Prenosni odnos

Prenosni odnos izražava odnos između brzina obrtanja dva spregnuta zupčanika i definiše se kao broj zubaca gonjenog zupčanika podeljen brojem zubaca pogonskog, odnosno kao broj ulaznih obrtaja potrebnih da se napravi jedan izlazni obrtaj. To je središnji pojam svakog zupčastog prenosa, jer u svakoj tački pogonskog niza određuje ravnotežu između brzine obrtanja i obrtne sile, to jest obrtnog momenta. Odnos veći od jedan znači da se izlaz okreće sporije od ulaza, ali sa srazmerno većim obrtnim momentom, dok odnos manji od jedan daje obrnuto.

Načelo počiva na održanju energije i geometriji spregnutih zubaca. Kada mali zupčanik pokreće veliki, svaki obrtaj malog zupčanika pomera veliki tek za delić punog kruga, pa se veći zupčanik okreće sporo, ali deluje većom polugom. Snaga, kao proizvod obrtnog momenta i brzine obrtanja, ostaje uglavnom stalna, ako se zanemare gubici trenja, i upravo zato se obrtni moment može uvećati samo uz gubitak brzine. Odnos 3:1, na primer, otprilike utrostručuje obrtni moment, dok izlaznu brzinu svodi na trećinu.

To je važno jer motor sa unutrašnjim sagorevanjem daje upotrebljiv obrtni moment samo u ograničenom opsegu obrtaja, najčešće od nekoliko hiljada o/min. Jedan stalan prenosni odnos ne bi mogao istovremeno da pokrene teško vozilo iz mesta i da mu omogući ekonomičnu vožnju pri velikoj brzini. Zato menjač nudi raspon prenosa: niži stepeni sa visokim brojčanim odnosom uvećavaju obrtni moment za polazak i savladavanje uspona, dok viši stepeni taj obrtni moment razmenjuju za brzinu i puštaju motor da se pri ravnomernoj vožnji okreće sporo i tiho. Razmak između stepena bira se tako da motor pri porastu brzine ostane blizu svog efikasnog opsega.

Pojedinačni prenosni odnosi menjača ne deluju sami. Oni se množe sa odnosom glavnog prenosa, to jest osovinskim odnosom, da bi dali ukupan odnos između motora i točkova. Prvi stepen 3,5:1 koji radi preko glavnog prenosa 4,0:1 daje ukupan odnos redukcije od 14:1, dok najviši stepen sa odnosom 0,8:1 preko iste osovine daje tek 3,2:1. Najduži stepeni, sa odnosom ispod jedan, nazivaju se rasterećenjem i postoje upravo da bi smanjili obrtaje motora radi opuštene i ekonomične vožnje autoputem.

Prenosni odnosi utiču i na ubrzanje, sposobnost vuče i potrošnju goriva na načine koje inženjeri moraju da uravnoteže. Gusto raspoređeni odnosi drže motor u naponu radi sportskih performansi, dok široko raspoređeni pogoduju ekonomičnosti i udobnosti. Ista logika važi i za električna vozila, mada njima obično treba samo jedan stepen redukcije, jer njihovi motori daju snažan obrtni moment već od nula o/min. Razumevanje prenosnih odnosa stoga je ključno za tumačenje toga kako bilo koje vozilo prenosi snagu na put.