپلینگ هیدرولیکی است، درایو عنصر دو است که ناتوان از ضرب گشتاور است، در حالی که مبدل گشتاور حداقل یک عنصر اضافی استاتور که تغییر ویژگی های هارد در طول دوره از لغزش بالا، تولید افزایش در گشتاور خروجی است.

در یک مبدل گشتاور حداقل سه چرخش عناصر وجود دارد: پروانه، که به صورت مکانیکی با محرک اصلی رانده می شود، توربین، که درایوهای بار؛ و استاتور، که بین پروانه و توربین قرار گرفته است به طوری که آن را می توانید روغن را تغییر دهید. جریان خروجی از توربین به پروانه. طراحی مبدل گشتاور کلاسیک دیکته که استاتور را از چرخش تحت هر شرایطی، از این رو اصطلاح استاتور جلوگیری شده است. با این حال، در عمل، استاتور روی کلاچ overrunning، که مانع از استاتور از ضد چرخش با توجه به محرک اصلی، اما اجازه می دهد تا به جلو چرخش نصب شده است.

تغییرات اساسی سه عنصر طراحی دوره شده اند گنجانیده شده است به خصوص در برنامه های کاربردی که در آن بالاتر از ضرب گشتاور معمولی مورد نیاز است. اغلب به طور معمول، این به دست گرفته اند به صورت توربین متعدد و استاتور، هر مجموعه ای که طراحی شده اند برای تولید مقادیر متفاوت از ضرب گشتاور. به عنوان مثال، بیوک Dynaflow گیربکس اتوماتیک طراحی غیر تغییر، و تحت شرایط عادی، تکیه تنها بر تبدیل به ضرب گشتاور بود. Dynaflow با استفاده از پنج عنصر تبدیل به تولید طیف گسترده ای از ضرب گشتاور مورد نیاز برای سوق دادن یک وسیله نقلیه سنگین است.

اگر چه به شدت بخشی از طراحی مبدل گشتاور کلاسیک، بسیاری از مبدل های خودرو شامل یک کلاچ قفل کردن برای بهبود کروز راندمان انتقال توان و کاهش حرارت. استفاده از کلاچ قفل توربین به پروانه، باعث تمام انتقال قدرت مکانیکی، در نتیجه از بین بردن تلفات در ارتباط با دیسک مایع است.
مراحل عملیاتی

مبدل گشتاور سه مرحله از عمل:

    اخور. محرک اصلی استفاده از قدرت را به پروانه، اما توربین نمی تواند چرخش. به عنوان مثال، در یک اتومبیل، در این مرحله از عملیات که رخ می دهد زمانی که راننده به گیربکس را در دنده قرار داده شده است، اما جلوگیری از خودرو در حال حرکت ادامه به درخواست ترمز. در غرفه، مبدل گشتاور می تواند افزایش حداکثر گشتاور اگر قدرت ورودی کافی اعمال می شود (ضرب به دست آمده نسبت غرفه نامیده می شود) تولید کند. فاز غرفه در واقع برای مدت کوتاهی طول می کشد وقتی که بار (به عنوان مثال، خودرو) در ابتدا شروع به حرکت می کند، به عنوان وجود خواهد داشت تفاوت بسیار زیادی بین سرعت پمپ و توربین.

    شتاب. بار شتاب اما هنوز هم اختلاف نسبتا زیادی بین پروانه و سرعت توربین وجود دارد. تحت این شرایط، تبدیل به ضرب گشتاور است که کمتر از آنچه که می تواند تحت شرایط دکه به دست آورد. مقدار ضرب بر تفاوت واقعی بین پمپ و سرعت توربین، و نیز عوامل مختلف دیگر طراحی بستگی دارد.

    کوپلینگ. توربین رسیده در حدود 90 درصد از سرعت پروانه است. ضرب گشتاور اساسا متوقف و مبدل گشتاور را به شیوه ای شبیه به یک جفت مایع ساده رفتار. در برنامه های کاربردی مدرن خودرو، آن است که معمولا در این مرحله از عملیات که در آن کلاچ قفل کردن اعمال می شود، یک روش است که تمایل به بهبود بهره وری سوخت.

کلید را به توانایی مبدل گشتاور را به ضرب گشتاور نهفته است در استاتور است. در مایع کوپلینگ طراحی کلاسیک، دوره های لغزش بالا باعث جریان سیال بازگشتی از توربین را به پروانه به مخالفت با جهت چرخش پروانه، که منجر به از دست دادن قابل توجهی از بهره وری و تولید زباله های قابل توجهی از گرما. تحت شرایط مشابه در مبدل گشتاور، سیال بازگشتی خواهد شد توسط استاتور به طوری که آن را به کمک چرخش پروانه، به جای مانع آن هدایت می شوید. نتیجه این است که مقدار زیادی از انرژی در سیال بازگشتی است که بهبود و اضافه شده به انرژی که توسط محرک اصلی به پروانه. این عمل باعث افزایش قابل توجهی در توده مایع که به توربین، تولید افزایش در گشتاور خروجی است. از آنجا که سیال بازگشتی ابتدا در جهت مخالف به چرخش پروانه مسافرت، استاتور به همین ترتیب برای مقابله با چرخش آن را به عنوان نیروهای سیال برای تغییر مسیر، یک اثر است که توسط کلاچ یک طرفه استاتور مانع از تلاش.

بر خلاف تیغه های شعاعی مستقیم استفاده می شود در یک جفت مایع ساده، توربین و استاتور یک مبدل گشتاور با استفاده از تیغه های منحنی و زاویه دار است. شکل تیغه استاتور این همان چیزی است که باعث تغییر مسیر سیال، مجبور به همزمان با چرخش پروانه. تطبیق منحنی پره های توربین کمک می کند تا به درستی هدایت سیال بازگشت به استاتور به طوری که دومی می تواند کار خود را انجام دهد. شکل تیغه ها بسیار مهم است که تغییرات جزئی می توانند در تغییرات قابل توجهی را به عملکرد تبدیل شود.

استاتور در طول غرفه و فاز شتاب، که در آن ضرب گشتاور رخ می دهد، به دلیل عمل کلاچ یک طرفه خود را ثابت باقی می ماند. با این حال، به عنوان مبدل گشتاور به این فاز جفت، انرژی و حجم سیال خروجی از توربین است به تدریج، کاهش باعث فشار بر روی استاتور را به همین ترتیب کاهش است. هنگامی که در فاز جفت، مایع بازگشت به مسیر و معکوس در حال حاضر چرخش در جهت پروانه و توربین، یک اثر است که تلاش خواهد کرد به رو به جلو، چرخش استاتور است. در این نقطه، کلاچ استاتور آزاد و پروانه، توربین و استاتور تمام خواهد شد (بیشتر یا کمتر) را به عنوان یک واحد به نوبه خود.

لاجرم مقداری از انرژی جنبشی سیال خواهد شد با توجه به اصطکاک و اغتشاش از دست داده، باعث تبدیل برای تولید انرژی حرارتی تلف شده (که در بسیاری از برنامه های کاربردی با خنک کننده آب از بین می رود). این اثر، اغلب به عنوان پمپ از دست دادن آن اشاره شد، خواهد شد و یا در نزدیکی شرایط غرفه تلفظ می شود. در طرح های مدرن، هندسه تیغه به حداقل می رساند سرعت نفت در سرعت پروانه پایین تر، که اجازه می دهد تا توربین را برای مدت طولانی، با خطر کمی از overheating متوقف شود.
کارایی و ضرب گشتاور

یک مبدل گشتاور می تواند 100 درصد بازده جفت دست یابد. کلاسیک سه عنصر مبدل گشتاور یک منحنی بازده که شبیه ∩: بهره وری صفر در غرفه، به طور کلی افزایش بهره وری در مرحله شتاب و بهره وری پایین در فاز جفت است. از دست دادن بهره وری به عنوان مبدل وارد فاز جفت در نتیجه آشفتگی و تداخل جریان مایع تولید شده توسط استاتور است، و همان طور که قبلا ذکر شد، معمولا با نصب استاتور در یک کلاچ یکطرفه غلبه بر.

حتی با بهره مندی از کلاچ یک طرفه استاتور، تبدیل می تواند به همان سطح از بهره وری در مرحله جفت به عنوان یک مایع جفت ارز به اندازه دست نیست. از دست دادن است با توجه به حضور استاتور (حتی اگر چرخش به عنوان بخشی از مجمع)، آن را به عنوان تولید برخی از تلاطم قدرت جذب است. بسیاری از از دست دادن، با این حال، تیغه های توربین، منحنی و زاویه دار که انرژی جنبشی را از توده مایع و همچنین شعاعی مستقیم تیغه را جذب نمی کند ایجاد می شود. از آنجا که توربین هندسه تیغه یک عامل حیاتی در توانایی تبدیل به ضرب گشتاور، تجارت آف بین ضرب گشتاور و بازده جفت اجتناب ناپذیر است. در کاربردهای خودرو، که در آن پیشرفت های پی در پی در اقتصاد سوخت توسط نیروهای بازار و حکم دولت موظف شده اند تقریبا جهانی، استفاده از یک کلاچ قفل کردن کمک به از بین بردن مبدل از معادله بهره وری در محیط هایی با عمل.

مقدار حداکثر از ضرب گشتاور تولید شده توسط یک مبدل بسیار وابسته به اندازه و هندسه های توربین و پره های استاتور، تولید می شود و تنها زمانی که تبدیل و یا در نزدیکی فاز غرفه از عمل. نمونه غرفه ضرب گشتاور در محدوده نسبت از 1.8:1 به 2.5:1 برای اکثر برنامه های کاربردی خودرو (اگرچه چند عنصر طرح همانطور که در جریان DYNA بیوک و شورلت توربو سر خوردن استفاده می شود، می تواند تولید). مبدل های تخصصی طراحی شده برای صنعتی، راه آهن، و یا سیستم های انتقال قدرت دریایی سنگین هستند قادر به همان اندازه به عنوان ضرب 5.0:1. به طور کلی، تجارت بین ضرب گشتاور و بازده بالا نسبت غرفه مبدل تمایل به کمتر از سرعت اتصال نسبتا ناکارآمد است، در حالی که مبدل غرفه کم نسبت تمایل به ارائه ضرب گشتاور ممکن است کمتر وجود دارد.

در حالی که ضرب گشتاور گشتاور موتور به محور خروجی توربین را افزایش می دهد، آن را نیز افزایش می دهد لغزش در درون مبدل، بالا بردن درجه حرارت سیال و کاهش بازده کلی. ویژگی های مبدل گشتاور به همین دلیل، باید به دقت به منحنی گشتاور از منبع قدرت و برنامه های کاربردی در نظر گرفته شده با گروه مورد همسان شدند. تغییر هندسه تیغه استاتور و / یا توربین از ویژگی های گشتاور غرفه، و همچنین بهره وری کلی واحد را تغییر دهید. به عنوان مثال، کشیدن مسابقه انتقال خودکار، اغلب استفاده از مبدل های اصلاح برای تولید غرفه سرعت بالا در جهت بهبود گشتاور خارج از خط، و برای وارد شدن به باند قدرت از موتور به سرعت بیشتر. وسایل نقلیه بزرگراه به طور کلی با استفاده از مبدل گشتاور پایین غرفه برای محدود کردن تولید گرما، و ارائه یک شرکت احساس بیشتر به ویژگی های این خودرو است.

یکی از ویژگی های طراحی یک بار در برخی از جنرال موتورز، انتقال خودکار، استاتور متغیر زمین، که در آن زاویه حمله تیغه می توان در پاسخ به تغییرات در سرعت و بار موتور متفاوت بوده است. اثر این تغییر مقدار از ضرب گشتاور تولید شده توسط مبدل. در زاویه نرمال از حمله، استاتور باعث تبدیل به یک مقدار متوسط ​​از ضرب، اما با سطح بالاتری از بهره وری است. اگر راننده ناگهان دریچه گاز را باز کرد، یک دریچه زمین استاتور را به یک زاویه متفاوت از حمله سوئیچ، افزایش ضرب گشتاور در هزینه بهره وری.

برخی از مبدل گشتاور استفاده از استاتور متعدد و / یا توربین های متعدد به ارائه طیف وسیع تری از ضرب گشتاور. مبدل چند عنصر در محیط های صنعتی بیشتر رایج است نسبت به انتقال خودرو است، اما برنامه های کاربردی خودرو مانند سه گانه توربین DYNA جریان بیوک و شورلت توربو سر خوردن نیز وجود داشته است. بیوک DYNA جریان مورد استفاده و ویژگی های گشتاور ضرب از چرخ دنده های سیاره ای خود را در رابطه با مبدل گشتاور برای دنده های پایین و کنار اولین توربین تعیین می کنند، تنها با استفاده از توربین دوم به عنوان سرعت خودرو افزایش یافته است. اجتناب ناپذیر تجارت کردن با این ترتیب راندمان پایین بود و در نهایت این انتقال به نفع از واحدهای کارآمد تر سرعت معمولی سه عنصر مبدل گشتاور قطع شد.
قفل کردن مبدل گشتاور

همانطور که در بالا توضیح داده شد، impelling تلفات در مبدل گشتاور کاهش بهره وری و تولید انرژی حرارتی تلف شده است. در برنامه های کاربردی مدرن خودرو، این مشکل این است که به طور معمول با استفاده از یک کلاچ قفل کردن که از لحاظ بدنی پیوندهای پروانه و توربین، به طور موثر تغییر تبدیل به یک جفت کاملا مکانیکی اجتناب شود. در نتیجه، بدون لغزش، و عملا بدون از دست دادن قدرت است.

کاربرد خودرو برای اولین بار از قفل کردن اصل انتقال Ultramatic پاکارد، معرفی شده در سال 1949، که قفل شده تا تبدیل در سرعت های کروز، باز کردن قفل هنگامی که دریچه گاز برای شتاب سریع floored بود و یا به عنوان وسیله نقلیه آهسته بود. این ویژگی نیز در حال حاضر در برخی از انتقال بورگ وارنر تولید شده در طول 1950s. از نفع در سال های پس از آن به دلیل پیچیدگی و هزینه اضافی آن افتاد. در اواخر 1970s قفل تا چنگال را به ظهور در پاسخ به تقاضا برای بهبود اقتصاد سوخت آغاز شده است، و در حال حاضر تقریبا جهانی در کاربردهای خودرو.
حالت های شکست و ظرفیت

همانطور که با یک سیال پایه جفت ظرفیت گشتاور نظری تبدیل متناسب با R \، N ^ 2D ^ 5، که در آن R است که چگالی سیال (کیلوگرم / متر مکعب)، N سرعت پروانه (rpm) می باشد، و D قطر (متر) است. [1] در عمل، ظرفیت گشتاور حداکثر است با ویژگی های مکانیکی از مواد به کار رفته در اجزای مبدل است، و همچنین توانایی تبدیل به پاشیدن حرارت (اغلب از طریق آب خنک کننده) محدود است. به عنوان کمک به قدرت، قابلیت اطمینان و اقتصاد تولید، خودرو ترین مکان های مبدل از جوش داده شده ساخت و ساز هستند. واحدهای صنعتی معمولا بدنه پیچ شده است، یکی از ویژگی های طراحی که این امر باعث کاهش روند بازرسی و تعمیر مونتاژ، اما می افزاید: به هزینه های تولید تبدیل شده است.

در عملکرد، مسابقه و سنگین مبدل وظیفه بالا تجاری، پمپ و توربین ممکن است بیشتر توسط یک فرآیند به نام اتصال کوره، که در آن مس گداخته به درز و مفاصل کشیده شده برای تولید یک پیوند قوی تر بین تیغه ها، هاب ها و حلقه حلقوی تقویت شده ( ها). از آنجا که فرایند کوره اتصال ایجاد شعاع کوچک در نقطه ای که یک تیغه در دیدار با یک هاب یا حلقه حلقوی، کاهش نظری در اغتشاش رخ خواهد داد، و در نتیجه افزایش متناظر در بهره وری است.

سربار مبدل می تواند در چندین حالت شکست، برخی از آنها به طور بالقوه خطرناک در طبیعت:

    بیش از حد: به طور مداوم سطح بالایی از لغزش ممکن است توانایی تبدیل به گرما، پایمال کردن و در نتیجه آسیب به مهر و موم الاستومر که حفظ مایع داخل تبدیل. این باعث می شود که واحد برای نشت و در نهایت متوقف کردن عملکرد به دلیل فقدان مایع.
    کلاچ تشنج استاتور: عناصر درونی و بیرونی از کلاچ استاتور یک راه است برای همیشه قفل شده با هم، در نتیجه جلوگیری از استاتور دوار در طول مرحله جفت. در اغلب موارد، تشنج در حال شدید و اعوجاج پس از آن اجزای کلاچ رسوب شده است. در نهایت، سوزان از قطعات جفت گیری رخ می دهد، که باعث تشنج. مبدل با کلاچ استاتور کشف و ضبط خواهد شد کارایی بسیار ضعیف است در طول مرحله جفت نمایشگاه و در یک وسیله نقلیه موتور، مصرف سوخت را به شدت افزایش خواهد یافت. تبدیل بیش از حد در چنین شرایطی معمولا اگر عملیات ادامه تلاش شده است رخ می دهد.
    کلاچ شکستگی استاتور: یک برنامه بسیار ناگهانی از قدرت می تواند بارگذاری شوک از کلاچ استاتور، شود و در نتیجه شکستگی. اگر این اتفاق می افتد، استاتور آزادانه در جهت مخالف به آن پمپ ضد چرخش و تقریبا هیچ انتقال قدرت برگزار خواهد شد. در یک خودرو، اثر شبیه به یک مورد شدید و لغزش انتقال خودرو است، اما همه از حرکت تحت قدرت خود را ناتوان می باشد.
    تکه تکه شدن و تغییر شکل تیغه: اگر تا بارگذاری ناگهانی و یا حرارت بیش از حد از مبدل، پمپ و / یا پره های توربین ممکن است تغییر شکل، جدا شده از مراکز و / یا حلقه های حلقوی، و یا ممکن است شکسته تا به قطعات. حداقل، مانند یک شکست در نتیجه از دست دادن قابل توجهی از بهره وری، تولید علائم مشابه (هر چند کمتر) به کسانی که شکست همراه استاتور کلاچ. در موارد شدید، کشتار فاجعه بار مبدل خواهد شد.
    بالن: طولانی عمل تحت بارگذاری بیش از حد، کاربرد بسیار ناگهانی بار، و یا عامل یک مبدل گشتاور RPM بسیار بالا ممکن است شکل مسکن تبدیل را به می شود از لحاظ فیزیکی به علت فشار داخلی و / یا استرس تحمیل شده توسط اینرسی تحریف باعث (نیروی گریز از مرکز ). تحت شرایط شدید، بالونی مسکن تبدیل به پاره شود، و در نتیجه پراکندگی خشونت آمیز از روغن داغ و تکه های فلزی در بیش از یک منطقه گسترده ای است.