Alennusvaihde on osa mekaanista hammaspyörä- ja akselijärjestelmää, jonka ensisijaisena tarkoituksena on hidastaa koneen asioita niin, että energiaa voidaan siirtää ja käyttää toisessa paikassa. Vähennysvaihteita nähdään yleisimmin henkilö- ja kuorma -autojen voimansiirrossa, ja näissä asetuksissa ne vähentävät moottorin suuria pyörimisnopeuksia ja muuttavat ne käyttökelpoiseksi, hitaammaksi nopeudeksi, jonka renkaat voivat tulkita ja käyttää turvallisesti. Tällaisia vaihteistokokoonpanoja käytetään usein myös raskaissa koneissa ja muissa mekaanisissa laitteissa, sekä suurissa että pienissä. Kaikki, jotka käyttävät suuria pyörimisnopeuksia yhdessä paikassa, mutta tarvitsevat vähemmän energiaa toisessa, voivat hyödyntää tällaista sisäistä järjestelmää. Kun hammaspyörät toimivat oikein, syöttöakselin pyörimisnopeus muuttuu hitaammaksi pyörimisnopeudeksi. Tämä nopeuden pieneneminen auttaa lisäämään vääntömomenttia. Järjestelmä voi näyttää hieman erilaiselta eri asetuksissa, mutta käsite on yleensä sama.
Peruskoostumus
Tällaisia vaihteistokokoonpanoja esiintyy lähes aina moottoreiden, koneiden ja muiden mekaanisten komponenttien sisällä. Perusasioiden osalta ne eivät yleensä ole kovin monimutkaisia. Yksinkertainen alennusvaihde koostuu kahdesta hammaspyörästä, joilla on samankokoiset hampaat, mutta joiden halkaisija on erilainen. Hampaiden määrä on verrannollinen ympärysmittaan; pienemmällä kehällä on vähemmän hampaita kuin isommalla. Esimerkiksi hammaspyörällä, jonka ympärysmitta on 16 cm, on kaksi kertaa enemmän hampaita kuin hampaalla, jonka ympärysmitta on 40.64 cm.
Kun nämä vaihteet yhdistyvät alennusvaihteistoon, pienempi vaihteisto tekee kaksi kierrosta jokaista suuremman vaihteen kierrosta kohden – toisin sanoen se pyörii kaksi kertaa nopeammin. Päinvastoin, suuremmalla akselilla käytettävissä oleva vääntömomentti olisi kaksi kertaa suurempi kuin pienemmällä. Lähdön nopeuden pienentyessä vääntömomentti kasvaa suhteellisesti.
Välityssuhteen määrittäminen
Välityssuhde, joka on tapa ilmaista kunkin asianomaisen vaihteen suhteellisten nopeuksien suhde, määräytyy melkein aina mukana olevien hampaiden lukumäärän mukaan. Tämä puolestaan ilmaistaan suuremman vaihteen hampaiden lukumäärän ja pienemmän hammaspyörän hampaiden lukumäärän suhteessa. Esimerkiksi yksivaiheisella vaihteenvähennysjärjestelmällä, joka koostuu kahdesta vaihteesta, joista toisessa on 30 hammasta ja toisessa 10 hammasta, välityssuhde olisi 30:10 tai 3: 1. Tässä järjestelmässä suurempi vaihde kääntyy kolmanneksella pienemmän nopeudesta samalla, kun sillä on kolme kertaa käytettävissä oleva vääntömomentti.
Monivaiheiset vaihdelaatikot mahdollistavat paljon suurempia välityssuhteita kuin yksivaiheisissa järjestelmissä. Näissä järjestelmissä käytetään lisäakseleita ja -vaihteita. Esimerkiksi ensimmäisen hammaspyörästön lähtöakseliin on lisätty pieni hammaspyörä, joka toimii toisen vaihteiston syöttöohjaimena. Lisävaihteita voidaan lisätä tarpeen mukaan. Lopullinen välityssuhde määritetään kertomalla kunkin vaihteiston suhde. Esimerkiksi pelkistysvaihde, joka koostuu kolmesta vaihteistosta, joiden välityssuhteet ovat 3: 1, 4: 1 ja 5: 1, antaisi lopullisen välityssuhteen 60: 1.
Voimansiirto yleisenä esimerkkinä
Autojen voimansiirto on hyvä esimerkki monivaiheisesta vaihteiston vähennysjärjestelmästä. Tyypillinen moottori pyörii 1500–3000 kierrosta minuutissa (RPM), joka on paljon suurempi kuin renkaissa tarvitaan. Itse asiassa jos näin paljon virtaa menisi renkaisiin, se todennäköisesti aiheuttaisi vakavia ongelmia, koska se olisi todennäköisesti enemmän kuin mitä ne pystyisivät käsittelemään. Auton voimansiirto vähentää kierroslukuja vetoakseliin lisäämällä vääntömomenttia riittävästi ajoneuvon siirtämiseksi. Takaosa alentaa nopeuden edelleen käyttökelpoiselle tasolle ja moninkertaistaa vetopyörien käytettävissä olevan vääntömomentin.
Monet muut koneet, mukaan lukien monet sähkökäyttöiset käsityökalut, käyttävät jonkinlaista alennusvaihdetta ohjaamaan lähtönopeutta ja lisäävät samalla käytettävissä olevaa vääntömomenttia. Tämän ansiosta pienet, suhteellisen pienitehoiset sähkömoottorit voivat suorittaa töitä, jotka muuten vaatisivat paljon suurempia ja tehokkaampia moottoreita.