Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 齒輪組

2007年6月17日 星期日

齒輪組


機動學中的齒輪組和複齒輪組是為了要達成轉速比所使用,特定的轉速比可以用計算來求得需要的大齒輪和小齒輪(驅動輪),但我們選定齒輪比後,就要考慮當我們更換齒比會以什麼用的方式做一個更換齒比的系統,這裡選定以單車的變速系統作為齒輪比轉換的目標討論系統。

自行車的變速系統是將相同可做為大齒輪的大齒盤同軸,小齒盤也是多個同軸,同軸的齒盤系列在更換大齒或更換後面的小齒都可以有轉換轉速比的功能,那除了知道在帳面上有轉速比外,如何做出一套系統可以穩定平緩的用最少的齒盤來做轉速比的切換,就是這裡所要討論的重點。

單車的齒比設定大約是從1.5~5之間,公路車的齒比可能會上到6或7,依照選手的體力來做調配,這種轉速比下,其實只要一組齒輪組就可以達到。所以單車的齒輪組只有一組,前方大多數使用22/32/44T而後方大多使用11/12/14/16/18/21/24/28/32T,這樣的組合是被大家所接受的組合,現在就來看看各種齒比的配法和配合不同的轉速會有什麼樣的結果。

踩踏迴轉數(rpm)
60 70 80 90 100

大盤 飛輪 齒比 時速(km/hr)
44 11 4.0 29.9 34.8 39.8 44.8 49.8
44 12 3.7 27.4 31.9 36.5 41.1 45.6
44 14 3.1 23.5 27.4 31.3 35.2 39.1
44 16 2.8 20.5 24.0 27.4 30.8 34.2
44 18 2.4 18.2 21.3 24.3 27.4 30.4
44 21 2.1 15.6 18.2 20.9 23.5 26.1
44 24 1.8 13.7 16.0 18.2 20.5 22.8
44 28 1.6 11.7 13.7 15.6 17.6 19.6
44 32 1.4 10.3 12.0 13.7 15.4 17.1

32 11 2.9 21.7 25.3 29.0 32.6 36.2
32 12 2.7 19.9 23.2 26.5 29.9 33.2
32 14 2.3 17.1 19.9 22.8 25.6 28.4
32 16 2.0 14.9 17.4 19.9 22.4 24.9
32 18 1.8 13.3 15.5 17.7 19.9 22.1
32 21 1.5 11.4 13.3 15.2 17.1 19.0
32 24 1.3 10.0 11.6 13.3 14.9 16.6
32 28 1.1 8.5 10.0 11.4 12.8 14.2
32 32 1.0 7.5 8.7 10.0 11.2 12.4


22 11 2.0 14.9 17.4 19.9 22.4 24.9
22 12 1.8 13.7 16.0 18.2 20.5 22.8
22 14 1.6 11.7 13.7 15.6 17.6 19.6
22 16 1.4 10.3 12.0 13.7 15.4 17.1
22 18 1.2 9.1 10.6 12.2 13.7 15.2
22 21 1.0 7.8 9.1 10.4 11.7 13.0
22 24 0.9 6.8 8.0 9.1 10.3 11.4
22 28 0.8 5.9 6.8 7.8 8.8 9.8
22 32 0.7 5.1 6.0 6.8 7.7 8.6

可以看出有綿密的齒輪比可以被調整,但單車系統因為還有鏈條本身的限制,這樣的系統並不能完全呈現出來,前面的齒盤依照左右中的位置來對應到後方飛輪組偏左或偏右的幾盤齒盤大致上如下面的圖:


上面可以看到,綠色是經過計算後可以正常使用的齒盤組合和轉速比,而黑色則是不建議使用,紅色的部份則是會使鏈條受傷的齒輪配合法。於是可以看出我們可以操作的轉速比差距約為0.4左右,尤其在大齒盤配小齒盤要換到小齒盤配大齒盤的時候,會有很多接近重複的轉速比出現,那麼在操作下,就不應該使用這樣的齒比,會減少我們使用齒盤的順暢度。綜合這樣的結論。我們可以得出一個大致上的變速方法如下。

大約的變速由齒比低到高應該這樣

小22T配後大32T

22:32 0.68
22:28 0.79
22:24 0.91
22:21 1.05
22:18 1.22

接著前面升到中盤32T, 將後齒拉到第七24T片
32:24 中7 1.33
32:21 中6 1.52
32:18 中5 1.77
32:16 中4 2
32:14 中3 2.29
接著前面升到大盤, 後齒拉到第五片18T
44:18 大5 2.44
44:16 大4 2.75
44:14 大3 3.14
44:12 大2 3.67
44:11 大1 4

算出來的結果,變速在安全且順暢的使用下,可以達到相差0.3左右的變速效率
可樣變可以在各種不同阻力下利用11片齒輪搭配出15種轉速比,達到變速的效果。


文章大多為自身領悟與記算得來
惟參考mobile01的自行車討論串而來
http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=268&t=321349&p=2

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