Prijenosni omjer

Prijenosni omjer izražava odnos između brzina vrtnje dvaju zupčanika u zahvatu, definiran kao broj zubaca gonjenog zupčanika podijeljen brojem zubaca pogonskog zupčanika, ili istovjetno kao broj okretaja na ulazu potrebnih da se proizvede jedan okretaj na izlazu. To je središnji pojam svakoga zupčastog prijenosa jer određuje kompromis između brzine vrtnje i sile okretanja, odnosno okretnog momenta, na svakoj točki pogonskog sklopa. Omjer veći od jedan znači da se izlaz okreće sporije od ulaza, ali s razmjerno većim okretnim momentom, dok omjer manji od jedan čini obrnuto.

Načelo počiva na očuvanju energije i geometriji zubaca u zahvatu. Kad mali zupčanik pokreće veliki, svaki okretaj malog zupčanika veliki zupčanik pomakne tek za djelić okretaja, pa se veći zupčanik okreće sporo, ali ostvaruje veću polugu. Snaga, umnožak okretnog momenta i brzine vrtnje, ostaje uglavnom nepromijenjena uz gubitke trenjem, zbog čega se okretni moment može umnožiti jedino uz gubitak brzine. Omjer 3:1, primjerice, otprilike utrostručuje okretni moment, a izlaznu brzinu smanjuje na trećinu.

To je važno jer motor s unutarnjim izgaranjem proizvodi koristan okretni moment samo u ograničenom rasponu okretaja, najčešće nekoliko tisuća okretaja u minuti. Jedan jedini fiksni omjer ne bi mogao istodobno pokrenuti teško vozilo s mjesta i omogućiti mu ekonomičnu vožnju pri velikoj brzini. Mjenjač zato nudi raspon omjera: niski stupnjevi s visokim brojčanim omjerom umnožavaju okretni moment za kretanje i savladavanje uzbrdica, dok visoki stupnjevi taj okretni moment zamjenjuju brzinom i puštaju motor da se pri ujednačenoj vožnji okreće sporo i tiho. Razmak između stupnjeva odabire se tako da motor ostane blizu svojega učinkovitog raspona kako brzina raste.

Pojedini omjeri mjenjača ne djeluju sami. Množe se s omjerom glavnog prijenosa, odnosno osovinskim omjerom, dajući ukupni omjer između motora i kotača. Prvi stupanj s omjerom 3,5:1 koji djeluje kroz glavni prijenos 4,0:1 daje ukupnu redukciju 14:1, dok najviši stupanj s omjerom 0,8:1 kroz istu osovinu daje tek 3,2:1. Najviši stupnjevi, s omjerima ispod jedan, nazivaju se overdrive i postoje upravo zato da smanje broj okretaja motora radi opuštene i ekonomične vožnje autocestom.

Prijenosni omjeri utječu i na ubrzanje, sposobnost vuče tereta i potrošnju goriva na načine koje inženjeri moraju uravnotežiti. Gusto poredani omjeri drže motor u naponu radi sportskih sposobnosti, dok široko poredani pogoduju ekonomičnosti i profinjenosti. Ista logika vrijedi za električna vozila, premda im je obično dovoljan samo jedan redukcijski omjer jer njihovi motori snažan okretni moment proizvode već od nula okretaja. Razumijevanje prijenosnih omjera stoga je ključno za tumačenje načina na koji svako vozilo prenosi snagu na cestu.