Зачем нужен редуктор? Зубчатая и ременная передача

Опубликовано Октябрь 1, 2014 в разделе Робототехника | Комментарии

редуктор

Для работы механизмов робота применяют различные двигатели. Но по причине того что вал двигателя вращается со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту, использовать его напрямую для привода механизмов сложно. Для решения этой задачи применяют редуктора или, проще говоря, коробку передач. Принцип действия редуктора мы изучим на примере простой зубчатой передачи.

Зубчатая передача- это набор зубчатых колес (шестеренок) различных диаметров, собранных таким образом, чтобы передавать крутящее усилие за счет зацепления зубьев. При этом число зубьев на колесе важнее его диаметра. По этой причине при обозначении шестеренки указывают именно число зубьев.

Как же все это работает? Все дело в том, что при движении одна шестеренка сцепляется с другой, при этом скорость вращения напрямую зависит от количества зубьев на них. Такая скорость называется "угловой скоростью" или оборотами. Сцепление с шестерней, имеющей меньшее количество зубьев, приводит с снижению скорости вращения.


IMEI Мегафон модем

К примеру, двигатель вращает шестерню А с десятью зубьями, которая сцеплена с шестерней В, имеющей сорок зубьев. Шестерня А за полный оборот провернет шестерню В лишь на десять зубьев, что составит для этой шестерни четверть оборота.

Отношение количества зубьев разных шестеренок называется "передаточным числом". В данном примере этот коэффициент определяется как 40 к 10, или 4 к 1 и записывается обычно как 4:1. Так при вращении шестерни А со скоростью, скажем 16000 об/мин. шестерня В будет вращатся с 1/4 этой скорости, то есть со скоростью 4000 об/мин. Скорость эта определяется уравнением:
скорость В = скорость А * (число зубьев А / число зубьев В)

Тем не менее, значение 4000 об/мин. по прежнему велико для ходовых колес робота. Скорость была бы меньше, если бы на шестерне А было меньше зубьев, а на шестерне В больше. Однако размеры этих шестеренок имеют свои пределы. Поэтому добавим на один вал с В еще одну шестеренку С так, чтобы они вращались вместе. При этом у шестеренки С меньше зубьев ( например 10), и сцеплена она с четвертой шестеренкой D, имеющей больше зубьев (например 40). При этом передаточное число изменится:

от А к В = 4:1
от В к С = 1:1 (находятся на одном валу)
от С к D = 4:1

Таким образом общее передаточное число от А к D равняется 4*4 = 16:1. Соответственно если двигатель вращает шестерню А со скоростью 16000 об/мин., то шестерня D будет врашатся со скоростью 1000 об/мин.

Такое расположение шестеренок и называют зубчатой передачей. Количество шестеренок и число зубьев подбираются таким образом, чтобы обеспечить оптимальную скорость вращения для ходовых колес.

Понижающая зубчатая передача уменьшает скорость вращения и увеличивает крутящий момент (силу кручения вала). Значение крутящего момента зависит от приложенной силы и расстояния от центра вращения (T=fd, где f сила, d расстояние). Большинство применений двигателей требует использования понижающей зубчатой передачи, однако аналогичного результата можно добится другим способом.


Ременная передача

Хороший пример этого - ременная передача. В данном случае используют шкив. Шкив это колесо с канавкой по ободу куда надевается ремень с одной стороны, а с другой ремень одет непосредственно на вал двигателя. Так если диаметр шкива в десять раз превосходит диаметр вала то передаточное число будет равнятся 1:10. Шкивы, главным образом, используют для передачи усилия. В отличие от шестеренок, которые должны быть в контакте, шкивы связаны ремнем, что позволяет передавать силу на расстояние.


Оставить комментарий: