导读：速度和扭矩的转换通过不同尺寸的齿轮或皮带轮的排列在变速箱中进行。
- 1速度换算
- 1.1传动比
- 1.2齿轮传动
- 1.3皮带传动和链条传动
- 2个齿轮级
- 3传动比的形式
- 4扭矩的换算4.1齿轮传动4.2皮带传动
正如文章中解释的那样，什么是变速箱（变速箱）以及它的用途是什么？，除其他外，变速箱用于将速度设置为所需值。当查看下面的动画齿轮传动时，这种速度转换变得显而易见。在这种情况下，速度会逐个齿轮降低。
动画：齿轮传动的操作
速度的降低可归因于各个齿轮副之间的不同齿数。例如，驱动轴上的第一个驱动齿轮（绿色）共有 15 个齿。因此，当齿轮转动时，这 15个齿会完全旋转一次。它们将下面的从动齿轮 （橙色）再推 15 个齿。
然而，该从动齿轮由于其较大的直径而具有更多的齿。结果，它不再移动一整圈。在本例中，从动齿轮总共有30个齿。因此，在主动齿轮转动一圈期间，从动齿轮仅被推动半圈。这最终意味着速度减半。
请注意，较大齿轮的各个齿也具有与较小齿轮的齿相同的尺寸，因为各个齿必须配合在一起。这种齿轮的互锁也称为啮合。
传动比从驱动轮到从动轮的速度变化由所谓的传动比i 描述。定义如下：
(1)
在该等式中，n1表示驱动轮的转速，n2表示从动轮的转速。如果旋转方向与齿轮级相反，通常用负号表示。然而，为简单起见，以下将不应用该约定。
在上述情况下，两个齿轮之间的传动比为i = 2，这意味着主动轮的转动速度是从动轮的两倍或从动轮的移动速度只有主动轮的一半。通常，传动比也以 2:1（“二比一”）的形式给出。
传动比定义为主动轮与从动轮的转速之比。它描述性地显示了驱动轮旋转一圈的频率！
齿轮传动对于两对齿轮，传动比由齿数z或对应的节圆直径d的（反）比决定：
(2)
图：齿轮的工作节圆直径
工作节圆直径是假想节圆圆柱体的直径，它们相互滚动而不滑动（有点不精确，仅称为节圆直径）。因此，两个齿轮的工作节圆上的圆周速度是相同的。齿轮的节圆直径最终等于皮带传动的皮带轮直径。
工作节圆直径是假想圆柱体的直径，它们相互滚动而不打滑！
动画：工作节圆不打滑
皮带传动和链条传动在摩擦轮传动或皮带传动（或链传动）的情况下，传动比可以通过相应轮径 d 的（反比）比来确定：
(3)
图：牵引齿轮的轮径
例如，如果从动轮是驱动轮的两倍大，则这也适用于相应的车轮周长。当驱动轮旋转一次时，双尺寸轮仅旋转半圈（在摩擦轮的情况下通过相互滚动或在皮带传动或链传动的情况下通过链条或皮带滚动）。因此速度减半并且再次出现 i = 2 的传动比。
齿轮级原则上，可以为变速器内的每个轮对分配特定的传动比，在该变速器中速度改变。上面的齿轮传动和皮带传动的动画显示，传动通常不是由一对轮子组成，而是由几个轮子组成，每个轮子都安装在不同的轴上。
每对相互啮合的车轮代表一个所谓的齿轮级，并以一定的传动比为特征。通常，变速箱具有多个齿轮级，每个齿轮级具有不同的传动比。
图：齿轮级
齿轮级是齿轮箱内的车轮配对，速度或扭矩在此发生变化！
所以当我们说整个变速箱的传动比时，我们指的是整体传动比，即整个齿轮箱的输入轴和输出轴之间的传动比！总传动比 i t可以通过将齿轮级的各个传动比相乘来计算：
(4)
齿轮箱的总传动比由各个齿轮级的各个传动比相乘得出！
有关齿轮级的功能和结构的更多详细信息，请参阅文章《什么是齿轮级？》。
传动比的形式齿轮箱不必总是像上面的动画那样设计成降低速度。在许多技术应用中，还需要提高速度。例如，在高速公路上行驶时就是这种情况。为了尽可能快地前进，车轮必须尽可能快地转动。因此，需要通过变速器来提高电机轴的转速。然后一个大齿轮必须驱动一个较小的轮子。
在这种情况下，传动比小于一，而一也称为速比。在传动比大于 1 时，从动轮比驱动轮旋转得更慢，并且在某种程度上说的功率比有点不精确。请注意，物理意义上的力量并没有改变，而是保持不变。只有扭矩在功率比下增加。由于转速随着扭矩的增加而降低，因此传动装置通常被称为齿轮减速器或减速器。
导致速度增加的传动比称为速比。导致扭矩增加的传动比称为功率比。
例如，当汽车在一档起步时，有一个最大传动比约为 imax = 3.6 的功率比。因此，与电机速度相比，速度降低了 3.6 倍。另一方面，在最高档时，可换档电机变速箱的速比最小传动比约为。我最小= 0.8。因此速度增加了 1.25 倍 (=1/0.8)。
可以改变其传动比的变速箱也称为可换档变速箱或手动变速箱，或简称为换档装置。可换档变速器的一个重要特征是传动比从最小值增加到最大值。这种增加越大，可以改变的速度范围就越大。这种增加也称为传输传播S，计算如下：
(5)
对于所描述的变速箱，差值为 S=4.5，这意味着齿轮比可以从最小值开始增加 4.5 倍。
可换档变速箱的最大齿轮比与最小齿轮比之比称为传动比！
扭矩转换在上一节中，描述了两个齿轮的速度转换。由于能量守恒，扭矩的变化总是与这种速度变化相关联（另见文章《什么是变速箱以及它的用途？》）！这将在以下各节中更详细地讨论。
齿轮传动当人们更仔细地观察发生的力时，一对齿轮内的扭矩变化变得清晰。下面假设驱动齿轮具有扭矩M1。相邻的齿轮由该扭矩驱动。
图：牵引齿轮中的扭矩转换
取决于驱动齿轮的直径d1，一定的力F与扭矩M1相关。在这个力的作用下，主动齿轮节圆上的齿面现在压在从动齿轮的齿面上（也作用在节圆上）。
作用力 F 可以从扭矩的定义中确定（“扭矩 = 施加的力 x 杠杆臂”）。因此，在给定扭矩 M 1下，可以使用相应的节圆直径 d 1确定齿面处的相应力 F ：
(6)
(7)
注：为简化起见，假设力与节圆相切，因此力和杠杆臂（= 节圆的一半直径）相互垂直。有关渐开线齿轮实际受力方向的更多详细信息，请参见相应文章。
由方程计算的驱动齿轮的力 F (7) 也作用于从动齿轮。然而，由于从动齿轮具有不同的节圆直径，力现在作用在改变的杠杆臂上（d2 /2）。因此，这也与扭矩的变化有关：
它由等式（10) 从动齿轮上的扭矩M2与各个节圆直径d2/d1的比值成正比。从动齿轮相对于主动齿轮越大，扭矩的增加就越大。
对于齿轮，节圆直径与齿数成正比。因为采用双倍（节圆）直径，齿轮周长是两倍大，因此也为两倍齿数提供了空间。
如果从动齿轮的齿数是主动齿轮的两倍，则相关的双杠杆臂最终会使扭矩加倍。在这方面，扭矩的增加也可以用齿数的比率来表示：
等式中的节圆直径之比 (10) 或等式中的齿数比 (11) 对应于等式 (2）。这意味着扭矩的变化也可以直接用传动比来表示：
请注意，传动比定义为主动齿轮与从动齿轮的转速之比。因此，对于在某个传动比 i 下的从动齿轮的速度 n 2 ，与原始速度 n 1的以下关系适用：
随着扭矩根据方程增加（12) 在一定的传动比下，根据方程 (13) 反之亦然。这最终是能量守恒定律的直接结果。在“能量方法”一节中，这种关系是使用能量守恒定律明确推导出来的。
随着齿轮箱速度的增加，扭矩会降低到相同的程度，反之亦然！
请注意，上述等式仅适用于无耗散变速箱的理想情况。通常，摩擦会导致功率降低，从而导致从动轴的理论计算扭矩降低。齿轮效率考虑了这些功率损失 ηGηg：
然而，对于速度的计算，齿轮效率并没有发挥作用，因为速度转换是由齿数产生的（齿不能相互穿透，因此产生的速度低于按齿数比预设的速度）牙齿）。
皮带传动同样对于牵引机构，扭矩的变化以与齿轮传动类似的方式发生。根据直径 d 1 ，具有扭矩 M 1的驱动轮以一定的力 F 拉动皮带或链条，根据方程 (7）。
图：牵引齿轮中的扭矩转换（输入）
同样的力F也通过皮带或链条作用在从动轮上。由于从动轮的直径d 2与驱动轮不同，因此产生扭矩M 2的变化。从动轮处改变的扭矩 M 2再次由等式（1010）。在单独的文章中更详细地描述了作用在皮带驱动器上的确切力。
图：牵引齿轮中的扭矩转换（输出）
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