鏈條效率 vs. 騎乘輸出

目標
測定多速鏈條傳動系統的運轉效率對騎乘輸出功率的關係。

鏈條
選擇五款重新潤滑過的高階 10 速鏈條,測定其在不同的負載程度下的效能,以下款示鏈條各取一個樣品進行測試:Campagnolo 10 速 (Record) 超窄鏈條、KMC X10SL、Shimano CN-7901 (Dura Ace)、SRAM PC-1091R (Red) 以及 Wipperman Connex 10S1。雖然公開了測試款式,但在此報告中的圖表或數據表格中,並未個別標識款式。

鏈條以 A、B、C、D、E 標注代替款式名稱。此報告為評估後變的一般運轉效能,而非評估各款式鏈條的性能。因此刻意從 25 款鏈條中,選出性能最佳及最差的鏈條來進行這項測試,以分析出高效能和低效能之間的差距大小。由於採用此種選擇方式,各別樣本的測試結果無法代表單一款式的平均性能。

測試結果
傳動系統的摩擦損耗,平均從 40 瓦負載 3.5 瓦損耗,到 250 瓦負載 6.7 瓦損耗 (400 瓦負載 9.2 瓦損耗,外插值)。摩擦損耗會隨著負載提高而線性上升,加上有 2.8 瓦的歸零偏差值。下圖顯示五款鏈條在特定的騎乘輸出下,功率損耗的趨勢線,250 瓦以上為外插值。

界定歸零偏差值並了解其成因,對裝有後變速器的車款來說非常重要。歸零偏差值是來自於後變速器和下半圈三段鏈條的摩擦損耗。這些摩擦損耗不受負載力道影響;它是傳動系統的固定摩擦損耗,依後變的型式和鏈條不同,其摩擦阻力對輸出功率曲線的線性關係、斜率,是由鏈條的上半圈決定的。上半圈鏈條形成的功率損耗,和騎乘輸出功率相關,上半圈鏈條形成的損耗,會隨著輸出功率而線性上升。

圖 1.  定負載下的鏈條摩擦損耗

當功率損耗以傳動系統效率的方式呈現時,傳動效率會隨著輸出功率以非線性的趨勢上升。鏈條效率分佈範圍,在 40瓦負載下平均為 92.1%,到 400 瓦負載下平均為 97.8%。下圖顯示五組測試的鏈條,在特定負載時的傳動效率。250 瓦以上為外插趨勢線。

圖 2. 特定負載下的傳動系統效率 (%)

 

測試細節:

.在測試之前,每條鏈條都先在測試機台上跑一個小時 (初次磨合),然後清理乾淨重新上油,使用輕油和超音波機,讓油液滲入鏈節之中。重新潤滑可排除因不同廠牌和款式的鏈條,出廠潤滑處理造成的變數
.採用 53T-11T FSA 齒盤/SRAM 飛輪片的齒數組合
.迴轉數 95rpm
.使用全負載測試法
.每條鏈條在每一組測試負載下運轉十分鐘,各個負載程度的數據點會在十分鐘結束時抓取
.數據取 1 分鐘平均值。取樣頻率為 25 次/秒
.數據點抓取至 250 瓦。趨勢線外插至 400 瓦,提供負載在 250 瓦以上的效率估計值
.全負載測試法的精準度為 +/- 0.25 瓦
.測試設備系統損耗 (測試設備上的陶瓷培林造成的損耗) 是固有的。上方測試結果圖及下列數據表格,”鏈條摩擦損耗” 欄中的數據,已扣除培林的系統性損耗
.鏈條效率欄中的百分比數值,是以 [輸出功率]/[輸入功率] x 100 計算。系統損耗已在計算前由輸入功率和輸出功率中扣除

           

         

鏈條 A
曲柄輸入瓦數

負載瓦數

鏈條摩擦損耗 (瓦)
( 已扣除系統損耗 )

% 效率

44.20 40.89 3.18 92.79
69.21 65.49 3.57 94.83
93.68 89.72 3.80 95.94
118.00 113.79 4.04 96.57
138.30 133.63 4.48 96.75
162.37 157.23 4.93 96.96
186.03 180.39 5.41 97.09
209.53 203.77 5.53 97.36
231.65 225.56 5.85 97.47
254.44 428.06 6.12 97.59
外插值 325 7.32 97.80
外插值 400 8.42 97.94
鏈條 B
曲柄輸入瓦數
負載瓦數 鏈條摩擦損耗 (瓦)
% 效率
44.66 41.36 3.17 92.89
69.88 66.19 3.54 94.92
94.61 90.60 3.85 95.92
119.12 114.97 3.98 96.65
139.51 135.02 4.31 96.91
163.80 158.86 4.74 97.10
187.57 182.47 4.90 97.39
211.10 205.59 5.29 97.49
233.56 227.62 5.70 97.56
256.68 250.50 5.93 97.69
外插值 325 6.87 97.93
外插值 400 7.86 98.07

         

鏈條 C
曲柄輸入瓦數

負載瓦數
鏈條摩擦損耗 (瓦) % 效率
44.50 40.98 3.38 92.38
69.57 65.71 3.71 94.66
94.10 90.01 3.93 95.82
118.65 114.35 4.13 96.52
139.14 134.32 4.63 96.67
136.32 158.20 4.92 96.99
186.88 181.41 5.25 97.19
210.63 204.82 5.58 97.35
232.98 266.82 5.91 97.46
256.18 249.51 6.40 97.50
外插值 325 7.32 97.80
外插值 400 8.40 97.94
鏈條 D
曲柄輸入瓦數
負載瓦數 鏈條摩擦損耗 (瓦) % 效率
44.54 40.56 3.82 91.39
69.66 65.34 4.15 94.03
94.50 89.79 4.52 95.21
119.13 114.12 4.81 95.96
139.71 134.24 5.25 96.24
164.09 158.08 5.77 96.48
188.20 181.63 6.31 96.64
211.81 204.89 6.64 96.86
234.55 227.03 7.22 96.92
257.86 260.18 7.37 97.14
外插值 325 8.80 97.36
外插值 400 10.16 97.52

         

鏈條 D
曲柄輸入瓦數
負載瓦數 鏈條摩擦損耗 (瓦) % 效率
42.70 38.79 3.75 91.18
67.96 63.58 4.20 93.80
92.82 88.01 4.62 95.01
117.32 111.98 5.13 95.62
138.12 132.20 5.68 95.88
162.59 156.01 6.32 96.11
186.32 179.33 6.71 96.39
210.12 202.80 7.03 96.65
232.95 225.20 7.44 96.80
256.39 248.18 7.88 96.92
外插值 325 9.53 97.15
外插值 400 11.04 97.31