NuVinci kontinuerligt variabel transmission
NuVinci Continuously Variable Planetary Transmission är en typ av rullbaserad kontinuerlig variabel transmission (CVT) tillverkad och marknadsförd av det amerikanska företaget Fallbrook Technologies Inc. Designen såg sin första marknadsapplikation som ett cykelväxlingssystem, först tillgängligt i december 2006 i Nederländerna och USA. NuVinci CVP-teknologi är för närvarande också under utveckling för andra applikationer, inklusive vindturbiner , lätta elfordon , utomhuskraftutrustning och front-end-tillbehör för fordon .
Historia
Mekaniska variatorer har funnits sedan 1800-talet, och de har använts framgångsrikt i maskiner, särskilt Kopp-kulvariatorn. Olika försök har gjorts för att implementera dem i fordonstransmissioner, men kommersiell framgång har varit svårfångad.
| varumärke | Produkt | Introducerad | Avvecklad | Hastigheter | Kugghjulsbredd | Vikt (exklusive hjälpkomponenter) | Syfte |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fallbrook | NuVinci N171 | 2007 | 2010 | kontinuerlig | 350 % (0,5 Under-Drive till 1,75 Over-Drive) | 3,85–3,95 kg (8,5–8,7 lb) | Stad |
| Fallbrook | NuVinci N330 | 2015 | kontinuerlig | 330 % nominellt, 0,5 underväxel till 1,65 överväxel | 2,45 kg (5,4 lb) | Stad, Urban | |
| Fallbrook | NuVinci N360 | 2010 | 2015 | kontinuerlig | 360 % 0,5 underväxel till 1,8 överväxel | 2,45 kg (5,4 lb) | Stad |
| Fallbrook | NuVinci N380 | 2015 | kontinuerlig | 380 % nominellt, 0,5 underväxel till 1,9 överväxel | 2,45 kg (5,4 lb) | City, Urban, Trekking, eMTB (SUV) |
NuVinci har bytt namn till Enviolo som en del av en konkursrekonstruktion. Den tidigare modellen N380 döptes om till TR för vandring. N330 är nu CI-varianten för city (CO för kommersiella uthyrningssystem är samma, men kan erbjuda olika färgscheman). Starkare modeller SP (sportive) och CA (cargo) har lagts till sedan dess.
Design
NuVinci CVT-växelsystemet använder en uppsättning roterande och lutande kulor placerade mellan ingångs- och utgångsskivorna på en transmission. Att luta kulorna ändrar deras kontaktdiametrar och varierar hastighetsförhållandet. Som ett resultat erbjuder NuVinci CVT-systemet en sömlös och kontinuerlig övergång till vilket förhållande som helst inom sitt sortiment. Utväxlingen växlas genom att sfärernas axlar lutas på ett kontinuerligt sätt för att ge olika kontaktradier, som i sin tur driver ingångs- och utmatningsskivorna. Systemet har flera "planeter" för att överföra vridmoment genom flera vätskefläckar. Sfärerna är placerade i en cirkulär grupp runt en central tomgång (sol) och kontaktar separata ingångs- och utgångsdrivskivor. Denna konfiguration gör att in- och utdata kan vara koncentriska och kompakta. Resultatet är möjligheten att svepa växellådan genom hela utväxlingsområdet smidigt, medan den är i rörelse, under belastning eller stoppad.
Två faktorer gör att NuVinci CVT kan tillhandahålla ett kontinuerligt variabelt utväxlingsintervall i en kompakt förpackning:
- Den första är den geometriska konfigurationen av drivenheten, som är baserad på olika kontaktförhållande för en sfär . Att kontakta en roterande sfär på två olika platser i förhållande till sfärens rotationsaxel kommer att ge ett "utväxlingsförhållande", som kan variera från underväxel till överväxel beroende på kontaktpunkternas placering för ingående och utgående vridmoment och hastighet .
- Den andra faktorn är elastohydrodynamisk smörjning (EHL). Transmissioner som använder EHL för att överföra kraft är kända som drivenheter . En dragdrivningstransmission arbetar med hjälp av en traktionsvätska som under normala omständigheter ger smörjning för drevet. När denna vätska genomgår höga kontakttryck under rullande kontakt mellan de två mycket hårda elementen, sfärerna och skivorna, genomgår vätskan en nästan momentan fasövergång till ett elastiskt fast ämne. Inom denna del av dragkraften staplas vätskans molekyler och länkar till ett fast ämne, genom vilket skjuvkraft och därmed vridmoment kan överföras. Observera att de rullande elementen faktiskt inte är i fysisk kontakt.
Jämförelse med konventionella transmissioner
NuVinci CVT-systemet har ett litet antal delar. De flesta CVT:er har lägre mekanisk effektivitet än konkurrerande konventionella transmissioner.
Eftersom varje CVT kan tillåta ett kraftverk , mänskligt eller motoriserat, att arbeta med (eller närmare) dess hastighet med optimal effektivitet, utgående vridmoment eller uteffekt, kan NuVinci CVT förbättra ett systems totala effektivitet eller prestanda jämfört med en "konventionell" växellåda, men endast om sådan vinst i kraftverkets effektivitet eller prestanda överstiger eventuella förluster i effektivitet eller prestanda som kan införas genom att ersätta den konventionella transmissionen med NuVinci CVT. Till exempel, om NuVinci CVT bara var 90 % lika effektiv som den konventionella transmissionen den ersatte, skulle vinsten i drifteffektivitet från kraftverket behöva vara 11 % (dvs. 1/0,90 - 1 = 0,11 eller 11 %) innan den totala effektiviteten förbättrades. Företaget lämnar inga siffror om effektiviteten av deras överföringar och har avböjt att göra det på begäran.
NuVinci CVT erbjuder vidare möjligheten att acceptera flera ingångar samtidigt som hastigheten och förhållandet varieras, hantera vridmoment och tillhandahålla enstaka eller flera eluttag. Genom att stödja ett vridmoment-krav snarare än en hastighet-krav-kontrolllösning, löser NuVinci CVT det låghastighetsaccelerationsproblem som är inneboende i vissa vridmoment-krav fordon.
NuVinci CVT:s enkla design och låga antal delar gör den lätt skalbar, med verktyg som kan användas i en mängd olika applikationer.
Jämförelse med andra CVT
NuVinci använder rullande dragkraft för att överföra vridmoment, precis som toroidformade transmissioner. Men till skillnad från toroidformade CVT:er fördelar den det överförda vridmomentet över flera sfärer, vilket minskar den totala klämkraften som krävs.
Detta arrangemang gör att NuVinci CVT kan kombinera den mjuka, kontinuerliga kraftöverföringen hos en CVT med nyttan av en konventionell planetväxel .
Som med andra CVT:er av traktionstyp, involverar överföring av vridmoment genom NuVinci CVT viss relativ glidning mellan de vridmomentöverförande kontaktpunkterna. Detta beror på att delar av bollen, för en given kontaktyta, går i en något annan riktning och med något annorlunda hastighet än skivan (detta fenomen med traktionstyp CVT kallas "kontaktspin"). "Spinhastigheten (eller borrhastigheten) definieras som skillnaden i rotationshastigheten för de drivande och drivna rullarna i en riktning vinkelrät mot kontaktpunktsplanet. Den orsakas av den relativa skillnaden i ythastigheter för båda elementen över kontakten patch och är en stor källa till effektförluster i dragdrivna CVT:er." I alla CVT:er av traktionstyp sker denna relativa glidning nödvändigtvis mellan ytor som är under de mycket höga klämtrycken som krävs för att säkerställa att vridmoment överförs tillförlitligt. Denna relativa glidning under höga tryck orsakar transmissionsförluster (ineffektivitet). Fallbrook Technology vägrar att publicera effektivitetsdata för NuVinci CVT. NuVinci är dock en variant av "tilting-ball drive"-typen av kontinuerligt variabel transmission (CVT), och effektiviteten för "tilting-ball drive" typ CVT är vanligtvis i intervallet 70% till 89%. Dess geometri skiljer sig dock avsevärt från Kopp-typen av tiltkulvariator i referensen genom att NuVinci har sina vridmomentöverföringskontakter på ytterdiametern snarare än innerdiametern, vilket sätter tomgångshjulet (ett element som reagerar på klämbelastning) i komprimering snarare än spänning, och eftersom tomgångskontaktytan inte är konform som i Kopp-designen. På grund av hur CVT:n är inställd är den generellt sett mer effektiv i ett 1:1-förhållande jämfört med maximala överväxel- eller underväxellägen. Oberoende testresultat har visat att det vid 1:1 faktiskt är mer effektivt än jämförbara interna växelnav för cykel, medan det vid ytterligheterna i förhållandet är något lägre. [ citat behövs ]
Vridmomentingångar kan summeras eller delas, precis som i en konventionell planet. [ förtydligande behövs ] Ratio-kontrollen är stabil och kan aktiveras längs växellådans mittlinje, vilket återigen liknar den beprövade planetväxlingen. I de flesta applikationer finns det inget behov av högtryckshydraulik .
Andra fördelar som delas med liknande CVT-konstruktioner inkluderar att de ingående och utgående axlarna kan vara antingen in-line, offset eller i en U-konfiguration (ingång och utgång både koaxiell och i samma plan), vilket gör transmissionen enkel, liten, lätt och lätt att paketera .
Fallbrook hävdar att transmissionskontrollen är stabil, linjär och inte kräver någon större ansträngning för utveckling av styrsystem .
Ansökningar
NuVinci CVT kan användas på många olika produkter som använder en mekanisk kraftöverföring . Den enda applikation som för närvarande kommersialiseras är det internt växlade cykelnavet. NuVinci CVT ersätter växelväxlar och andra invändiga nav och ger ett utväxlingsintervall på cirka 350 %, liknande det på cyklar med 8- eller 9-växlade navväxlar, eller med dubbla kedjeringar (de flesta racercyklar eller snabba landsvägscyklar) . Denna räckvidd är något mindre än räckvidden på 526 % som finns på cyklar med en Rohloff 14-växlad navväxel eller de flesta bergs-/hybrid-/turcyklar med trippelkedjedrev. Med konventionella standarder anses en NuVinci cykelnav vara tung. Den andra generationens modell N171B väger mellan 3,85 och 3,95 kg (8,5 och 8,7 lb), inklusive frihjul och monteringsutrustning. N360-modellen som presenterades i början av september 2010 väger 2,45 kg (5,4 lb). Samma artikel påpekar att "den kombinerade vikten av Shimano SLX fram- och bakväxel, växelreglage, frinav och kassett kommer ut till cirka 1,3 kg (2,9 lb)". NuVinci CVT är dock inriktat på de mindre viktmedvetna ( kryssnings- , komfort- och pendlarsegmenten ) med de senaste produktintroduktionerna, N330 och N380 är också inriktade på stadscyklar, stadscyklar, vandringscyklar och eMTB (SUV). Deras största fördel är hållbarheten, samtidigt som de växlar under belastning och kontinuerligt, vilket är särskilt viktigt med de kraftfulla eBike-drivsystemen.
Företaget utvecklar också produkter baserade på CVT-enheten för fordonsapplikationer.
Priser och publicitet
Systemet och tillhörande cyklar har fått flera utmärkelser. Dessa inkluderar:
- Bicycling Magazines redaktörsval för Årets pendlarcykel
- EUROBIKE Award 2010
- Årets teknik och Årets cykel i Nederländerna
- En iF Design EUROBIKE Gold 2008 Award
Cyklar utrustade med NuVinci-växellådor vann sedan iF Design EUROBIKE-priser 2010 och 2011.
Ellsworth Handcrafted Bicycles , en tillverkare av cykelramar och hjul designade en cykel runt Nuvinci CVT. År 2007 mottog The Ellsworth Ride högsta utmärkelser i Popular Science -tidningens årliga recension av viktiga nya produkter, Best of What's New.