История создания редуктора

Из сохранившихся источников сложно сделать вывод о точном времени (и тем более авторе) изобретения редуктора. Известно, что он использовался еще в Древнем Египте для нужд земледелия (первые механизированные системы орошения).

Изобретение редукторов

По имени древнегреческого инженера, которому приписывается изобретение редуктора на червячной зубчатой передаче, оборудование получило название «Архимедов винт». Он считается прототипом сегодняшних червячных редукторов, поскольку имеет похожее конструктивное исполнение с несколькими уточнениями:

• все элементы конструкции выполнялись из дерева вручную (самые простые формы, расхождения в размерах и формах);
• основа зубчатой передачи – аналог современных колес – тоже собиралась вручную и состояла из обода и серии «пальцев»;
• деревянные «пальцы» цилиндрической или прямоугольной формы устанавливались вокруг обода и выполняли функцию первых зубьев (поэтому Архимеду приписывают авторство именно зубчатой передачи).

Принцип передаточного механизма (использование устройств I поколения)

В основе изобретения редуктора лежит устройство элементарного передаточного механизма – простейшая колесная передача. Как она работает:

• есть 2 колеса с контактом ободьев (при параллельном расположении осей);
• вращение одного обода запускает движение второго благодаря силе трения;
• первый вращающийся элемент при этом называют ведущим, так как он задает вращательный импульс, второй – ведомым.

Базовая идея изобретения редуктора и его работы состоит в использовании колесных конструкций разного диаметра. Такой выбор обусловлен законами физики и механики: при уменьшенном диаметре ведомого элемента повышается силовая тяга движения (момент силы), хотя и теряется скорость вращения (аналогично устройству зубчатой передачи, которая одновременно «усиливает» движение и снижает количество оборотов колес).

Другими словами, первые авторы идеи создания редуктора научились не только использовать его для передачи движения, но и преобразовывать двигательную энергию, применяя простейшие конструктивные решения и уже известные закономерности:

• частота вращения большего колеса ниже, чем меньшего настолько же, насколько его диаметр больше диаметра ведомого элемента;
• пути точек, лежащих на первом и втором ободе, при вращении одинаковы.

При этом очень быстро выяснилось, что сцепка на гладких ободьях не обеспечивает нужного наращения момента силы из-за слабого трения между ними (колеса проскальзывают, что снижает эффективность применения редуктора). Для решения этой проблемы древние умы и применили систему зубьев – оснастили ободья пальцами-зубьями (собственно, изобретение редуктора).

Использование в Средние века

В эпоху Средневековья передаточный механизм (зубчатая передача редуктора) использовалась крайне редко, уступив место ветряным системам и водяным колесам. Хотя ее простой принцип не оставался без внимания гениев того времени. Среди последних был и великий изобретатель Флоренции, Леонардо да Винчи. В его работах сохранилось множество чертежей, схем, графиков различных машин и устройств, работающих именно на зубчатой передаче.

Хотя большинство идей гения так и не были претворены в жизнь, простота и надежность его конструкции в сохранившихся схемах поражают воображение ученых и сегодня. Среди разработок да Винчи были разные задумки:

• узлы на простейшей цевочной передаче (первые системы с деревянными ободьями и цилиндрическими шпеньками-зубьями);
• первые системы на глобоидной червячной передаче;
• устройства с гибкими звеньями.

Леонардо да Винчи считается основоположником теории, давшей толчок эволюции принципа работы редукторов в будущем. Значительно опередив свое время, гениальный художник (по совместительству инженер-конструктор), по сути, сформировал первые законы классической инженерной механики, применяемые в практике и сегодня. Его наследие – теория передаточных механизмов (плоских пространственных зубчатых передач с переменными скоростями вращения).

Эволюция редуктора

Технический прогресс, индустриализация городов, активное развитие промышленности – все это привело к значительному увеличению нагрузки на механизированные системы. Деревянные конструкции последних уже не справлялись с работой, что и определило начало нового этапа развития передаточных механизмов.

• шахтные вентиляторы;
• насосное оборудование;
• механизированные подъемники;
• токарные, роликовые, сверлильные, ротационные станки.

Для приведения в действие устройств все чаще используются ременные и зубчатые передачи. После появления ударных систем (кулачковых, кривошипных) потребность в технических решениях, способных превращать движение (вращение) в момент силы, – объективная необходимость времени.

В XVII–XVIII вв. использование редукторов становится нормой, но сами они остаются громоздкими и не способны обеспечить эффективность работы подключаемых механизмов. Над проблемой усовершенствования технологии в эту эпоху работали такие выдающиеся умы, как Ф. Делахир (член французской академии), ученый М. Камус (Франция) и профессор Петербургской академии Л. Эйлер – авторы теории зацепления профилей с зубьями, ставшей впоследствии классической.

От Древнего мира до сегодняшнего дня

История редуктора получила новый толчок в середине XIX века, когда началось его серийное производство. Причиной стало появление паровой машины, которая требовала от редукторной техники больше надежности, эффективности и длительности срока службы.

Со II половины XX века налажено изготовление передаточных механизмов заданных характеристик. Потребность в них возникла в связи с использованием бензиновых, дизельных двигателей и усовершенствованных электромоторов – силовые устройства выдавали показатели скорости и момента силы, не соответствующие технологическим процессам, в которых участвовали.

Сегодня, по прошествии нескольких тысяч лет с момента изобретения редуктора, невозможно представить оборудование, которое бы не использовало его в работе. Передаточный механизм присутствует во всех сферах промышленности, и эволюция его конструкции, принципа действия, характеристик продолжается.