Show simple item record

dc.contributor.advisorEgeland, Olav
dc.contributor.advisorLjøsne, Knut Tore
dc.contributor.authorGrimsgaard, Jakob Deraas
dc.date.accessioned2021-09-24T18:18:49Z
dc.date.available2021-09-24T18:18:49Z
dc.date.issued2020
dc.identifierno.ntnu:inspera:60226039:25738479
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2781713
dc.descriptionFull text available on 2023-07-02
dc.description.abstractDrivverkstap er definert som utgående effekt dividert med inngående effekt, og er et viktig parameter for sykkeldrivverk og interne girnav. CA Technology Systems AS er et norsk firma som spesialiserer seg i utvikling og produksjon av girnav for trå- og el-sykler. Selskapet startet utviklingen av en testrigg for å måle effektivitetstap i samarbeid med en masterstudent i 2018, men fullførte ikke prosjektet. Dette prosjektet ble gjennomført fra januar til juli 2020 med mål om å videreutvikle testriggen til funksjonell tilstand, og deretter teste effektiviteten til selskapets eget navgir, Kindernay XIV. Gjennom systematisk feilsøking av den opprinnelige testriggen viste det seg at problemene var forårsaket av flere undersystemer. Overføringen mellom sykkelhjulet og bremsesystemet var ustabil og hadde begrenset kompatibilitet med ulike felgstørrelser og profiler. Etter omfattende testing ble det derfor besluttet å konstruere et nytt, direktemontert bremsesystem. To direktemonterte bremsekonsepter ble utviklet og fabrikkert; en friksjonsbrems og en virvelstrømsbrems med permanente magneter. Begge systemene var basert på stor skivediameter og en kalipper som roterte rundt akslingen til girnavet på en solid arm. Effektmåling ble gjort ved å måle kreftene på den roterende armen, og radiell justering av kalipperen muliggjorde rask installasjon av hjulet. Testing viste at friksjonsbremsen hadde ustabil funksjon under last, og derfor var uegnet for testriggen. Virvelstrømsbremsen viste mindre effekt enn kravspesifikasjonen, men hadde til gjengjeld overlegen stabilitet og brukervennlighet sammenlignet med både det originale bremsesystemet og friksjonsbremsen. Virvelstrømsbremsen ble derfor brukt i den påfølgende effektivitetstestingen. Testriggen hadde konstante tap relatert til flenslagerne for drivakslingen og den inngående kjedetransmisjonen. Disse tapene ble målt med et standard baknav for sykkel med maskinlager, hvor tetninger og fett ble fjernet for å minimere rullemotstand. Kindernay XIV ble testet på 100 W effekt med 60 rpm inngående kadens og en drevkombinasjon på 32/16. Effektiviteten ble kalkulert ved å trekke fra det konstante tapet til testriggen, og varierte da mellom 94.4% for 1. gir til 99.5% for 11. gir. Resultatene hadde god overenstemmelse med planetgir- og drivverksteori, da effektivitetsstapet så ut til å øke med antall aktive planetgir og rotasjonshastigheten til girnavet. Oppsummert viste resultatene av de gjennomførte forbedringene at testriggen har nådd et høyt funksjonelt nivå og allerede er av verdi for bedriften. Videreutvikling bør ivareta ytterligere undersøkelser og forbedring av ytelsen til virvelstrømsbremsen, samt videre automatisering av kontrollsystemet for økt brukervennlighet.
dc.description.abstractDrivetrain efficiency, defined as the power output divided by the power input, is an important measure in bicycle drivetrains and especially relevant in the field of bicycle gearhubs. CA Technology Systems is a Norwegian company specializing in bicycle gearhubs for regular and electric bicycles. The company started developing an efficiency testing rig together with a master student in 2018, but did not complete the rig to a functional state. The present project was conducted from January to July of 2020 with the objectives of bringing the testing rig to a functional state, and test the efficiency of the Kindernay XIV gearhub. Through systematic troubleshooting of the original rig design, it became evident that the problems with the testing rig were more severe than first assumed. The previous belt transmission system from the gearhub to the braking system was unstable and disadvantageous in terms of compatibility with different rim sizes and profiles. While other solutions were explored, the troubleshooting clarified that a directly coupled braking system was favourable, as it was not dependent on the remaining wheel components. Two direct mounted brake solutions were conceptualized and fabricated; a friction brake and an eddy current brake (ECB) with permanent magnets. Both braking systems were based on a large rotor diameter and a caliper pivoting around the center of the gearhub on a solid arm. The force measurement was done by attaching an axial force sensor to the arm. The caliper could be adjusted in the radial direction to allow for wheel removal and installation. Testing showed that the friction brake was highly unstable, and was therefore not suited for the testing rig. The ECB was underpowered relative to the specified requirements, but superior in terms of stability and usability. It therefore became the preferred solution to be used in the subsequent efficiency testing. The testing rig had constant losses resulting from the driving axle bearings and chain transmission. These losses were measured using a regular bicycle rearhub, with roller bearings whose dust covers and grease were removed prior to testing. The Kindernay XIV was tested at 100 W power with 60 rpm input cadence and 32/16 sprocket combination. The efficiency was obtained by subtracting the constant losses from the calculated gearhub losses, and ranged from 94.4% for 1st gear to 99.5% in 11th gear. The results correlated well with planetary drivetrain theory – the efficiency seemed to be dependent on the number of active planetary gear sets, as well as the rotational speed of the gearhub. In summary, the results from the implemented improvements demonstrated that the testing rig has reached a high functional level, already of value to the company. Further work should include continued study and improvement of the ECB performance, as well as further automation of the control system to improve the usability of the testing procedure.
dc.language
dc.publisherNTNU
dc.titleEfficiency Testing of The Kindernay XIV Gearhub
dc.typeMaster thesis


Files in this item

FilesSizeFormatView

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record