Передача движения или мощности с помощью давления жидкости с большим успехом используется в ряде областей. Примером успешного применения подобных передач являются гидравлические системы современных станков. Другими примерами являются гидроприводы рулевых механизмов судов и управления орудийными башнями боевых короблей. С точки зрения применения на автомобилях наиболее выгодным свойством гидростатической передачи является возможность бесступенчатого изменения передаточного отношения. Для этого только необходим насос, в котором объем, описываемый поршнями за один оборот вала, может плавно изменяться во время работы. Другим преимуществом гидростатической передачи является простота получения заднего хода. В большинстве конструкций перемещение органа управления дальше положения, соответствующего нулевой скорости, и передаточного отношения, равного бесконечности, вызывает вращение в обратном направлении с постепенно нарастающей скоростью.

Использование масла в качестве рабочей“жидкости. В переводе термин «гидравлический» означает использование воды в качестве рабочей жидкости. Однако на практике, употребляя этот термин, обычно подразумевают применение любой жидкости для передачи движения или мощности. В гидравлических трансмиссиях всех типов используются минеральные масла, так как они защищают механизм от коррозии и одновременно обеспечивают его смазку. Обычно применяют маловязкие масла, так как внутренние потери возрастают с повышением вязкости. Однако чем меньше вязкость, тем труднее предотвратить утечку рабочей жидкости.

Применение гидростатических передач на автомобилях никогда не выходило из стадии эксперимента. Однако были достигнуты некоторые успехи в области использования этих передач на железнодорожном транспорте. На выставке транспортных средств в германском городе Седдин, состоявшейся в середине 20-х годов, на семи из восьми демонстрировавшихся маневровых тепловозов были установлены гидропередачи. Эти передачи очень удобны в управлении. Поскольку они позволяют получать любое передаточное отношение, то двигатель может всегда работать с тем числом оборотов в минуту, которому соответствует наиболее высокий к. п. д.

Одним из серьезных недостатков, препятствующих использованию гидростатических передач на автомобилях, является зависимость их к. п. д. от скорости. В литературе опубликованы данные, согласно которым максимальный к. п. д. подобных передач достигает 80%, что вполне приемлемо. Однако необходимо иметь в виду, что максимальный к. п. д. всегда достигается при низких рабочих скоростях.

Зависимость к. п. д. от скорости. В гидростатических передачах происходит турбулентное протекание жидкости, а при турбулентном движении потери (выделение тепла) прямо пропорциональны третьей степени скорости, в то время как передаваемая гидростатической передачей мощность изменяется прямо пропорционально скорости потока. Поэтому при повышении скорости потока к. п. д. быстро падает. Большинство известных данных о к. п. д. гидростатических передач относится к скорости вращения, значительно меньшей 1000 об/мин (обычно 500—700 об/мин); если же использовать подобные передачи для работы с двигателем, нормальная скорость вращения коленчатого вала которого составляет свыше 2000 об/мин, то к. п. д. будет недопустимо низким. Конечно, между двигателем и насосом гидростатической передачи можно установить шестеренчатый редуктор. Однако от этого передача усложнилась бы еще на один агрегат, а тихоходные насос и гидромотор оказались бы излишне тяжелыми. Другим недостатком является использование в гидростатических передачах высоких давлений, доходящих до 140 кг!см2, при которых, естественно, весьма трудно предотвратить утечку рабочей жидкости. Более того, все детали, подвергающиеся воздействию таких давлений, должны быть очень прочными

Гидростатические передачи не получили распространения в автомобилях отнюдь не потому, что им недостаточно уделяли внимания. Целый ряд американских и европейских фирм, располагавших достаточными техническими и денежными средствами, занимались созданием гидростатических передач, в большинстве случаев имея в виду использовать этй передачи на автомобилях. Однако, насколько известно автору, грузовые автомобили с гидростатическими передачами так и не поступили в производство. В тех случаях, когда фирмы выпускали гидростатические передачи в течение некоторого времени, они находили им сбыт в других отраслях машиностроения, где высокие скорости вращения и низкий вес не являются обязательными условиями применения. Было предложено несколько остроумных конструкций гидростатических трансмиссий, две из которых описаны ниже.

Передача Мэнли. Одной из первых автомобильных гидростатических передач, созданных в США, является передача Мэнли. Она была изобретена Чарльзом Мэнли, сотрудником пионера воздухоплавания Ланглея и председателем Общества американских автомобильных инженеров. Передача состояла из пятицилиндрового радиального поршневого насоса с переменным ходом поршней и пятицилиндрового радиального поршневого гидромотора с постоянным ходом поршней; насос соединялся с гидромотором двумя трубопроводами. При изменении направления вращения нагнетательный трубопровод становился отсасывающим, и наоборот; при уменьшении хода поршня насоса до нуля гидромотор выполнял роль тормоза. Для предотвращения повреждения механизма от чрезмерного давления применялся предохранительный клапан, открывавшийся при давлении 140 кг/см2.

Продольный разрез передачи Мэнли представлен на рис. 1. Насос и гидромотор были расположены соосно рядом друг с другом, образуя единый компактный агрегат. Слева дан разрез одного из цилиндров насоса. Зазор между поршнем и цилиндром был очень невелик, и поршни не имели уплотнительных колец. Нижние головки шатунов не охватывали кривошип, а имели форму секторов и Удерживались двумя кольцами, расположенными по обе стороны головки шатуна. Изменение хода поршней насоса осуществлялось при помощи эксцентриков, установленных на коленчатом валу. При работе агрегата коленчатый вал и эксцентрики оставались неподвижными, а блок цилиндров вращался вокруг оси эксцентриков Е. На фигуре механизм изображен в положении, соответствующем максимальному ходу поршня, равного сумме радиуса кривошипа и эксцентрицитета ее эксцентрика; цилиндры вращаются вокруг оси Е, а поршни насоса —- вокруг оси Р. Для уменьшения хода поршней эксцентрик поворачивается вокруг оси Е в одном направлении, а кривошип — вокруг оси в противоположном направлении; благодаря этому угловое положение кривошипа остается неизменным, и распределительный механизм продолжает работать по-прежнему. Управление осуществляется с помощью двух червячных колес, установленных на эксцентрике, одно из которых посажено свободно, з второе закреплено. Свободно сидящее червячное колесо связано с коленчатым валом посредством шестерни, укрепленной на колнечатом валу, которая зацепляется с внутренними зубьями, выполненными на червячном колесе. Червячные колеса находятся в зацеплении с червяками, соединенными между собой двумя цилиндрическими шестернями. Таким образом, червяки всегда вращаются в противоположных направлениях, а передача была спроектирована так, что угловые перемещения эксцентрика и кривошипа были равны по абсолютной величине и противоположны по направлению. Если эксцентрик и кривошип поворачивались на угол 90°, то ход поршней насоса становился равным нулю. Эксцентрик распределительного механизма был установлен под углом 90° к плечу кривошипа. Гидромотор отличается от насоса лишь тем, что не имеет механизма изменения хода поршней. Как насос, так и гидромотор имеют золотниковые клапаны, управляемые эксцентриками.

Рис. 1. Гидростатическая передача Мэнли:
1 — насос; 2 — гидромотор.

Рис. 2. Эксцентриковое управление передачей Мэнли.

Передача Мэнли, предназначавшаяся для применения на грузовом автомобиле грузоподъемностью 5 г с бензиновым двигателем мощностью 24 л. с. при 1200 об/мин, имела насос с цилиндрами диаметром 62,5 мм и максимальным ходом поршней 38 мм. Насос работал на два гидромотора (по одному на каждое ведущее колесо). При рабочем объеме пятицилиндрового насоса, равном 604 см3 для передачи 24 л. с. при 1200 об/мин, при максимальном ходе поршней требовалось давление 14 кг/см2. При испытаниях передачи Мэнли в лаборатории было установлено, что пик к. п. д. имел место при 740 об/мин вала насоса и составлял 90,9%. При дальнейшем увеличении скорости вращения к. п. д. резко падал и уже при 760 об/мин составлял только 81,6%.

Рис. 3. Гидростатическая передача Дженней.

Передача Дженней. Гидропередача Дженней уже давно строится фирмой Уотербюри Тул Компани для различных отраслей промышленности; в частности, она также устанавливалась на грузовых автомобилях, автомотрисах и тепловозах. Эта передача состоит из многоцилиндрового поршенькового насоса с качающейся шайбой и переменным ходом и такого же гидромотора, но с постоянным ходом поршеньков. Продольный разрез агрегата представлен на Рис. 144. Разница в устройстве насоса и гидромотора заключается лишь в том, что в первом наклон качающейся шайбы может изменяться, а во втором — не может. Валы насоса и гидромотора выступают каждый с одного конца. Каждый вал опирается на подшипник скольжения в картере и на роликовый подшипник в распределительной плите. К внутреннему концу каждого вала прикреплен блок цилиндров, который имеет девять отверстий, образующих цилиндры. Оси этих цилиндров параллельны оси вращения и находятся на равном расстоянии от нее. При вращении блоков цилиндров головки цилиндров скользят по распределительной плите. Отверстия в головке каждого цилиндра периодически сообщаются с одним из двух окон в распределительной плите, выполненных по дуге круга; таким образом осуществляется подача и выпуск рабочей жидкости. Длина каждого окна по дуге составляет около 125°, а так как сообщение цилиндра с каналом в плите начинается с момента, когда отверстие в головке цилиндра начинает совмещаться с окном, и продолжается до тех пор, пока окно в плите не будет перекрыто кромкой отверстия, то фаза открытия составляет около 180°.

Установленные на валах пружины служат для того, чтобы прижимать блоки цилиндров к распределительной плите в то время, когда нагрузка не передается. При передаче нагрузки контакт обеспечивается давлением жидкости. Блоки цилиндров установлены на валах таким образом, что они могут скользить и слегка качаться на них. Это обеспечивает плотное прилегание блока цилиндров к распределительной плите даже при некоторой неточности изготовления, а также в случае наличия износа.

Зазор между поршеньком и цилиндром составляет 0,025 мм, и поршеньки не имеют никаких уплотнительных устройств. Каждый поршенек соединен с шарнирным кольцом посредством шатуна со сферическими головками. Тело шатуна имеет продольное отверстие, а в днище каждого поршенька также сделано отверстие. Таким образом, головки шатуна смазываются маслом из основного потока жидкости и давление, под которым масло подается к опорным поверхностям, пропорционально нагрузке. Каждая качающаяся шайба присоединена к валам посредством карданных шарниров таким образом, что, когда она вращается вместе с валом, ее плоскость вращения может составлять любой угол с осью вала. В насосе угол наклона качающейся шайбы может изменяться в пределах от 0 до 20° в любом направлении. Это достигается при помощи рукоятки управления, связанной с поворачивающимся гнездом подшипника. В гидромоторе гнездо подшипника жестко прикреплено к картеру под углом 20°.

В тех случаях, когда качающаяся шайба составляет прямой угол с валом, при вращении блока цилиндров поршеньки не будут перемещаться в цилиндрах; соответственно не будет происходить подачи масла. Но как только угол между качающейся шайбой и осью вала будет изменен, поршеньки начнут перемещаться в цилиндрах. На протяжении одной половины оборота в цилиндр засасывается масло через отверстие в распределительной плите; в течение второй половины оборота масло нагнетается через нагнетательное отверстие в распределительной плите.

Масло, подаваемое под давлением в гидромотор, заставляет поршеньки гидромотора перемещаться, и силы, действующие на качающуюся шайбу через шатуны, заставляют вращаться блок цилиндров и его вал. В том случае, когда угол наклона качающейся шайбы насоса равен углу наклона качающейся шайбы гидрОМотооа вал последнего будет вращаться с такой же скоростью что и вал’ насоса; уменьшение скорости вращения вала гидромотора может быть достигнуто путем уменьшения угла между качающейся шай бой насоса и валом.