(Proyecto de bicicleta automática) ¿cantidad de torque requerida para cambiar de marcha?

Estoy planeando construir una transmisión de bicicleta automática controlada electrónicamente para mi proyecto de diseño senior. Personalmente, soy más un tipo eléctrico, por lo que lidiar con la mecánica es algo nuevo para mí. Me hubiera encantado usar un desviador electrónico listo para usar, pero, por desgracia, tienen un costo demasiado prohibitivo (la escuela ha asignado un presupuesto de $ 115 por estudiante y somos un grupo de dos, por lo que tenemos $ 230 para gastar) . Así que voy a tener que hacer el mío como lo han hecho otras personas.

Estoy planeando usar los desviadores actuales de la bicicleta y reemplazar las palancas de cambio manuales con motores de algún tipo para tirar de los cables. Por supuesto, vamos a necesitar una cierta cantidad de torque para cambiar hacia arriba (y mucho menos para cambiar hacia abajo) y un torque de retención para asegurarnos de que no resbalemos accidentalmente.

Todavía no he comprado una bicicleta, estoy mirando una bicicleta Diamondback que encontré en Craigslist (parece una bicicleta híbrida). Entonces, me pregunto si hay medidas promedio para el par requerido.

Y, por supuesto, estoy seguro de que hay muchas personas con más experiencia en ciclismo que yo. Entonces, si tiene una solución mejor, no dude en gritarla. Soy todo oídos.

Una de las publicaciones de IEEE, creo que "IEEE Computer", incluyó un artículo de "aficionado" quizás a principios de este año en el que un tipo hizo una palanca de cambios electrónica. Se las arregló para poner un motor paso a paso en el propio descarrilador sin mucha dificultad. Deberías intentar buscarlo.
Tal vez solo estoy siendo tonto, pero si está tirando de un cable linealmente, ¿no sería un problema de fuerza en lugar de torsión?
amcnabb: sí, pero incluso ese enfoque casi involucrará un tambor de cabrestante, por lo que al final se vuelve a la torsión. Pero sospecho que el interrogador está en el extremo más empinado de la curva de aprendizaje, por lo que aún no ha llegado tan lejos.
¿Cómo cambiará de marcha cuando el ciclista esté aplicando presión a los pedales? ¿Qué sucederá cuando cambie de marcha mientras pisa los pedales o baja una colina con los pedales planos?
Es solo un proyecto de diseño para la escuela, por lo que no es necesario que sea práctico. Puede considerar un mecanismo de trinquete para mantener el cable en su lugar cuando no está cambiando; ese es su "par de sujeción". Esta es la base de los "cambiadores indexados". Alternativamente, puede sostener el cable con suficiente fricción para que no se deslice y el motor solo tiene que proporcionar suficiente par para superar la fricción solo cuando se cambia (así es como funcionan los "cambiadores de fricción").
@LookAlterno, para eso será la electrónica. Ellos determinarán el momento óptimo para cambiar.
Aquí está para ti, un artículo en IEEE Spectrum del pasado mes de mayo . Lo expone con bastante buen detalle. Hay un enlace a otro sitio web (diyshift.com) para un diseño diferente, pero desafortunadamente ese enlace está muerto.
Supongo que tu proyecto ya está completo, ¿cómo te fue? ¿Cuáles fueron sus resultados y conclusiones?
@Criggie Sí, ya está todo hecho. Aquí estaban todos los resultados. No es bonito, pero era funcional. frankpernice.com/Projects/SmartBike/Poster.pdf

Respuestas (2)

Al trabajar en bicicletas, la cantidad de fuerza necesaria para tirar de un cable de cambio es más de la que puedo aplicar agarrando el cable con los dedos, pero es fácil de aplicar agarrando el cable con unos alicates. Entonces probablemente alrededor de 10-20N. Pero se requiere casi toda esa fuerza para oponerse al resorte de retorno en el desviador. Retire ese resorte y la fuerza cae en un orden de magnitud. Y como dice Kibbee, puedes usar el apalancamiento para cambiar esa fuerza (pero aún necesitas la misma cantidad de energía).

La forma más fácil sería usar un cable de cambio existente y una palanca de cambio conectada al desviador trasero. De esa manera, no tiene que montar el motor justo al lado del eje trasero, donde es vulnerable a los golpes y la suciedad.

Si usa un tambor de cabrestante conectado a un motor paso a paso, será bastante fácil hacer que todo funcione. El problema con eso es que el par de retención casi seguramente será mayor que la fricción estática del motor, por lo que necesitaría potencia para mantenerse en marcha. O reduzca el motor paso a paso, o use un freno mecánico con un solenoide para liberarlo cuando desee cambiar. Pero eso es posiblemente más complejo de lo que un proyecto de estudiante puede construir fácilmente.

Una forma diferente sería usar una palanca de cambios común de dos palancas con un motor para empujar las palancas cuando desee cambiar de marcha. Esa es una tarea de baja precisión, pero necesitarás una fuerza considerable. Si usó un servomotor RC bastante pesado, creo que podría funcionar, y dentro del presupuesto. Luego, apague eso con un microprocesador que tiene una salida PWM para hacer que el servo funcione (hay bibliotecas Arduino que hacen esto OOB, no es difícil)

Una forma mucho más elegante sería modificar un desviador directamente, quitando el resorte de retorno y usando un motor para moverlo hacia adelante y hacia atrás. Esto es lo que hacen las configuraciones de la palanca de cambios electrónica. Si usa un motor paso a paso y conduce "fuera del extremo" para colocarlo, debe obtener una confiabilidad razonable a un bajo costo y sin tener que construir sensores y servos para ubicar la cadena exactamente en el engranaje de transmisión. Me temo que podría necesitar un freno nuevamente, pero construiría la primera versión sin él. En el peor de los casos, puede hacer su informe final diciendo "funciona pero necesita un candado para mantenerlo en posición sobre los baches".

Puede usar poleas u otros mecanismos mecánicos para disminuir la cantidad de fuerza necesaria para cambiar de marcha. Piensa en esto, de esta manera. Si su controlador está operando una palanca de cambios de tubo inferior estándar, tiene que proporcionar menos fuerza si está empujando contra el extremo superior de la palanca de cambios, que si está empujando contra el extremo inferior de la palanca de cambios cerca del eje de rotación. La fuerza más pequeña se aplicará sobre una distancia más larga, por lo que se realizará la misma cantidad de trabajo, pero requiriendo menos fuerza.
comentario borrado

Si corta el resorte en su sistema de engranajes mecánicos, el engranaje cambiará sin un par importante. Pero no sé la fuerza necesaria para mover el desviador.

¿Qué quieres decir con "cambiará sin un par importante"?