Växlar

Formbetingade växlar

Eftersom formbetingade växlar utnyttjar geometrisk form för effektöverföringen blir transmissionens utväxling mycket exakt. En annan benämning för formbetvingade växlar är växlar med positiv effektöverföring. Tre grupper av formbetvingade växlar är kuggväxlar, kedjeväxlar och kuggremsväxlar. Kuggväxlar arbetar med direkt kontakt medan kedjeväxlar och kuggremsväxlar arbetar med indirekt kontakt och har därför ofta större likheter med friktionsväxlarna.

Kedjeväxlar har ungefär samma överföringsförluster som remväxlar men kedjor håller i allmänhet bättre än remmar. Kedjor kräver emellertid smörjning, bullrar mer och är dessutom svängningsbenägna i drift. I förhållande till remväxlar används kedjeväxlar oftare då lasterna är höga men varvtalen relativt låga.

Kuggremsväxlar kombinerar några av remväxlars egenskaper med kedjeväxlarnas genom att de ger exakt utväxling och inte behöver någon hög förspänning men ändå ger tyst drift, smörjfrihet och lämpar sig för höga varvtal. Kuggremmar är vanligtvis gjorda i plastmaterial med väv eller stållinor som armering.

Kuggväxlar med olika egenskaper finns för en rad användningsområden. Den bästa verkningsgraden erhålls med cylindriska kugghjul med rakskurna kuggar då anläggningen blir rullande istället för glidande, vilket reducerar friktionsförlusterna men dessa fungerar bara då de in- och utgående axlarna är parallella. Överslagsmässigt genererar varje kuggsteg i växlar eller växellådor förluster motsvarande 1-2 % i verkningsgrad. Materialen i kugghjul är oftast stål, gjutjärn eller olika former av legeringar. Kugghjul i plastmaterial som polyuretan och amidplast (nylon) förekommer också när lasterna är lägre. Alla kuggväxlar i metall behöver någon typ av smörjning.

Rakskurna kuggar är också slamrigare än snedskurna eller böjda kuggar. En speciell variant av växel med rakskurna kuggar är den så kallade planetväxeln som består av ett inre kugghjul som är förbundet med en yttre kuggkrans via tre eller fyra mellanliggande planetkugghjul. En planetväxel ger olika möjligheter till utväxling och rotationsriktningar och de är dessutom kompakta. De in- och utgående axlarna måste dock vara i linje (koaxiala).

När de in- och utgående axlarna ska vara i vinkel till varandra finns ett antal varianter på växlar, bland annat koniska kuggväxlar och snäckväxlar. Att axlarna är i vinkel är en fördel vid exempelvis transportband då motorer inte behöver sticka rakt ut från transportbandet som vid växlar med rakskurna cylindriska kuggväxlar. De koniska kuggväxlarna används ofta då utväxlingsförhållandet är litet medan snäckväxlarna används där utväxlingsförhållandet är stort. Små växlar har generellt sämre verkningsgrader än stora och ett stort utväxlingsförhållande påverkar dessutom verkningsgraden negativt, vilket särskilt gäller snäckväxlar. Mindre snäckväxlar kan därför ha verkningsgrader ned mot 70 %, men snäckväxlarnas fördelar är att de är tystare och tål större momentana överlaster än växlar med rakskurna kugghjul. Stora snäckväxlar kan ändå ha en verkningsgrad upp till 97 % om inte utväxlingsförhållandet är alltför stort.

Kuggstångsväxlar är en speciell variant av kuggväxlar eftersom de omvandlar en axels roterande rörelse till en rätlinjig rörelse. De ingående komponenterna är ett vid axeln fäst kugghjul och en stång med kuggar (kuggstång). Linjära rörelser kan också åstadkommas med en roterande skruv mot en kuggstång.
 

Friktionsväxlar

Den stora gruppen av friktionsväxlar är remväxlar av olika slag. Remmar tillverkas normalt av i olika polymera material och remmar av gummi med armering (kord) av polyester. Remmarnas form varierar också, vilket påverkar remskivornas utformning. Vanliga former bland remväxlarna är kilremmar, plana remmar, kraftband (sammansatta kilremmar) och poly-V-remmar (plana remmar med spår i remmens längsriktning).

Fördelarna med remväxlar är att de vanligen är tystgående och vibrationsdämpade och att de tål höga varvtal. Den huvudsakliga nackdelen är att de normalt sett har sämre verkningsgrad i jämförelse med formbetingade växlar. Remväxlar slirar alltid något beroende på en skillnad i remmens töjning mellan den drivande och den drivna parten. Och det ger i sig en verkningsgradsförlust. Vid överbelastning kan också töjningen bli så stor att remmen totalslirar. Verkningsgraden på remväxlar kan ändå vara så hög som 98-99 % om de är rätt installerade.

Planremmar och poly-V-remmar kräver mindre energi när de böjs än kilremmar och ger därför normalt växlar med högre verkningsgrader. Kilremmarna är emellertid robustare än de plana remtyperna genom att de är mindre känsliga för inställningar av vinklar och kräver mindre remspänning för att fungera. En korrekt installation och En hög remspänning innebär i sin tur att fundamenten för fastsättning av växlarna behöver vara stabilare och att lager slits fortare. Även kilremsväxlar bör vara rätt installerade för att fungera tillfredsställande.

Då man vill ha steglös varvtalsreglering mellan två axlar utnyttjas så kallade variatorer och i dessa används ofta friktionsbetingad effektöverföring via remmar. Varvtalet kan exempelvis varieras genom att friktionsremmarna löper över koniska rullar eller över kilremsskivor där kilremspårets vidd kan varieras. För steglös varvtalsreglering används också hydrauliska variatorer.
 

Hydrauliska växlar

Hydrauliska växlar är inte lika vanligt förekommande som kugghjulsväxlar och remväxlar. Verkningsgraderna för hydrauliska växlar är generellt sett lägre än för motsvarande kugghjulsväxlar eller remväxlar, men de har också vissa fördelar. Vinkeln mellan in och utgående axel kan exempelvis väljas helt fritt och den drivna axeln kan därför flyttas fritt i förhållande till den ingående axeln. Hydrauliska växlar är också tystgående och vibrationer vidarebefordras inte via växeln. Beroende på utformningen av den hydrauliska växeln kan också momentana överlaster hanteras utan att det medför någon skada på växeln.