Sierra Nevada University GBike bicycle generator/pt

O objetivo deste projeto era criar um produto viável para bicicletas, capaz de produzir energia renovável através da pedalada, que pudesse ser armazenada em componentes eletrônicos de alimentação. O produto é adaptável a praticamente qualquer bicicleta e pode ser conectado através do canote da bicicleta. O design é composto por duas partes principais: o quadro, que abriga o motor, a caixa de câmbio, o sistema elétrico e a bateria. Ambas as partes são pequenas e compactas e podem ser facilmente acopladas a praticamente qualquer bicicleta.

Fundo

Este projeto foi desenvolvido com base em um conceito de Sam Rusak, do Sierra Nevada College , que participou de um concurso de sustentabilidade e venceu. A "Gbike" foi criada com a intenção de fornecer energia elétrica confiável para aqueles sem energia elétrica, permitindo que eles se autotransportassem após a equipe ter sido afetada por vários apagões no Condado de Humboldt.

Declaração do Problema e Critérios

Declaração do Problema

Atualmente, não há um carregador portátil para bicicleta que seja potente o suficiente para carregar um laptop.

Critérios

Descrição do projeto final

Prototipagem

Primeiros protótipos conceituais, físicos e de renderização 3D

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  Protótipo conceitual : protótipo de papelão de estrutura de assento de bicicleta.
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  Primeiro protótipo físico : motor com roda de skate acoplada.
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  Renderização 3D : Renderização Fusion 360 da caixa de engrenagens e montagem.

Conceitual : O protótipo conceitual foi construído com papelão e uma base de madeira. Este protótipo foi criado com base no desejo do consumidor e do cliente de ter um motor montado no canote do selim e que o sistema de geração de energia fizesse contato com a parte superior da roda. Este protótipo nos forneceu uma representação visual para basear projetos futuros.

Físico : O protótipo físico foi construído com um motor de furadeira, uma roda de skate e um adaptador para conectar a roda ao motor, projetado no Fusion 360 e impresso em 3D. Este protótipo foi criado para determinar a resistência do filamento da impressora 3D e a interface entre a roda e o pneu. Ao projetar este protótipo, aprendemos a usar um software de modelagem 3D, que usamos para aprimorar ainda mais nosso design. Ao testar este design, descobrimos que ele não estava gerando a tensão desejada, o que nos levou ao nosso próximo protótipo.

Renderização 3D : A renderização 3D foi construída no Fusion 360. O protótipo foi criado para aumentar a quantidade de tensão gerada pelo motor ao pedalar. Este protótipo também inclui a estrutura do protótipo conceitual de montagem, como estrutura para a caixa de engrenagens e o motor. Este protótipo representa um sistema próximo ao nosso projeto final para o suporte do motor e o sistema. Este modelo dá uma ideia de como nosso projeto final se encaixará e contém as peças que precisam ser impressas em 3D para o projeto.

Custos

Resultados dos testes

O primeiro teste para a bicicleta utilizou um motor de furadeira elétrica como modem gerador de eletricidade. O motor foi preso com fita adesiva ao quadro da bicicleta, e um multímetro foi preso com fita adesiva ao guidão da bicicleta para leitura dos resultados. Descer a bicicleta em uma ladeira em velocidades nominais (~15 mph) produziu uma voltagem em torno de 1,7 V. Infelizmente, essa não era uma voltagem suficiente para nossos critérios, e um método de melhoria seria uma caixa de câmbio com relação 6:1. Isso, se a classificação KV for assumida como linear, produziria uma voltagem em torno de 10,2, o que seria suficiente. Testes adicionais foram recebidos com muitos contratempos, incluindo mau funcionamento da impressora e envio de peças defeituosas. Infelizmente, encontrar substituições/alternativas durante a pandemia de Sars-CoV-2 era altamente improvável de ser feito em um período de tempo razoável.

Como construir

GBike - Instruções de Implementação e Uso

Manutenção

O "GBike" requer muito pouca manutenção, apesar da substituição ocasional de peças quebradas ou desgastadas.

Agendar

Após cada uso

• Limpe e seque (especialmente se exposto à umidade)

Anual

• Substitua quaisquer peças de plástico quebradas
• Rolamentos de roda limpos
• Substituir fios desfiados

A cada 3-5 anos

• Substituir o motor
• Substituir a bateria
• Substituir rolamentos de roda

Solução de problemas

Discussão e próximos passos

O projeto GBike foi o esforço conjunto de Sam Rusak e Brennan Lagasse, da Sierra Nevada, bem como da equipe Techné do grupo HSU, cujos membros são Micah Chitraroff, Garrett Mitchell, Ethan Pirkle e Aidan Wilson. O projeto foi concretizado por Sam Rusak, que elaborou a ideia para o GBike e venceu uma competição com o design. A equipe Techné foi então encarregada de criar um protótipo físico do GBike. O processo para a criação do GBike foi longo, mas frutífero. Os critérios definidos foram atendidos no final, e o custo do GBike também está dentro dos critérios de custo pré-determinados. O membro da equipe Garret Mitchell é atualmente responsável pela construção física do GBike durante a pandemia de COVID-19, pois tem acesso a uma impressora 3D em sua residência. As peças modeladas em 3D para o protótipo também foram feitas pelos outros membros da equipe. Esperamos, no futuro, poder executar muitos testes com nosso protótipo atual e ver se podemos melhorar nosso design de alguma forma. Este projeto, sem dúvida, tem a capacidade de ser levado ao próximo nível, e a próxima seção da página GBike Appropedia descreverá algumas ideias futuras para o GBike.

Sugestões para mudanças futuras

O futuro deste projeto seria a expansão da produção unitária e o teste de materiais alternativos. Atualmente, a caixa que abriga as engrenagens e o gerador é feita de um filamento plástico impresso. Poderíamos experimentar o uso de diferentes ligas metálicas, provavelmente de alumínio. Isso teria que ser feito com corte de metal CNC avançado, o que exigiria mais recursos financeiros alocados ao projeto. Outra ideia futura a ser considerada seria o teste e a criação de diferentes modelos/variantes. Por exemplo, diferentes tipos de GBike que produziriam mais ou menos energia, dependendo da necessidade do usuário. Alternativamente, também poderíamos tentar implementar um sistema no produto que permita a alteração da resistência mecânica ao pedalar. O que se quer dizer com isso é uma maneira de alternar a relação de marchas na caixa de câmbio para produzir menos eletricidade com menos resistência e mais eletricidade com mais resistência.

Referências

Irá referenciar o documento finalizado em formato PDF

• Documento do Projeto GBike