г. Москва, ул. М. Почтовая 12с1
м. Бауманская
офис 504

История возникновения и совершенствования редукторов

21.03.2013

Первые упоминания об этих механизмах появились задолго до рождения Архимеда, которому многие приписывают их изобретение. Однако широкого распространения редукторы в те времена не получили, поскольку в них не было большой необходимости.

Принцип действия и первое применение

Масштабное применение зубчатых передач началось несколько тысячелетий назад в Древнем Египте. Местные жители использовали их главным образом для орошения сельскохозяйственных угодий. Деревянная конструкция, в состав которой входила зубчатая передача и колесо с ковшами, была довольно эффективным приспособлением, а в качестве силовой установки, приводящей ее в движение, использовался бык. Подробное описание подобных устройств встречается в книге Герона Александрийского «Механика», которая по праву считается энциклопедией античной техники.

Сущность механической передачи крутящего момента вытекает из принципа колеса. Элементарный редуктор функционирует так: имеются два параллельно вращающихся колеса, с контактирующими ободьями. Когда одно колесо (ведущее) вращается, то силой трения приводится в действие и второе колесо (ведомое). При этом соблюдается следующая закономерность: лежащие на ободьях колес точки проходят одинаковое расстояние.

Если же одно колесо больше другого, то при движении в зацеплении с меньшим оно будет делать меньше оборотов во столько же раз, во сколько его диаметр больше. Если меньшее по размеру колесо является ведомым, то итоговая скорость будет меньше, но такая передача вдвое увеличит крутящий момент. Данный эффект особенно актуален в ситуациях, когда необходимо получить большую силу движения, — например, при подъеме тяжелых грузов.

Отсюда следует вывод: используя два разных по размерам колеса, можно одновременно с передачей движения осуществлять и его преобразование. При этом колеса должны быть не гладкими, а зубчатыми — только в этом случае можно обеспечить надежное и стабильное сцепление между ними (иначе они будут проскальзывать, что может свести эффективность устройства к нулю). Зубья были изобретены еще во времена античности, что и привело к появлению классического редуктора.

Развитие идеи колесной передачи в Средние века

Во времена Средневековья широкое распространение имели только два вида механических силовых установок — гидравлический (водяной) и ветряной. Один из главных гениев той эпохи — Леонардо да Винчи — активно разрабатывал направления применения редукторов: после него осталось множество чертежей, где колесная передача используется в самых разных узлах, агрегатах и механизмах.

При его жизни многие разработанные им проекты так и остались нереализованными, что ни в коей мере не умаляет их несомненных достоинств. Леонардо да Винчи изобретал устройства, функционирующие на основе как элементарной, так называемой цевочной передачи (когда роль зубьев исполняют цилиндрические шпеньки), так и с применением глобоидной червячной передачи. В данном случае рабочая поверхность ведущего компонента (им мог являться как червяк, так и винт) была вогнутой, что позволяло ей охватывать ведомый элемент (шестерню) под большим углом. Леонардо да Винчи создал чертежи приспособлений, с помощью которых можно было преобразовывать поступательное движение во вращательное, и наоборот. Ему удалось придумать не только спиральную и коническую передачи, но и роликовую цепь, которая по сей день является главным передаточным элементом в велосипедах, а также активно применяется в мотоциклах и прочих механизмах.

Постоянно совершенствуясь в области инженерно-конструкторских разработок, Леонардо да Винчи стал основоположником теории передаточных механизмов — плоских и пространственных зацеплений на зубчатой основе, передач с гибкими звеньями и переменными скоростями вращения. На его постулатах базируется классическая инженерная механика, которая обрела математическое оформление намного позже.

Эволюция редуктора

Одним из признаков промышленной революции стал массовый переход от деревянных конструкций, в том числе и механических передач, к металлическим. Совершенствование водяных и ветряных силовых установок, в частности — увеличение их мощности, стало причиной того, что деревянные детали не выдерживали нагрузок.

С развитием металлургии стали эволюционировать и передаточные механизмы. Ременные и зубчатые передачи активно использовались для приведения в действие самых разнообразных станков (роликовых, сверлильных, токарных, ротационных и др.), шахтных вентиляторов, подъемников и насосов. После изобретения кулачковых и кривошипных механизмов стало проще приводить в действие ударные устройства путем преобразования крутящего момента в возвратно-поступательное движение.

Однако, несмотря на очевидный прогресс, передаточные механизмы 17 – 18 веков всё же были громоздки и малоэффективны. Усовершенствовать их в соответствии с требованиями времени взялись такие ученые, как Ф. Делахир, М. Камус и Л. Эйлер, занявшиеся разработкой классической теории зацепления профилей зубьев.

После изобретения паровой машины существенно возросли требования к мощности передаточных механизмов. Они постоянно дорабатывались и совершенствовались, при этом недостаточно эффективные конструкции были преданы забвению; внедрялись лишь самые передовые технологии и идеи. Примерно в середине 19 века началось производство серийных редукторов, а во второй половине позапрошлого столетия с появлением электричества, а также бензиновых и дизельных моторов стали разрабатываться редукторы с заданными характеристиками. Главным предназначением зубчатых устройств являлись передача крутящего момента от высокооборотных силовых установок и преобразование его параметров, поскольку электромоторы и двигатели внутреннего сгорания имели скорость и крутящий момент, не соответствующие потребностям технологических процессов.

В настоящее время практически невозможно встретить машину, в которой отсутствовал бы зубчатый механизм. Редукторы используются повсеместно и являются неотъемлемым элементом многих видов оборудования.


Возврат к списку

Наверх ↑