Assessment of a Gear-Based IVT

A standard continuously variable transmission (CVT) provides an infinite number of transmission ratios within a defined range. Such systems offer advantages including optimal fuel efficiency, smooth acceleration, and mechanical simplicity; however, they are limited by torque and efficiency constraints inherent to friction-based power trans fer (like in belt CVT) or because of the need of changing the power nature (like in hydrostatic CVT). This thesis presents an assessment of a gear-based infinitely variable transmission (IVT) developed by the company Varionova, named “Gen 2”. Unlike traditional CVTs, this system does not require a clutch to achieve a zero output ratio; that is, it allows to keep the engine at idle while the user is not in motion. This is achieved by means of a series of four-bar linkage that works together with a 2 degree of freedom epicycloidal stage. The variation of the transmission ratio is achieved by modifying the length of some elements of such four-square linkages. This thesis falls within a broader research project, in which actual prototypes will be tested on a dedicated test rig. Here, an initial kinematic and dynamic analytical model was developed to estimate the power flow within the system, computing both angular velocities and torques at the critical points of every shaft. Following analytical simplifications, the bending moments acting on each shaft were derived, and a com bined static and fatigue assessment was subsequently performed in accordance with classical calculation framework, allowing to define the system limit working conditions. The theoretical predictions of the analytical model were verified against initial rough measurements taken on an earlier physical prototype, confirming the system expected behavior.

Una trasmissione a variazione continua (CVT) standard fornisce un numero infinito di rapporti di trasmissione all’interno di un intervallo definito. Tali sistemi offrono van taggi tra cui un’efficienza ottimale del carburante, un’accelerazione fluida e semplicità meccanica; tuttavia, sono limitati da vincoli di coppia e di rendimento intrinseci al trasferimento di potenza basato sull’attrito (come nei CVT a cinghia) o dovuti alla necessità di cambiare la natura della potenza (come nei CVT idrostatici). Questa tesi presenta una valutazione di una trasmissione a variazione infinita (IVT) basata su ingranaggi sviluppata dall’azienda Varionova, denominata “Gen 2”. A dif ferenza delle CVT tradizionali, questo sistema non richiede una frizione per ottenere un rapporto di uscita pari a zero; ovvero, permette di mantenere il motore al minimo quando l’utente non è in movimento. Ciò si ottiene mediante una serie di quadrilateri articolati che lavora in combinazione con uno stadio epicicloidale a 2 gradi di libertà. La variazione del rapporto di trasmissione si ottiene modificando la lunghezza di alcuni elementi di tali quadrilateri articolati. Questa tesi si inserisce in un progetto di ricerca più ampio, in cui i prototipi reali saranno testati su un banco prova dedicato. In questa sede, è stato sviluppato un mod ello analitico cinematico e dinamico iniziale per stimare il flusso di potenza all’interno del sistema, calcolando sia le velocità angolari che le coppie nei punti critici di ogni albero. A seguito di semplificazioni analitiche, sono stati ricavati i momenti flettenti agenti su ciascun albero ed è stata successivamente eseguita una valutazione combinata statica e a fatica secondo gli schemi di calcolo classici, permettendo di definire le con dizioni operative limite del sistema. Le previsioni teoriche del modello analitico sono state verificate rispetto a misurazioni preliminari effettuate su un precedente prototipo fisico, confermando il comportamento atteso del sistema.