Áttételi viszony

Az áttételi viszony két egymásba kapcsolódó fogaskerék fordulatszáma közötti kapcsolatot fejezi ki, és a hajtott fogaskerék fogszámának a hajtó fogaskerék fogszámával vett hányadosaként, vagy ezzel egyenértékűen az egy kimeneti fordulathoz szükséges bemeneti fordulatok számaként határozható meg. Ez minden fogaskerekes sebességváltó központi fogalma, mert a hajtáslánc minden pontján meghatározza a fordulatszám és a forgatóerő, vagyis a nyomaték közötti egyensúlyt. Az egynél nagyobb áttétel azt jelenti, hogy a kimenet lassabban forog a bemenetnél, de arányosan nagyobb nyomatékkal, míg az egynél kisebb áttétel ennek a fordítottja.

Az elv az energiamegmaradáson és az egymásba kapcsolódó fogak geometriáján nyugszik. Amikor egy kis fogaskerék hajt egy nagyot, a kis kerék minden fordulata a nagy kereket csak egy törtnyi fordulattal viszi előbbre, így a nagyobb kerék lassan forog, de nagyobb erőkart fejt ki. A teljesítmény, vagyis a nyomaték és a fordulatszám szorzata, a súrlódási veszteségektől eltekintve nagyjából állandó marad, ezért a nyomatékot csak a fordulatszám rovására lehet megsokszorozni. Egy 3:1-es áttétel például nagyjából megháromszorozza a nyomatékot, miközben a kimeneti fordulatszámot a harmadára csökkenti.

Ennek azért van jelentősége, mert a belső égésű motor csak korlátozott fordulatszám-tartományban, jellemzően néhány ezer fordulat/perc között ad hasznos nyomatékot. Egyetlen rögzített áttétel nem tudna egyszerre egy nehéz járművet álló helyzetből elindítani és gazdaságosan utaztatni nagy sebességen. A sebességváltó ezért áttételek sorát kínálja: az alacsony, nagy számértékű áttételű fokozatok megsokszorozzák a nyomatékot az elinduláshoz és a hegymenethez, míg a magas fokozatok ezt a nyomatékot sebességre váltják, így a motor lassan és csendesen forog egyenletes utazósebességen. A fokozatok közötti lépcsőzést úgy választják meg, hogy a motor a haladási sebesség növekedésével a hatékony tartománya közelében maradjon.

Az egyes váltóáttételek nem önmagukban hatnak. Szorzótényezőként kombinálódnak a véghajtás, vagyis a tengelyhajtás áttételével, megadva a motor és a kerekek közötti teljes áttételt. Egy 3,5:1-es első fokozat egy 4,0:1-es véghajtáson keresztül 14:1-es összredukciót ad, míg egy 0,8:1-es gyorsítófokozat ugyanazon a tengelyhajtáson keresztül csupán 3,2:1-et. A leghosszabb, egynél kisebb áttételű fokozatokat gyorsítófokozatnak nevezik, és kifejezetten azért léteznek, hogy a fordulatszámot csökkentve nyugodt, takarékos autópálya-tempót tegyenek lehetővé.

Az áttételi viszonyok a gyorsulást, a vontatóképességet és a fogyasztást is olyan módon befolyásolják, amelyeket a mérnököknek egyensúlyban kell tartaniuk. A sűrűn lépcsőzött áttételek a fordulatszámon tartják a motort a sportos teljesítményhez, míg a ritkán lépcsőzöttek a gazdaságosságot és a kulturáltságot szolgálják. Ugyanez a logika érvényes az elektromos járművekre is, bár ezeknek rendszerint csak egyetlen redukciós áttételre van szükségük, mert motorjaik már nulla fordulattól erős nyomatékot adnak. Az áttételi viszonyok megértése ezért kulcsfontosságú annak értelmezéséhez, hogyan juttatja el bármely jármű az erejét az úttestre.