Projeto e otimização de uma transmissão continuamente variavel (CVT) para bicicletas

Orientador: Franco Giuseppe DediniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: O objetivo deste trabalho é mostrar as vantagens de usar uma Transmissão Continuamente Variável por Tração (TD-CVT) em bicicletas. Tal proposta, está baseada em estudos que mostram a influência da freqüência de pedalar e da potência produzida na prática do ciclismo. O sistema estudado (ciclista+bicicleta+transmissão) é descrito pelas equações de Lagrange do movimento. Simulações numéricas de três diferentes tipos de trajetos, e dois valores de potência fornecidos ao sistema, são usados para comparar a performance de diferentes tipos de transmissões escalonadas disponíveis para bicicletas, e bicicletas utilizando CVT's. Curvas de energia gasta, tempo, energia/tempo e energia x tempo são usadas para comparar o desempenho das transmissões. Quanto as TD-CVT's, elas transferem potência mecânica de uma fonte para a carga através de elementos rolantes em contato com um filme de fluido de tração; operam com alta tensão nos contatos; e, o cálculo de sua vida para um dado número de ciclos de tensão sem ocorrer falhas está relacionado a uma probabilidade. Por isso, a maioria das TDCVT são projetadas para trabalharem um certo número de horas com uma determinada velocidade e carga de operação, com uma probabilidade de sobrevivência de 90%. Uma análise da vida por fadiga para TD-CVT, baseada na teoria de fadiga de Lundberg-Palmgren, foi usada para calcular o tempo de vida de uma TD-CVT tipo esfera e cone para bicicletas, levando em consideração os efeitos do tipo de trajeto e da potência fornecida ao sistemaAbstract: The objective of this work is to show the advantages of using a Continuously Variable Transmission Traction Drive (TD-CVT) in bicycles.The proposal of a TD-CVT for bicycle, is based on studies that show the influence of pedaling rate and power output on energy expenditure in bicycling. The system studied (rider+bicyl1e+transmission) is described by the Lagrange's Equations of Motion. Numerical simulations for three different types of route and two values of power are used to compare the performance of different types of step-variable transmission of commercial bicycle sand the CVT-based bicycles.The curves of spent energy, time, the ratio energy/time and the product energy and time are used to compare the performance of these transmissions. TD-CVT' s transfer mechanical power from a source to a load efficiently by means of metal rollers running on a film of traction fluid against mating metal rollers. A TD-CVT operates in the high-contact-stress, and the achievement of a given number of stress repetitions without failures can only be assigned a probability. So most drives are rated against the 90% probability of surviving the number of stress repetitions associated with the rated number of hours of operation at the rated speed and load. A contact fatigue life analysis for traction drives based on modified Lundberg-Palmgren fatigue theory is used to predict life time for a ball-cone TD-CVT on a bicycle,taking into account the effects of kind of route and power output that supply the systemMestradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoMestre em Engenharia Mecânic