Vaihteet ovat voimansiirtojärjestelmän komponentteja. Kaikkia koneen osia ohjataan vaihteilla, jotka säätelevät vääntömomenttia, nopeutta ja pyörimissuuntaa. Eri vaihteistotyypeissä on monia hienouksia. Itse asiassa vaihdetyyppien valinta ei ole helppo prosessi. Se riippuu monista näkökohdista. Vaikuttavia tekijöitä ovat fyysinen tila ja akselijärjestely, välityssuhde, kuormitus, tarkkuus ja laatutaso.
Monet vaihteet valmistetaan erilaisista materiaaleista ja vaihtelevilla suorituskykykriteereillä teollisesta käytöstä riippuen. Näitä vaihteita on saatavilla useilla eri kapasiteetti-, koko- ja nopeussuhteilla. Tärkein tehtävä on kuitenkin muuntaa voimakoneen tulo ulostuloksi, jolla on korkea vääntömomentti ja alhainen kierrosluku. Näillä vaihdeperheillä on sovelluksia maataloudesta ilmailuteollisuuteen.
Vaihteiston materiaalit
Hammaspyörien valmistukseen voidaan käyttää monia erilaisia terästä, pronssia, valurautaa, messinkiä, pallografiittivalurautaa, alumiinia, metallijauheita ja polymeerejä. Teräs on näistä materiaaleista yleisin ja houkuttelevin, ja se tarjoaa voittavan yhdistelmän korkeasta lujuus-painosuhteesta, hyvästä kulutuskestävyydestä, kyvystä parantaa fyysisiä ominaisuuksia lämpökäsittelyn avulla ja kilpailukykyiseen hintaan.
Kalliit materiaalit eivät välttämättä takaa ylivertaista varustetta. Joissakin sovelluksissa voidaan tarvita alumiinia, messinkiä, pronssia, polymeerejä, fenolisia materiaaleja, eri koostumuksellisia metallijauheita tai ruostumatonta terästä. Vaihteiston materiaalit luokitellaan kahteen tyyppiin: metalliset ja ei-metalliset. Polymeerit, elastomeerit, keramiikka, lasi ja komposiittimateriaalit ovat viisi ei-metallisten materiaalien perustyyppiä. Metallimateriaalit luokitellaan kahteen tyyppiin: rautametallit, joihin sisältyy teräs, ja ei-rautametallit, joihin kuuluvat pronssi ja alumiiniseokset.
Näiden olennaisten osien täyttämiseksi saatavilla on laaja valikoima materiaaleja. Vaihteistossa käytettävät materiaalit voivat vaihdella puusta nykyaikaisiin synteettisiin materiaaleihin, samoin kuin rautametallit, ei-rautametallit, metallijauheet ja muovit. Kivestä valmistettuja muinaisia vaihteita on myös löydetty. Käytetty materiaali vaikuttaa vaihteiston kantavuuteen, lujuuteen, iskukestävyyteen, käyttöikään ja hintaan.
Kuinka valita vaihteiston materiaali
Ensinnäkin vaihteiston materiaali tulee valita sovelluksen toiminnan perusteella. Tarkasti tehdyn vaihteen suunnittelu epäonnistuu surkeasti, jos materiaali ei sovellu tarvittavaan tehtävään. Valitulla materiaalilla on vaikutusta tuotantoprosessiin.
Päätös perustuu palvelu-, valmistus- ja taloudellisiin tarpeisiin. Vaihteet yksinkertaisesti sanottuna välittävät voimaa tai liikettä. Terästä käytetään suurimmassa osassa voimansiirtovaihteita. Poikkeuksia ovat pronssisten hammaspyörien kanssa käytettävät teräskierukkapyörät ja tehon vähentämiseen käytettävä muovi. Useimpien vaihteiden odotetaan kantavan raskaita kuormia ja vaativat lämpökäsittelyä lujuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi. Muovia tai ei-rautapitoisia materiaaleja käytetään yleisesti vain liikkeessä olevien hammaspyörien valmistukseen.
Vaihteiston materiaalin valinta on vaikeaa ja se on sidottava sovelluksen ainutlaatuisiin kuormitus- ja käyttöikävaatimuksiin. Materiaalien yhteensopivuus, kemiallinen koostumus, koostumus, mekaaniset ominaisuudet ja vastinvarusteiden hinta on otettava huomioon. Korroosionkestävyys ja sähköiset tai magneettiset ominaisuudet saattavat olla tarpeen vaihteiston käyttömateriaalista riippuen.
