Редуктор
мотор-редуктор
Это понятие впервые встречается на программе «Инженерия и системный подход к решению задач» — примерно 11-12 лет (5-6 класс).
Коробка с шестерёнками между мотором и колесом: мотор крутится быстро, но слабо, а колесо после редуктора вертится медленно, зато сильно.
Низкая передача велосипеда: педали крутишь легко и быстро, едешь медленно — зато затаскиваешь в горку.
Рассмотреть открытую игрушечную машинку с моторчиком, найти цепочку шестерёнок от мотора до колёс и посчитать, сколько в ней шестерён.
Несколько зубчатых передач в общем корпусе между мотором и механизмом. Каждая ступень понижает обороты и усиливает вращение, передаточные числа ступеней перемножаются: две пары «12 зубьев крутит 36» дают замедление в 9 раз. Мотору выгодно крутиться быстро и слабо, а колесу или подъёмнику нужно медленно и сильно — редуктор их согласует.
Мотор из конструктора крутит карусель слишком быстро: собрать редуктор, замедляющий вращение в 9 раз, из пар шестерён 12 и 36 зубьев и показать, что выходной вал теперь куда труднее остановить пальцем.
Характеристики: передаточное число i, КПД, допустимый крутящий момент; n_вых = n_вх / i, M_вых ≈ M_вх × i × КПД. Виды: цилиндрический; планетарный — соосный и компактный при больших i; червячный — большое i в одной ступени, часто самотормозится, и груз не раскрутит его обратно. Краевые случаи: люфт (суммарный зазор зубьев) даёт мёртвый ход манипулятору; в многоступенчатом редукторе потери ступеней перемножаются.
Мотор даёт 5400 об/мин, колесу нужно около 200: рассчитать передаточное число (27), составить его из пар 12/36 и объяснить, почему для шлагбаума с тяжёлой стрелой берут червячный редуктор.
Частое заблуждение
«Редуктор отнимает у мотора мощь — без него крутило бы сильнее». Наоборот: редуктор жертвует оборотами и во столько же раз усиливает вращение; без него мотор быстрый, но слабый.