Fotki:

Sprzęgło hydrauliczne
Autor: Inż. Andrzej Moldenhawer <>
Źródło: Młody Technik 9/1969 <http://www.mt.com.pl>

Typowym elementem stosowanym w budowie maszyn przy połączeniu silnika z
różnego rodzaju odbiornikami, czy będą to silniki elektryczne napędzające
urządzenia włókiennicze, czy silnik spalinowy połączony z samochodową
skrzynią biegów, czy maszyna dźwigowa jest sprzęgło hydrauliczne.
Wiadomo, że jeżeli położymy na wodzie kawałek drewna i zaczniemy wokół
niego wykonywać w wodzie szybkie ruchy koliste za pomocą kija, to drewienko
to, choć nie dotykane, zacznie się kręcić. Jeżeli połączymy z sobą jak to
pokazano na rys. 1, dwie tarcze z łopatkami i do wnętrza tego pudełka
nalejemy wody lub nafty, to kręcąc jedną z tych tarcz, spowodujemy również
obrót drugiej, choć z mniejszą prędkością. Jeżeli zamiast wody wlejemy tam
miodu lub smoły, zdolność przenoszenia momentu znacznie wzrośnie, ponieważ
lepkość tych cieczy jest kilkanaście tysięcy razy większa, i wzajemne
tarcie również wzrośnie.
Na tej zasadzie nie buduje się jednak sprzęgieł hydraulicznych, ale hamulce
do mierzenia momentu silników zawieszonych na specjalnych układach w
hamowniach. Natomiast sprzęgła hydrauliczne budowane są w oparciu o
wykorzystanie wiru toroidalnego, który powstaje przy obrocie dwóch
półkulistych segmentów połączonych z dwoma tarczami należącymi do silnika
odbiornika. Źródłem takiego toroidalnego wiru jest różnica w prędkości
obrotowej, większej oczywiście po stronie silnika, powodująca
intensywniejszy przepływ cieczy, na skutek większej siły odśrodkowej, w tej
właśnie części.
Strumień cieczy uderza w ścianki przeciwległej czaszy odbiornika
zamieniając część energii ruchu na ciśnienie. Prostopadła do osi wirowania
składowp tego ciśnienia pomnożona przez odległość od osi da.ie moment
przenoszony.
W ten sposób skonstruowane sprzęgło powoduje nieduże 1,5 — 3 proc. straty
hydrauliczne zamieniające się na ciepło i umożliwia budowę elastycznych
połączeń w zakresie od kilku do kilkunastu tysięcy KM mocy.
Wielką zaletą sprzęgła hydraulicznego jest całkowita likwidacja drgań
skrętnych, które szczególnie często występują przy tłokowych silnikach
spalinowych. Silnik taki, mimo wyposażenia w koło zamachowe, ma pulsujące
obroty. Po każdym wybuchu w cylindrze prędkość obrotowa nieco wzrasta, by
za chwilę trochę zwolnić przy suwie sprężania. W wypadku odbiornika
0 dużej mocy i ciężarze tego rodzaju praca powoduje szybko po sobie
postępujące zmiany w naprężeniach na powierzchni wałów przenoszących moc,
co prowadzi do wybijania się wielowypustów, łożysk itp. Sprzęgło
hydrauliczne, nie mające w żadnym punkcie mechanicznego połączenia, drgania
te znakomicie likwiduje. Drugą jego zaletą jest możliwość ostrego
„ruszania" silnika (np. elektrycznego silnika asynchronicznego, czy też
jednowałowej turbiny gazowej) przy równoczesnej możliwości powolnego
wzrostu prędkości obrotowej odbiornika.
Oczywiście, sprzęgła hydraulicznego nie można tak łatwo i szybko łączyć i
rozłączać jak sprzęgła ciernego, nie jest też ono przetwornicą momentów,
pozwalającą np. jechać samochodem powoli przy dużych obrotach silnika (bez
odpowiedniego doboru biegów skrzyni przekładniowej). Jego duży ciężar oraz
duża czułość na gęstość cieczy, która zresztą powinna być jak najrzadsza,
powodują również często ograniczenia w używaniu go zarówno w małych
samochodach, jak w samolotach czy śmigłowcach. Niemniej jest to
stosunkowoprosta w wykonaniu i nie niszcząca się część wielu nowoczesnych
maszyn.
Pewną zmianę zdolności przenoszenia momentu można uzyskać przez zmienny
stopień napełnienia czasz cieczą, co jest możliwe przez zastosowanie
dodatkowego zbiornika oraz pompy zasilającej przestrzeń pomiędzy obudową
zewnętrzną a kołem łopatkowym. Jest rzeczą interesującą, że na skutek
rozkładu ciśnienień w wirze toroidalnym występują w sprzęgle hydraulicznym
dość duże siły przyciągające do siebie obie tarcze. W wypadku ograniczenia
średnicy zewnętrznej sprzęgła przy konieczności wzrostu przenoszonego
momentu można stosować sprzęgło podwójne, w układzie pokazanym na rys. 2.
Istnieje wiele szczegółowych rozwiązań sprzęgieł tego typu. Na rysunku
pokazano sprzęgło hydrauliczne najbardziej typowe, proste w konstrukcji, z
myślą o wyjaśnieniu zasady jego działania.

Inż. Andrzej Moldenhawer