Принцип работы редуктора шуруповерта

Двигатель постоянного тока выполнен в виде цилиндра, у которого внутри корпуса расположены по кругу постоянные магниты. Якорь двигателя располагается на втулках-опорах, изготовленных из латуни. Сам якорь изготавливается из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. В пазы якоря укладываются обмотки из изолированной медной проволоки. Через равное количество витков, обмотка имеет выход на коллекторные пластины. На вал якоря запрессовывается ведущая шестеренка (солнечная). Щетки двигателя прикасаются к коллекторным пластинам на "хвосте" якоря. Для надежного контакта, щетки подпружинены, при этом изолированы от корпуса двигателя. По схеме шуруповерта, напряжение подается только на щетки. Если изменить полярность подводимого к щеткам двигателя напряжения, то изменится и направление вращения.

Планетарный редуктор шуруповерта выполнен в отдельном корпусе. В состав редуктора входят следующие элементы: кольцевая шестерня, солнечная шестерня (запрессована на валу якоря), сателлиты и водило. Детали редуктора могут быть изготовлены как из пластмассы, так и из металла. Для более полного представления работы редуктора, необходимо уточнить расположение отдельных деталей.

Кольцевая шестерня представляет собой цилиндр, внутри которого по всей окружности расположены зубья, по которым движутся во время работы сателлиты. Сателлиты устанавливаются на штифты водило. Между сателлитами первого водило, заходит приводная шестерня двигателя (первая солнечная). Первое водило на противоположной стороне от сателлитов имеет приводную шестерню (вторую солнечную), которая при сборке заходит между сателлитами второго водила.

Если редуктор двухступенчатый, второе водило жестко связано с валом, на который крепиться патрон. Таким образом, получается своеобразный "бутерброд" из двух водил с сателлитами. Этот "бутерброд" находится внутри кольцевой шестерни.

Кольцевая шестерня жестко крепится в корпусе при помощи выступов на её торце или по бокам. Выступы упираются в выступающие шарики, подпружиненные упругим кольцом по всей окружности. Кольцо в свою очередь подпружинено пружиной механизма ограничения нагрузки. Усилие пружины может меняться в зависимости от положения регулятора нагрузки.

Работа редуктора выглядит следующим образом: солнечная шестерня двигателя вращает сателлиты по кругу кольцевой шестерни, соответственно водило вращается с меньшей скоростью, чем скорость двигателя. Первое водило передает крутящий момент через свою солнечную шестерню ко второй троице сателлитов, которые также вращаются по кругу кольцевой шестерни, значит обороты второго водило уменьшаются еще больше. Второе водило, как говорилось выше, соединено с валом патрона. Так происходит в двухступенчатом редукторе. Есть модели шуруповертов с трехступенчатыми редукторами, у них в редуктор вводится еще один планетарный механизм. В конце статьи есть видео показывающее работу планетарного редуктора.

Есть модели шуруповертов и с обычным редуктором.

Для удобства при производстве работ, некоторые шуруповерты имеют двухскоростные редукторы. Первая скорость предназначена для закручивания шурупов (0-450 об/мин и повышенный крутящий момент), а вторая для работ по сверлению отверстий (0-1400 об/мин).

При вращении патрона под нагрузкой наступает момент, когда для выполнения работы понадобится большее усилие, например последняя стадия закручивания шурупа, или когда необходимо усилие ограничить. В работу вступает регулятор нагрузки. Усилия пружины регулятора не хватает для удержания кольцевой шестерни и она "срывается" с шариков. Получается, что двигатель начинает вращать кольцевую шестерню, при этом слышны характерные щелчки, патрон же в это время останавливается. Для использования шуруповерта в режиме сверления, кольцевая шестерня блокируется и ее вращение исключается.

Регулятор оборотов собран на основе ШИМ-контроллера и ключевого N-канального полевого транзистора. Управляет работой регулятора переменный резистор, положение которого зависит от усилия нажатия на кнопку включения (курок).

Реверс сводится только к изменению полярности напряжения подаваемого на щетки двигателя. Для этого предусмотрены перекидные контакты, которые приводятся в действие рычажком реверса.

Аккумулятор. Для питания шуруповерта в корпус устанавливается малогабаритный аккумулятор. Аккумулятор для шуруповерта представляет собой набор небольших элементов заключенных в одном корпусе.

Диапазон питающих напряжений для разных марок шуруповертов составляет от 9 до 18 вольт. Чем больше напряжение питания, тем мощнее сам шуруповерт.

Видео демонстрирующее принцип работы планетарного редуктора:

Аккумуляторный шуруповерт – это не просто инструмент, необходимый для строительства и ремонта, но и незаменимый помощник в обычной жизни. Устройство позволяет выкручивать и закручивать саморезы, сверлить отверстия и выполнять иные монтажные работы в различных труднодоступных местах. Для его работы не требуется наличие кабеля и электрической сети поблизости, ведь он работает от аккумулятора. С аккумуляторным шуруповертом можно выполнять мелкие домашние и другие работы качественно и быстро.

Виды аккумуляторных шуруповертов

По типу аккумулятора шуруповерты разделяются на три вида:

1. Литий-ионные — Li-Ion – выдерживают 3 тысячи циклов заряда и разряда.
2. Никель-кадмиевые — Ni-Cd – рассчитаны на 1000 циклов.
3. Никель-металл-гибридные — Ni-MH – выдерживают до 500 зарядок.

У аккумуляторов Ni-MH и Ni-Cd имеется эффект памяти, в результате емкость может снижаться вследствие неполной зарядки. Устройства Li-Ion этим не грешат. В то же время Ni-Cd могут функционировать и при низких температурах, тогда как Li-Ion и Ni-MH не рекомендуется использовать в зимнее время на улице. Самыми безопасными и экологичными являются Li-Ion аккумуляторы.

Шуруповерты классифицируются и по назначению:

• Специализированные, используемые для откручивания/закручивания крепежа с крестообразными головками, в том числе для сверления небольших отверстий в пластике, дереве и иных мягких материалах.
• Аккумуляторная отвертка. Применяется для работы с крепежом типа саморезов, шурупов и винтов. Находит широкое применение на сборочных конвейерах.
• Гайковерт. Используется для работы с гайками и болтами, применяется на автосервисах, сборочных конвейерах и иных предприятиях.
• Дрель-шуруповерт. Применяется для сверления, у него имеется режим малой скорости для выкручивания и закручивания крепежа со шлицем под отвертку.

Шуруповерты разделятся и по другим характеристикам:

• По крутящему моменту — сила, которая обеспечивает выкручивание шурупов.
• По скорости вращения вала, то есть скорости ввинчивания саморезов. Профессиональные модели обеспечивают 1200-1300 оборотов в минуту, любительские — 400-500 оборотов.
• Количество ступеней регулирования крутящего момента.
• Время для зарядки аккумулятора: профессиональные — 30-100 минут, бытовые — 2-5 часов.
• Наличие ударного механизма (сверление отверстий в бетоне и работа с торцевыми головками).
• Эргономичность и вес.

Устройство

Аккумуляторный шуруповерт состоит из следующих элементов:

1. Электродвигатель, который обеспечивает крутящий момент и вращение вала с необходимой скоростью. Инструменты нового поколения имеют бесщеточный двигатель, то есть они без коллекторных щеток, которые довольно быстро изнашиваются.
2. Редуктор планетарного типа. Этот элемент переносит усилие на шпиндель, оборудованного зажимающимся патроном. Планетарный редуктор представляет компоновку валов и шестеренок внутри цилиндрического корпуса.
3. Муфта, которая присоединена к редуктору. Она обеспечивает регуляцию крутящего момента.
4. Зажимающийся патрон. Применяется для крепления насадки на вал двигателя.
5. Электронная система управления. Обеспечивает запуск шуруповерта и его работу. Для этого она снабжается кнопкой для пуска устройства, в том числе переключателем обратного хода. Система включает регулятор оборотов, который согласует частоту вращения вала движка с усилием, которое производится на кнопку включения. При меньшем нажиме патрон с битой крутится медленнее. Реверс управляется отдельным рычажком.
6. Пластмассовый корпус, в него вмонтированы все остальные предыдущие элементы. Корпус имеет эргономичную рукоятку пистолетного типа. Отдельные участки поверхности для удобства хвата обрезинены.
7. Аккумулятор – это источник питания электроэнергией для шуруповерта.

Современный аккумуляторный шуруповерт может снабжаться дополнительными элементами: ограничитель крутящего момента, светодиодная подсветка, механизм ограничения нагрузки, система защиты от глубокой разрядки, индикатор зарядки и так далее.

Принцип действия

Принцип работы аккумуляторных шуруповертов начинается с работы двигателя.

• Для запуска шуруповерта необходимо нажать на триггерный переключатель. Электромагнитное реле замыкается, ток поступает в двигатель, запуская его. Скорость инструмента увеличивается в случае повышения давления на триггерный переключатель. Для остановки работы шуруповерта необходимо отпустить триггерный переключатель.
• Двигатель через редуктор передает движение на вал. На корпусе имеется реверсивный переключатель, который производит изменение направления вращения изменением вращения вала в обратную сторону. Редуктор может быть пластиковым или металлическим. Металлический редуктор рекомендуется выбирать в случае тяжелой работы шуруповерта с максимальной нагрузкой. Вызвано это тем, что металл прочнее и лучше отводит тепло. Пластиковый редуктор не предназначен для больших нагрузок, поэтому часто встречается в дешевых бытовых моделях.
• Редуктор, который стоит после двигателя, обеспечивает увеличение крутящего момента или уменьшение скорости вращения вала.
• Посредством вала начинает вращаться патрон с закрепленной на нем насадкой. Для фиксации оснастки необходимо установить сверло или иной инструмент патрон. Муфта в зажимном патроне затягивается руками обычно без особых усилий.
• Для работы двигателя нужна электроэнергия, которая поступает от аккумулятора. Поэтому перед началом работы необходимо проверить, заряжен ли аккумулятор. Чем больше емкость батареи, тем она будет дольше работать до следующей подзарядки. Время зарядки батареи в бытовой модели шуруповерта в среднем составляет 3-7 часов. В профессиональных инструментах применяются более мощные и дорогие устройства, поэтому они заряжаются буквально за 1 час.

Применение

Аккумуляторный шуруповерт является весьма функциональным инструментом. Он применяется в быту и профессиональной деятельности. Это строительство, автомобилестроение, машиностроение, сборочные производства и другие отрасли. Его используют обитатели городских квартир и владельцы загородных домов при выполнении разных строительно-ремонтных работ. К примеру, специалисты-отделочники крепят при помощи него гипсокартон и иные отделочные материалы, сборщики мебели собирают шкафы, диваны и многое другое.

• Завинчивание винтов, болтов, саморезов, шурупов и иных крепежных элементов.
• Затягивание дюбелей и анкеров при выполнении монтажных работ.
• Удаление винтов, болтов, саморезов, шурупов, дюбелей, анкеров и иных крепежных элементов.
• Сверление металла.
• Сверление древесины.
• Нарезание резьбы в конструкциях.

Аккумуляторный шуруповерт прекрасно подходит для работы в труднодоступных местах, а также там, где нет электрической сети. Шуруповерт позволяет значительно сократить трудозатраты и время. В зависимости от потребностей и поставленных целей и выбирается шуруповерт. К примеру, большинство бытовых моделей закручивают шурупы до 5 мм. С хорошим шуруповертом можно будет работать с саморезами до 10-12 мм. Это касается и операции сверления: нужно учесть максимальный диаметр применяемых сверл.

Нестандартное применение

Шуруповерты часто находят довольно неожиданное применение. К примеру, при помощи шуруповерта некоторые находчивые люди чистят канализационные трубы и засорившиеся сливные отверстия. Для этого они закрепляют в зажимной патрон небольшой тросик или согнутую пополам проволоку. Такое устройство просовывается в сливное отверстие, после чего на малых оборотах засорившаяся труба прочищается.

Шуруповертом замешивают растворы или даже чистят картошку. К тому же при помощи него компактно сматывают для хранения проволоку, провода и большие отрезки веревок. Так с помощью вкрученного самореза на патрон крепится деревянный брусок, после чего на малых оборотах начинает наматываться провод или веревка. Такой же принцип применим при изготовлении пружины в бытовых условиях.

Чаще всего редуктор выходит из строя при длительной работе под большой нагрузкой. Самая частая поломка – это искривление основного вала с патроном. При такой неисправности прибор начинает сильно вибрировать руках.

Ещё одна поломка – это износ подшипника вала с патроном или опорной втулки. Если деформирован только подшипник или втулка, а вал остался в прежнем состоянии, то ремонт редуктора шуруповерта своими руками заключается только в замене изношенного элемента.

Если при включении шуруповерта мотор запускается на секунду, а затем резко останавливается, значит проблема кроется в редукторе. В такой ситуации чаще всего из строя выходит штифт, из-за которого сателлит не может передать обороты на основной вал. В таком случае поможет установка нового водила. Если водило тоже повреждено, то нужно менять целый редуктор. Зубцы шестерней тоже влияют на работу редуктора. Если прибор будет долгое время работать с изношенным шестернями, то это может привести в негодность большинство деталей, которые относятся к устройству редуктора шуруповерта.

Схема редуктора шуруповерта

Принцип работы двухступенчатого редуктора шуруповерта

• Солнечная шестерня мотора вращает сателлиты. Вращение происходит по круговой траектории кольцевой шестерни. Отсюда становится понятно, что водило вращается медленнее, чем сам мотор.
• Далее первое водило отдает крутящий момент на вторую троицу сателлитов. Передача происходит через солнечную шестерню. Вторая троица тоже вращается по круговой траектории, как результат – второе водило получает ещё меньше оборотов. Оно соединяется с основным валом патрона.

Это схема двухступенчатого редуктора. Устройство редуктора шуруповерта одинаково, отличается лишь количество сателлитов. К примеру, для 3-ступенчатого редуктора добавляется ещё один механизм.

Как отремонтировать редуктор самостоятельно

Редуктор – это такой механизм, который практически не подлежит починке. Речь идет о ремонте редуктора шуруповерта своими руками. К примеру, провода можно спаять, а кнопку прикрепить. Здесь же выход из ситуации – это замена неисправных частей. Также, если переключение оборотов происходит с опозданием или в некоторых случаях не переключается, можно попробовать смазать шестерни в редукторе. При разборе можно наткнуться и на мусор, который мешает нормальной работе планетарного механизма.

Смазать шестерни можно и таким подручным материалом, как тосол. Ну лучше делать это «оригинальной» смазкой. Её можно найти в магазине или сервисном центре фирмы, к которой принадлежит устройство. Цена на тюбик обычно не большая, а его должно ходить на несколько ТО шуруповерта или другой техники.

Схема редуктора шуруповерта

Разборка редуктора шуруповерта:

• Необходимо вытащить патрон. Делать это удобнее всего шестигранным ключом на 10 миллиметров.
• В патрон необходимо зажать короткий конец ключа, а затем выполнить кратковременный запуск инструментом с такой целью, чтобы ключ на полной скорости электромотора ударился о поверхность стола.
• Но такой метод подойдет для шуруповерта, где редуктор хоть как-то запускается. При неисправном механизме нужно зажать шпиндель в тисках. В таком положении можно разобрать редуктор.

Теперь можно выполнять запланированные операции – смазывать детали или выполнять замену, при условии, что в наличии есть новые элементы для шуруповерта.

Не рекомендуется брать шестерни или муфты от других моделей, так как скорее всего будет несоответствие, хотя визуально оно может быть и не видно. Не рекомендуется работать с шуруповертом длительно на высоких оборотах, так как это скорее всего приведет к поломке.