NuVinci бесступенчатая планетарная коробка передач тип ролика на основе бесступенчатой трансмиссией (CVT) , производимого и продаваемого американской компанией Fallbrook Technologies Inc. дизайн видел свое первоначальное применение на рынке в качестве велосипеда зацеплением системы, первый доступный в декабре 2006 года в Нидерланды и США. Технология NuVinci CVP в настоящее время также находится в стадии разработки для других приложений, включая ветряные турбины , легкие электромобили , внешнее энергетическое оборудование и автомобильные внешние приводы .
История
Механические вариаторы существуют с 1800-х годов, и они успешно используются в машинном оборудовании, в частности, в вариаторах с качающимся шаром Kopp. Были предприняты различные попытки внедрить их в трансмиссии транспортных средств, но коммерческого успеха добиться не удалось. [1]
Марка | Продукт | Введено | Снято с производства | Скорости | Ширина шестерни | Вес (без вспомогательных компонентов) | Цель |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Fallbrook | NuVinci N171 | 2007 г. | 2010 г. | непрерывный | 350% (от 0,5 до 1,75 переднего хода) | 3,85–3,95 кг (8,5–8,7 фунта) | Город |
Fallbrook | NuVinci N330 | 2015 г. | непрерывный | 330% от номинала, от 0,5 пониженной до 1,65 повышающей | 2,45 кг (5,4 фунта) | Город, Городской | |
Fallbrook | NuVinci N360 | 2010 г. | 2015 г. | непрерывный | 360% от 0,5 пониженной передачи до 1,8 повышающей | 2,45 кг (5,4 фунта) | Город |
Fallbrook | NuVinci N380 | 2015 г. | непрерывный | 380% от номинала, от 0,5 пониженной до 1,9 повышающей | 2,45 кг (5,4 фунта) | Городской, Городской, Треккинг, eMTB (внедорожник) |
Дизайн
В системе передач NuVinci CVT используется набор вращающихся и наклоняемых шариков, расположенных между входным и выходным дисками трансмиссии. Наклон шариков изменяет их диаметр контакта и изменяет передаточное число. [3] [4] В результате система NuVinci CVT предлагает плавный и непрерывный переход на любое передаточное число в пределах своего диапазона. Передаточное число изменяется путем непрерывного наклона осей сфер, чтобы обеспечить разные радиусы контакта, которые, в свою очередь, приводят в движение входные и выходные диски. Система имеет несколько «планет» для передачи крутящего момента через множество жидких пятен. Сферы размещены в круглом массиве вокруг центрального ролика (солнца) и контактируют с отдельными входными и выходными тяговыми дисками. Эта конфигурация позволяет входу и выходу быть концентрическими и компактными. В результате трансмиссия может плавно перемещаться по всему диапазону передаточных чисел во время движения, под нагрузкой или при остановке.
Два фактора позволяют NuVinci CVT обеспечивать плавно регулируемый диапазон передаточных чисел в компактном корпусе:
- Во-первых, это геометрическая конфигурация привода, основанная на различном соотношении контактов шара . Контакт с вращающейся сферой в двух разных местах относительно оси вращения сферы обеспечит «передаточное число», которое может варьироваться от понижающей до повышающей в зависимости от расположения точек контакта для входного и выходного крутящего момента и скорости . [3]
- Второй фактор - эластогидродинамическая смазка (EHL). [5] Трансмиссии, использующие EHL для передачи мощности, известны как тяговые приводы . В трансмиссии тягового привода используется тяговая жидкость, которая в нормальных условиях обеспечивает смазку привода. Когда эта жидкость подвергается высоким контактным давлениям при контакте качения между двумя очень твердыми элементами, сферами и дисками, жидкость претерпевает почти мгновенный фазовый переход в упругое твердое тело. Внутри этого участка тяги молекулы жидкости складываются и связываются, образуя твердое тело, через которое может передаваться сила сдвига и, таким образом, крутящий момент . Обратите внимание, что тела качения фактически не находятся в физическом контакте. [3]
Сравнение с обычными коробками передач
Система NuVinci CVT состоит из небольшого количества деталей. [3] [4] Большинство вариаторов имеют более низкий механический КПД, чем традиционные трансмиссии конкурентов.
Поскольку любой вариатор может позволить силовой установке , человеческой или моторизованной, работать со скоростью (или приближающейся к ней) с оптимальной эффективностью, выходным крутящим моментом или выходной мощностью, NuVinci CVT может улучшить общую эффективность или производительность системы по сравнению с `` обычным '' редукторная трансмиссия, но только если такой выигрыш в эффективности или производительности силовой установки превышает любую потерю в эффективности или производительности, которая может быть вызвана заменой традиционной трансмиссии CVT NuVinci. Например, если бы CVT NuVinci был только на 90% эффективнее традиционной трансмиссии, которую он заменил, выигрыш в эксплуатационном КПД от электростанции должен был бы составить 11% (т. Е. 1 / 0,90 - 1 = 0,11 или 11%), прежде чем общая эффективность улучшилась. Компания не предоставляет никаких цифр, относящихся к эффективности их передач, и отказалась сделать это по запросу. [6]
CVT NuVinci также предлагает возможность принимать несколько входов, изменяя скорость и передаточное число, управляя крутящим моментом и обеспечивая одну или несколько розеток. NuVinci CVT решает проблему ускорения на низких скоростях, присущую некоторым транспортным средствам, требующим крутящего момента, за счет поддержки требования по крутящему моменту, а не по требованию к скорости. [3]
Простой дизайн NuVinci CVT и небольшое количество деталей делают его легко масштабируемым с помощью инструментов, которые можно использовать в широком спектре приложений.
Сравнение с другими вариаторами
NuVinci использует тягу качения для передачи крутящего момента, как и тороидальные трансмиссии. Однако, в отличие от тороидальных вариаторов, он распределяет передаваемый крутящий момент по нескольким сферам, что снижает общую требуемую силу зажима.
Такое расположение позволяет NuVinci CVT сочетать плавную, непрерывную передачу мощности вариатора с полезностью обычного планетарного редуктора .
Как и в случае с другими вариаторами тягового типа, передача крутящего момента через вариатор NuVinci включает некоторое относительное скольжение между контактными пятнами, передающими крутящий момент. [7] Это связано с тем, что для любого данного пятна контакта части шара движутся в немного другом направлении и с немного другой скоростью, чем диск (это явление вариаторов тягового типа называется «контактным вращением»). «Скорость вращения (или скорость сверла) определяется как разница в скорости вращения ведущего и ведомого роликов в направлении, перпендикулярном плоскости пятна контакта. Это вызвано относительной разницей в скоростях поверхностей обоих элементов в зоне контакта. заплатка и является основным источником потери мощности в бесступенчатых трансмиссиях тягового привода ». [7] Во всех вариаторах тягового типа это относительное скольжение обязательно происходит между поверхностями, которые находятся под очень высоким давлением зажима, необходимым для надежной передачи крутящего момента. Это относительное скольжение под высоким давлением вызывает потери при передаче (неэффективность). Компания Fallbrook Technology отказывается публиковать какие-либо данные об эффективности вариатора NuVinci. [8] Тем не менее, NuVinci является вариантом бесступенчатой трансмиссии (CVT) типа «с качающимся шаром», а КПД вариаторов с качающимся шаровым приводом обычно находится в диапазоне от 70% до 89%. . [9] Тем не менее, его геометрия существенно отличается от вариатора с наклонным шариком типа Kopp, упомянутого в ссылке, в том, что NuVinci имеет контакты передачи крутящего момента на внешнем диаметре, а не на внутреннем диаметре, что приводит к натяжению холостого хода (элемента, который реагирует зажимом нагрузка) скорее на сжатие, чем на растяжение, и потому, что контактная поверхность холостого хода не конформна, как в конструкции Коппа. В общем, из-за способа настройки вариатора он более эффективен при соотношении 1: 1 по сравнению с положениями максимальной повышающей или понижающей передачи. Результаты независимых испытаний показали, что при соотношении 1: 1 он на самом деле более эффективен, чем аналогичные велосипедные ступицы с внутренними зубчатыми колесами, в то время как при крайних передаточных числах он немного ниже. [ необходима цитата ]
Ввод крутящего момента можно суммировать или делить, как в обычном планетарном редукторе. [ требуется пояснение ] Регулировка передаточного числа стабильна и может приводиться в действие по центральной линии трансмиссии , что опять же аналогично проверенной планетарной трансмиссии. В большинстве случаев применения гидравлики высокого давления не требуется .
Другие преимущества, присущие аналогичным конструкциям вариаторов, включают в себя то, что входной и выходной валы могут быть либо линейными, либо смещенными, либо в U-образной конфигурации (вход и выход как коаксиальный, так и копланарный ), что делает передачу простой, компактной, легкой и легкой в упаковке. .
Фоллбрук утверждает, что управление трансмиссией стабильно, линейно и не требует серьезных усилий по разработке системы управления .
Приложения
CVT NuVinci может применяться ко многим различным продуктам, использующим механическую передачу энергии . Единственное коммерческое применение - это втулка для велосипедов с внутренним приводом. CVT NuVinci заменяет переключатели и другие ступицы с внутренним зацеплением и обеспечивает диапазон передаточного числа около 350%, аналогичный тому, который используется на велосипедах с 8- или 9-ступенчатыми ступицами или с двойными кольцами цепи (большинство гоночных или скоростных велосипедов). . [10] Этот диапазон несколько меньше диапазона 526% для велосипедов с 14-скоростной ступицей Rohloff или большинства горных / гибридных / туристических велосипедов с тройными передними звездами. По общепринятым стандартам велосипедная втулка NuVinci считается тяжелой. Модель N171B второго поколения весит от 3,85 до 3,95 кг (от 8,5 до 8,7 фунта), включая обгонную муфту и монтажное оборудование. [11] Модель N360, анонсированная в начале сентября 2010 года, весит 2,45 кг (5,4 фунта). [12] В той же статье указано, что «общий вес переднего и заднего переключателей, переключателей, ступицы и кассеты Shimano SLX составляет около 1,3 кг (2,9 фунта)». Однако NuVinci CVT ориентирован в сторону меньшего веса сознательные ( крейсер -, комфорт - и пригородный ) сегменты с последними введений продукта N330 и N380 также ориентированы на города, городские, пешеходные и eMTB (SUV) велосипеды. Их самым большим преимуществом является долговечность при переключении под нагрузкой и непрерывно, что особенно важно с мощными системами привода eBike.
Компания также разрабатывает продукты на базе вариатора для автомобильной промышленности.
Награды и гласность
Система и связанные с ней велосипеды были отмечены несколькими наградами. Это включает:
- Выбор редакции журнала Bicycling как пригородный велосипед года [13]
- Премия EUROBIKE 2010 [14]
- Технология года и велосипед года в Нидерландах [15]
- Награда iF Design EUROBIKE Gold 2008 [16]
Велосипеды, оснащенные трансмиссией NuVinci, впоследствии выиграли награду iF Design EUROBIKE в 2010 и 2011 годах [17].
Ellsworth Handcrafted Bicycles , производитель велосипедных рам и колес, разработал велосипед на базе вариатора Nuvinci. В 2007 году Ellsworth Ride получил высшие награды в ежегодном обзоре значимых новых продуктов журнала Popular Science «Лучшие из новинок». [18]
Смотрите также
- Бесступенчатая трансмиссия
- Вариатор
Рекомендации
- ↑ Том Шелли (13 августа 2003). «Вариаторы улучшенные по мощности» . Эврика, сайт инженерного проектирования . Проверено 28 июля 2011 .
- ^ «NuVinci N171 и N360» . 9 октября 2007 г.
- ^ а б в г д Фрэнк Маркус (сентябрь 2006 г.). «Код NuVinci» (PDF) . Motor Trend . Проверено 28 июля 2011 .
- ^ а б «Обзор NuVinci®» . Проверено 28 июля 2011 .
- ^ Б.О. Якобсон (1991). Реология и эластогидродинамическая смазка . Эльзевир.
- ^ Майкл Берк (7 июня 2012 г.). «Тестирование Novara Gotham: велосипед с бесконечными передачами» . Популярная наука . Проверено 8 июня 2012 .
Фоллбрук не опубликовал эту метрику (и критики высказывают недовольство по этому поводу)
- ^ а б Джереми Картер. "Тяговый вариатор Turbo Trac Drive CVT (04CVT-38)" (PDF) . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Проверено 29 июля 2011 .
- ^ Рич Вуд и Джорнол. «NuVinci N171 и N360» . Hubstripping.com . Проверено 28 июля 2011 .
- ^ Справочник по механизмам и механическим устройствам . Макгроу-Хилл. 11 декабря 2006 г. С. 343–344. ISBN 978-0-07-146761-2.
- ^ «Сравнение диапазона NuVinci® и дюймовой шестерни» (PDF) . Проверено 28 июля 2011 .
- ^ «Информация о продукте Fallbrook Technologies» . Fallbrooktech.com. Архивировано из оригинала на 2012-03-11 . Проверено 5 декабря 2009 .
- ^ Бен Коксворт (1 сентября 2010 г.). «NuVinci выпускает трансмиссию N360» . gizmag.com . Проверено 28 июля 2011 .
- ^ «Победители конкурса редакции 2011 года» . Езда на велосипеде . 13 апреля 2011 г.
- ^ «Трансмиссия NuVinci® N360 от Fallbrook Technologies Inc. получает награду EUROBIKE 2010» . Цифровой журнал . Проверено 2 сентября 2010 года .
- ^ [1] [ неработающая ссылка ]
- ^ «EUROBIKE AWARD 2008» . Международный форум дизайна в Ганновере. 19 июля 2011 года Архивировано из оригинала на 2011-07-19.
- ^ «Награды и почести» . Fallbrook Technologies Inc. 8 сентября, 2018. Архивировано из оригинала на 2018-09-08.
- ^ «Бесконечный велосипед» . Популярная наука . 2007 . Проверено 28 июля 2011 .
Внешние ссылки
- Официальный сайт NuVinci