談談功率和扭矩(三)：變速箱到底變了什麽？

請先看舊貼：
談談功率和扭矩(序)：為什麽要談馬力和扭力
談談功率和扭矩(一)：理論先行，先講一點物理
談談功率和扭矩(二)：再談金科玉律的公式


顧名思義，變速箱是用來變速的。它是汽車的動力係統中處於發動機和驅動輪之間的一個齒輪箱，可以改變輸出軸和輸入軸之間的轉速比。

變速箱在變換轉速的同時，還變了什麽？我們來分析一下。為簡單起見，先看兩個齒輪的情形。而且忽略兩齒輪之間的摩擦，也就是忽略傳動的損耗。

借一張圖：


這兩個齒輪齧合在一起，轉向相反。在齒輪齧合的部位，受大小相同，方向相反的切向力。小齒輪轉得快，大齒輪轉得慢。

齒輪A的轉速/齒輪B的轉速
= 齒輪B的齒數/齒輪A的齒數
= 齒輪B的周長/齒輪A的周長
= 齒輪B的半徑/齒輪A的半徑
= (齒輪B的半徑x切向力)/(齒輪A的半徑x切向力)
= 齒輪B的扭矩/齒輪A的扭矩

即：齒輪A的轉速/齒輪B的轉速 = 齒輪B的扭矩/齒輪A的扭矩

原來兩個齒輪在轉變轉速的同時，也轉變了扭矩。轉速和扭矩成反比。即轉速降低了，扭矩就升高了。

把這個公式變一下，我們得到：

齒輪A的扭矩 x 齒輪A的轉速 = 齒輪B的扭矩 x 齒輪B的轉速

扭矩x轉速，怎麽看著很熟？原來這是我們金科玉律的公式！

齒輪A的功率 = 齒輪B的功率

實際上的變速箱，是有許多不同大小的齒輪組成的，但是其目的，無非是改變轉速比。所以我們說，變速箱改變了轉速，也改變了扭矩，但沒有改變功率。

來看維基百科的定義：變速器（Transmission）是進行機械動力轉換的機械或液壓設備。通常它將動力源（內燃機或電動機）產生的高轉速、低扭矩的機械動力轉換成更為有效的低轉速和高扭矩的動力，以驅動機械裝置。特殊的變速器也可能作提高轉速，降低扭矩的轉換。

記住： 變速箱的扭矩比 = 1/變速箱的速比

舉個例子說明，以小齒輪帶動大齒輪，假設小齒輪的齒數為15齒，大齒輪的齒數為45齒。當小齒輪以3000rpm的轉速旋轉，而扭矩為200lb-ft時，傳遞至大齒輪的轉速便降低至1/3，變成1000rpm；但是扭矩反而被放大到三倍，成為600lb-ft。這就是發動機的動力經由變速箱可降低轉速並放大扭矩的基本原理。

到現在為止，我們還沒有討論發動機的馬力和扭力，更沒有展示任何馬力扭力曲線。



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