Микродвигатели обычно являются высокооборотными. Вал такого двига­теля делает от 1200 до 2000 оборотов в минуту. Столь большая скорость вращения на моделях неприемлема, и обороты двигателя приходится значи­тельно понижать с помощью редуктора — механизма, который передает дви­жение от одного вала к другому с изменением числа оборотов.
Редукторы собирают из одной или нескольких пар шестерен разного диа­метра. Редуктор, состоящий из одной пары шестерен, называется одноступен­чатым, из двух — двухступенчатым и т.д. Шестерни для редуктора подбирают с таким расчетом, чтобы на выходном валу получить нужное количество оборотов. Рассчитывают редуктор заранее. Делают это так: предположим, что вал двигателя развивает 1400 оборотов в минуту, а вам надо, чтобы ведущая ось модели вращалась со скоростью не больше чем 200 оборотов в минуту, т. е. в 7 раз медленней.
Следовательно, надо так подобрать пару шестерен, чтобы диаметр одной был в 7 раз больше другой. Практически это выглядит так: если первая шестерня у вас, скажем, диаметром 10 мм, то вторая должна быть 70 мм или если первая 15 мм, то другая— 105 мм.
Шестерни диаметром 10—15 мм подыскать сравнительно легко, а вот диаметром 70 и тем более 105 мм порой бывает невозможно. Кроме того, шестерни такого большого диаметра вообще неудобны. Они могут не помес­титься в модели, будут выходить за ее габариты, мешать другим меха­низмам.
Как же быть? Какой найти выход?
Оказывается, выход есть. Надо отказаться от одноступенчатого редуктора и попробовать рассчитать редуктор, состоящий из двух ступеней, из двух пар шестерен.
Предположим, вы подобрали одну пару — шестерню диаметром 10 мм и шестерню диаметром 30 мм. Передаточное отношение этих шестерен, или, что одно и то же, отношение их диаметров, будет 1: 3. Это значит, что одна из шестерен — большая — станет вращаться в 3 раза медленней и, следова­тельно, уменьшит обороты вала электродвигателя ровно втрое. Но нам этого недостаточно. Ведь двигатель с таким редуктором позволит получить на выходе только около 470 оборотов в минуту. Тогда подберем вторую пару шестерен для второй ступени редуктора с таким передаточным отношением, которое давало бы нам нужное количество оборотов.
Используем для этого точно такую же шестерню диаметром 10 мм, как и в первой ступени, и укрепим ее на той же оси, на которой закреплена шестерня диаметром 30 мм. Значит, обе шестерни — 30 мм и новая 10 мм — теперь будут иметь общую ось и поэтому станут вращаться с одинаковой скоростью — приблизительно 470 оборотов в минуту.
Если в зацепление с третьей шестерней теперь ввести четвертую, то можно будет снизить обороты вала электродвигателя до той величины, которая нам нужна.
Какого же диаметра должна быть эта шестерня?
Ответ на поставленный вопрос не так уж трудно получить. Для этого надо лишь, во-первых, 470 разделить на 200 — на то количество оборотов, которое нам требуется для модели. Так мы узнаем, во сколько раз нам надо снизить обороты. И во-вторых, полученное от деления число умножить на диаметр третьей шестерни, чтобы узнать, какого диаметра должна быть четвертая.
Попробуйте разделить 470 на 200, и вы получите в ответе приблизитель­но 2,3. Значит, диаметр четвертой шестерни должен быть больше диаметра третьей в 2,3 раза, т. е. вам нужно подобрать такую шестерню, диаметр ко­торой был бы близок к 23 мм.
Редуктор, составленный из рассчитанных шестерен, получается очень компактным и занимает немного места.
Если вам необходимо получить на выходе не 200 оборотов в минуту, как в нашем примере, а гораздо меньше, например для рулевого управления моделью автомобиля или для приведения в действие лебедок подъемного крана, то следует продолжить расчет по такому же принципу и в той же последовательности рассчитать дополнительно третью ступень. Или же, что тоже вполне возможно, оставить редуктор с двумя ступенями, но сделать вторые шестерни первой и второй пары гораздо большего диаметра.
Какие шестерни можно использовать для редукторов к электри­ческим двигателям?
Идеальными надо считать пластмассовые шестерни. Они прочны, вы­держивают довольно значительные силовые нагрузки, работают почти бес­шумно и не нуждаются в частой смазке. Единственная трудность, с которой придется встретиться юному технику при сборке редуктора из пластмассовых шестерен, — это закрепление их на осях.
В производстве пластмассовые шестерни в горячем или в холодном виде напрессовываются на оси, имеющие в том месте, где должна находиться шестерня, накатанную рубчатую поверхность. Такую поверхность можно по­лучить, зажав ось в патрон токарного станка и обработав специальной риф­леной накаткой. Другой способ более прост. Он заключается в том, что в отверстие шестерни запрессовывают втулку-ступицу с предварительно на­несенной на ее поверхность грубой шероховатостью. Шероховатость можно получить, осторожно насекая металл маленьким остро заточенным зубилом.
Обработанная таким образом втулка вначале нагревается, а потом впрессовывается в шестерню. Причем для выполнения этой операции не требуется какого-либо пресса. Его заменят самые обыкновенные небольшие настольные тиски. Они укрепляются на столе так, чтобы губки их раздвигались не по горизонтали, а по вертикали. В центре шестерни сверлится отверстие несколько меньшего диаметра, чем внешний диаметр втулки. Шестерня кладется на нижнюю губку тисков, против ее осевого отверстия устанавливается нагретая втулка, которая затем вдавливается в пластмассу верхней губкой тисков. Надо очень внимательно следить, чтобы втулка стояла точно против отверстая и во время запрессовки не перекашивалась, так как исправить ошибку будет уже нельзя.
Проще закреплять металлические шестерни — стальные, латунные. Они припаиваются к соответствующим осям, при этом надо следить, чтобы плоскость шестерни была строго перпендикулярна к оси, иначе она будет, как говорят, «бить» — вилять из стороны в сторону. Биение создает лишний шум, и зубцы шестерен быстро срабатываются.
После окончания пайки тщательно промойте редуктор, чтобы смыть остав­шуюся паяльную кислоту, так как от нее металл ржавеет. Промывать места пайки лучше мыльной водой. Промытый редуктор хорошенько высушите, а после сушки смажьте машинным маслом.
Металлические шестерни для ступеней редуктора могут применяться самые различные: от старых будильников, сломанных механизмов, детских механи­ческих игрушек, металлического конструктора и т.д. Иногда в магазинах встречаются в продаже штампо­ванные шестерни разного диаметра. Такие шестерни тоже можно с успехом использовать, но только там, где нет больших усилий и не требуется особая точность работы механизмов.
Кроме редукторов с цилиндрическими шестернями, о которых шла речь выше, в практике моделирования широко применяются червячные редукторы. Они состоят из червячной пары — червячной шестерни, имеющей особую форму зубцов, и самого червяка — цилиндрического тела, на поверхности которого выфрезерована спиральная нарезка. Это собственно тоже зубец, который входит в постоянное зацепление с зубцами червячной шестерни и вращает ее. По количеству червячных пар такие редукторы тоже делятся на одно-, двух- и многоступенчатые. Червячные редукторы в состоянии передавать значитель­ные усилия и, если червяк хорошо подогнан к шестерне, работают без шума, занимают на модели по сравнению с редуктором из цилиндрических шестерен гораздо меньше места.
Червячные редукторы находят применение на моделях автомобилей для передачи вращения от двигателя к ведущей оси и для значительного сниже­ния ее оборотов, а также на моделях лебедок, экскаваторов, бульдозеров, подъемных кранов.
Малогабаритные червячные редукторы бывают также одноступенчатые и двухступенчатые. Они приспособлены для работы с электрическими двигателями. Вал редуктора соединяется с валом двигателя гибкой муфтой. Гибкой муфтой может служить свитая из стальной проволоки 0,3 мм пру­жинка длиной 15—20 мм. Она надевается на концы валов двигателя и редук­тора и припаивается. Стальную пружинку с успехом заменит и тонкая хлор­виниловая трубка, которая плотно надевается сначала на вал двигателя, а потом на вал редуктора. Чтобы трубка надевалась легче, ее надо смочить внутри. Если не найдется подходящей трубки, снимите с провода кусочек хлорвиниловой изоляции. Для этого подрежьте изоляцию ножом, а затем стяните с провода.
Гибкие муфты позволяют передавать вращение и в том случае, когда по какой-либо причине не удается разместить вал двигателя и вал редуктора на одной линии и даже осуществлять передачу вращения, когда валы нахо­дятся под некоторым углом относительно друг друга.
Иногда купленный исправный редуктор, установленный на модели, вдруг отказывает, и попытка провернуть его вал рукой часто ни к чему не при­водит. Такой дефект объясняется заклиниванием червячной пары, которое при­водит к поломке редуктора. Чтобы избежать порчи червячной шестерни и са­мого червяка, перед тем как поставить редуктор на модель, надо на вал червяка и на вал червячной шестерни с двух сторон напаять маленькие ограничительные шайбочки. Они устранят осевое смещение червячной пары. Шайбочки можно вырезать из обыкновенной белой жести или тонкой латуни, просверлив предварительно отверстие.
Было бы неправильно думать, что назначение редуктора сводится только к снижению оборотов, которые развивает электродвигатель. Помимо этого, редуктор имеет еще одно и не менее важное назначение. Используя его, мы тем самым во много раз увеличиваем мощность, получаемую на вы­ходном валу. Известно, что мощность на валу возрастает во столько раз, во сколько уменьшены при помощи редуктора обороты двигателя. Таким об­разом, применяя редуктор, мы одновременно с уменьшением оборотов увели­чиваем мощность и самого двигателя.