Gearsin menneisyys ja nykyisyys selitettynä yhdessä artikkelissa
Gearsin menneisyys ja nykyisyys selitettynä yhdessä artikkelissa
Jo vuonna 350 eKr. kuuluisa kreikkalainen filosofi Aristoteles dokumentoi kirjoituksissaan tietoja hammaspyöristä. Noin 250 eKr. matemaatikko Arkhimedes selitti töissään turbiinikierukkapyörän käyttöä nostokoneessa. Muinaisista ajoista peräisin olevien vaihteiden jäänteet ovat säilyneet Ktesibiosin vesikellon raunioissa nykyisessä Irakissa.
Hammaspyörillä on myös pitkä historia Kiinassa, ja niiden käytöstä on kerrottu jo 400-200 eKr. Shanxista, Kiinasta löydetyt, tuolta ajalta löydetyt pronssiset hammaspyörät edustavat vanhimpia tunnettuja vaihteita. Muinaisista kiinalaisista esineistä löydetty ohjausvaunu heijastaa mekaanisen laitteen ydinmekanismia, joka perustuu vaihdejärjestelmiin, esitellen muinaisen tieteen ja teknologian saavutuksia. Italian renessanssin aikana 1400-luvun lopulla polymaatti Leonardo da Vinci jätti lähtemättömän jäljen paitsi kulttuuritaiteeseen myös varustetekniikan historiaan. Yli 500 vuotta myöhemmin vaihteistot säilyttävät edelleen tuon aikakauden aikana piirretyt prototyypit. Vasta 1600-luvun lopulla ihmiset alkoivat tutkia oikeita hampaiden profiileja liikkeen välittämiseksi. 1700-luvun teollisen vallankumouksen jälkeen vaihteisto yleistyi Euroopassa. Kehitys keskittyi ensin kierteisiin hammaspyöriin ja myöhemmin kierrevaihteisiin. 1900-luvun alkuun mennessä kierrevaihteet olivat saavuttaneet hallitsevan aseman käytännön sovelluksissa. Myöhemmin kehitettiin helix-, ympyrä-, kartio- ja kierrevaihteita.
Nykyaikainen vaihdeteknologia on saavuttanut merkittäviä määrityksiä: vaihdemoduulit 0,004 - 100 millimetriä, vaihteiden halkaisijat 1 millimetristä 150 metriin, voimansiirto jopa 100 000 kilowattia, pyörimisnopeudet jopa 100 000 kierrosta minuutissa ja korkein kierrosluku 300 metriä sekunnissa.
Kansainvälisesti voimansiirtolaitteet ovat kehittymässä kohti pienentämistä, nopeaa toimintaa ja standardointia. Joitakin vaihteistosuunnittelun piirteitä ovat erikoisvaihteiden käyttö, planeettavaihteistolaitteiden kehittäminen ja vähävärähtelyisten ja hiljaisten vaihdemekanismien tutkimus.
Hammaspyöriä on erityyppisiä, ja ne luokitellaan yleisesti hammaspyörän akselien suunnan perusteella. Ne jaetaan yleensä kolmeen tyyppiin: yhdensuuntaisen akselin hammaspyörät, risteävien akselien hammaspyörät ja ei-leikkautuvan akselin hammaspyörät.
Rinnakkaisakseliset hammaspyörät: Tähän luokkaan kuuluvat hammaspyörät, kierrehammaspyörät, sisäiset hammaspyörät, telineet ja hammaspyörät.
Leikkaavat akselivaihteet: Esimerkkejä ovat suorat kartiohammaspyörät, kierre kartiohammaspyörät ja nolla-asteen kartiohammaspyörät.
Ei-leikkautuvan akselin hammaspyörät: Tämä luokka kattaa ei-leikkaavan akselin hammaspyörät, kierukkavaihteet ja näennäishypoidivaihteet. Yllä olevassa taulukossa esitetty hyötysuhde edustaa voimansiirron tehokkuutta, pois lukien häviöt, kuten laakereista ja voitelusta aiheutuvat häviöt. Yhdensuuntaisen akselin ja risteävien akselien hammaspyöräparien hammaspyörät sisältävät yleensä rullausta ja suhteellisen vähäistä liukumista, mikä johtaa korkeaan hyötysuhteeseen. Sitä vastoin ei-leikkautuvan akselin hammaspyörät, kuten ei-leikkautuvan akselin hammaspyörät ja kierukkavaihteet, riippuvat suhteellisesta liukumisesta voimansiirron saavuttamiseksi, mikä vaikuttaa merkittävästi tehokkuuteen, mikä aiheuttaa laskua muihin vaihteisiin verrattuna. Vaihteistoteholla tarkoitetaan voimansiirron tehokkuutta normaaleissa asennusolosuhteissa. Väärin asennettuna, varsinkin jos kartiohammaspyörästöissä on väärät etäisyydet, jotka johtavat virheisiin kartioleikkauspisteessä, tehokkuus voi laskea merkittävästi.
