Title: NuVinci Getriebe im leistungsverzweigten Getriebe
Other Titles: Das NuVinci Getriebe im leistungsverzweigten Antriebsstrang
NuVinci Getriebe im Compound Split
Language: Deutsch
Authors: Braumann, Lorenz 
Qualification level: Diploma
Advisor: Amri, Hanns 
Assisting Advisor: Gachot, Carsten 
Issue Date: 2020
Number of Pages: 120
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Kontinuierlich variable Rotordrehzahlen erlauben Drehüglern die Verwendung der ezientesten Drehzahlen für ein gewähltes Manöver und können speziell bei neuen Kongurationen wie Compo und- und Tiltrotorsystemen zur Erhöhung der Gesamteffzienz und Vergrößerung der Flugenveloppe führen. In dieser Arbeit wurden kinematische und tribologische elastohydrodynamische (EHD)-Modelle für ein unendlich variables Traktionsgetriebe des NuVinci-Typs aufgestellt und in Matlab implementiert, um die Eigenschaften des Getriebes bezüglich der Erfüllung der kinematischen,kräfte- und massenbezogenen Anforderungen des Compound Splits zu überprüfen und eine Grundauslegung des Radsatzes zu treen. Das NuVinci-Traktionsgetriebe ermöglicht Übersetzungsvariation durch Kippen der Achsen der sphärischen Traktionselemente, was zur Änderung der Normalabstände zwischen Achsen und Traktionskontakten, in denen das Drehmoment übertragen wird, führt. Um die Kraftübertragungskapazität des NuVinci-Getriebes darzustellen, wurde eine Modellierung der Viskosität, Filmdicken und resultierenden Traktionskoezienten getroen, wobei dieViskosität innerhalb des Yasutomi-Free-Volume Modells, die Filmdicke mit den um Eekteder Scherverdünnung und Spineinuss berücksichtigenden Faktoren ergänzten Hamrock & Dowson Formeln für elliptischen EHD-Kontakt newtonscher Fluide und der Traktionskoefzient sowohl unter Verwendung des visko-plastischen Bair & Winer als auch des Johnson & Tevarweerk Traktionsmodells für das Traktionsuid Santotrac 50 bestimmt wurde. Die Auslegung der Wellen, Traktionselemente, Lager und zusätzlicher Planetenstufen als auch deren Massenabschätzung wurde in Folge anhand simpler Auslegungsformeln in einem parametrischen Modell vollautomatisch über den genetischen Optimierungsalgorithmus der MATLAB ga-Toolbox realisiert. Da die Standardkonfiguration des NuVinci-Getriebes keine Übersetzungen von 0 bis 1 erlaubt,wurden Differentialgetriebe zur Erfüllung der kinematischen Anforderungen eingesetzt. Zumal Traktionsgetriebe zur Kraftübertragung hohe Anpressdrücke benötigen, und sich die Drehmomente an den Ein- und Ausgangswellen in der Größenordnung von 104Nm benden, werden hohe Drücke und eine Vielzahl an Traktionskontakten notwendig, die letztendlich zu einer Masse des Variatormoduls von 614 kg führen. Eine solche Masse sowie hohe Leistungszirkulation aufgrund der Dierentialgetriebe in der Nähe der maximalen und minimalen Gesamtübersetzung von 560.4 % der maximalen Eingangsleistung, gepaart mit dem hohen Komplexitätsgrad der Konstruktion, führt zu der Entscheidung, dass sich ein Traktionsgetriebe in der hier vorgestellten Konfiguration nicht zur Verwendung innerhalb des Compound Splits eignet. Diese Erkenntnis ist notwendig, um zukünftige Untersuchung des Compound-Split Moduls zu unterstützen und als Basis zur Erforschung weiterer Traktionsgetriebekonzepte zu dienen.

Kinematic and tribological-elastohydrodynamic (EHL) models for a NuVinci-type tractionIVT have been applied and implemented in MATLAB in order to determine the drivescapabilities regarding traction and kinematic viability inside a compound split drivetrain.Ratio change is achieved by tilting the axis of the traction ball by an angle , which manipulates the normal distance of the dierent contact areas, where force is transferred through EHL traction, to the balls axis of rotation. At the heart of the NuVinci traction IVT lies the EHL contact of rolling/sliding traction elements, where viscosity, lm thickness and coecient of traction have been evaluated using the Yasutomi Free-Volume-Model, a shearthinning corrected Hamrock and Dowson model for circular EHL-contacts and a modiedBair and Winer traction model. Additionally, uid data was gathered from literature forthe Santotrac 50 traction uid. Finally, the mass of the drives shafts, traction elements, bearings and additional planetary stages was estimated automatically, using the MATLA Boptimization toolbox.Meeting the requirement for transmission ratios ranging from 1 to 0 demands additional power-split mechanisms or signicant changes to the NuVinci-concept. These additional mechanisms cause a noticeable increase in size and mass of the variator-module inside the compound split and can lead to power circulation inside the IVT. Since traction drivesrely on very high pressure in order to transmit traction force through an EHL-contact and torque inside the variator-module is in the order of 104 Nm, extreme pressure, a great number of traction contacts and planetary stages at the input and output of the module are required. Especially high pressure leads to large contact areas, which are a prerequisite tospin losses. It has been concluded, that while NuVinci-type traction drives oer exceptionalkinematic freedom through their planetary constellation, the presented data suggests, thatwith increasing torque and a subsequently necessary increase in pressure, spin losses leadto a decreasing coecient of traction and eciency. Since high torque inside the variatormodule is dependent on the location of the compound split inside the helicopter-drivetrain, better performance regarding mass is assumed, when the module is placed at zones of higher RPM and lower torque.The research was performed to nd out if mechanic continuous variable transmissions canbe used as a variation module inside the compound split of a rotorcraft. A high ecient and lightweight variation module is essential for the operational capability of the compound splitin rotorcraft. The investigation showed that the advantages of mechanic continuous variable transmissions can not be used. These ndings are important for future development of acompound split module for rotorcraft.Continously variable rotor speed allows rotorcrafts to be operated at the most ecient RPM for a chosen maneuver and is particularly convenient for use in new rotorcraft congurations, such as compound- and tiltrotor/tiltwing rotorcraft in order to increase overall eciency andight envelope.
Keywords: Getriebe; EHD Kontakt; Tribologie
Gears; EHD Contacts; Tribology
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2020.65222
http://hdl.handle.net/20.500.12708/15363
DOI: 10.34726/hss.2020.65222
Library ID: AC15733477
Organisation: E307 - Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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