Suurin ero hammaspyörän ja vaihteen välillä on se, miten jokainen toimii toiminnallisesti. Molemmat ovat yleensä urissa olevia pyöriä, joita käytetään koneissa, ja niiden perusulkonäkö on usein todella samanlainen – mutta miten ne toimivat ja mitä ne tarkalleen ottaen ovat, ovat yleensä erilaisia. Yleensä hammaspyörä on hammaspyörä, joka on suunniteltu verkottumaan muiden hammaspyörien kanssa ja välittämään liikettä niille, mikä puolestaan voi aiheuttaa liikettä muualle. Hammaspyörä on päinvastoin hammaspyörä, joka on suunniteltu tarttumaan ja siirtämään suoraan joustavaa sisennettyä tai rei’itettyä esinettä, kuten ketjua tai hihnaa. Jokaisen sovellukset ovat sen vuoksi erilaisia. Hammasrattaat ovat yleisimpiä, kun niissä on liikkuva hihna tai ketju, kuten yleensä polkupyörissä, kuljetushihnoissa ja kalvoprojektioissa. Vaihteet ovat yleensä parempia kaikissa muissa tilanteissa, mukaan lukien autot ja raskaat koneet. Vaihteet eivät ole vain yleisesti hyödyllisiä, mutta ne eivät myöskään todennäköisesti tarvitse korjauksia tai asennuksia.
Perustoiminnot
Rattaita ja hammaspyöriä käytetään sekä voiman siirtämiseen koneiden sisällä että esineiden siirtämiseen lukittumalla niihin. Ketjupyörä on kuitenkin yleensä vuorovaikutuksessa jonkin asianomaisen koneen osan kanssa, kun taas hammaspyörät voivat ja usein painavat ensin toisiaan vasten, sitten käyttävät tätä kollektiivista liikettä vaikuttaakseen johonkin suurempaan mekaaniseen prosessiin. Toinen tapa ilmaista tämä on, että ketjupyörien on toimittava itsenäisesti, mutta vaihteet voivat käyttää verkkoja lujuuden ja tarkkuuden lisäämiseen. Ero on yleensä havaittavin, kun tarkastellaan tarkasti kunkin uria tai hampaita.
Ketjupyörän hampaat on rakennettu siten, että ne sopivat tarkasti niiden esineiden rei’ityksiin tai rakoihin, joita työkalu on suunniteltu liikuttamaan. Suunnitteluvaihtoehtojen mahdollisuudet ovat yleensä rajalliset. Vaihteet sen sijaan yhdistyvät suoraan toisiinsa ja sopivat siten monenlaisiin sovelluksiin. Esimerkiksi hammaspyörän hampaat voivat olla pyörän ulkopuolella tai sisäkehällä; toinen tyyppi, jota kutsutaan matohammaspyöräksi, ei ole ollenkaan pyörä vaan kierretanko.
Vahingon vaikutus
Toinen tärkeä ero hammaspyörän ja vaihteen välillä on se, mitä tapahtuu, jos jompikumpi on vaurioitunut. Esimerkiksi kaksi ketjupyörää, jotka kuljettavat polkupyörän ketjua, ohjaavat myös ketjua suorassa linjassa, ja jos yksi hammas toisessa ketjussa katkeaa, ketjun heittämisen mahdollisuus kasvaa. Katkennut ketju tekee yleensä koko polkupyörän toimintakyvyttömäksi. Jos hammas katkeaa hammaspyörältä, toisaalta olettaen, että murtunut hammas putoaa koneen töistä, on hyvin epätodennäköistä, että itse kone epäonnistuu, vaikka sen tehokkuus voi heikentyä. Useimmissa tapauksissa vaurioituneen vaihteen kuorma voi siirtyä toiselle aiheuttamatta paljon rasitusta.
Yleisiä käyttöratkaisuja
Polkupyörien lisäksi ketjupyörät löytyvät myös tela -autoista, kuten säiliöistä ja puskutraktorista, sekä filmikameroista ja filmiprojektorista. Kummassakin ketjupyörän pyöriminen liikuttaa joustavaa laitetta, kuten ketjua, hihnaa tai valokuvafilmin nauhaa. Niissä tapauksissa, joissa joustava laite on jatkuva silmukka, kuten polkupyörissä ja tela -ajoneuvoissa, silmukan muodostavat monet segmentit tekevät siitä alttiimman kulumiselle. Joissakin tapauksissa tämä vaatii enemmän huoltoa ja tarkoittaa myös sitä, että hammasrattaat sijoitetaan tyypillisesti laitteiden ulkopuolelle tai ainakin suhteellisen helposti saavutettavien paneelien taakse.
Tilanteet, joissa vaihde on paras
Vaihteita löytyy monien ellei useimpien koneiden sisäisistä toiminnoista. Ne ovat olennainen osa esimerkiksi automoottoreita, joissa ne siirtävät voimaa moottorista vetopyörille. Jotkut vaihteistojärjestelyt, kuten kierukkavaihteet, voivat rajoittaa voimansiirron yhteen suuntaan ilman lisälaitteita, kuten jarruja. Tarkasti valmistetut vaihteet käyttävät myös monia kelloja.
Hammaspyörän ja hammaspyörän väliset toiminnalliset erot yhdistettynä vaihteen yleiseen paremmuuteen hammaspyörää kohtaan johtavat yleensä siihen, että suunnittelijat valitsevat vaihteet aina kun voivat. Yleisesti mainittu esimerkki on takavetoisilla henkilöautoilla ja kuorma-autoilla, joissa käytetään jäykkää vetoakselia voiman siirtämiseksi moottorista vetopyörille. Polkupyörätyyppiset ketjukäytöt olivat suosittuja joissakin ensimmäisissä autoissa, mutta niiden suosio heikkeni ajan myötä; viimeinen ketjukäyttöinen auto valmistettiin 1960-luvulla.