Предисловие
В прошлой статье я рассказывал о том, как построил электровелосипед из компонентов для радиоуправляемых моделей и подручных материалов, найденных в магазинах. В конце статьи я упомянул, что собираюсь переделать клиноременную передачу на зубчатую. Представляю отчет о том, что из этого получилось.
(Есть картинки и видео)
Как я уже упоминал в прошлой статье основным недостатком клиноременной передачи является ее малая КПД по сравнению с зубчатой и малое передаточное число, т.к. клиновой ремень довольно толстый и плохо гнется и поэтому радиус малого шкива нельзя сделать достаточно малым в отношении к большому шкиву. На шкивах, примененных мной в прошлой конструкции от генератора ВАЗ-2108 передаточное число равнялось 2 (2,34 при использовании шкива от стиральной машины).
Поэтому я решил заказать на sdp-si зубчатые шкивы под ремень и сам ремень. Для этого воспользовался их калькулятором. Калькулятор довольно удобный – позволяет подбирать число зубьев на шкивах в зависимости от желаемого передаточного числа и расстояния между центрами шкивов, а также подходящий ремень. Я задал как можно большее значение передаточного числа и ограничился пластиковыми шкивами, т.к. металлические слишком дороги. Калькулятор предложил мне следующий вариант:
A 6Z 3M15DF09508 — пластиковый шкив на 15 зубьев с двумя бортиками и алюминиевой вставкой (для крепления на двигатель), цена $6.91 (даташит)
A 6L 3M78SF09510 – пластиковый шкив на 78 зубьев с одним бортиком без вставки, цена $11.50 (даташит)
A 6R 3M116095 – неопреновый ремень размера 5.08mm (XL) на 116 зубьев шириной 9.5мм, цена $7.53
Доставка стоит $7 + накладные расходы $3. Итого все обошлось в $37.
После месяца ожидания и получения посылки я принялся за работу.
Изготовление
В новой версии электровелосипеда я решил перенести всю силовую конструкцию на место заднего багажника, чтобы оно не мешалось под ногами. Как и в прошлый раз для крепления элементов использовал алюминиевый профиль.
Т.к. большой шкив на 78 зубьев имел широкое посадочное место и при установке его на переходную втулку не хватало место для гайки пришлось сточить на нем одну сторону посадочного места заподлицо с плоскостью шкива (видно на фото). Для этого использовал ручную бор-машину с насадкой в виде металлического диска (другие насадки оказались хрупкими и ломались).
Малый шкив встал как положено, т.к. при окончательном выборе в таблице на сайте sdp-si я сразу указал соответствующий диаметр ротора двигателя.
В качестве натяжителя цепи также использовал переключатель скоростей, только теперь в вертикальном положении. Фривил также остался.
Каких-то особых сложностей в размещении компонентов я не ощутил. Скорее даже наоборот, схема размещения на месте заднего багажника мне показалась более удачной и удобной.
Испытания
Сложности возникли после первого тестового заезда.
1) При резком усилении газа тяговое усилие двигателя на цепь оказалось настолько сильным, что левая опора, выполненная из полоски алюминия шириной 2см сгибалась под нагрузкой. Это вело к перекосу всей конструкции и сползанию цепи с фривила. Решение – замена опоры на алюминиевый профиль 2x1см. Профиль не гнется :)
2) При больших скоростях из-за неравномерного натяжения цепи (в силу кривизны некоторых элементов – ведомой звезды и др.) при отпускании газа цепь спрыгивала с фривила. Аналогичная проблема возникала при движении по кочкам. Решение – установка ограничителя цепи (успокоителя) из алюминиевой полоски перед самым фривилом. Недостаток такого решения – цепь бьется об ограничитель и неприятно звучит.
3) Самая важная и пока не решенная проблема. Прежде чем покупать шкивы и ремень я прочитал несколько тем на endless-sphere о подобных применениях зубчатой передачи и выяснил, что в основном применяют два вида ремней HTD и XL. HTD менее крепок по сравнению с XL, но может использоваться на очень больших скоростях. В моем случае максимальная скорость вращения двигателя 10000 оборотов/мин укладывалась в нормы ремня XL поэтому я остановил выбор на нем. Также я ориентировался на расстояние между зубьями и вариант ремня типа XL мне показался оптимальным, т.к. для него это расстояние равно 5.08мм. Следующим более крупным вариантом остается только L (9.525мм). Я посчитал, что XL должно хватить. Однако, уже после открытия посылки меня насторожили очень маленькие зубья ремня. Они оказались шириной не больше 1.5мм, а остальные 3.58мм – это пустое пространство на ремне. По высоте зубья и того меньше. Именно маленькие зубья стали причиной проблемы, а именно проскальзывания ремня. Честно, я даже не мог подумать, что зубчатый ремень может проскальзывать :) Проскальзывание происходит при резком усилении газа на малых скоростях. В таких режимах двигатель может выдавать до 1.5 – 2 кВт мощности и такой ремень просто не в состоянии передать ее на колесо. Временным решением проблемы стало ограничение мощности двигателя до 800 Вт. Стало гораздо проще управлять ручкой газа, возникает меньше моментов со срывом ремня в проскальзывание. Однако, это ограничило максимальную скорость до 25 км/ч.
Итоги
Общее передаточное число в такой схеме получилось 78 / 15 * 52 / 16 = равно 16,9 (в сравнении с 11,4 для предыдущего варианта). Даже при ограниченной мощности в 800 Вт этого достаточно, чтобы подниматься в нелюбимую мной горку по пути на работу со скоростью 15 км/ч :) Максимальная скорость 25 км/ч. Аккумулятора емкостью 5000 мАч (22 В) хватает 12-14 км пути (в сравнении с 8-10 км в предыдущем варианте). На лицо увеличение КПД на ~40%.
Дополнительные материалы (видео)
Обзор велосипеда и основных компонентов
Демонстрация ускорения на холостом ходу в режиме «полный газ».
Автор: chomper
