如何測量傳動效率

SPEEDHUB 的效率有多高，在傳動效率中已有總結。本文講的是：為什麼不同的測量對同一套傳動會得出不同的數字——以及 Rohloff 是如何測量的。

1. 踩踏並不平穩

騎士的踏頻幾乎恆定，但在每一圈曲柄轉動中扭力劇烈脈動：測量顯示，踏頻的變化約為 5%，扭力的變化卻超過 90%。每個承載負載的零件——鏈條、大盤、軸承、齒輪——每轉一圈都要承受和卸除負載兩次。

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

測試台由馬達以穩定扭力驅動。所以問題在於：什麼樣的恆定功率才對應真實的脈動負載。Rohloff 的鏈條和大盤磨損測試台給出了答案：以平均 150 W、在 5 到 30 Nm 之間脈動騎乘的零件，其磨損程度只與以恆定 30 Nm 運轉的測試零件相當。由於磨損和摩擦損失源於相同的因素，測試台必須在扭力的峰值而不是平均值下工作——簡單地說，80 W 的騎乘要在相同踏頻下用約 160 W 在測試台上再現。

2. 兩種損失

• 與負載相關的損失：在負載下運動的零件的摩擦——鏈節、齒輪、軸承。它與傳遞的功率成正比增長。
• 與負載無關的損失：密封件、運轉表面、被攪動的潤滑劑。它不取決於驅動力，只取決於速度、溫度和潤滑劑的黏度。

兩套虛構的傳動，在 50 W 時效率都是 91%：

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

功率低時，與負載無關的損失佔主導；功率高時，與負載相關的損失佔主導。曲線 C 和 D 是同樣的兩套傳動：當密封件損失因發熱或潤滑膜變化而從 1 W 升至 2 W（A → C），或從 3 W 降至 2 W（B → D）時的情況：

低於 200 W 時，僅僅 ±1 W 的波動就會讓結果變化幾個百分點——而且這可能在一次測量中就發生，因為摩擦熱本身就會改變條件。所以低於 200 W 時，效率數值只有經過多次重複測量才有效，並且始終應以帶上下限的區間表示。高於 200 W 時，這種波動可以忽略不計。

3. 你自己的效率也很重要

目標不是最好的機械數值，而是你投入的能量有多少變成了前進的動力。在合適的力量和動作速度下，肌肉效率可達約 25%，但在不合適的檔位下，它很容易差 10 個百分點——遠遠超過不同變速系統之間的差別。

效率	騎士 A	騎士 B
肌肉效率	24%	22%
傳動效率	93%	97%
總效率	22%	21%

處在正確檔位的騎士 A，用較差的傳動反而比處在錯誤檔位的騎士 B 更高效。運動醫學認為，相鄰檔位之間的間隔應低於 15%，這樣升檔和降檔都合適——所以變速範圍和檔位數量總是應該與效率放在一起看。參見齒比對比。

4. Rohloff 的測量

測量的是整套傳動——中軸、鏈條、大盤、花鼓或變速箱——模擬一位運動型騎士，約 160 W，扭力峰值 50 Nm（踏板上 285 N）：

參數	數值
踏頻	60 rpm
制動功率（恆定）	314 W
驅動扭力	50 Nm

作為對比，測試了一套 24 速撥鏈器（46、36 和 26 齒大盤，11–28 飛輪）和一個 SPEEDHUB（46/16），兩者都已磨合約 100 km。測量重複了多次；公差為 ±0.5%。

• 撥鏈器：先在乾淨、潤滑良好的狀態下測量，然後換上騎過約 1,000 km 的髒鏈條和齒盤再測——使用舊零件時，效率平均低 1%。
• SPEEDHUB：同樣用騎過 1,000 km 的鏈條和後齒盤測量——沒有可測出的差別。

SPEEDHUB 的效率與每個檔位中承載負載的行星齒輪級數完全對應：

檔位	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
承載級數	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

最好的是 11 檔——直接檔，沒有任何一級在工作。1–7 檔與 8–14 檔的規律相同，只是低約 2%，因為第三級在這些檔位也在減速。哪一級在哪個檔位工作：內部的 14 個檔位。

值得記住

• 低於 200 W 的恆定扭力測量在實踐中意義不大——以運動速度騎乘時，騎士的輸出遠超 100 W。
• 比較效率時始終要看它的公差區間，並結合變速範圍和檔位數量。
• 髒汙、潤滑和磨損對開放式傳動影響最大——對密封的 SPEEDHUB 幾乎沒有影響。