Расчет редуктора.

[Леха]

А не могли бы подсказать, для особоодарённых, как посчитать передаточное число редуктора?

[Ершов Эдуард]

Леха, эта наука нехитрая. Самое трудное - оценить будущие обороты двигателя под нагрузкой (в документации обычно пишется частота вращения ХОЛОСТОГО хода).

Приведу расчет для моего тепловоза ТЭ-20-1, находящегося в работе.

Для начала - чертежик ходовой части. Запись типа "Z=16" обозначает количество зубьев в шестерне.

Чертеж моего редуктора для ТЭ-20-1

Теперь делаем расчет.

Я заложил примерную масштабную скорость движения модели при полном напряжении - около 50км/час.

Переводим ее в миллиметры в час:
50 км/ч х 1000 м/км х 1000 мм/м = 50 000 000 мм/час

Теперь переводим с миллиметры в секунду:
50 000 000 : 60 : 60 = 13 888 мм/сек.

Теперь приводим к масштабу 1:87:
13 888 : 87 = 160 мм/сек. (А)

Именно к этой величине должна стремиться скорость локомотива при полном напряжении питания и правильном коэффициенте редуктора.

Теперь считаем идеальный коэффициент редуктора:

Колесо модели имеет диаметр по кругу катания 12 мм. Тогда его длина окружности: Пи х диаметр = 3,14 х 12 = 37,68 мм. Этот путь колесо проходит по рельсам за 1 оборот.

Тогда исходя из (А) определяем требуемое число оборотов колеса в секунду для достижения масштабной скорости:

160 : 37,68 = 4,2 об/сек.

Фактически ось колесной пары - это в моем случае выходное звено редуктора. Теперь можно считать сквозной коэффициент передачи редуктора: от двигателя до колесной пары:

Преобразуем скорость двигателя в об/сек вместо об/мин.

16 000 об/мин : 60 = 266 об/сек.

Получается сквозной коэффициент редуктора: К = 266 : 4,2 = 63. (Б)

К=63 - это довольно большой коэффициент. Причина - очень быстроходный двигатель Sagami, применяемый в моем расчете, а также небольшой диаметр колес 12 мм. Если будет ДПМ-20, то там оборотов гораздо меньше, и требуемй К будет гораздо меньше.

Под эту величину К начинаем подбирать пары шестерен. Собственно, это и есть самая творческая и трудная часть работы, требующая кропотливого черчения, а не только расчетов на калькуляторе. Когда берешь шестерни по каталогу (скажем, "Octant"), то по размерным данным и эскизам в каталоге вычерчиваешь потенциально пригодные шестерни и возможные их сочетания в КАДе в двух-трех проекциях, и сразу многое становится ясно: эта шестерня сюда не влезает, а эта будет цеплять за кузов, а эта слишком мелкозубая для большого крутящего момента, а эта уж больно дорогая, а с этой высота вала над рамой недостаточна, поэтому вал попадает в конфликт с вращением тележки в поворотах... Постепенно поле выбора сужается.

Конкретно в моем чертеже ситуация проще: часть деталей была использована от ТЭПа (зубчатое колесо на оси к/п и червяк), поэтому оставалось подобрать 3-4 зубчатых колесика, чтобы уместить тележку в габарит капота тепловоза и прийти к нужному коэффициенту К +/-20%.

В моем варианте фактический К считается так:

Верхняя шестерня Z=16 сцепляется с венцом Z=24. Получается первая ступень с замедлением 16 : 24 = 0,66.

Малый венец (триб) второй шестерни Z=12 вращается на одной оси с большим ее венцом Z=24, и сцепляется с венцом третьей шестерни Z=21, сидящей на червячном валу. Получается вторая ступень - с замедлением 12 : 21 = 0,57.

Червяки вращаются на червячном валу и имеют один заход. При этом они сцепляются с зубчатым колесом на оси колесной пары Z=12. Это означает, что за 12 оборотов червяка колесная пара повернется на один оборот, то есть мы имеем третью ступень редуктора с замедлением 1 : 12 = 0,083.

Больше ступеней в редукторе нет - их тут всего три.

Считаем фактический сквозной коэффициент моего редуктора: 0,66 х 0,57 х 0,083 = 0,031. Находим обратную величину (мне удобнее оперировать числами больше единицы): Кфакт. = 1 : 0,031 = 32. (В)


Опаньки ! К=32 - это очень далеко от К=63. Практически вдвое. А добавлять дополнительные ступени в моей конструкции - некуда. Можно было бы уменьшить модуль зубьев (вместо 0,5 взять 0,4), это позволяет иногда выйти из положения, т.к. при одном и том же диаметре сцепляемых шестерен на большом венце умещается больше зубьев, и на малом тоже, - но зато можно выбрать ведущее малое колесико с тем же числом Z, но меньшего диаметра. Но тогда "плывут" межосевые расстояния в редукторе, а в моем случае высота валов почти не оставляет поля для маневра. Опустишь верхний вал ниже - кардан встанет под углом, ибо мотор нельзя опустить из-за пространственных ограничений. Да и шкворень начнет мешать...

Вывод: японский двигатель Sagami на 16 тыс.об/мин использовать нельзя: тепловоз будет носиться как бешеный, с масштабной скоростью под сотню... Помним о том, что ТЭ-20-1 был все-таки маневровым тепловозом... Кстати, именно поэтому я не очень вдохновляюсь применением, например, ходовок от "машки" или SD-40 для наших маневровиков типа ЧМЭ-3. Чмуха будет "летать", а надо, чтобы "ползала".

Выход из ситуации: отказ от данного движка и переход к более тихоходному - на 7-8 тыс. об/мин. Именно это я и сделал, предпочтя ДПМ-20 (не помню какого индекса) для моего тепловоза.

Вот собственно, и вся нехитрая наука...

[Леха]

Спасибо всем! Будем разбираться и вникать!

[Ершов Эдуард]

Серега, у меня мотор с двумя вылетами вала, ибо привод на обе тележки. Поэтому этот FK не пойдет (он кстати у меня есть в закромах Родины)... Но есть моторы "Машима" с аналогичными параметрами, но двумя вылетами - я как-то пару раз кидал клич на групповую покупку на миксе. Моторы тоже классные.

Кстати, Серега Стальцев как-то переделывал простые ДПМы на два вылета вала: точил вставку, сверлил крышку, сверлил хвостовик вала, сажал вставку в отверстие вала на клей. Получалось очень даже...

[Seamen]

Добавлю Эдуарда лишь в одном:
Чем более точно подогнаны зубчатые передачи - тем меньше шум и вибрации.

А я добавлю еще в одном. Чем меньше зазор между шестернями, тем меньше КПД редуктора из-за резкого возрастания потерь на трение. Это может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. В специальных программах расчета редукторов закладывается автоматически т. н. тепловой зазор передач в зависимости от диаметра и модуля колеса. Малошумный ход современных моделей обеспечивается именно этим. К сожалению, без станочного оборудования с ЧПУ практически невозможно выдержать эти допуски на расстояния между валами (они там сотками меряются), поэтому надо либо смириться с шумом, либо предусматривать возможность регулировки зазоров в редукторе (хотя бы регулировочными прокладками разной толщины).

[Seamen]

Ну ДПМ-ы это вообще песня: по плавности хода, да и по другим параметрам с ними сравнятся только Фуллльхабер-Моторы.

Аналог фаульхабера - это ДПР. Они проигрывают ДПМу в нашем деле по моменту инерции из-за низкой массы якоря. У ДПМа якорь обычной конструкции, поэтому ему маховик в общем-то и не нужен при такой-то длине.

[Ершов Эдуард]

Я закладывал при конструировании в КАДе дополнительные 0,1 мм к теоретическим межосевым расстояниям валов. Этот совет содержится в каталоге "Октант" применительно к модулю 0,5, я так и сделал. Оправдало себя вполне. Вращение валов очень легкое, и в то же время зацепление шестерен вполне глубокое, отнюдь не кончиками.

[старина_U]

...Приведу расчет для моего тепловоза ТЭ-20-1, находящегося в работе.
...Я заложил примерную масштабную скорость движения модели при полном напряжении - около 50км/час.
...Вывод: японский двигатель Sagami на 16 тыс.об/мин использовать нельзя: тепловоз будет носиться как бешеный, с масштабной скоростью под сотню... Помним о том, что ТЭ-20-1 был все-таки маневровым тепловозом... Кстати, именно поэтому я не очень вдохновляюсь применением, например, ходовок от "машки" или SD-40 для наших маневровиков типа ЧМЭ-3. Чмуха будет "летать", а надо, чтобы "ползала".
...

Эдуард,
ТЭ1-20 - поездной тепловоз. Причём, - грузопассажирский. Это позже, с появлением ТЭ2, ТЭ3 стал отставляться на хозработы и манёвры.
И конструкционная скорость у него - 90 км/ч.
У ЧМЭ3 - тоже конструкционная - 90.

То, что они на манёврах елозят со скоростями до 25 км/ч - заслуга инструкций и машинистов, которые неспешно делают определённое дело.

А что бы и модели ходили нормально на низких скоростях, и подбирают нормальные моторы (ДПМ), или применяют скоростные с большим редуктором.

[Ершов Эдуард]

Ну что же, спорить не буду. Вспомнилась присказка, которую я читал, по-моему, в "ЖД" где-то в 1996-97 году: "Правда ли, что у ТЭ-1 (вариант - ТЭ-2) конструкционная скорость аж 90 км/час ? Ответ: Правда, только для этого его надо прицепить к достаточно быстроходному локомотиву..."

Лично я предпочитаю "медленные" маневровые локомотивы, пусть даже в ущерб технической достоверности. Поэтому и заложился в моем случае пятьюдесятью км/час.

[старина_U]

Эту призказку, случайно, не дима верёвкин сочинил? Такой затейник, знаете ли...
Мона ск-ть мегазнаток!

Да...
Для достижения низкой скорости, вполне достаточно снизить напряжение на рельсах. А не держать его на уровне 11-12 вольт.