Планетарный редуктор на 3д принтере своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.10.2024

Самодельный планетарный редуктор с передаточным числом 4 для шагового двигателя Nema 17. Редуктор изготовлен на .

Планетарный редуктор Давида (с внутренним зацеплением) на 3д принтере. STL комплект находится здесь .

Решил попробовать напечатать на 3Д принтере мало мощную лебёдку. Применять можно для подъёма небольших по весу .

В этом ролике мы подробно разберем схему сборки редуктора для нашего проекта RC Jeep Wrangler 1:8 Отдельная .

Меня зовут Игорь Белецкий. Я давно увлекаюсь техническим творчеством и популяризацией науки в интернете.

В данном видео показано, как с помощью программы Компас 3Д, быстро и качественно выполнить расчет планетарной .

В этом видео подробно рассмотрим как собрать передний и задний мост для нашего проекта RC Jeep Wrangler.

Планетарная передача, также известная как эпициклическая, является одним из самых важных и интересных технических .

Самодельный планетарный подшипниковый редуктор с передаточным числом -9 для шагового двигателя Nema 17, .

3D-модель Планетарного редуктора (полная деталировка). Модуль зуба m=8 Число зубьев: - Сателлиты-40, - Солнечная .

К сожалению, кариес не пощадил и ответную шестерню:

Исходя из последнего факта — я с очень высокой вероятностью никогда не поставлю данный дроссель на машину. Более того, зная как на муське заботятся о безопасности и кипишуют с малейших потенциальных проблем — я настоятельно не рекомендую применять описанную выше методику на практике. При этом вы, опять же, должны понимать, что совершенно любой б/у дроссельный узел (включая установленный на вашу машину с завода) может с равной вероятностью упасть в аварию в любой момент — в горах, на переезде, во время обгона и т.д. При этом никто не спешит менять его для профилактики.

Итак, для начала разберем дроссель. Для этого отверткой отжимаем защелки на крышке с разъемом. Их видно на фото. Далее предстоит снять сам моторчик — и это непростая задача, потому что его кожух достаточно толстый и заклёпан весьма основательно. Но это реально. Нужно отверткой поотгибать то что вдавлено внутрь, и потом парой отверток (или одной поочередно) стянуть кожух.

Теоретически, моторчик можно не снимать. В этом случае, думаю, новую шестерню (её нижнюю, бОльшую часть) стоит сделать на полмиллиметра-миллиметр тоньше, дабы упростить сборку — выходит она довольно неприятно, подозреваю что если бы тут не были срезаны зубья — я б её не снял. И так-то пришлось слегка подпилить дремелем, чтобы вышла из-под большой шестерни, не так сильно цепляясь за выступ снизу.

Собственно, в процессе я не фоткал — потому что там и фоткать нечего, и неудобно это делать, потому что все руки заняты.

Когда всё разобрано — образмериваем шестеренку и рисуем модель. Например — в скетчапе

Кстати, можете в комментах присоветовать и толковый шестереночный плагин для него. Потому что то что у меня есть сейчас — мне не нравится.

Дальше распечатка и сборка.

Я немножко доработал надфилем и скальпелем, и прошел отверстие разверткой.

Потом, несомненно, смазал китайской же силиконовой смазкой. Проверил на описанном ранее генераторе — ну ездиет тунда-сюнда, открывается и закрывается. ;)

Повторюсь, в данном конкретном случае такой ремонт — это скорее кошачьи забавы, а не полезная работа. Из полезного тут разве что модель шестерни, опыт, ну и скорее всего комменты ;). Работать нормально данный дроссельный узел скорее всего не будет, ставить его на машину можно только в каком-то экстремальном крайнем случае — как минимум потому что одного зуба на ответной шестерне нет, хотя он вроде как и не имеет в этом месте особого значения. Плюс я не особо уверен что применение АБС тут это хорошо, и данная шестерня обеспечит достаточную надежность этого довольно важного узла. Была бы моя машина — я б пожалуй попробовал, терять-то особо нечего, тьфу-тьфу-тьфу, а клиенту — ну не стОит. Как вариант — запасная или проверочная запчасть. Например, у меня есть катушка зажигания, заклеенная эпоксидкой. Ездить на ней не стОит, а вот подкинуть для проверки — почему б и нет?

Таким образом, я надеюсь на конструктивное обсуждение в комментах материалов и технологий для печати таких шестерен, а также, возможно, кто-то поделится своим опытом решения аналогичных проблем, в частности — ходит ли оно, или баловство всё это.

В закладки

Неделю назад я рассказывал о возможностях 3D-печати и том, как именно FDM-технология облегчает нашу жизнь. Статья набрала пусть и немного, но вполне достаточно положительных откликов, чтобы продолжать данную тему, а значит цикл материалов можно считать открытым:)

Сразу хотел бы предупредить, что не хочу превращать статьи в дотошное руководство 3D-печатника. Этого добра на просторах рунета предостаточно. Моя же цель — лишь натолкнуть и подсказать варианты, способы и идеи, которые упростят жизнь человека, который заинтересуется этой отраслью.

Ну что, поехали. После вводного экскурса время действовать. Тема сегодняшней статьи — закупка комплектующих.

Перед тем, как отдать свои кровные

Первое предупреждение — будет непросто. Самостоятельная сборка 3D-принтера требует усидчивости и терпения. Я буду счастлив, если у вас все будет получаться с первого раза, но, по собственному опыту скажу, что без ложки дегтя в 3D-печати не бывает.

Перед покупкой комплектующих для самостоятельного построения принтера сразу же хочу отметить, что для нас самое важное — максимально ужатый бюджет.

И дело не совсем в экономии. Лично мне бы очень хотелось, чтобы вы испытали тот восторг, который наступает после печати первой детали на устройстве, которое создано вашими руками.

Собирать будем классическую модель Prusa i3. Во-первых, это максимально бюджетный вариант исполнения принтера. Во-вторых, он очень популярен и найти пластиковые детали для этой модели не проблема.

Наконец, апгрейдить эту модель одно удовольствие. Делать это можно бесконечно долго, но главное, видеть заметные улучшения после вложения очередной сотни-другой рублей.

Корпус

На что влияет. Корпус обеспечивает жесткость всей конструкции. Учтите, что во время печати хотэнд будет постоянно перемешаться вверх, вниз, влево, вправо, вперед и назад. Иногда эти движения будут очень резкими и быстрыми, поэтому, чем надежнее будет корпус, тем лучших результатов вы достигните.

Варианты. Чертеж рамы есть в открытом доступе (тут или тут). Дальше остается обратиться в конторы, занимающиеся резкой фанеры, ДСП, акрила или металла.

Из стали 3-4 миллиметра выйдет подороже, потяжелее, но надежнее. Из фанеры 6 – 8 мм дешевле. Есть варианты и из акрила.

Финансовый совет. Готовые варианты рам на AliExpress и Ebay сразу отметайте. Там просят в три-четыре раза большую сумму. Полистайте доски объявлений по месту жительства. Средняя стоимость корпуса из фанеры варьируется в пределах 600 – 1000 рублей. Все, что дороже — от лукавого.

Цена вопроса: 800 рублей (здесь и далее – приблизительная стоимость).

Направляющие (валы)

На что влияет. Плавность хода сопла, ровность слоев.

Варианты. Направляющих для Prusa i3 нужно ровно шесть штук. По две на каждую ось (X, Y, Z). Размеры следующие:

2 x 370мм (ось X)
2 x 350мм (ось Y)
2 x 320мм (ось Z)

Общепринятый стандарт для валов 3D-принтера — 8 мм. И гнаться за 10 или 12 мм смысла нет. Вес головы хотэнда не такой значительный, что бы на расстоянии в 370 мм гнуть вал.

Хотя, если у вас есть лишние деньги, можно извратиться и купить 12 миллиметровые валы. Вот только подшипники и подгонка пластиковых деталей потом выйдет дороговато.

Финансовый совет. Перфекционистам на заметку: рельсовые направляющие, конечно же, отличная штука. Но их стоимость даже в Китае откровенно пугает. Оставьте эту модернизацию на будущее.

Главное, вооружитесь штангенциркулем. Все валы должны быть строго одного диаметра. Цена за штуку получится в районе 60 – 70 рублей.

Цена вопроса: 420 рублей (вариант блошинного рынка).

Подшипники

На что влияет. Уровень шума, качество печати, ровность слоев и граней детали.

Варианты. И снова все упирается в бюджет. Можно заказать подшипник в блоке (модель SC8UU, например, тут). Можно просто линейный подшипник LM8UU. Можно остановиться на бронзовых или латунных втулках генератора автомобиля. Главное, подобрать нужный размер.

Наконец, можно заказать подшипники у 3D-печатника, у которого будете покупать детали для своего принтера (об этом ниже). Готовые подшипники всех размеров есть тут.

Запомните, для Prusa i3 вам нужны 12 линейных подшипников.

Цена вопроса: 600 рублей.

Пластиковые детали

Как правило, оценивают за грамм печати, но есть и готовые комплекты. Тянуть это добро из Китая нет никакого смысла.

Цена вопроса: около 1000 рублей, но зависит от наглости печатника.

Ремни, шкивы, шпильки и прочая мелочь

Для самостоятельной сборки механики принтера остается совсем немного. По сути, это недорогие детали, рассказывать о которых слишком много не имеет смысла. Поэтому, приведу список.

Цена вопроса: при большом желании можно легко вписаться в 700 – 800 рублей.

Без электроники принтер не поедет и не поймет, чего вы от него хотите. К счастью, цена на комплектующие просела значительно и можно закупиться без удара по семейному бюджету.

Шаговые двигатели

Это самая дорогостоящая статья расходов при самостоятельно сборке 3D-принтера. Нужно 5 штук Nema 17. Как правило, беру на 1.7А по току. Их мощности будет предостаточно. Диаметр валов – 5 мм. Присмотреться можно тут.

Да, не забудьте уточнить наличие соединительных проводов, чтобы потом не плясать с паяльником.

Финансовый совет. И снова блошиный рынок и разборка МФУ, принтеров и плоттеров. Поинтересуйте о ценах на шаговые двигатели. Иногда пять движков Nema 17 можно прикупить за смешные 800 – 900 рублей.

Важно: выбирайте движки так, чтобы у них было одинаковое количество шагов на оборот (например, 200). Двигатели без маркировки брать несколько геморройно, поскольку потом замучаетесь подбирать правильные параметры при настройке ПО.

Плата управления

Эталон для Prusa i3: плата Arduino Mega + модуль расширения Ramps 1.4 (например, такой вариант). Это самый доступный и универсальный вариант для управления принтером.

Совет. Обязательно убедитесь, что в наличии есть джемперы (маленькие перемычки контактов). В идеале, их должно быть не менее 18 штук. Если не будет, замучаетесь потом искать их в своем городе, хотя и стоят они рубль за ведро.

Драйвера шаговых двигателей

Это миниатюрные платки, которые будут управлять шаговыми двигателями. Считаем сколько нужно:

2 драйвера A4988 для оси Z (вот такие)
1 драйвер A4988 для оси Y
1 драйвер A4988 для оси X
1 драйвер DRV8825 для экструдера (например, такие)

Можно взять лотом, можно по отдельности. Я специально написал один драйвер DRV8825, поскольку у него максимальное деление шага 1 к 32, что позволяет более точно выдавливать пластик во время печати очень мелких деталей.

Теоретически можно взять и все пять A4988 или комплект из пяти DRV8825. Тут уж решать вам, но один DRV8825 в сборке строго приветствуется.

Совет. Попадете на распродажу, не поленитесь взять парочку драйверов про запас. При первичной сборке есть риск, что один из драйверов обязательно спалите:)

Дисплей

На нем будем следить за состоянием печати и управлять принтером. Настоящая классика — четырехстрочный LCD2004 за 350 рублей.

Совет. Обязательно берите дисплей с шилдом и шлейфом (по ссылке выше как раз такой). Потратите минимум времени на подключение.

Хотэнд и механизм подачи пластика

Именно в этом блоке происходит магия 3D-печати. Тут греется пруток пластика и выдавливается сквозь миниатюрное сопло. Не буду ходить вокруг да около. Проверенный годами вариант — версия хотэнда V6 с кулером, терморезистором 100к, нагревательным элементом, радиатором, тефлоновой трубкой. Например, такой.

Механизм подачи пластика (будет крепиться на один из двигателей NEMA 17) лучше взять металлический. Во-первых, удобнее собирать, во-вторых, полностью исключен пропуск шагов во время печати.

Столик, пружины, стекло, концевики

Платформа, на которой будет расположена 3D-модель, должна иметь обязательный подогрев. Температуры тут доходят до 100 – 110 градусов по Цельсию в зависимости от типа пластика.

Самый доступный и проверенный временем вариант – MK2 размером 214 х 214 мм. Не забудьте приобрести пружины для столика (нужно 4 штуки). С ними намного легче выставлять уровень сопла.

Сверху столик накрывают обычным стеклом толщиной 3-4 мм. В идеале – зеркалом. Размеры 200 х 200 мм с небольшими скосами по краям для крепежа винтов. Цена вопроса у стекольщика – около 60 рублей, везти из Китая нет смысла.

Блок питания

Один из ключевых элементов все электроники – блок питания. Готовый вариант, заточенный на 3D-принтеры, обойдется в 800 – 1200 рублей. Все зависит от мощности блока. Сразу скажу, что 15 А и 12 Вольт для 3D-принтера с двумя экструдерами и одним нагревательным столом будет достаточно.

Финансовый совет. Как вариант, можно задействовать компьютерный БП аналогичной мощности. Б/у вариант обойдется в 200 – 300 рублей, а работать будет также. Единственное, придется немного повозиться с развязкой проводов.

И сколько вышло?

Проведем приблизительные подсчеты. Рассчитываем самый бюджетный вариант. Учтите, что экономия требует затрат времени — придется побегать.

Корпус — 800 рублей
Валы — 420 рублей
Линейные подшипники — 600 рублей
Пластиковые детали — 400 рублей
Мелочь (подшипники, шкивы, шпильки, ремни) — 700 рублей
Двигатели (б/у разборка) — 900 рублей
Электроника (столик, плата Arduino + Ramps, 5 драйверов, дисплей, концевики) — 2600 рублей
Блок питания — 400 рублей
Набор гаек, болтов, шайб — 150 рублей
Хотэнд, механизм подачи пластика — 450 рублей
Про запас — 580 руб

ИТОГО: 7420 руб + 580 руб (на всякий случай) = 8 000 рублей.

Что ж, я обещал, что мы соберем 3D-принтер за 10 000 рублей. И мы это сделали. Да, придется побегать, поискать и потратить время, но моя задача была доказать, что 3D-печать – не так дорого, как может показаться на первый взгляд.

Материал получился очень обширным, но я старался максимально сжать информацию и выделить лишь ключевые моменты, на которые стоит обратить внимание. Надеюсь, у меня получилось.

Если чего не сказал – не судите строго. Я готов поделиться опытом и посоветовать максимально эффективные варианты решения той или иной проблемы по 3D-печати. В данном случае, по закупке комплектующих.

В закладки

Для правильной работы устройства необходимо, чтобы одна из составляющих его частей была жестко закреплена на корпусе. В планетарном редукторе, который оснащен водилом, статической частью является именно оно. Кроме этого, жестко закрепленным может быть коронная или солнечная шестеренки. В случае если ни одна из частей этого устройства не закреплена, имеется возможность расщепления одного движения на несколько, либо слияние двух в одно.

При этом в сцепке с ведущим и ведомым валом может быть как коронная, так и солнечная шестерни, или сателлиты. Этот механизм может осуществлять повышение передаточного числа и снижение крутящего момента и на оборот.

За счет такой конструкции обеспечивается движение ведомого и ведущего валов в одном направлении.

Назначение и конструкция редуктора

Служит редуктор для обеспечения понижения передачи и при этом повышения силы крутящего момента. Для обеспечения работы этого механизма вращающийся вал присоединяется к его ведомому элементу.

Это устройство в классическом исполнении состоит из червячных или зубчатых пар, центрирующих подшипников, различных уплотнений, сальников и т.д. Примером планетарного редуктора является шариковый подшипник. Корпус устройства сложен из двух элементов:

Смазка всех составных элементов этого устройства производится путем разбрызгивания масла, но в некоторых особенных устройствах это осуществляется при помощи масляного насоса в принудительном порядке.

Принцип работы

То, как будет функционировать этот агрегат зависит от кинематической схемы привода. Так подводку вращательного движения можно осуществлять к любому элементу этой системы, а снятие производить с какого-либо из оставшихся. Передаточное число зависит от того, согласно какой схемы организована подводка и съем вращательного движения.

Понимание того, как работает подобный редуктор, позволяет оценить сложность ремонта и восстановления.

Разновидности планетарных редукторов

В зависимости от количества ступеней, которые они имеют планетарные редукторы подразделяют на:

Одноступенчатые более простые и при этом компактнее, меньше по размерам в сравнении с многоступенчатыми, обеспечивают более широкие возможности по передаче крутящего момента, достижения разных передаточных чисел. Обладающие несколькими ступенями являются достаточно громоздкими механизмами, при этом диапазон передаточных чисел, которые ими могут быть обеспечены, существенно меньше.

В зависимости от сложности конструкции они могут быть:

Кроме этого, планетарные редукторы в зависимости от формы корпуса, используемых элементов и внутренней конструкции могут быть:

коническими;
волновыми;
глобоидными;
червячными; .

Через них может передаваться движение между параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися валами.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

Цилиндрические

Самые распространенные. Коэффициент полезного действия этих устройств достигает 95%. Они могут обеспечивать передачу достаточно больших мощностей. Передача движения осуществляется между параллельными и соосными валами. Они могут оснащаться прямозубными, косозубными и шевронными зубчатыми колесами. Коэффициент передачи может колебаться в пределах от 1,5 до 600.

Конические

Такое название они носят потому, что в них используются шестеренки, которые имеют коническую форму. Это обеспечивает плавность сцепки и способность выдерживать достаточно большие нагрузки. Могу иметь одну, две и три ступени. Валы в этой разновидности редукторов могут располагаться как горизонтально, так и вертикально.

Волновые

Они представляют собой конструкцию с гибким промежуточным числом. Состоят они из генератора волн, эксцентрика или кулачка, который обеспечивает растяжение гибкого колеса до достижения его контакта с неподвижным. При этом гибкое колесо имеет наружные зубья, а неподвижное — внутренние.

К достоинствам такого типа редукторов относится:

плавность хода;
высокое передаточное число;
возможность передачи движения через герметичные и сплошные стенки.

Они могут быть одно- и многоступенчатыми. Высокоскоростные оснащены подшипниками скольжения, а низкоскоростные — подшипниками качения.

Достоинства планетарных редукторов

Небольшой вес;
Широкий диапазон передаточных чисел;
Относительная компактность;
Собрать и починить такое устройство можно своими руками.

Советы по подбору планетарного редуктора

Главное в этом деле — правильно произвести расчет основных параметров нагрузки и существующих условий эксплуатации этого устройства.

Выбор производиться в зависимости от:

типа передачи;
максимально допустимых осевых и консольных нагрузок;
типоразмера этого устройства;
диапазона температур, в которых редуктор может использоваться длительный период и не терять при этом своих полезных качеств и свойств.

Делаем планетарный редуктор своими руками

Первым делом производится проектирование будущей конструкции в зависимости от конструктивных особенностей изделия и задач, которые планируется решать с его использованием. При этом производится расчет таких параметров как передаточное число, расположение валов, количество ступеней и т.д.

Далее производится определение межосевого расстояния. Этот показатель очень важен, так как указывает на способность передавать крутящий момент. Температура внутри устройства во время его работы не должна быть выше, чем 80 градусов по Цельсию.

При конструировании планетарного редуктора производится также расчет:

числа передаточных ступеней;
количества сателлитных шестеренок и зубьев на них;
толщины шестеренок;
размещения осей в будущем механизме.

Кроме этого, осуществляется подбор шестеренок, которые выполнены из подходящего материала, расчет сил, которые будут присутствовать при функционировании механизма и проверочный расчет.

Не имея специального оборудования и условий, изготовить составные части этого устройства в условиях домашней мастерской не получится. Планетарный редуктор можно собрать из подобранных частей, которые без труда можно приобрести в торговой сети или на разборке.

Сборка также является делом достаточно непростым, для достижения успеха в этом деле необходимо иметь практический опыт ремонта подобных механизмов, их сборки и разборки, обладать теоретическими познаниями в механике, прочими знаниями и навыками.

Читайте также: