WB Evolving Design Ontwikkeling Aandrijftechnologie Koppelingen en Transmissies

Transcriptie

1 WB Evolving Design Ontwikkeling Aandrijftechnologie Koppelingen en Transmissies Marco de Beurs Examiner EPO

2 Auto als leidraad Aandrijflijn, actuatoren en alternatieven

3 Aandrijflijn Motor Transmissie Cardan as Differentieel + achteras

4 Aandrijflijn Motor Transmissie

5 Aandrijvingen in de motor nokkenas ketting overbrenging krukas

6 Krukas Korte lineaire beweging naar rotatie

7 Nokken Rotatie naar korte lineaire beweging

8 Ketting / tandriem Grote afstand tussen aandrijvende en aangedreven as Geschikt om verband van rotatie tussen assen te behouden (niet bij snaar aandrijving)

9 Waarom een transmissie?

10 Eigenschappen last Rol + Luchtweerstand + Massa voertuig Berg omhoog / accelereren Rol + Luchtweerstand

11 Eigenschappen motor Maximale koppel Minimaal verbruik Minimale snelheid

12 Motor-last diagram Versnelling Maximum koppel bij versnelling Berg omhoog / accelereren

13 Optimaal verbruik Minimaal verbruik Versnelling (50km/h, 4 kn)

14 Aanpassen motor aan last Minimum snelheid motor Koppeling Maximum koppel Transmissie Optimaal verbruik Transmissie Achteruit Transmissie

15 Transmissies Handgeschakelde transmissie, droge koppeling Automaat, koppelomvormer (torque converter) Continu Variabele Transmissie Duwband (van Doorne) Toroid Hybride

16 Basis: variable transmissie Discreet Continu

17 Transmissies Handgeschakelde transmissie, droge koppeling Automaat, koppelomvormer (torque converter) Continu Variabele Transmissie Duwband (van Doorne) Toroid Hybride

18 Handbediende transmissie Koppeling Transmissie Motor 4 32 R 1 5 Cardan as

19 1ste versnelling

20 2de versnelling

21 4de versnelling

22 Basis: schakelbare koppelingen Vormgesloten: Krachtgesloten op wrijving:

23 Schakelen in een handmatige transmissie Hoofdkoppeling open (motor ontkoppelen) Huidige versnelling ontkoppelen Nieuwe versnelling: Synchroniseren ingaande as (wrijving) Koppelen nieuwe versnelling (vorm) Hoofdkoppeling sluiten

24 Synchroniseer koppeling synchroniseer ring schuifbare koppeling rotatievast aan de as conisch oppervlak om met wrijving te koppelen conisch oppervlak tandwielen kunnen op de as roteren splines / tanden

25 Synchroniseren Tandwiel wordt gesynchroniseerd: Synchroniseer ring maakt contact met tandwiel Tandwiel is gekoppeld

26 Droge koppeling Vliegwiel van de motor Ingaande as van transmissie

27 Waarom tandwielen? Met wielen kan via wrijving de beweging worden overgebracht wrijving voor overdracht Aandrukkracht nodig voor wrijving. Te weinig wrijving: Slip Gebruik tanden Probleem opgelost?!

28 Werking evolvente tanden Constante hoeksnelheid (onafhankelijk van asafstand) Minimale wrijving door rollend contact Makkelijk in productie voor meer info bijvoorbeeld:

29 Transmissies Handgeschakelde transmissie, droge koppeling Automaat, koppelomvormer (torque converter) Continu Variabele Transmissie Duwband (van Doorne) Toroid Hybride

30 Automaat Koppelomvormer (vloeistof koppeling) Planeet overbrengingen Hydraulisch aangestuurd

31 Automaat Koppelomvormer Transmissie

32 Vloeistofkoppeling Pomp en turbine Via vloeistof impuls overdracht

33 Koppelomvormer Koppelomvormer = vloeistofkoppeling + stator versterking van koppel

34 Koppelomvormer turbine stator pomp

35 Karakteristiek vloeistofkoppelingen Koppelomvormer Koppel uit = koppelvergrotingsfact or x koppel in Vloeistofkoppeling

36 Koppelomvormer met lock-up Lock-up koppeling om koppelomvormer te overbruggen Geen slip Geen verlies

37 Planeet overbrenging Tandwielen: Zon Planeten met drager Ringwiel Krachtverdeling over meerdere tanden en tandwielen Assen op één lijn

38 Basis: transmissie V = ω1 R1 = ω2 R2 F = T1 / R1 = T2 / R2 R2 ω2, T2 ω2, T2 ω1, T1 R1 V, F ω1, T1

39 Afleiding planeet overbrenging Rr ωp Rd Rp Rz ωz ωd Vr Vd Vz ωr Vr = ωr Rr Vd = ωd Rd Vz = ωz Rz Vd = ½ (Vr + Vz) 2 ωd Rd = ωr Rr + ωz Rz r d z p = ringwiel = planeetdrager = zon = planeet en verder: Rd = Rz +Rp = ½ (Rr + Rz) Verder is aantal tanden Z evenredig met de straal R, dus kan R door Z worden vervangen ωd (Zr + Zz) = ωr Zr + ωz Zz

40 Planeet overbrengingen

41 Planeet overbrengingen

42 Planeet overbrengingen

43 Tentamenvraag B

44 Tentamenvraag B1

45 Tentamenvraag B1

46 Tentamenvraag B2

47 Tentamenvraag B2 ωd (Zr + Zz) = ωr Zr + ωz Zz

48 Tentamenvraag B3

49 Tentamenvraag B3 ωd (Zr + Zz) = ωr Zr + ωz Zz

50 Tentamenvraag B4

51 Tentamenvraag B4 ωd (Zr + Zz) = ωr Zr + ωz Zz

52 Tentamenvraag B5

53 Tentamenvraag B5

54 Automaat 1ste versnelling

55 Lamellenkoppeling Veel wrijvingsoppervlakken: kleine knijpkracht, groot overdraagbaar koppel open hydraulische druk in zuiger gesloten

56 Transmissies Handgeschakelde transmissie, droge koppeling Automaat, koppelomvormer (torque converter) Continu Variabele Transmissie Duw / trekband (van Doorne, Luk) Toroid (Torotrak) Hybride

57 Continu Variabele Transmissie Wrijving: V-snaar Duwband (van Doorne) Ketting (Piv / Luk) Verstelbare poelies V-snaar

58 V-snaar CVT Grote diameter Kleine diameter Kleine diameter Grote diameter

59 V-snaar CVT toepassingen Scooters / brommers Sneeuwscooters Agrarische machines bijv. combines Daf variomatic

60 Stalen banden Duwband CVT (van Doorne) Stalen schakel Knijpkracht nodig voor wrijving

61 Duwband CVT

62 Toroid CVT Toepassing: Constant Speed Drive in vliegtuigen Generator Wielen geven rotatie via wrijving door van ene schijf naar andere schijf Voordeel: geen invloed van vliegtuigbewegin gen

63 Toroid CVT Knijpkracht nodig voor wrijving Grote versnelling Kleine versnelling

64 Hayes toroid CVT 1925,1933

65 Hayes toroid CVT Toroid A door motor via koppeling aangedreven Rol geeft draaiing van A naar B door Toroid B uitgaande beweging via link naar uitgaande as Low ratio High ratio

66 NuVinci CVT met kogels Toegepast bij fietsen

67 NuVinci

68 Hybride CVT Verdeling van koppel, een deel vast mechanisch, ander deel variabel: Electrisch Hydraulisch Mechanisch Optellen van snelheden met planetaire overbrenging

69 Optellende planeet overbrenging Motor Electrisch Optellen in planeet overbrenging; ingaand: zon en planeetdrager; uitgaand: ringwiel Generator

70 Hybride Ford T Planeet overbrenging Generator / motor Generator Generator / motor

71 Aandrijflijn Cardan as Differentieel + achteras

72 Cardan as Schuifstuk Kruiskoppeling Kruiskoppeling

73 Kruiskoppeling

74 Eigenschappen kruiskoppeling Hoek tussen assen Geen verplaatsing van de assen, assen moeten elkaar kruisen Rotatie wordt niet gelijkvormig overgedragen:

75 Toch eenparige overdracht Gelijke hoeken Assen liggen in één vlak

76 Homokinetische koppeling Eenparige rotatie tussen in- en uitgang

77 Homokinetische kogelkoppeling met kleine lengteverandering

78 Tripodekoppeling

79 Differentieel in achteras Differentieel Cardanas

80 Differentieel Gelijke verdeling van koppel bij ongelijke snelheid van 2 uitgaande assen Overbrenging is gelijk aan beide kanten

81 Nadelen differentieel Slippend wiel beide wielen weinig koppel Oplossing: limited slip Slippende koppelingen tussen assen Tandwielen met grote wrijving

82 Alternatieven differentieel One way koppelingen Slippende koppelingen

83 Differentieel met koppelingen

84 Differentieel met koppelingen Geen aandrijving Beide aangedreven Links geen aandrijving

85 Tentamenvraag D

86 Tentamenvraag D1

87 Tentamenvraag D1

88 Tentamenvraag D2

89 Tentamenvraag D2 Relativeer de beweging van ωgroot en de stilstaande as

90 Tentamenvraag D3

91 Tentamenvraag D3 Relativeer de beweging van ωgroot en de stilstaande as

92 Tentamenvraag D4

93 Tentamenvraag D4

94 Actuatoren

95 Stuur mechanisme rotatie naar lineair Tandheugel Spindel

96 Tandheugel Stuur mechanisme

97 Actuatoren Relatief veel kracht, weinig beweging, intermitterend, klein vermogen Grote vertraging Planeet overbrengingen Enkel / meerdere planeten Wolfrom Cyclo Harmonic drive Worm

98 Meerdere planeet sets

99 Wolfrom planeet overbrenging 2 Ringtandwielen met een klein verschil in tanden: bij iedere volledige rotatie van de planeetdrager roteren de ringtandwielen met het verschil in tanden ten opzichte van elkaar. vast ringwiel ringwiel aan uitgaande as zon planeet

100 Cyclo planeet overbrenging Planeten maximale grootte Planeetdrager (excenter) is ingaande as Rotatie van planeet naar uitgaande as Robuust door veel tandcontact

101 Harmonic drive Flexible verbinding naar uitgang (Flex spline)

102 Micro harmonic drive Micro harmonic drive gecombineerd met Wolfrom

103 Voorbeeld actuator in stoel Cyclo in verstelling van de rugleuning Planeet excenter Ringwiel (tanden niet zichtbaar) rotatie planeet naar uitgaande as via koppeling met tanden

104 Worm overbrenging Haakse overbrenging Eenvoudig Grote ratio Voorbeeld: ruitenwissers

105 Einde