La transmisión planetaria continuamente variable NuVinci es un tipo de transmisión continuamente variable (CVT) basada en rodillos fabricada y comercializada por la empresa estadounidense Fallbrook Technologies Inc. El diseño vio su aplicación inicial en el mercado como un sistema de engranaje de bicicleta , disponible por primera vez en diciembre de 2006 en el Holanda y Estados Unidos. La tecnología NuVinci CVP también se encuentra actualmente en desarrollo para otras aplicaciones, incluidas turbinas eólicas , vehículos eléctricos ligeros , equipos de energía para exteriores y unidades de accesorios frontales automotrices .
Historia
Los variadores mecánicos existen desde el siglo XIX y se han utilizado con éxito en maquinaria, en particular el variador de bola basculante Kopp. Se han hecho varios intentos para implementarlos en transmisiones de vehículos, pero el éxito comercial ha sido esquivo. [1]
Marca | Producto | Introducido | Interrumpido | Velocidades | Ancho de engranaje | Peso (excluyendo componentes auxiliares) | Propósito |
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Fallbrook | NuVinci N171 | 2007 | 2010 | continuo | 350% (0.5 Under-Drive a 1.75 Over-Drive) | 3,85 a 3,95 kilogramos (8,5 a 8,7 libras) | Ciudad |
Fallbrook | NuVinci N330 | 2015 | continuo | 330% nominal, 0.5 submarcha a 1.65 sobremarcha | 2,45 kilogramos (5,4 libras) | Ciudad, Urbano | |
Fallbrook | NuVinci N360 | 2010 | 2015 | continuo | 360% 0.5 submarcha a 1.8 sobremarcha | 2,45 kilogramos (5,4 libras) | Ciudad |
Fallbrook | NuVinci N380 | 2015 | continuo | 380% nominal, 0.5 submarcha a 1.9 sobremarcha | 2,45 kilogramos (5,4 libras) | Ciudad, Urbano, Trekking, eMTB (SUV) |
NuVinci ha sido renombrado a Enviolo en 2017, que es una división de Fallbrook Technologies Inc. . El antiguo modelo N380 pasó a llamarse TR para trekking. N330 es ahora la variante CI para ciudad (el CO para sistemas de alquiler comerciales es el mismo, pero puede ofrecer diferentes esquemas de color). Desde entonces se han añadido modelos más fuertes SP (deportivo) y CA (carga).
Diseño
El sistema de engranajes NuVinci CVT utiliza un conjunto de bolas giratorias e inclinables colocadas entre los discos de entrada y salida de una transmisión. Inclinar las bolas cambia sus diámetros de contacto y varía la relación de velocidad. [3] [4] Como resultado, el sistema NuVinci CVT ofrece una transición fluida y continua a cualquier proporción dentro de su rango. La relación de transmisión se cambia inclinando los ejes de las esferas de manera continua, para proporcionar diferentes radios de contacto, que a su vez impulsan los discos de entrada y salida. El sistema tiene múltiples "planetas" para transferir el torque a través de múltiples parches de fluido. Las esferas se colocan en una matriz circular alrededor de una rueda loca central (sol) y contactan con discos de tracción de entrada y salida separados. Esta configuración permite que la entrada y la salida sean concéntricas y compactas. El resultado es la capacidad de barrer la transmisión a través de todo el rango de relación suavemente, mientras está en movimiento, bajo carga o detenida.
Dos factores permiten que NuVinci CVT proporcione un rango de relación continuamente variable en un paquete compacto:
- La primera es la configuración geométrica del accionamiento, que se basa en diferentes relaciones de contacto de una esfera . Ponerse en contacto con una esfera giratoria en dos ubicaciones diferentes en relación con el eje de rotación de la esfera proporcionará una "relación de transmisión", que puede variar de submarcha a sobremarcha dependiendo de la ubicación de los puntos de contacto para el par y la velocidad de entrada y salida . [3]
- El segundo factor es la lubricación elastohidrodinámica (EHL). [5] Las transmisiones que utilizan EHL para transferir energía se conocen como unidades de tracción . Una transmisión de transmisión de tracción funciona utilizando un fluido de tracción que, en circunstancias normales, proporciona lubricación para la transmisión. Cuando este fluido sufre altas presiones de contacto bajo contacto rodante entre los dos elementos muy duros, las esferas y los discos, el fluido experimenta una transición de fase casi instantánea a un sólido elástico . Dentro de este parche de tracción, las moléculas del fluido se apilan y se unen para formar un sólido, a través del cual se puede transferir la fuerza de corte y , por lo tanto, el torque . Tenga en cuenta que los elementos rodantes en realidad no están en contacto físico. [3]
Comparación con transmisiones convencionales
El sistema NuVinci CVT tiene una pequeña cantidad de piezas. [3] [4] La mayoría de las CVT tienen menor eficiencia mecánica que las transmisiones convencionales de la competencia.
Dado que cualquier CVT puede permitir que una planta de energía , humana o motorizada, opere a (o más cerca de) su velocidad de eficiencia óptima, par de salida o potencia de salida, el NuVinci CVT puede mejorar la eficiencia o el rendimiento general de un sistema en comparación con un 'convencional' transmisión con engranajes, pero solo si dicha ganancia en la eficiencia o el rendimiento de la planta de energía excede cualquier pérdida en la eficiencia o el rendimiento que se pueda introducir al reemplazar la transmisión convencional con el NuVinci CVT. Por ejemplo, si el NuVinci CVT fuera solo un 90% más eficiente que la transmisión convencional que reemplazó, la ganancia en la eficiencia operativa de la planta de energía tendría que ser del 11% (es decir, 1 / 0.90 - 1 = 0.11 u 11%) antes la eficiencia general mejoró. La compañía no proporciona números relacionados con la eficiencia de sus transmisiones y se ha negado a hacerlo cuando se le solicitó. [6]
El NuVinci CVT ofrece además la capacidad de aceptar múltiples entradas mientras varía la velocidad y la relación, administra el par y proporciona tomas de corriente únicas o múltiples. Al admitir una solución de control de demanda de par en lugar de una demanda de velocidad, el NuVinci CVT resuelve el problema de aceleración a baja velocidad inherente a algunos vehículos de demanda de par. [3]
El diseño simple de NuVinci CVT y el bajo número de piezas lo hacen fácilmente escalable, con herramientas que se pueden usar en una amplia variedad de aplicaciones.
Comparación con otras CVT
El NuVinci usa tracción rodante para transferir torque, al igual que lo hacen las transmisiones toroidales. Sin embargo, a diferencia de las CVT toroidales, distribuye el par transmitido en varias esferas, lo que reduce la fuerza de sujeción total requerida.
Esta disposición permite que la CVT de NuVinci combine la transferencia de potencia suave y continua de una CVT con la utilidad de una transmisión de engranajes planetarios convencional .
Al igual que con otras CVT de tipo tracción, la transmisión de par a través de la CVT NuVinci implica cierto deslizamiento relativo entre los parches de contacto que transmiten el par. [7] Esto se debe a que, para cualquier parche de contacto, partes de la bola van en una dirección ligeramente diferente y a velocidades ligeramente diferentes que el disco (este fenómeno de CVT de tipo tracción se conoce como "giro de contacto"). "La velocidad de giro (o velocidad de perforación) se define como la diferencia en la velocidad de rotación de los rodillos impulsores e impulsados en una dirección perpendicular al plano del parche de contacto. Es causada por la diferencia relativa en las velocidades superficiales de ambos elementos a través del contacto parche y es una fuente importante de pérdida de potencia en las CVT de los accionamientos de tracción ". [7] En todas las CVT de tipo de tracción, este deslizamiento relativo se produce necesariamente entre superficies que están sometidas a presiones de sujeción muy elevadas necesarias para garantizar que los pares se transmitan de forma fiable. Este deslizamiento relativo bajo altas presiones provoca pérdidas de transmisión (ineficiencia). Fallbrook Technology se niega a publicar datos de eficiencia para NuVinci CVT. [8] Sin embargo, el NuVinci es una variante del tipo de transmisión continuamente variable (CVT) de "impulsión de bola basculante", y la eficiencia de las CVT del tipo "impulsión de bola basculante" suele oscilar entre el 70% y el 89%. . [9] Sin embargo, su geometría difiere significativamente del tipo de variador de bola basculante de Kopp en la referencia en que el NuVinci tiene sus contactos de transferencia de par en el diámetro exterior en lugar del diámetro interior, lo que coloca la rueda loca (un elemento que reacciona sujetando carga) en compresión en lugar de tensión, y porque la superficie de contacto de la rueda guía no es conforme al diseño de Kopp. En general, debido a la forma en que se configura la CVT, es más eficiente en una proporción de 1: 1 en comparación con las posiciones de sobremarcha o submarcha máxima. Los resultados de pruebas independientes han demostrado que a 1: 1 es en realidad más eficiente que los cubos de engranajes internos de bicicletas comparables, mientras que en los extremos de relación es ligeramente más bajo. [ cita requerida ]
Las entradas de par se pueden sumar o dividir, como en un planetario convencional. [se necesita aclaración ] El control de relación es estable y puede accionarse por la línea central de la transmisión , que nuevamente es similar a la transmisión planetaria probada. En la mayoría de las aplicaciones, no se necesitan sistemas hidráulicos de alta presión .
Otras ventajas compartidas con diseños CVT similares incluyen que los ejes de entrada y salida pueden estar en línea, desplazados o en una configuración en U (entrada y salida tanto coaxiales como coplanares ), lo que hace que la transmisión sea simple, pequeña, liviana y fácil de empaquetar. .
Fallbrook afirma que el control de la transmisión es estable, lineal y no requiere un gran esfuerzo de desarrollo del sistema de control .
Aplicaciones
El NuVinci CVT puede aplicarse a muchos productos diferentes que utilizan una transmisión de potencia mecánica . La única aplicación que se comercializa actualmente es el buje de bicicleta con engranajes internos. El NuVinci CVT reemplaza los desviadores y otros bujes con engranajes internos , y proporciona un rango de relación de transmisión de aproximadamente 350%, similar al de las bicicletas con engranajes de buje de 8 o 9 velocidades, o con platos de doble cadena (la mayoría de las bicicletas de carreras o de carretera rápidas). . [10] Este rango es algo menor que el rango del 526% que se encuentra en las bicicletas con un engranaje de buje Rohloff de 14 velocidades o en la mayoría de las bicicletas de montaña / híbridas / de turismo con platos triples. Según los estándares convencionales, un buje de bicicleta NuVinci se considera pesado. El modelo N171B de segunda generación pesa entre 3,85 y 3,95 kilogramos (8,5 y 8,7 libras), incluida la rueda libre y los accesorios de montaje. [11] El modelo N360 anunciado a principios de septiembre de 2010 pesa 2,45 kg (5,4 lb). [12] Ese mismo artículo señala que "el peso combinado de los desviadores, las palancas de cambio, el buje libre y el cassette Shimano SLX es de aproximadamente 1,3 kg (2,9 lb)". Sin embargo, la NuVinci CVT está dirigida a los segmentos menos preocupados por el peso ( crucero , comodidad y cercanías ) con las últimas presentaciones de productos, la N330 y la N380, que también están dirigidas a bicicletas urbanas, urbanas, de trekking y eMTB (SUV). Su mayor ventaja es la durabilidad, mientras cambia bajo carga y de forma continua, lo cual es especialmente importante con los potentes sistemas de transmisión de eBike.
La compañía también está desarrollando productos basados en la unidad CVT para aplicaciones automotrices.
Premios y publicidad
El sistema y las bicicletas asociadas han sido galardonados con varios premios. Éstas incluyen:
- Elección del editor de la revista Bicicletas para la bicicleta de cercanías del año [13]
- Premio EUROBIKE 2010 [14]
- Tecnología del año y bicicleta del año en los Países Bajos [15]
- Un premio iF Design EUROBIKE Gold 2008 [16]
Las bicicletas equipadas con transmisiones NuVinci ganaron posteriormente los premios iF Design EUROBIKE en 2010 y 2011. [17]
Ellsworth Handcrafted Bicycles , un fabricante de cuadros y ruedas de bicicletas, diseñó una bicicleta alrededor de la Nuvinci CVT. En 2007, The Ellsworth Ride recibió los máximos honores en la revisión anual Best of What's New de la revista Popular Science sobre nuevos productos importantes. [18]
Ver también
- Transmisión continuamente variable
- Variador
Referencias
- ↑ Tom Shelley (13 de agosto de 2003). "Variadores mejorados con potencia" . Eureka, el sitio para el diseño de ingeniería . Consultado el 28 de julio de 2011 .
- ^ "NuVinci N171 y N360" . 9 de octubre de 2007.
- ^ a b c d e Frank Markus (septiembre de 2006). "El Código NuVinci" (PDF) . Tendencia del motor . Consultado el 28 de julio de 2011 .
- ^ a b "Descripción general de NuVinci®" . Consultado el 28 de julio de 2011 .
- ^ BO Jacobson (1991). Reología y Lubricación Elastohidrodinámica . Elsevier.
- ^ Michael Berk (7 de junio de 2012). "Prueba de la Novara Gotham: una bicicleta con engranajes infinitos" . Ciencia popular . Consultado el 8 de junio de 2012 .
Fallbrook no ha publicado esta métrica (y ha habido algunas quejas de los críticos sobre esto)
- ^ a b Jeremy Carter. "El Turbo Trac Traction Drive CVT (04CVT-38)" (PDF) . Instituto de Investigaciones del Suroeste . Consultado el 29 de julio de 2011 .
- ^ Rich Wood y Jornole. "NuVinci N171 y N360" . Hubstripping.com . Consultado el 28 de julio de 2011 .
- ^ Libro de consulta sobre mecanismos y dispositivos mecánicos . McGraw-Hill. 11 de diciembre de 2006. págs. 343–344. ISBN 978-0-07-146761-2.
- ^ "Comparación de pulgadas de engranajes y rango NuVinci®" (PDF) . Consultado el 28 de julio de 2011 .
- ^ "Información de producto de Fallbrook Technologies" . Fallbrooktech.com. Archivado desde el original el 11 de marzo de 2012 . Consultado el 5 de diciembre de 2009 .
- ^ Ben Coxworth (1 de septiembre de 2010). "NuVinci lanza la transmisión N360" . gizmag.com . Consultado el 28 de julio de 2011 .
- ^ "Ganadores de 2011 Editors 'Choice" . Andar en bicicleta . 13 de abril de 2011.
- ^ "La transmisión NuVinci® N360 de Fallbrook Technologies Inc. gana el premio EUROBIKE 2010" . Revista digital . Consultado el 2 de septiembre de 2010 .
- ^ [1] [ enlace muerto ]
- ^ "PREMIO EUROBIKE 2008" . Foro Internacional de Diseño de Hannover. 19 de julio de 2011. Archivado desde el original el 19 de julio de 2011 .
- ^ "Premios y honores" . Fallbrook Technologies Inc. 8 de septiembre de 2018. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2018.
- ^ "La bicicleta con engranajes infinitos" . Ciencia popular . 2007 . Consultado el 28 de julio de 2011 .
enlaces externos
- Sitio oficial de NuVinci