A novel mechanical layout for continuous variable transmission with gyroscopic torque converter – multiphysical analysis

Μηλιώνης, Φίλιππος; Milionis, Filippos

dc.contributor.author	Μηλιώνης, Φίλιππος	el
dc.contributor.author	Milionis, Filippos	en
dc.date.accessioned	2024-12-10T09:33:55Z
dc.date.available	2024-12-10T09:33:55Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60521
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28217
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μηχανισμός	el
dc.subject	Συνεχόμενη Μετάδοση Κίνησης	el
dc.subject	Γυροσκοπικός Μετατροπέας Ροπής	el
dc.subject	Υδραυλικός κινητήρας	el
dc.subject	Πολυφυσική Ανάλυση	el
dc.subject	CVT	en
dc.subject	Gyroscopic Torque Converter	en
dc.subject	Mechanism	en
dc.subject	Hydraulic Motor	en
dc.subject	Multiphysical Analysis	en
dc.title	A novel mechanical layout for continuous variable transmission with gyroscopic torque converter – multiphysical analysis	en
dc.title	Ένας καινοτόμος μηχανισμός συνεχόμενης μετάδοσης κίνησης με γυροσκοπικό μετατροπέα ροπής - Πολυφυσική ανάλυση	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanism and Machine Theory	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-06
heal.abstract	new continuously variable transmission (CVT) system is proposed in this paper for the purpose of improving transmission efficiency in vehicles. The patented mechanical layout, considers a self-adaptive gyroscopic, hydrostatic linear torque converter, that achieves power transmission at various ratios by varying the displacement angle of the centrifugally free sliding arm connecting the output shaft of the engine to the mechanism. The hydrostatic portion of the mechanism involves either a hydraulic motor or a Pelton turbine, since it delivers high power for small flow rates and high pressures, converting fluid power to mechanical power. Kinematic and dynamic analysis take place to validate the dynamic behavior of the system. An important addition to the mechanism was a spherical spring, to maintain oscillatory motion since torque provided at the extreme points is momentarily 0 and the mechanism is otherwise driven to instability. Next, an optimization procedure took place with the overall CVT’s dimensions taken into account, as the goal is for it to be small enough to fit inside a vehicle. Gearbox MQ200-6F of the Seat Ibiza Fr 2021 model was chosen as an example, since it’s a standard vehicle with its gearbox dimensions being roughly the same throughout the car industry for such cars. Optimum geometry of crucial CVT components was pinpointed, to account for 3 different operating points, all of which were derived from the power-torque vs rpm chart provided for the engine of the Seat Ibiza 2021 model, with the goal of covering a broad range of operation. The achieved overall efficiency of the optimal configuration resulted in 𝜂��=0.64, while the thought maximum efficiency was estimated as 𝜂��𝑚��𝑎��𝑥��=0.72. Efficiency was constant throughout the operating points, whereas the spring constant increased in value with power. Its value was influenced by the oscillatory behavior of input torque to the mechanism as well as the non-constant fluid velocities impacting the Pelton turbine, resulting in a less than estimated value. This CVT invention seems very promising as the mechanism can operate for various loads with good enough efficiency and at a reasonable size. Still, further research is needed as a custom spring needs to be implemented that takes into account the displacement of the centrifugal free sliding arm as well as the load demanded for various points, with regard to also maximizing efficiency. Additionally, other hydrodynamic turbines may be found to be better options for efficiency and overall operation, since Pelton turbine does not directly influence the mechanism but needs a central processor unit (CPU) or a hydraulic system to control the nozzle area ratios to induce load	en
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένα καινοτόμο σύστημα συνεχόμενης μετάδοσης κίνησης (CVT) με σκοπό την βελτίωση της απόδοσης μετάδοσης κίνησης σε οχήματα. Η μηχανική διάταξη που αναφέρεται στην εν λόγω πατέντα αφορά σε αυτοπροσδιοριζόμενο, γυροσκοπικό, υδροστατικό γραμμικό μετατροπέα ροπής, ο οποίος επιτυγχάνει μετάδοση ισχύος σε διάφορους λόγους μετάδοσης μεταβάλλοντας την γωνία μετατόπισης ενός μοχλού φυγοκεντρικά ελεύθερης ολίσθησης, ο οποίος συνδέει τον άξονα του κινητήρα με τον μηχανισμό. Το υδροστατικό μέρος του μηχανισμού εμπεριέχει τη χρήση είτε ενός υδραυλικού κινητήρα είτε μιας στροβιλομηχανής Pelton, εφόσον αυτή δύναται να παράγει μεγάλη ισχύ για χαμηλές παροχές ρευστού και υψηλές πιέσεις, ώστε να μετατραπεί η ρευστοδυναμική ενέργεια σε μηχανική. Κινηματική και δυναμική ανάλυση λαμβάνουν χώρα ώστε να επικυρωθεί η δυναμική συμπεριφορά του μηχανισμού. Σημαντική προσθήκη αποτέλεσε το στροφικό ελατήριο, με σκοπό να διατηρείται η περιοδική κίνηση του μηχανισμού καθώς η ροπή εισόδου σε αυτόν είναι στιγμιαία μηδενική στα νεκρά σημεία, με αποτέλεσμα, δίχως αυτό, ο μηχανισμός να οδηγείται σε αστάθεια. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση έχοντας κυρίαρχες παραμέτρους τις ολικές διαστάσεις του μηχανισμού, διότι θα πρέπει να είναι αρκετά μικρός ώστε να τοποθετείται σε επιβατικά οχήματα. Ως παράδειγμα χρησιμοποιήθηκε το κιβώτιο ταχυτήτων MQ200-6F του Seat Ibiza Fr 2021 μοντέλου, δεδομένου ότι αποτελεί τυπικό όχημα με τις διαστάσεις του κιβωτίου του να είναι περίπου ίδιες με κιβώτια παρόμοιου τύπου της αγοράς. Ως αποτέλεσμα προσδιορίστηκαν οι διαστάσεις κύριων μερών του μηχανισμού σε 3 σημεία λειτουργίας, τα οποία επιλέχθηκαν με βάση το διάγραμμα ισχύος, ροπής – στροφών του κινητήρα του Seat Ibiza Fr 2021 μοντέλου, ώστε να καλυφθεί μεγάλο μέρος της λειτουργίας του. Η απόδοση που επιτεύχθηκε άπο την βέλτιστη διάταξη υπολογίστηκε σε 𝜂��=0.64, ενώ η θεωρητική μέγιστη απόδοση εκτιμήθηκε σε 𝜂��𝑚��𝑎��𝑥��=0.72. Η απόδοση αυτή ήταν ίδια και στα 3 σημεία λειτουργίας που έλαβε χώρα η βελτιστοποίηση, ενώ η σταθερά ελατήριου παρουσίασε αύξουσα συμπεριφορά με αύξηση της ισχύς εισόδου. Η τιμή της επηρεάστηκε τόσο από την περιοδική συμπεριφορά της ροπής εισόδου στον μηχανισμό όσο και από τις μεταβαλλόμενες ταχύτητες των δεσμών ρευστού που εισέρχονταν στην Pelton, με αποτέλεσμα την μη βέλτιστη λειτουργία της και άρα μειωμένη απόδοση. Η παρούσα εφεύρεση φαίνεται αρκετά υποσχόμενη, αφού ο μηχανισμός δύναται να λειτουργήσει για διάφορες συνθήκες φόρτισης με σχετικά καλό βαθμό απόδοσης, σε αποδεκτό μέγεθος. Ωστόσο απαιτείται περαιτέρω έρευνα όσο αφορά το ελατήριο μεταβλητής σταθεράς που πρέπει να ενταχθεί στον μηχανισμό, το οποίο οφείλει να λαμβάνει υπόψιν την γωνία μετατόπισης του μοχλού φυγοκεντρικά ελεύθερης ολίσθησης, καθώς και τις συνθήκες φόρτισης, ενώ παράλληλα στόχος είναι και η μεγιστοποίηση της απόδοσης. Ακόμη, άλλες υδροδυναμικές μηχανές ενδέχεται να κριθούν περισσότερο κατάλληλες ως προς την απόδοση και την συνολική λειτουργία του μηχανισμού, διότι η Pelton δεν τον επηρεάζει άμεσα άλλα χρειάζεται μια ηλεκτρονική κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) ή υδραυλικό σύστημα ώστε να ελέγχονται οι διατομές των ακροφυσίων που οδηγούν σ’ αυτήν.	el
heal.advisorName	Chasalevris, Athanasios	en
heal.advisorName	Χασαλεύρης, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false