Vaihteisto

Henkilöauton käsivalintainen vaihdelaatikko.

Planeettavaihteisto.

Polkupyörän vaihteiston takarattaat.

Vaihteisto on laite, jolla siirretään tehoa, sekä muunnetaan momentin ja pyörimisnopeuden suhdetta. Vaihteiston avulla voidaan valita sisääntuloakselin ja ulostuloakselin välinen välityssuhde.

Vaihteisto voi olla yhdistettynä moottoriin esimerkiksi kytkimellä tai momentinmuuntimella. Vaihteistoja käytetään laajalti ajoneuvoissa, lentokoneissa, voimalaitoksissa, sekä teollisuudessa. Varsinaisen vaihteiston lisäksi vaihteiksi voidaan laskea kaikki, mitkä muuntavat momenttia ja kierrosnopeutta – esimerkiksi napavaihteet, alennusvaihteet ja jakovaihteet.

Välityssuhde

Vaihteiston pienet vaihteet (joilla välityssuhteen arvo on suuri) tarjoavat suuren momentin ja alhaisen pyörimisnopeuden. Vaihteiston suuremmat vaihteet (joilla välityssuhteen arvo on pieni) tarjoavat alhaisempaa momenttia ja suurta pyörimisnopeutta. Vaihteistolta saatavan momentin suuruuteen vaikuttaa tehonlähteeltä, eli moottorilta saatava teho kyseisellä kierrosnopeudella. Vaihteiston hyötysuhde esimerkiksi planeettapyörästöissä paranee mitä pienempi välityssuhde on, johtuen lähinnä vaihteiston sisäisien häviöiden kasvamisesta.

Välityssuhteen muuntamisen avulla moottori voidaan pitää käyntinopeusalueella niin alhaisissa, kuin korkeissakin voiman ulosoton nopeuksissa. Esimerkiksi tavanomainen polttomoottori sammuu alhaisilla kierroksilla, joten valitsemalla vaihteistolta suurempi välityssuhde voidaan nostaa moottorin kierrosnopeutta lähemmäksi käyntinopeusaluetta – samalla pitäen vaihteiston voiman ulosoton nopeus alhaisena. Sähkömoottori ei välttämättä tarvitse vaihteistoa, sillä sähkömoottorin tehontuotto saattaa olla riittävä alhaisillakin kierrosnopeuksilla, joten hyytymisongelmaa ei välttämättä ilmaannu. Sama tilanne on myös ajettaessa polkupyörällä, sillä jalkojen voimantuotto ei vaadi minimikierrosnopeutta. Näin ollen yksivaihteisellakin pyörällä pystyy ajamaan.

Vaihteiston välityssuhde on käyttävän akselin pyörimisnopeuden ja käytettävän akselin pyörimisnopeuden osamäärä. Yleensä moottoriajoneuvon vaihteiston välityssuhde on yhtä suurempi, eli vaihteisto kasvattaa momenttia mutta pienentää pyörimisnopeutta. Polkupyöräillessä jalkojen pyöritysnopeus on niin paljon polttomoottorin kierroslukua pienempi, että välityssuhde on yleensä yhtä pienempi, jolloin momentti pienenee ja pyörimisnopeus kasvaa. Portaalla tarkoitetaan yleensä vaihteiston sisäistä momentinvälitystiehen kuuluvaa kokonaisuutta, joka muuntaa momenttia. Tavallisesti tällainen kokonaisuus on hammaspyöräpari. Vaihteistossa on siten aina vähintään yksi porras ja kaksi hammaspyörää. Portaiden lukumäärä vaikuttaa lähinnä suurimpaan välityssuhteeseen, joka vaihteistolla on mahdollista saavuttaa.

Välityssuhde voidaan myös laskea vaihteiston hammaspyörien hammaslukujen suhteena.

Vaihteistokonstruktioita

• CVT, portaaton automaattivaihteisto (katso myös variaattori).
• Hydrostaattinen vaihteisto on hydrauliikalla toteutettu tehonsiirto, jossa ajonopeutta säädellään esimerkiksi pumpun tilavuusvirtaa muuttamalla. Käytössä päältäajettavissa ruohonleikkureissa sekä raskaiden työkoneiden erikoissovelluksissa. Hyötysuhde jää huomattavasti hammaspyörävaihteistoa huonommaksi.
• Fuller-vaihteisto (synkronoimaton hammaspyörävaihteisto).
• Ketjuvaihteisto on esimerkiksi useimpien maastopyörien vaihteistona.
• Lieriöhammaspyörävaihteistossa yhden portaan muodostavat kaksi keskenään rynnössä olevaa^selvennä yleensä ulkohammastettua lieriöhammaspyörää. Pyörimisakselit ovat yhdensuuntaiset (tavallisesti akselit ovat synkronoituja).
• Planeettavaihteistossa momenttia välittävät lieriömäiset hammaspyörät, jotka ryhmitellään aurinkopyöräksi, planeettapyöriksi ja kehäpyöräksi. Aurinkopyörä on järjestelmässä sisimpänä ja rynnössä planeettapyörien kanssa. Planeettapyörät taas ovat rynnössä uloimpana olevan sisähammastetun kehäpyörän kanssa. Planeettapyörät on yhdistetty toisiinsa kannattimella. Planeettapyörästön välityssuhde riippuu hammaspyörien hammasluvuista sekä käyttävän ja käytettävän osan valinnasta. Tietyillä hammasluvuilla yhdellä planeettapyörästöllä on kuusi mahdollista välityssuhdetta, joista kaksi on negatiivisia (peruutusvaihde). Usein planeettavaihteistoissa on useita planeettapyörästöjä, jotka on osin kytketty toisiinsa. Vaihteet saadaan lukitsemalla ja vapauttamalla planeettavaihteiston osia hydraulijärjestelmän avulla ja momentinmuunnin toimii kytkimenä, joka yhdistää moottorin vaihteistoon. (Katso myös yksinkertainen planeettavaihde.)
• Robottivaihteisto, eli manuaalivaihteisto jossa ei tarvita kytkinpoljinta.
• Kaksoiskytkinvaihteisto (esim. VW:n DSG).

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Vaihteisto Wikimedia Commonsissa