Matovaihteet ovat voimansiirtokomponentteja, joita käytetään pääasiassa suurvälityssuhteisina alennusvaihteina akselin pyörimissuunnan muuttamiseksi sekä nopeuden vähentämiseksi ja vääntömomentin lisäämiseksi ei-yhdensuuntaisten pyörivien akseleiden välillä. Niitä käytetään akseleilla, joiden akselit eivät leikkaa toisiaan, vaan ovat kohtisuorassa. Koska hammaspyörien hampaat liukuvat toistensa ohi, matovaihteet ovat tehottomia verrattuna muihin hammaspyöräkäyttöihin, mutta ne voivat tuottaa valtavia nopeuden alennuksia erittäin kompakteissa tiloissa ja niillä on siksi monia teollisia sovelluksia. Matovaihteet voidaan luokitella pohjimmiltaan yksi- ja kaksivaippaisiksi, mikä kuvaa hammaspyörien geometriaa. Matovaihteita kuvataan tässä yhdessä niiden toiminnan ja yleisten sovellusten kanssa.

Sylinterimäiset matovaihteet

Madon perusmuoto on evolventtihammaspyörä, jonka avulla lieriöpyörät muodostetaan. Hammasrattaiden hampaissa on suorat seinämät, mutta kun niitä käytetään hammaspyöräaihioiden hampaiden muodostamiseen, ne muodostavat evolventtihammasrattaille tutun kaarevan hammasmuodon. Tämä hammastangon hammasmuoto kiertää olennaisesti madon rungon ympäri. Liittyvä matopyörä koostuukierukkavaihteistoHampaat on leikattu kulmaan, joka vastaa madon hampaan kulmaa. Todellinen piikin muoto esiintyy vain pyörän keskiosassa, koska hampaat kaartuvat ympäröiden madon. Kytkentätoiminta on samanlainen kuin hammastangon ja hammaspyörän, paitsi että hammastangon siirtymäliike korvataan madon pyörimisliikkeellä. Pyörän hampaiden kaarevuutta kuvataan joskus "kurkituksi".

Madoilla on vähintään yksi ja enintään neljä (tai useampia) kierteitä tai alkuja. Jokainen kierre tarttuu matopyörän hampaaseen, jossa on paljon enemmän hampaita ja paljon suurempi halkaisija kuin matolla. Madot voivat pyöriä kumpaankin suuntaan. Madonpyörissä on yleensä vähintään 24 hammasta, ja madon kierteiden ja pyörän hampaiden summan tulisi yleensä olla yli 40. Madot voidaan valmistaa suoraan akselille tai erikseen ja liu'uttaa ne akselille myöhemmin.
Monet matovaihteiset alennusvaihteet ovat teoriassa itselukittuvia, eli matopyörä ei pysty pyörittämään niitä taaksepäin, mikä on etu monissa tapauksissa, kuten nostossa. Jos taaksepäin pyörittäminen on haluttu ominaisuus, mato- ja pyörän geometriaa voidaan mukauttaa sen mahdollistamiseksi (usein vaatien useita käynnistyksiä).
Madon ja pyörän nopeussuhde määräytyy pyörän hampaiden lukumäärän ja madon kierteiden suhteen (ei niiden halkaisijoiden) perusteella.
Koska mato kuluu suhteellisesti enemmän kuin pyörä, käytetään usein erilaisia ​​materiaaleja, kuten karkaistua teräsmatoa, joka pyörittää pronssipyörää. Saatavilla on myös muovisia matopyöriä.

Yksi- ja kaksivaippaiset matovaihteet

Vaippamainen hammaspyörä viittaa tapaan, jolla matopyörän hampaat kiertävät osittain maton tai madon hampaat osittain pyörän ympäri. Tämä tarjoaa suuremman kosketuspinnan. Yksivaippaisessa matopyörässä sylinterimäinen mato on kytketty pyörän kurkkuhampaisiin.
Jotta hampaan kosketuspinta olisi vielä suurempi, matoon itseensä tehdään joskus kurkku – tiimalasin muotoinen – vastaamaan matopyörän kaarevuutta. Tämä järjestely vaatii madon huolellista aksiaalista sijoittelua. Kaksivaippaiset matovaihteet ovat monimutkaisia ​​koneistaa, ja niillä on vähemmän sovelluksia kuin yksivaippaisilla matovaihteilla. Koneistuksen kehitys on tehnyt kaksivaippaisista malleista käytännöllisempiä kuin ennen.
Ristikkäisakselisia kierrevaihteita kutsutaan joskus ei-vaippavaihteiksi. Lentokoneen puristin on todennäköisesti rakenteeltaan ei-vaippavaihteinen.

Sovellukset

Yleinen matopyöräalennusvaihteiden sovellus on hihnakuljettimien käyttö, koska hihna liikkuu suhteellisen hitaasti moottoriin nähden, mikä puoltaa suurta välityssuhdetta. Matopyörän takaisinpyöritysvastusta voidaan käyttää estämään hihnan peruutus kuljettimen pysähtyessä. Muita yleisiä sovelluksia ovat venttiilien toimilaitteet, tunkit ja pyörösahat. Niitä käytetään joskus indeksointiin tai tarkkuuskäyttöinä teleskoopeissa ja muissa instrumenteissa.
Lämpö on matovaihteissa huolenaihe, koska liike on pohjimmiltaan liukuvaa, kuten mutteri ruuvilla. Venttiilitoimilaitteessa käyttöjakso on todennäköisesti ajoittainen ja lämpö todennäköisesti haihtuu helposti epäsäännöllisten toimintojen välillä. Kuljetinkäytössä, joka mahdollisesti toimii jatkuvasti, lämmöllä on suuri rooli suunnittelulaskelmissa. Matovaihteille suositellaan myös erityisiä voiteluaineita hampaiden välisten korkeiden paineiden sekä mato- ja pyörämateriaalien välisen kitkasyöpymismahdollisuuden vuoksi. Matovaihteiden koteloissa on usein jäähdytysrivat lämmön poistamiseksi öljystä. Lähes mikä tahansa jäähdytysmäärä voidaan saavuttaa, joten matovaihteiden lämpökertoimet ovat huomioitava asia, mutta eivät rajoitus. Öljyjen suositellaan yleensä pysyvän alle 200 °F:n lämpötilassa, jotta matovaihteet toimivat tehokkaasti.
Takaiskua voi esiintyä tai olla esiintymättä, koska se riippuu paitsi kierrekulmista myös muista vähemmän mitattavissa olevista tekijöistä, kuten kitkasta ja tärinästä. Jotta varmistetaan, että sitä tapahtuu aina tai ei koskaan, matovaihteiston suunnittelijan on valittava kierrekulmat, jotka ovat joko riittävän jyrkkiä tai riittävän loivia ohittamaan nämä muut muuttujat. Järkevä suunnittelu usein ehdottaa redundantin jarrutuksen sisällyttämistä itselukittuviin käyttöihin, kun turvallisuus on vaakalaudalla.
Matovaihteita on saatavana sekä koteloituina yksiköinä että vaihteistoina. Joitakin yksiköitä voidaan hankkia integroiduilla servomoottoreilla tai moninopeuksisina malleina.
Saatavilla on erityisiä tarkkuusmatoja ja välyksettömiä versioita sovelluksiin, joissa tarvitaan suurta tarkkuusvähennystä. Joiltakin valmistajilta on saatavilla myös suurnopeusversioita.