Гидромуфта [рис. 1] передаёт энергию от ведущей части к ведомой посредством кинетической энергии жидкости, которая циркулирует от лопаток насосного (ведущего) колеса к лопаткам турбинного (ведомого) колеса.
Рис. 1. Схема гидромуфты.
1) – Корпус;
2) – Насосное колесо;
3) – Турбинное колесо;
4) – Коленчатый вал двигателя;
5) – Вал турбинного колеса.
Насосное колесо (2) получает энергию от ДВС и за счёт своих лопаток передаёт её потоку жидкости. Обтекая лопасти турбинного колеса (3), поток приводит его во вращение, при этом сообщая энергию, которая используется на выходном валу для преодоления сопротивления приводимой машины, а затем снова возвращается на лопатки насосного колеса. Гидромуфта служит для ограничения момента сопротивления, который нагружает двигатель, а также для сглаживания пульсаций данного момента, чем защищает ДВС и трансмиссию (её механическую часть) от ударных нагрузок и перегрузок, тем самым повышая их ресурс. Помимо этого, гидромуфта также облегчает управление машиной и улучшает её тягово-динамические качества.
Сумма моментов при устоявшемся режиме работы, которые приложены извне к гидравлическому сцеплению равняется нулю. Внешними моментами являются: момент двигателя (M1), момент сопротивления (M2) и момент трения (Mв) вращающего корпуса об окружающую среду. Таким образом:
M1-M2-Mв=0.
Исходя из того, что Mв≈0, то выразить M1≈M2.
Гидромуфта передаёт момент от двигателя только в случае, когда частота вращения насосного (ведущего) колеса (n1) превышает частоту вращения турбинного (ведомого) колеса (n2). Отношение частот вращения колёс [i=n2/n1] именуется передаточным отношением, а относительная разность частот S=(n1-n2)/n2=1-i – скольжением.
Передаваемый гидромуфтой момент зависит от многих факторов и вычисляется по формуле:
M=γλn21 D5a,
где γ – плотность жидкости, λ – опытный коэффициент, который характеризует конструкцию, n1 – частота вращения насосного колеса, Da – наибольший по рабочей плоскости (активный) диаметр.
Передаваемый гидромуфтой момент максимален, когда скольжение её колёс (S) находится в пределах 100-40%. При уменьшении момента сопротивления уменьшается скольжение, а при расчётных условиях работы S=1,5-3%.
Недостатком гидромуфты является невозможность (даже при относительно малых частотах вращения коленвала ДВС) разрыва силового потока от ДВС к КПП, вследствие чего её применение в трансмиссиях, где переключение передач осуществляется скользящими шестернями, невозможно без монтажа (за ней) фрикционного сцепления. Однако переход на КПП с шестернями постоянного зацепления, у которых для каждой передачи имеются фрикционные муфты, перевёл данный недостаток в разряд несущественных.