如何测量传动效率

SPEEDHUB 的效率有多高，在传动效率中已有总结。本文讲的是：为什么不同的测量对同一套传动会得出不同的数字——以及 Rohloff 是如何测量的。

1. 踩踏并不平稳

骑行者的踏频几乎恒定，但在每一圈曲柄转动中扭矩剧烈脉动：测量显示，踏频的变化约为 5%，扭矩的变化却超过 90%。每个承载负载的零件——链条、牙盘、轴承、齿轮——每转一圈都要加载和卸载两次。

功率和踏频	100 W，75 rpm	300 W，75 rpm	575 W，50 rpm
峰值扭矩	21.6 Nm	68 Nm	200 Nm
最小扭矩	3.8 Nm	8 Nm	20 Nm

试验台由电机以稳定扭矩驱动。所以问题在于：什么样的恒定功率才对应真实的脉动负载。Rohloff 的链条和牙盘磨损试验台给出了答案：以平均 150 W、在 5 到 30 Nm 之间脉动骑行的零件，其磨损程度只与以恒定 30 Nm 运行的测试零件相当。由于磨损和摩擦损失源于相同的因素，试验台必须在扭矩的峰值而不是平均值下工作——简单地说，80 W 的骑行要在相同踏频下用约 160 W 在试验台上再现。

2. 两种损失

• 与负载相关的损失：在负载下运动的零件的摩擦——链节、齿轮、轴承。它与传递的功率成正比增长。
• 与负载无关的损失：密封件、运行表面、被搅动的润滑剂。它不取决于驱动力，只取决于速度、温度和润滑剂的黏度。

两套虚构的传动，在 50 W 时效率都是 91%：

输入功率	50 W	100 W	200 W	300 W	400 W	500 W
系统 A：7% + 1 W	91.0%	92.0%	92.5%	92.7%	92.75%	92.8%
系统 B：3% + 3 W	91.0%	94.0%	95.5%	96.0%	96.3%	96.4%

功率低时，与负载无关的损失占主导；功率高时，与负载相关的损失占主导。曲线 C 和 D 是同样的两套传动：当密封件损失因发热或润滑膜变化而从 1 W 升至 2 W（A → C），或从 3 W 降至 2 W（B → D）时的情况：

低于 200 W 时，仅仅 ±1 W 的波动就会让结果变化几个百分点——而且这可能在一次测量中就发生，因为摩擦热本身就会改变条件。所以低于 200 W 时，效率数值只有经过多次重复测量才有效，并且始终应以带上下限的区间表示。高于 200 W 时，这种波动可以忽略不计。

3. 你自己的效率也很重要

目标不是最好的机械数值，而是你投入的能量有多少变成了前进的动力。在合适的力量和动作速度下，肌肉效率可达约 25%，但在不合适的档位下，它很容易差 10 个百分点——远远超过不同变速系统之间的差别。

效率	骑行者 A	骑行者 B
肌肉效率	24%	22%
传动效率	93%	97%
总效率	22%	21%

处在正确档位的骑行者 A，用较差的传动反而比处在错误档位的骑行者 B 更高效。运动医学认为，相邻档位之间的间隔应低于 15%，这样升档和降档都合适——所以变速范围和档位数量总是应该与效率放在一起看。参见传动比对比。

4. Rohloff 的测量

测量的是整套传动——中轴、链条、牙盘、花鼓或变速箱——模拟一位运动型骑行者，约 160 W，扭矩峰值 50 Nm（踏板上 285 N）：

参数	数值
踏频	60 rpm
制动功率（恒定）	314 W
驱动扭矩	50 Nm

作为对比，测试了一套 24 速拨链器（46、36 和 26 齿牙盘，11–28 飞轮）和一个 SPEEDHUB（46/16），两者都已磨合约 100 km。测量重复了多次；公差为 ±0.5%。

• 拨链器：先在干净、润滑良好的状态下测量，然后换上骑过约 1,000 km 的脏链条和链轮再测——使用旧零件时，效率平均低 1%。
• SPEEDHUB：同样用骑过 1,000 km 的链条和后链轮测量——没有可测出的差别。

SPEEDHUB 的效率与每个档位中承载负载的行星齿轮级数完全对应：

档位	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
承载级数	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

最好的是 11 档——直接档，没有任何一级在工作。1–7 档与 8–14 档的规律相同，只是低约 2%，因为第三级在这些档位也在减速。哪一级在哪个档位工作：内部的 14 个档位。

值得记住

• 低于 200 W 的恒定扭矩测量在实践中意义不大——以运动速度骑行时，骑行者的输出远超 100 W。
• 比较效率时始终要看它的公差区间，并结合变速范围和档位数量。
• 脏污、润滑和磨损对开放式传动影响最大——对密封的 SPEEDHUB 几乎没有影响。