유체 커플링

유체 커플링 또는 유압 커플링은 회전하는 기계적 ^[1]힘을 전달하는 데 사용되는 유체 역학 또는 '유체 운동' 장치입니다.자동차 변속기에 기계식 클러치의 대안으로 사용되어 왔습니다.또한 동력 전달 시스템의 충격 부하 없이 가변 속도 작동 및 제어 시동이 필수적인 해양 및 산업용 기계 드라이브에도 광범위하게 적용되고 있습니다.

이와 같은 하이드로키네틱 드라이브는 유압 펌프 및 모터 조합과 같은 하이드로키네틱 드라이브와 구별되어야 합니다.

역사

유체 커플링은 ^[2]Stettin의 AG Vulcan Works에서 수석 디자이너였던 Hermann Föttinger의 작품에서 비롯되었습니다.1905년부터 그의 특허는 유체 커플링과 토크 컨버터 모두를 포함했다.

Dr구스타프 바우어는 Vulcan-Werke의 영국 기술자 해롤드 싱클레어 유압식 커플링 특허는 차량 전송에게 갑작스럽게 흔들리는 싱클레어를 경감시킬 수의 Föttinger 연결 장치 적응할 제한하고의 없는 동안에 런던 버스에서 런던의 장군과 그 1920s[2]에 관한 싱클레어의 논의를 하는 시간 동안에 타는 것을 경험했었다 협력했다.옴니버스 회사는 1926년 10월에 시작되었고, 다임러의 퍼시 마틴은 다임러 그룹의 자가용 ^[3]차량에 이 원리를 적용하기로 결정했다.

1930년 영국 코번트리의 다임러 회사는 버스와 주력 자동차용 유체 커플링과 윌슨 자동 변속 변속 장치를 사용하는 변속기 시스템을 도입하기 시작했습니다.1933년까지 이 시스템은 중형 상용차에서 소형차에 이르기까지 그룹이 생산하는 모든 신형 다임러, 랜체스터 및 BSA 차량에 사용되었다.그것은 곧 다임러의 군용 차량으로 확장되었다.이 커플링은 Vulcan-Sinclair 및 Daimler ^[3]특허에 따라 제조된 것으로 기술되어 있습니다.

1939년 미국 제너럴모터스(GM)는 양산형 ^[2]자동차에 장착된 최초의 전자동 자동차 변속기 시스템인 하이드라마틱(Hydramatic) 드라이브를 선보였다.하이드라마틱은 유체 커플링을 사용했다.

유체 커플링을 이용한 최초의 디젤 기관차도 1930년대에^[4] 제작되었다

개요

오일 커플링은 세 가지 구성 요소와 유압 오일로 구성됩니다.

• 셸이라고도^[5] 하는 하우징(구동축 주위에 오일 밀착 씰이 있어야 함)에는 오일과 터빈이 들어 있습니다.
• 2개의 터빈(팬형 구성 요소):
  • 입력축에 연결된 1개. 펌프 또는 ^[5]임펠러 또는 프라이머리 휠 입력 ^[5]터빈으로 알려져 있습니다.
  • 다른 하나는 터빈, 출력 터빈, 보조^[5] 휠 또는 러너로 알려진 출력축에 연결됩니다.

'펌프'로 알려진 구동 터빈(또는 구동 토러스^[a])은 원동기(일반적으로 내연기관 또는 전기 모터)에 의해 회전됩니다.임펠러의 운동은 유체 바깥쪽으로 직선 운동과 회전 운동을 모두 가합니다.

유압 오일은 '펌프'에 의해 유도되며, 이 펌프의 형태는 '출력 터빈'(또는^[a] 구동 토러스) 방향으로 흐름을 강제합니다.여기서 '입력 스테이지'와 '출력 스테이지'의 각 속도가 다르면 '출력 터빈'에 가해지는 순 힘이 토크를 유발하여 펌프와 동일한 방향으로 회전시킵니다.

오일의 움직임은 효과적으로 트로이덜 형태로 진행되며, 토러스 표면에 있는 것처럼 시각화할 수 있는 경로를 따라 한 방향으로 이동합니다.

• 입력 및 출력 각 속도 사이에 차이가 있는 경우 운동에 폴로이드 성분이 있습니다.
• 입력 및 출력 단계가 동일한 각 속도를 가지면 순 구심력이 없으며, 유체의 움직임이 회전축과 동축이며(즉, 토러스 모서리 둘레) 한 터빈에서 다른 터빈으로 유체가 흐르지 않습니다.

정지 속도

유체 커플링의 중요한 특징은 스톨 속도입니다.스톨 속도는 출력 터빈이 잠겼을 때 펌프가 회전할 수 있는 최고 속도(스톨 속도에서)로 정의됩니다.정지 상태에서는 해당 속도에서 엔진의 모든 출력이 유체 커플링에서 열로 소멸되어 손상으로 이어질 수 있습니다.

스텝 회로 커플링

단순 유체 커플링은 이전에 Fluidrive Engineering Company에서 "STC 커플링"으로 제조한 스텝 회로 커플링입니다.

STC 커플링에는 출력축이 정지할 때 오일의 일부가(전부는 아님) 끌리는 탱크가 포함되어 있습니다.이렇게 하면 입력축의 "끌림"이 줄어들어 공회전 시 연료 소비량이 감소하고 차량의 "끌림" 경향이 감소합니다.

출력축이 회전하기 시작하면 원심력에 의해 오일이 탱크 밖으로 튕겨져 나와 커플링 본체로 돌아가 정상적인 동력 전달이 ^[6]복원됩니다.

미끄러지다

유체 커플링은 입력 및 출력 각 속도가 ^[7]동일한 경우 출력 토크를 발생시킬 수 없습니다.따라서 유체 커플링은 100% 동력 전달 효율을 달성할 수 없습니다.부하가 걸린 유체 커플링에서 발생하는 미끄러짐으로 인해 일부 전원은 항상 유체 마찰 및 난류에서 손실되고 열로 소멸됩니다.다른 유체 역학 장치와 마찬가지로, 레이놀즈 수치로 측정되는 바와 같이, 그 효율은 규모가 커짐에 따라 점차 증가하는 경향이 있습니다.

유압 오일

유체 커플링은 동역학적으로 작동하므로 저점도 유체가 ^[7]바람직하다.일반적으로 다급 모터 오일 또는 자동 변속기 오일을 사용합니다.유체의 밀도가 증가하면 주어진 입력 ^[8]속도로 전달될 수 있는 토크의 양이 증가합니다.그러나 유압 유체는 다른 유체와 마찬가지로 온도 변화에 따라 점도가 변화할 수 있습니다.이는 변속기 성능의 변화로 이어지기 때문에 원치 않는 성능/효율 변화를 최소한으로 유지해야 하는 경우에는 점도 지수가 높은 모터 오일 또는 자동 변속기 오일을 사용해야 합니다.

유압식 제동

유체 커플링은 유체 역학적 브레이크 역할을 하여 마찰력(점성 및 유체/용기 모두)을 통해 회전 에너지를 열로 분산시킬 수도 있습니다.제동에 유체 커플링이 사용되는 경우 ^[5]리타더라고도 합니다.

스쿱 컨트롤

유체 커플링이 올바르게 작동하려면 오일이 올바르게 채워져 있어야 합니다.부족하게 채워진 커플링은 최대 토크를 전달할 수 없으며, 제한된 오일량도 과열될 수 있으며, 종종 씰이 손상됩니다.

커플링이 충전이 부족할 때 안전하게 작동하도록 설계된 경우(일반적으로 임펠러와 맞물리지 않는 충분한 유체 저장고를 제공함으로써), 커플링의 충전 레벨을 제어하여 전달 가능한 토크를 제어할 수 있으며 경우에 따라 ^[b]부하 속도를 제어할 수도 있습니다.

주입 레벨 제어는 중앙 고정 허브를 통해 회전 커플링으로 들어가는 비회전 파이프인 '스쿠프'를 사용하여 수행됩니다.이 스쿱을 회전 또는 연장하여 이동시킴으로써 커플링에서 유체를 퍼올려 커플링 외부의 유지 탱크로 되돌립니다.필요에 따라 오일을 다시 커플링으로 펌핑하거나 일부 설계에 중력 공급 장치를 사용할 수 있습니다. 스쿱의 작용으로 커플링의 회전에 의해 구동되는 유지 탱크로 오일을 끌어올릴 수 있습니다.

스쿠프 제어는 매우 큰 토크의 변속기를 쉽게 관리할 수 있고 스테프리스하게 제어할 수 있습니다.1950년대 영국의 실험용 디젤 철도 기관차인 펠 디젤 기관차는 4개의 엔진과 4개의 커플링을 사용하여 각각의 엔진을 번갈아 작동시켰다.일반적으로 가변 속도 ^[9][10]드라이브를 제공하기 위해 사용됩니다.

적용들

산업의

유체 커플링은 회전 ^[11][12]동력과 관련된 많은 산업 분야에서 사용되며, 특히 높은 관성 시동 또는 지속적인 주기 부하가 수반되는 기계 구동에 사용됩니다.

철도 수송

유체 커플링은 동력 전달 시스템의 일부로 일부 디젤 기관차에 있습니다.셀프 체인지 기어스는 브리티시 레일용 반자동 변속기를 만들었고, Voith는 유체 커플링과 토크 컨버터의 다양한 조합을 포함하는 디젤 복수 유닛용 터보 변속기를 제조했습니다.

자동차

유체 커플링은 다양한 초기 반자동 변속기와 자동 변속기에 사용되었습니다.1940년대 후반부터 유체 역학 토크 컨버터는 자동차 분야에서 유체 커플링을 대체했습니다.

자동차 애플리케이션에서 펌프는 일반적으로 엔진의 플라이휠에 연결됩니다. 사실 커플링의 인클로저는 플라이휠의 일부가 될 수 있으며, 따라서 엔진의 크랭크축에 의해 회전합니다.터빈은 변속기의 입력축에 연결됩니다.변속기가 기어에 있는 동안 엔진 속도가 증가함에 따라 토크가 오일의 움직임에 의해 엔진에서 입력축으로 전달되어 차량이 전진합니다.이 점에서 유체 커플링의 동작은 수동 변속기를 구동하는 기계식 클러치와 매우 유사합니다.

토크 컨버터와 구별되는 유체 플라이휠은 Wilson 프리 셀렉터 변속 장치와 함께 Daimler 차량에 사용되는 것으로 가장 잘 알려져 있습니다.다임러는 1958년형 마제스틱을 통해 자동 변속기로 전환하기 전까지 고급차 제품군에 이러한 기능을 사용했습니다.다임러와 알비스는 모두 군용 차량과 장갑차로 잘 알려져 있으며, 그 중 일부는 프리 셀렉터 기어박스와 유체 플라이휠을 함께 사용했다.

항공

항공 애플리케이션에서 유체 커플링의 가장 두드러진 사용은 DB 601, DB 603 및 DB 605 엔진에서 원심 압축기의 기압 제어 유압 클러치와 라이트 터보 컴파운드 왕복 엔진으로 사용되었으며, 세 개의 동력 회수 터빈이 Ener의 약 20%를 추출했습니다.gy 또는 엔진의 배기가스로부터 약 500마력(370kW)을 얻은 다음 세 개의 유체 커플링과 기어를 사용하여 저토크 고속 터빈 회전을 저속, 고토크 출력으로 변환하여 프로펠러를 구동합니다.

계산

일반적으로 주어진 유체 커플링의 동력전달능력은 펌프속도와 밀접한 관계가 있으며, 이는 일반적으로 가해지는 부하가 크게 변동하지 않는 경우에 잘 작동하는 특성이다.어떤 유체 역학의 연결 장치 핀의 토크 전달 능력 N2r 유체(kg/m3)의 r{r\displaystyle}은 질량 밀도를 표현 D5{\displaystyle r\,N^{2}D^{5}}에 의해, N{N\displaystyle}은 임펠러 속도(분당 회전수), D 사{D\displaystyle}은 임펠러 직경(m)설명할 수 있다.[13]부하가 상당히 극단적으로 변할 수 있는 자동차 애플리케이션의 경우, ${\displaystyle r{}^{}}$ N ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {D\mathrm{}}^{}}$ 5$(\$ r$,N^{2}D^{5})$는 근사치에 불과합니다.정지 주행은 커플링을 가장 효율이 낮은 범위에서 작동시켜 연비에 악영향을 미칩니다.

제조하다

유체 커플링은 비교적 간단한 구성 요소입니다.예를 들어 터빈은 알루미늄 주물 또는 강철 스탬프일 수 있으며 하우징은 주조물일 수도 있고 스탬프 또는 단조 강철로 제작될 수도 있습니다.

산업용 유체 커플링 제조업체에는 Voith,^[14] Transfluid,^[15] TwinDisc,^{[16] [17]}Siemens, Parag,^[18] Fluidomat,^[19] Reuland^[20] Electric 및 TRI Transmission and Bearing Corp.^[21]가 포함됩니다.

특허

유체 커플링 특허 목록

이 목록은 완전한 목록은 아니지만 20세기 유체 커플링의 발전에 대한 아이디어를 주기 위한 것입니다.

특허번호	발행일자	발명가	링크
GB190906861	1909년 12월 2일	헤르만 퓌팅거	[1]
US1127758	1915년 2월 9일	야콥 크리스티안 한센 엘르함메르	[2]
US1199359	1916년 9월 26일	헤르만 퓌팅거	[3]
US1472930	1923년 11월 6일	프리츠 메이어	[4]
GB359501	1931년 10월 23일	보이스	[5]
US1937364	1933년 11월 28일	해럴드 싱클레어	[6]
US1987985	1935년 1월 15일	슈미스케 바우어	[7]
US2004279	1935년 6월 11일	헤르만 퓌팅거	[8]
US2127738	1938년 8월 23일	프리츠 쿠겔	[9]
US2202243	1940년 5월 28일	노아 엘 앨리슨	[10]
US2264341	1941년 12월 2일	아서와 싱클레어	[11]
US2491483	1949년 12월 20일	가우바츠와 돌자	[12]
US2505842	1950년 5월 2일	해럴드 싱클레어	[13]
US2882683	1959년 4월 21일	해럴드 싱클레어	[14]

「 」를 참조해 주세요.

• 토크 앰프
• 토크 컨버터
• 워터 브레이크

메모들

레퍼런스

외부 링크

• 유체 커플링, 작동 원리, 필름 [15]