Первая в мире вариаторная коробка передач: трансмиссия «Святой Грааль» в виде прототипа
Первая в мире вариаторная трансмиссия с зубчатой передачей, способная плавно изменять передаточные числа между нулевой и высшей передачей
Эффективность зубчатой передачи с плавно изменяемым передаточным отношением вариатора — без трения ремня и с возможностью опускаться до нулевого передаточного отношения без необходимости сцепления.
Итальянская компания Alter Ego, возглавляемая инженером-механиком и автоматизатором Эдисоном Павилку и при содействии кинематических исследований, проведенных в Миланском техническом университете, сообщает, что создала прототип сложного нового механизма — первого в мире зубчатого вариатора, который на 10% эффективнее обычного ременного вариатора.
Действительно, эффективность сопоставима с эффективностью некоторых механических трансмиссий, при этом имеется возможность плавно регулировать передаточное отношение от нуля вплоть до повышающей передачи, независимо от того, вращаются ли колеса и/или коленчатый вал или нет.
Сложная и, по-видимому, несколько шумная конструкция, которая делает то, чего еще не достигла ни одна другая трансмиссия.
Краткое руководство по выбору механической трансмиссии и вариатора
Почему это так важно? Что ж, трансмиссии предназначены для того, чтобы система привода — будь то двигатель, электромотор или ноги велосипедиста, вращающие педали — работала на оптимальной скорости для эффективной передачи крутящего момента, одновременно регулируя передаточное отношение между системой привода и колесами, чтобы обеспечить правильное усилие в зависимости от текущей скорости и ситуации.
Механические трансмиссии очень эффективны, они сцепляют металлические шестерни вместе, чтобы передавать от 95 до 98% входной мощности. Но у вас может быть только столько передач, сколько вы можете поместить в коробку, и, помимо систем с несколькими сцеплениями, у вас есть пробелы в подаче мощности, когда вам нужно выключать фрикционное сцепление из передачи, а затем снова включать следующую. Когда вы на передаче, ваше передаточное отношение заблокировано, поэтому скорость вашего двигателя должна меняться при ускорении или замедлении. Вы можете оставаться близкими к идеальной скорости двигателя для данных условий, но не точно.
С другой стороны, вариаторы жертвуют некоторой эффективностью трансмиссии ради повышения эффективности двигателя и сверхплавного переключения. Многие работают с использованием V-образного фрикционного ремня, проходящего между двумя шкивами, которые могут изменять свой диаметр одновременно, делая один больше, а другой меньше, чтобы поддерживать натяжение ремня.
Команда RatioZero сравнивает свою собственную конструкцию с другими типами трансмиссий
Таким образом, вы можете плавно регулировать передаточные числа от самого низкого до самого высокого во время движения; частота вращения двигателя устанавливается именно там, где это необходимо для обеспечения максимальной мощности или эффективности, а трансмиссия постоянно подстраивается под скорость вращения колес или требуемую мощность.
Для полной остановки им необходимо отключить фрикционную муфту, а без этого преимущества металлических зубьев большинство вариаторов обеспечивают КПД лишь в пределах 70–86%.
Это цифры Alter Ego, и конечно же, это упрощение, но они достаточны для понимания. Посмотрите видео ниже от The Engineers Post для более наглядного бэкграунда!
Вариатор с редуктором RatioZero: как это работает
Встречайте трансмиссию RatioZero.
По сути крутящий момент от входа передается на выход постоянно, но только одной из этих трех маленьких шестеренок за раз. Своего рода реле крутящего момента, если хотите.
Когда оси, соединенные с этими изогнутыми рычагами, находятся прямо в центре планетарных приводных шестерен, приводные шестерни могут вращаться сколько угодно; оси свободно вращаются вместе с ними, а рычаги не двигаются. Это ваше нулевое передаточное отношение; выходная коронная шестерня остается там, где она есть.
Но оси могут быть смещены от центра ведущей шестерни – есть скользящий привод, который постепенно выталкивает все три оси наружу и от центра. Теперь, когда планетарные шестерни вращаются, эти оси начинают описывать круги, а рычаги начинают двигаться вперед и назад. И вот как вы получаете это реле крутящего момента на ведущем кольце; свободно вращающаяся шестерня на конце каждого рычага тянет выходную шестерню через часть ее вращения, затем возвращается назад, когда другие рычаги берут на себя управление, прежде чем сделать это снова.
Конструкция RatioZero, интегрированная в герметичный блок
Чем больше смещены оси в планетарных ведущих шестернях, тем выше становится передаточное отношение и тем быстрее будет вращаться выходная шестерня за один оборот входного вала.
Механически мыслящие могут сказать: подождите, эти движения руки никак не могут обеспечить постоянную скорость вращения выходного привода! И они были бы правы – но команда Alter Ego исправила это, используя эллиптические шестерни, которые постоянно изменяют скорость вращения планетарных приводных шестерен, так что постоянная входная скорость приводит к более постоянной выходной скорости.
Да, система привода с реле крутящего момента приводит к слегка неравномерной выходной скорости — команда утверждает, что эта проблема в основном решена с помощью эллиптических шестерен в приводной секции.
В приложениях, где вам нужен выход для свободного хода, например, велосипед, вы можете использовать односторонний храповой механизм на главной ведущей шестерне, чтобы ваши педали не прыгали как сумасшедшие, когда вы катитесь вниз по склону. А для тяжелых условий эксплуатации... Что ж, есть более сложная и надежная версия, использующая четыре передачи вместо трех.
Каковы дальнейшие шаги?
Alter Ego построила несколько рабочих прототипов. Один из них теперь установлен на велосипеде, с джойстиком, управляющим небольшим электродвигателем, который изменяет передаточное отношение по требованию в диапазоне, который переводит выходной привод от 0% до 600% скорости входного привода. Выбор передаточного отношения, конечно, в конечном итоге станет автоматизированным процессом.
Следующим шагом станет установка трансмиссии на двигатель внутреннего сгорания; команда планирует установить трансмиссию на скутер Yamaha T-Max объемом 530 куб. см в качестве дальнейшего подтверждения концепции, а затем предложить ее производителям мотоциклов.
Но его также можно интегрировать в более широкий блок двигателя электровелосипеда в качестве цельного привода с переменной скоростью или встроить в ветрогенератор, автомобиль, грузовик, трактор, снегоход, промышленную машину и т. д.
Alter Ego говорит, что основные проблемы, которые все еще необходимо решить, — это оставшиеся «ряби» в подаче крутящего момента, которые, вероятно, все еще проявляются в виде небольших изменений выходной скорости, и шум. К этому мы бы добавили надежность; сегодняшние вариаторы, возможно, и близко не так эффективны, как эта трансмиссия, но Toyota, например, дает пятилетнюю гарантию на свои автомобильные вариаторы, и, как правило, ожидается, что они прослужат более 100 000 миль (161 000 км), если не вдвое больше.
Если потребительский продукт когда-либо будет выпущен с передаточным отношением, которое снизится до нуля, ну, потенциал механического напряжения здесь так же бесконечен, как и крутящий момент, который вы теоретически можете пропустить через эту систему. При крошечном смещении оси эти рычаги не будут сильно перемещать выходной привод, но крутящий момент, который они могли бы приложить к застрявшему колесу, может стать довольно эпическим.
Будет интересно посмотреть, что с этим сделают производители — похоже, некоторые прототипы RatioZero на самом деле заблокированы таким образом, что не могут опуститься слишком близко к нулевому значению.
Alter Ego приглашает заинтересованных лиц прокатиться на прототипе велосипеда RatioZero
Вариатор с редуктором RatioZero — это увлекательное с механической точки зрения устройство, и хотя оно довольно сложное, оно, безусловно, выполняет свои функции, о которых говорит его название. Так что у него, похоже, есть большой потенциал, чтобы превзойти то, что Alter Ego описывает как текущий уровень технологической готовности (TRL) 5, что означает «лабораторные испытания интегрированной/полуинтегрированной системы» с «проверкой компонентов и/или процессов в соответствующей среде».
Но предстоит еще долгий путь — особенно когда речь заходит о проведении этих вещей через изнурительный процесс проверки и тестирования для использования OEM-производителями автомобилей и мотоциклов.
И вот к чему мы пришли: у команды Alter Ego есть несколько рабочих прототипов, но теперь они пытаются собрать полмиллиона долларов, которые им понадобятся на еще один год НИОКР, интеграцию прототипа в Yamaha T-Max и показ его на выставке в поисках OEM-производителей, которые могли бы подхватить идею и превратить ее в потребительский продукт.
Текущий план состоит в том, чтобы собрать эти 500 000 долларов США, в краудфандинговой кампании, которая начнется «скоро».
.jpg.b0967983114622adb8c264a1bd9c02c2.jpg)
