Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 齒輪轉速比

2007年6月14日 星期四

齒輪轉速比


第十三次作業提到齒輪轉速比 讓我想到與機動學原理息息相關的汽車其引擎轉速比與扭力有何關係? 實際傳輸的動力又為何?於是我搜尋到相關文章供大家參考

一般消費者在許多雜誌中,皆會看到有關於齒輪比與終傳比的相關名詞,到底這些名詞與引擎輸出功率有何相關之處?自排系統與手排系統又如何與這些齒輪比搭上關係?

由於引擎轉速動輒數千轉,如果直接將其轉至輪胎的轉數,過快的表現,將會有可能讓車輛飛」起來,因此變速箱中的齒輪更肩負著引擎輸出的轉速降低的功能。透過變速箱中大小不同的齒輪相搭配下,可有效的降低引擎輸出的轉速速度,且可藉由此搭配,將扭矩放大,且由於齒輪的圓周比就是半徑比,而轉速降低的比率及扭矩放大的倍數,都恰好等級兩齒輪的齒數比例,這就是所謂的「齒輪比」。

或許此過於艱深的理論,一般讀者無法了解,因此舉例說明。在一輛汽車於3000rpm轉速時具有20kgm的扭力輸出,而變速箱中的小齒輪為15齒,大齒輪為45齒,經過小齒輪至大齒輪的動力傳輸過程中,轉速將降低1/3(15/45),因此轉速降至1000rpm,但扭矩則放大三倍,達到60kgm,便是此道理。

此外,引擎在輸出扭力後,於變速箱中需經過兩次的扭矩放大,第一次就為變速箱的檔位作動,第二次則為最終齒輪比的因素(或稱為終傳比)。舉例來說,如果一輛車的一檔齒輪比為3.2,最終齒輪比則為4.0,引擎峰值扭力為15.0kgm/5000rpm,則第一檔的最扭力經過兩次齒輪放大後,為 15.0x3.2x4.0=192kgm,較原有引擎輸出放大了12.8倍,不過此時還需再除以輪胎半徑尺寸,方為實際輪上推力。

不過由於機件傳輸上仍有些許的動能損耗,因此實際傳至輪上的動力並不會如同上述公式般準確,而此時機件的損耗便是手排變速箱與自排變速箱的最大差異。在手排變速箱中,由於齒輪間的傳輸皆依賴最原始的接觸原理,因此傳輸效率約在95左右,而自排變速箱透過液壓油的傳遞,動能損耗更為明顯,傳輸效率只剩下 88,且無論是自排變速箱與手排變速箱,皆須再經過傳動軸約98的傳輸效率再次降低動能傳遞,因此到輪上的動力,皆經過了多次折扣。

但在手排與自排兩系統的比較下,手排變速箱的動力傳遞遠較自排變速箱傑出,因此也難怪在相同的車輛與引擎動力條件下,手排車款遠較自排車款來得快速了!

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