111936
Вчера 20:37
Каков «типичный» или «наиболее распространённый» набор передаточных чисел для мотоциклетной трансмиссии с небольшим двигателем?
Мне интересно, существует ли «типичный» набор передаточных чисел для мотоциклетных трансмиссий с небольшими двигателями (или для минибайков, если в них используется трансмиссия, а не система с «гидротрансформатором»), и каковы эти «типичные» передаточные числа.
Я просто хочу понять, есть ли связь между передаточными числами (1, 2, 3, 4) и тем, насколько они «пересекаются» в используемых диапазонах.
Почему? Я уже собираю электровелосипед с маломощным двигателем и 3-скоростной ступицей в качестве трансмиссии, но я уже знаю, что эта ступица — не лучшее решение. Я хочу попробовать использовать трансмиссию от маломощного мотоцикла или хотя бы разобраться в их передаточных числах, чтобы сделать что-то на заказ.
Мне нужна коробка передач, потому что для соблюдения ограничений по мощности мне нужно, чтобы двигатель передавал максимальный крутящий момент на колёса для старта и подъёма в гору.
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/37814/what-is-the-typical-or-most-common-set-of-ratios-for-a-motorcycle-transmissi
Прежде чем я начну свой рассказ, возможно, вам захочется взглянуть на Brammo Empulse. Это электрический мотоцикл с коробкой передач и сцеплением, и он может дать вам кое-какую интересную информацию. Посмотрите здесь.
В вашем случае вы действительно не можете обойтись без коробки передач, как было сказано в комментарии.
Вы могли бы обойтись без коробки передач, но только в том случае, если это позволяет комбинация источника питания и двигателя, а также если вас не беспокоит снижение расхода в милях на киловатт-час. Например, у Tesla S нет коробки передач. Вы можете взять двигатель и фиксированное передаточное число, которые обеспечат вам нужную силу тяги, и просто подавать на двигатель всё большее напряжение по мере увеличения скорости. Пока вы не превышаете максимальный ток и число оборотов двигателя, вы можете подавать на него столько напряжения, сколько захотите. Однако на таких скоростях это уже не очень эффективно. Вот почему у Tesla относительно низкая максимальная скорость, несмотря на большую мощность двигателя. Я ездил на такой, и вы можете разрядить аккумулятор Tesla за считаные минуты, если вам нужна полная мощность. КПД электродвигателя быстро снижается, когда вам нужен крутящий момент, в то время как КПД двигателя внутреннего сгорания повышается. Сравнивать двигатели внутреннего сгорания с электродвигателями — всё равно что сравнивать яблоки с грушами, как говорят в моей стране.
Ваша проблема в том, что у вашего источника питания, скорее всего, относительно низкое напряжение, поэтому вы не можете провернуть этот трюк. Brammo тоже не может этого сделать, его аккумулятор выдаёт только 103 В, в то время как Tesla выдаёт 400 В. Чтобы определить оптимальные передаточные числа для вашего двигателя, вам нужно знать его кривую эффективности, чтобы максимально использовать диапазон мощности вашего двигателя. Тем более что у вас очень низкая мощность — 300 Вт.
Чтобы получить значимые и эффективные соотношения, я бы поставил перед собой цель — подняться на самый крутой холм, на который вы способны, и развить максимальную скорость. Зная свой вес и вес велосипеда, вы можете рассчитать тяговое усилие, необходимое для достижения этих целей. Затем вы можете рассчитать передаточные числа, необходимые для этого.
(Далее следует ужасно плохо объяснённый расчёт, который, я уверен, кто-нибудь сможет объяснить лучше меня.)
Допустим, вы и ваш велосипед весите вместе 100 кг, то есть 981 ньютон. Вы хотите подняться на холм с уклоном 10 % или 6 градусов, не слишком крутой. Это даёт сопротивление наклону (F = sin[a] x m x g) sin(6deg) x 981 = 103 ньютона. Если вы сможете полностью использовать мощность в 300 Вт, то получите скорость (P = F * v) 300 / 103 = 2,9 м/с или 10,5 км/ч, если не учитывать сопротивление качению. Это не очень быстро, но вполне приемлемо. Чтобы получить тяговое усилие в 103 Н, вам нужно умножить его на радиус колеса, чтобы получить крутящий момент колеса. Предположим, что радиус вашего колеса составляет 35 см. В таком случае крутящий момент колеса составит (M=Fxa) 103x0,35 = 35,9 Н·м. Разделите это значение на крутящий момент вашего двигателя, и вы получите передаточное число.
Предположим, что ваш двигатель мощностью 300 Вт имеет максимальную частоту вращения 8000 об/мин и крутящий момент 0,359 Нм.
Тогда для первой передачи вам понадобится передаточное число около 100:1: 35,9/0,359 = 100. На ровной дороге эта сила сцепления обеспечивает ускорение 103/100 = 1,03 м/с2 до тех пор, пока двигатель не достигнет максимальных оборотов или пока сила тока не уменьшится из-за увеличения противо-ЭДС. Это разумное ускорение. Предположим, что максимальные обороты вашего двигателя составляют 8000, то есть 838 рад/с. Это означает, что ваше колесо вращается со скоростью 838/100 = 8,38 рад/с из-за передаточного числа. Радиус составлял 0,35 м, поэтому ваша скорость равна (v = w * r) 8,38 * 0,35 = 2,9 м/с или 10,6 км/ч. Это значит, что вам нужно больше передач. Допустим, вы хотите разогнаться до 18 км/ч на второй передаче. А до 30 км/ч — на третьей. Это значит, что вам нужны соотношения 18/10,6x100 = 59:1 и 30/10,6x100 = 35:1.
Эти соотношения дадут вам ускорения 59/100*1,03 = 0,6 м/с2 и 35/100*1,03 = 0,36 м/с2. Если взять передаточное число 1:100, то получится 1,72 и 2,85, а также прямой/прямой привод.
В этих расчётах не учитывается трение, но это просто для наглядности. Если у меня будет время, я немного улучшу этот пост.