Växelförhållningar

Växelförhållningar är ett begrepp inom maskinteknik och fordonsdrivning som beskriver hur hastigheten och kraften överförs mellan inmatningsaxeln och utmatningsaxeln i ett växelsystem. De anger hur mycket snabbare eller långsammare utgående axel roter jämfört med ingångsaxeln, och avgör därmed hur mycket moment som överförs till lasten. I praktiken används ofta ett mått på förhållandet som kallas gear ratio.

Beräkningen bygger vanligtvis på kugghjulens tänder i ett enkelt växelsystem. För två kugghjul i kontakt är växelförhållningen i = ω_in / ω_out = N_out / N_in, där ω är vinkelhastighet och N är antal tänder på drivande respektive drivna hjulet. Eftersom kraften bevaras minus förluster, är utgående kraft/torque ofta T_out ≈ i × T_in. Ett förhållande större än 1 ger högre moment vid utgången men lägre utgångshastighet, medan ett förhållande mindre än 1 ger högre hastighet men lägre utväxlat moment.

Användning och konsekvenser: Växelförhållningen styr hur motorens varvtal används och påverkar bilens eller maskinens prestanda. Höga förhållanden används vanligtvis för låga hastigheter och backar där hög moment behövs, medan lägre förhållanden möjliggör högre slutlig hastighet vid moderata eller låga motorvarvtal. I cyklar ger kedje- eller tandutväxling olika förhållanden mellan pedalkraft och hastighet. I bilar används ofta en uppsättning fasta växelförhållanden i en manuell eller automatisk låda, ofta med en slutväxel som ökar effektiviteten vid högre hastigheter. Modern teknik inkluderar kontinuerliga växellådor (CVT) som kan variera förhållandet kontinuerligt för att hålla motorns effektområde optimalt.

Växelförhållningar är således centrala för styrning av hastighet, acceleration, bränsleekonomi och motorbelastning i många maskiner och fordon.