Un cambio è un metodo meccanico per trasferire energia da un dispositivo a un altro e viene utilizzato per aumentare la coppia riducendo la velocità. La coppia è la potenza generata dalla flessione o dalla torsione di un materiale solido. Questo termine è spesso usato in modo intercambiabile con la trasmissione.
Situato nel punto di giunzione di un albero motore, il cambio viene spesso utilizzato per creare un cambio di direzione ad angolo retto, come si vede in una falciatrice rotante o in un elicottero. Ogni unità è realizzata con uno scopo specifico in mente e il rapporto di trasmissione utilizzato è progettato per fornire il livello di forza richiesto. Questo rapporto è fisso e non può essere modificato una volta che la scatola è stata costruita. L’unica modifica possibile a posteriori è una regolazione che permetta di aumentare la velocità dell’albero, insieme ad una corrispondente riduzione della coppia.
In una situazione in cui sono necessarie più velocità, è possibile utilizzare una trasmissione con più marce per aumentare la coppia rallentando la velocità di uscita. Questo design si trova comunemente nelle trasmissioni automobilistiche. Lo stesso principio può essere utilizzato per creare un ingranaggio overdrive che aumenta la velocità di uscita riducendo la coppia.
Una turbina eolica è un esempio di un cambio molto grande. La turbina si muove a una bassa velocità di rotazione con una grande coppia. La trasmissione traduce questa potenza nella velocità di rotazione della coppia più veloce ma più bassa del generatore di elettricità. A causa delle dimensioni e della quantità di energia che possono generare, le turbine eoliche hanno più ingranaggi e stadi. Questa caratteristica è necessaria per garantire che il generatore di elettricità possa fornire un’uscita costante anche se la velocità di rotazione della turbina fluttua.
In un’automobile esistono tre tipi di trasmissione: automatica, manuale o a variazione continua. Un veicolo con cambio manuale fornisce il miglior esempio di cambio semplice. Sia nella trasmissione automatica che in quella a variazione continua, i cambi sono sistemi chiusi, che richiedono pochissima interazione umana.
La trasmissione manuale è disponibile in due diversi sistemi: maglia scorrevole e maglia costante. Il sistema di maglie scorrevoli utilizza ingranaggi cilindrici a taglio dritto. Gli ingranaggi girano liberamente e richiedono la manipolazione del conducente per sincronizzare il passaggio da una velocità all’altra. Il conducente è responsabile di coordinare i giri del motore alla velocità su strada richiesta. Se la transizione tra gli ingranaggi non è sincronizzata correttamente, si scontrano, creando un forte rumore stridente quando i denti dell’ingranaggio si scontrano.
Il sistema a maglia costante ha ingranaggi elicoidali oa doppia elica tagliati in diagonale che sono permanentemente ingranati insieme. Coni di attrito o anelli sincronizzati sono stati aggiunti agli ingranaggi per creare una transizione più fluida quando si cambia marcia. Questo tipo di trasmissione si trova solitamente nelle auto da corsa e nelle attrezzature agricole.