En reduktionsväxel är en del av ett mekaniskt system av växlar och axlar som tjänar det primära syftet att sakta ner saker i en maskin så att energi en plats kan överföras och användas på en annan. Reduktionsväxlar ses oftast i bil- och lastbilsdrivlinor, och i dessa inställningar minskar de motorns höga varvtal och omvandlar dem till en användbar, lägre hastighet som däcken kan tolka och säkert använda. Dessa typer av redskapskonfigurationer används också ofta i tunga maskiner och andra mekaniska apparater, både stora och små. Allt som använder höga rotationshastigheter på ett ställe men behöver minskad energi på en annan kan använda sig av denna typ av interna system. När kugghjulen fungerar korrekt, omvandlas den ingående axelns rotationshastighet till en lägre rotationshastighet på den utgående axeln. Denna minskning av utgående hastighet hjälper till att öka vridmomentet. Systemet kan se lite olika ut i olika inställningar, men konceptet är oftast detsamma.
Grundläggande sammansättning
Dessa typer av växelkonfigurationer förekommer nästan alltid inom det inre av motorer, maskiner och andra mekaniska komponenter. När det gäller grunderna är de vanligtvis inte särskilt komplicerade. En enkel reduktionsväxel består av två kugghjul som har samma kuggstorlek men har olika diametrar. Antalet tänder är proportionellt mot omkretsen; kugghjulet med mindre omkrets kommer att ha färre tänder än det större. Till exempel kommer ett kugghjul med en omkrets på 16 tum (40.64 cm) att ha dubbelt så många tänder som ett med en omkrets på 8 tum (20.32 cm).
När dessa växlar griper in i en reduktionsväxellåda, gör den mindre växeln två varv för varje varv av den större växeln – med andra ord, den snurrar dubbelt så snabbt. Omvänt skulle mängden tillgängligt vridmoment på den större axeln vara dubbelt så mycket som på den mindre. När hastigheten på utgången minskar, ökas vridmomentet proportionellt.
Bestämma utväxlingsförhållande
Utväxlingsförhållande, som är ett sätt att uttrycka förhållandet mellan de relativa hastigheterna för varje inblandad växel, bestäms nästan alltid av antalet inblandade tänder. Detta uttrycks i sin tur i förhållandet mellan antalet kuggar på den större växeln och antalet kuggar på den mindre växeln. Till exempel skulle ett enstegs växelreduktionssystem bestående av två växlar, en med 30 kuggar och den andra med 10 kuggar, ha ett utväxlingsförhållande på 30:10 eller 3:1. I detta system skulle den större växeln svänga med en tredjedel av hastigheten på den mindre, samtidigt som den hade tre gånger det tillgängliga vridmomentet.
Flerstegs växellådor möjliggör mycket högre utväxlingar än vad som är praktiskt med enstegssystem. Ytterligare axlar och kugghjul används i dessa system. Till exempel läggs ett litet kugghjul till den utgående axeln på den första uppsättningen kugghjul för att tjäna som ingångsdrivkraft för en andra uppsättning kugghjul. Ytterligare uppsättningar växlar kan läggas till efter behov. Det slutliga utväxlingsförhållandet bestäms genom att multiplicera förhållandet för varje uppsättning växlar. Till exempel skulle en reduktionsväxellåda bestående av tre uppsättningar växlar med utväxlingar på 3:1, 4:1 och 5:1 ge ett slutligt utväxlingsförhållande på 60:1.
Drivlinor som ett vanligt exempel
Bildrivlinor är ett bra exempel på ett flerstegs växelreduktionssystem. En typisk motor svänger med 1500 till 3000 varv per minut (RPM), en hastighet som är mycket högre än vad som behövs vid däcken. Faktum är att om så mycket kraft skulle gå till däcken, skulle det förmodligen orsaka allvarliga problem eftersom det sannolikt skulle vara mer än de kunde hantera. Bilens transmission minskar varvtalet till drivaxeln, vilket ökar vridmomentet tillräckligt för att flytta fordonet. Den bakre delen minskar hastigheten ytterligare till en användbar nivå, samtidigt som mängden vridmoment som är tillgängligt för drivhjulen multipliceras.
Många andra maskiner, inklusive många elektriskt drivna handverktyg, använder någon form av reduktionsväxel för att kontrollera utgående hastighet samtidigt som det tillgängliga vridmomentet ökar. Detta gör att små, relativt låga elmotorer kan utföra arbeten som annars skulle kräva mycket större och kraftfullare motorer.