Hammaspyörien ja hihnapyörien materiaalit

Hammaspyörät ja hihnapyörät tekevät hyödyllistä työtä. Vaihteille ja hihnapyörille on melkein ääretön määrä käyttötarkoituksia, ajoneuvojen vaihteistoista laivojen takilaukseen. Lisäksi mekaaniset kellot luottavat pelkästään hammaspyöriin ja hihnapyöriin käsien liikuttamiseen. Ymmärtämällä lujuusvaatimukset saat ymmärryksen siitä, miksi vain tiettyjä materiaaleja voidaan käyttää hammaspyörien ja hihnapyörien valmistamiseen.

Merisovelluksiin ruostumaton teräs on ensisijainen materiaali tehdä hihnapyörääs, vinssit ja valikoima takilaita, koska ne eivät syö tai ruostu. Tämä pätee erityisesti suolaisessa ympäristössä, jossa tavallinen teräs ruostuu nopeasti. Aluksen hihnapyörät löytyvät purjeveneiden takilauksesta maston yläosassa. Hihnapyöriä käytetään purjeiden nostamiseen. Muita alueita, joissa hihnapyöriä käytetään, ovat purjeiden pohjassa olevat kohdat, joissa köydet kiinnittyvät veneeseen. Kaikissa veneissä ankkuriketju kulkee ruostumattomasta teräksestä valmistetun hihnapyörän läpi.

Auton vaihteiden osalta teräs on edullinen materiaali. Teräs on vahva ja pitää muodonsa hyvin, mikä on kriittistä, koska kaikki moottorin hevosvoimat virtaavat vaihteiston läpi. Esimerkiksi yhdellä vaihteella on ehkä siirrettävä yli 100 hevosvoimaa seuraavaan vaihteeseen. Jos hammaspyörät olisi valmistettu pehmeästä materiaalista, kuten alumiinista, hampaat yksinkertaisesti repeytyisivät.

Perustasollaan mekaaninen kello on voimansiirto. Kääntöakselien nopeus hidastaa nopeutta, joten yksi akseli tekee yhden käännöksen 60 sekunnin välein. Muut akselit kääntyvät vielä hitaammin minuuttien ja tuntien ajan. Monet kellot käyttävät myös terästä vaihteissaan.

Monet vaihdemekanismit käyttävät vaihteissa messinkiä. Messinki ei ole yhtä vahva kuin teräs, mutta se on tarpeeksi vahva alueille, joilla tarvitaan vain vähän voimaa. Monissa kelloissa on messinkivaihteita, koska jännitys on hyvin pieni. Vanhin tunnettu vaihteisto on Antikythera-mekanismi. Arkeologit uskovat, että se tehtiin noin 80 eaa. Röntgensäteet paljastivat, että sen varusteet valmistettiin pronssista, joka on varhainen messinkityyppi. Sen toimintaa ei ole vielä täysin ymmärretty, mutta tutkimusta jatketaan.

Historiallisesti puuta käytettiin hihnapyörien valmistamiseen ennen metallien käyttöä. Monet varhaiset purjealukset, kuten viikinki- tai antiikin roomalaiset alukset, käyttivät puupyöriä laajalti purjeiden nostamiseen köysillä. Vuonna 2010 puuta ei käytetä hammaspyörien ja hihnapyörien valmistukseen, koska metallit ovat paljon vahvempia. Jotkut harrastajat tekevät kuitenkin kelloja kaikilla puisilla vaihteilla.