Jak mierzy się sprawność

Jaką sprawność ma SPEEDHUB, podsumowuje artykuł Sprawność. Ten artykuł wyjaśnia, dlaczego różne pomiary dają różne liczby dla tego samego napędu – i jak mierzył Rohloff.

1. Pedałowanie nie jest równomierne

Rowerzysta pedałuje z niemal stałą kadencją, ale moment obrotowy mocno pulsuje w ciągu każdego obrotu korby: pomiary wykazały około 5 % wahań kadencji, ale ponad 90 % wahań momentu. Każda część przenosząca obciążenie – łańcuch, zębatka przednia, łożyska, koła zębate – jest obciążana i odciążana dwa razy na obrót.

Moc i kadencja	100 W, 75 obr/min	300 W, 75 obr/min	575 W, 50 obr/min
Szczytowy moment	21,6 Nm	68 Nm	200 Nm
Minimalny moment	3,8 Nm	8 Nm	20 Nm

Hamownie napędza silnik elektryczny ze stałym momentem. Pytanie brzmi więc, jaka stała moc odpowiada rzeczywistemu, pulsującemu obciążeniu. Odpowiedź dało stanowisko Rohloff do badania zużycia łańcuchów i zębatek: części jeżdżone ze średnią mocą 150 W, pulsującą między 5 a 30 Nm, zużywały się tak samo jak części testowe pracujące przy stałym momencie 30 Nm. Ponieważ zużycie i straty na tarciu wynikają z tych samych czynników, hamownia musi pracować przy szczytowym momencie, a nie średnim – w uproszczeniu jazdę z mocą 80 W odtwarza się przy tej samej kadencji mocą około 160 W na hamowni.

2. Dwa rodzaje strat

• Strata zależna od obciążenia: tarcie części poruszających się pod obciążeniem – ogniw łańcucha, kół zębatych, łożysk. Rośnie proporcjonalnie do przenoszonej mocy.
• Strata niezależna od obciążenia: uszczelki, powierzchnie ślizgowe, mieszanie środka smarnego. Nie zależy od siły napędowej, tylko od prędkości, temperatury i lepkości środka smarnego.

Dwa wymyślone napędy, oba o sprawności 91 % przy 50 W:

Moc wejściowa	50 W	100 W	200 W	300 W	400 W	500 W
System A: 7 % + 1 W	91,0 %	92,0 %	92,5 %	92,7 %	92,75 %	92,8 %
System B: 3 % + 3 W	91,0 %	94,0 %	95,5 %	96,0 %	96,3 %	96,4 %

Przy małej mocy dominuje strata niezależna od obciążenia, przy większej – zależna. Krzywe C i D to te same napędy, gdy strata na uszczelkach rośnie z 1 W do 2 W z powodu ciepła lub zmiany filmu smarnego (A → C) albo spada z 3 W do 2 W (B → D):

Poniżej 200 W wahanie o zaledwie ±1 W zmienia wynik o kilka procent – i może się zdarzyć w trakcie jednego pomiaru, bo samo ciepło tarcia zmienia warunki. Dlatego poniżej 200 W wartość sprawności jest wiarygodna tylko na podstawie wielu powtórzonych pomiarów i zawsze jako przedział z górną i dolną granicą. Powyżej 200 W wahanie staje się pomijalne.

3. Twoja sprawność też się liczy

Celem nie jest najlepsza liczba mechaniczna, lecz to, ile włożonej przez ciebie energii zamienia się w ruch naprzód. Sprawność mięśni sięga około 25 % przy właściwej sile i prędkości ruchu, ale na nieodpowiednim biegu łatwo jest o 10 punktów procentowych gorsza – znacznie więcej niż różnica między systemami zmiany biegów.

Sprawność	Rowerzysta A	Rowerzysta B
Sprawność mięśni	24 %	22 %
Sprawność napędu	93 %	97 %
Łącznie	22 %	21 %

Rowerzysta A na właściwym biegu jest sprawniejszy z gorszym napędem niż rowerzysta B na niewłaściwym biegu. Medycyna sportowa określa skok między sąsiednimi biegami poniżej 15 %, żeby pasował zarówno przy zmianie w górę, jak i w dół – dlatego obok sprawności zawsze trzeba podawać zakres i liczbę biegów. Zobacz Porównanie przełożeń.

4. Pomiar Rohloff

Mierzono cały napęd – suport, łańcuch, zębatki przednie, piastę lub przekładnię – symulując sportowego rowerzystę o mocy około 160 W ze szczytami momentu 50 Nm (285 N na pedale):

Parametr	Wartość
Kadencja	60 obr/min
Moc hamowania (stała)	314 W
Moment napędowy	50 Nm

Do porównania użyto 24-biegowej przerzutki (zębatki przednie 46, 36 i 26 zębów, kaseta 11–28) oraz SPEEDHUB (46/16), obu dotartych na dystansie około 100 km. Pomiary powtarzano kilkakrotnie; tolerancja wynosi ±0,5 %.

• Przerzutka: zmierzona czysta i dobrze nasmarowana, a potem z brudnym łańcuchem i zębatkami po około 1000 km – z używanymi częściami sprawność była średnio o 1 % niższa.
• SPEEDHUB: zmierzona także z łańcuchem i zębatką po 1000 km – bez mierzalnej różnicy.

Sprawność SPEEDHUB dokładnie odzwierciedla, ile stopni planetarnych przenosi obciążenie na danym biegu:

Bieg	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Stopnie pod obciążeniem	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

Najlepszy jest bieg 11 – bieg bezpośredni, w którym nie pracuje żaden stopień. Biegi 1–7 mają ten sam przebieg co biegi 8–14, tylko około 2 % niżej, bo tam redukuje również trzeci stopień. Który stopień pracuje na którym biegu: 14 biegów od środka.

Warto zapamiętać

• Pomiar ze stałym momentem poniżej 200 W niewiele mówi o praktyce – w sportowym tempie rowerzysta generuje znacznie ponad 100 W.
• Sprawność porównuj zawsze z jej przedziałem tolerancji, razem z zakresem i liczbą biegów.
• Brud, smarowanie i zużycie najmocniej wpływają na otwarte napędy – na szczelnie zamkniętą SPEEDHUB prawie wcale.