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...