Wielostopniowa przekładnia automatyczna z możliwością zmiany przełożenia pod obciążeniem.

Zawsze fascynowały mnie przekładnie bezstopniowe. Wariatory wszelakiej maści. Naprawdę piękna idea. Jeśli na przykład podłączymy wariator zamiast tradycyjnej skrzyni biegów do auta z silnikiem spalinowym to możemy wykorzystać albo największy moment obrotowy silnika albo największą sprawność silnika. Przez co możemy albo zastosować mniejszy silnik albo mieć dużo lepsze osiągi z silnika, który posiadamy. Wymyślono więc wiele rodzajów przekładni bezstopniowych i nawet stosowane były w samochodach. Niestety nie za bardzo się sprawdziły. Teoretycznie wszystko winno być w porządku ale praktyka zawsze robi swoje. Przekładne bezstopniowe przenoszą moment obrotowy poprzez siłę tarcia. Przez co aby działać z wysoką sprawnością muszą być bardzo dokładnie wykonane z najwyższej jakości materiałów. Niestety nawet najlepiej wykonany wariator posiada dużo mniejszą sprawność od tradycyjnej przekładni zębatej. Pasowe przekładnie bezstopniowe bardzo często stosowane są w skuterach z silnikami spalinowymi. Automatyczne sterowanie tych przekładni jest w pełni mechaniczne i opiera się na działaniu siły odśrodkowej. Mimo, że przekładnie te nie mają wysokiej sprawności stosowanie ich jest opłacalne ze względu na bezobsługową pracę, niską awaryjność i prostą konstrukcję. Ostatnimi czasy pojawiła się na rynku przekładnia bezstopniowa montowana w piaście koła przeznaczona do rowerów: http://www.fallbrooktech.com/cycling/n360. Posiada aż 360% przełożenia więc nadaje się do większości rodzajów rowerów. Jej sprawność jest na tyle duża, że rowerzysta nie odczuwa podczas jazdy dodatkowych oporów wynikających ze zmiany przełożenia. Niestety do samochodów przydała by się przekładnia o zakresie przełożeń nawet 600%, gdyby zastosować rozwiązanie z przekładni Nu Vinci musiała by być kilka razy większa od tradycyjnej skrzyni biegów. Nie ma też problemu żeby dać większą lub mniejszą liczbę przełożeń użytecznych przy tej samej rozpiętości przłożeń. Wszystko zależy tylko od potrzeb.

Przez czas jakiś kombinowałem jak tu zwiększyć sprawność i niezawodność przekładni bezstopniowej. Wymyśliłem nawet jedno rozwiązanie, które wymaga zastosowania specjalnego materiału podatnego, który dostosowywał by kształt do aktualnego przełożenia i o ile w teorii nie ma problemu o tyle w praktyce wykonanie takiego materiału jest niemal niemożliwe.

Potem zarzuciłem prace nad przekładnią bezstopniową bo wpadł mi do głowy pomysł, zastosowania do przenoszenia napędu specjalnej przekładni wielostopniowej. Nie mogła to być przekładnia oparta na tradycyjnych kołach zębatych bo musiało by ich być zbyt wiele. Zależało mi na tym, żeby zmiana przełożenia była na tyle mała aby siłę powstałą podczas zmiany przełożenia dało się „wybrać” i wykorzystać później. Kombinowałem przez czas jakiś nad różnymi rozwiązaniami i w końcu zaprojektowałem własną przekładnię wielostopniową. Nie ma ona ani jednego tradycyjnego koła zębatego. Rozpiętość przełożeń można ustalić nawet na 900%. To naprawdę duży wyczyn. Projekt mój, nad którym pracuję posiada 543,6% rozpiętości przełożeń dla aż 21efektywnych przełożeń. Tak naprawdę przekładnia posiada wszystkich rzeczywistych przełożeń znacznie więcej, gdyby chcieć zastosować wszystkie niepowtarzające się i nie bardzo bliskie przełożenia było by ich ponad 30. Niestety ze względów technicznych nie da się tego zrobić bez rozsprzęglenia przekładni a chodzi mi również o to aby nie było konieczności stosowania dodatkowego sprzęgła podczas zmiany biegu. Wykorzystując 21 przełożeń na rozpiętości 543,6% mamy średni skok przełożenia o niecałe 26%. Jest to już na tyle mało, że można zastosować mechanizm wybierania nadmiaru energii powstałej podczas zmiany przełożenia aby szarpnięcia nie były odczuwalne. Także przy zastosowaniu przekładni mojego pomysłu nie potrzeba nam żadnych sprzęgieł wielopłtykowych czy hydrokinetycznych ani też żadnych wielosprzęgieł. W ogóle cała przekładnia zostaje znacznie uproszczona w stosunku do standardowej automatycznej skrzyni biegów. Kolejną zaletą przekładni jest prosta mozliwość jej rozbudowy. Tzn. bez problemu można dodać kolejne "koło zębate" i z rozpiętości 543,6% mamy 608% i kolejne 3 biegi użyteczne.

Czy przekładnia ta jest na tyle wytrzymała, że może zastąpić skrzynie biegów w samochodach?
Otóż jest wytrzymała bardzo, nie powinno być żadnych problemów z przenoszeniem dużych momentów obrotowych w pełnym zakresie przełożeń. Oczywiście potrzeba jeszcze dopracować wiele rzeczy, jak na przykład mechanizmy zmiany biegów itd. Niemniej jednak są to tylko szczegóły, które na pewno da się rozwiązać.

Jak zbudowana jest moja przekładnia.
Niestety nie ujawnię na razie żadnych szczegółów konstrukcyjnych. Przymierzam się do wykonania prostego prototypu posiadającego 4 przełożenia, który będzie wykonany wyłącznie w celach pokazowych a pokazywany będzie dopiero po uzyskaniu ochrony prawnej. Mogę tylko powiedzieć, że przekładnia jest dość dziwna i stosunkowo prosta. Dla tych, którzy lubią główkować napiszę, że te same zęby wykorzystywane mogą być przy różnych przełożeniach a koła zębate są budowane w trakcie zmiany przełożenia.

Zastosowanie.
Auta wszelkiej maści, być może również motocykle.
Wszelkie maszyny i urządzenia wymagające dopasowania przełożenia do warunków pracy.

Choć konstruktorzy samochodów elektrycznych twierdzą, że silniki prądu zmiennego posiadają takie charakterystyki pracy, że nie wymagają stosowania zmiennych przekładni to ja i tak zastosowałbym moją przekładnię w autach z napędem elektrycznym właśnie. Nie będę się tu rozwodził dlaczego ale jestem pewien że zastosowanie mojej przekładni zwiększyło by zasięg auta w warunkach jazdy miejskiej nawet o 40%. Kolejną rzeczą  jest odzysk energii podczas hamowania co w przypadku aut elektrycznych ma duże znaczenie. Stosując moją przekładnię hamulce standardowe potrzebne będą tylko na wszelki wypadek i w przypadkach konieczności gwałtownego zatrzymania pojazdu. W każdym innym przypadku dzięki mojej przekładni można będzie zatrzymać auto oddając całą energię poprzez prądnicę do akumulatorów. Energia będzie odbierana sprawnie niezależnie czy hamujemy przy prędkości 150 km/h czy 15 km/h.

Produkcja.
Niestety nie posiadam ani wystarczających środków finansowych ani odpowiedniego zaplecza technicznego aby wykonać w pełni działający prototyp możliwy do zastosowania choćby w samochodzie osobowym. Przekładnia wymaga jeszcze dopracowania wielu elementów wykonania setek obliczeń dobrania właściwych materiałów, stworzenia odpowiednich projektów, wykonania wszystkich części i poskładania w całość. Aby to wszystko zrobić potrzeba współpracy z centrum badawczo rozwojowym dysponującym odpowiednim zapleczem. Dopóki nie znajdzie się odpowiedni inwestor przekładnia pozostanie w fazie pomysłu czy pokazowego prototypu.