Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 為什麼要換擋?

2007年6月3日 星期日

為什麼要換擋?


B94611037蔡智鴻

一台能"變速"的腳踏車,後輪換成大齒輪的檔位,不必花太大的力氣就能騎上坡,不過,你可得多踩幾下囉~~.....

Ya,利用齒輪來為我們作事,是日常生活中常碰到的設計;回憶一下國中時的理化教材,我們學過一個很簡單卻很實用的公式:

大齒輪的半徑x 大齒輪的轉速= 小齒輪的半徑 x小齒輪的轉速

換成另一的角度看,它就是一個"功(wrok)"的形式;我們腳踏車時所給我們的實際經驗就可以體會的到,當我們想快速起步時,我們可以把前輪換成小齒輪,後輪換成大齒輪,這時我們就可以輕易且快速的起步,however,隨時腳踏車速度的增加,我們會發現腳再怎麼用力踩,速度還是增加的有限,這時候,我們可以變換後輪的齒輪由大換成小,再把前輪換成較大的齒輪,這時踏板的感覺變重了,但是,不必像之前踩的這麼多圈,腳踏車的速度可以更快了.......

,我想這是大伙騎腳踏車的共同經驗吧,同樣的道理,我們汽車在設計使用上時,並不是直接把引擎的輸出接到傳動軸上,而是接到"變速箱"上面,再由變速箱的輸出軸接到傳動軸上輸出;汽車在起步時,需要先克服靜摩擦力,然後再推動車身前進,這時是需要較大的扭力來幫忙的,於是低檔位(一檔)時,是類似腳踏車起步的"前面小齒輪,後面大齒輪"的設計,當車速越來越快,我們不必需要這麼大的扭力輸出,在高速檔時,變速箱將換成類似騎腳踏車時的"後面小齒輪,前面大齒輪"的設定。

現在先簡單的介紹"齒輪比"的定義:你可以想成是腳踏車的後齒輪的半徑除以前齒輪的半徑;如下圖,右邊是我們腳去踏的地方,左邊是相當於腳踏車的後輪;而圖上面是我們快速起步時的齒輪狀態,下面的圖是我們"飆腳踏車"時的齒輪狀態!See? 利用不同的齒輪搭配,應付我們不同的需要, 如載重起步或爬坡時, 我們需要較大的扭力來使用,所以,我們汽車也設計了"變速箱",供不同的狀況使用,就跟騎腳踏車時變速換檔的目的一模一樣:)

然而,哪個檔位跟引擎的輸出並沒有關係,例如:20.0kgm/2300rpm的扭力值,在一檔時,當轉速是
2300rpm時,引擎就是輸出20.0kgm的扭力;二檔時,引擎的轉速在2300rpm時,引擎還是一樣是20kgm

的扭力輸出;但是,真正出力在車輛上時,一檔時是"20.0"乘以"一檔的齒輪比",二檔時是"20.0"

乘以"二檔的齒輪比"......這些值將不是20.0kgm而已!

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