Моторы LEGO в техник-конструировании

С появлением в 2007 году электрической системы LEGO Power Functions открылись новые интересные возможности для конструкторов, в частности моделей LEGO Technic:

1. Моторизация
2. Освещение
3. Дистанционное управление

Наиболее важным и сложным на мой взгляд всегда является вопрос моторизации.

Ввиду множества существующих моторов, всегда возникает вопрос: какой мотор выбрать для той или иной функции модели? Но недостаточно правильно выбрать мотор - не менее важно правильно его применить, а именно:

1. определить необходимую скорость и крутящий момент вала в конечном месте приложения усилия (вращение колес/рулевая система/поворот башни или подъем стрелы крана и т.д.)
2. правильно выбрать место расположения моторов в модели
3. надежно закрепить моторы
4. грамотно построить трансмиссию

Под трансмиссией понимается совокупность закрепленных шестерней осей и прочих элементов для передачи крутящего момента от мотора к конечной точке моторизации. Более подробно я расскажу об этом отдельно. Отмечу лишь, что при неправильном планировании трансмиссии у модели будет низкий КПД и будут подвержены избыточной нагрузке отдельные элементы, что в конечном счете может привести к усиленному износу и даже поломке деталей трансмиссии.

На сегодняшний день линейка LEGO PF моторов представлена 4-мя моторами: L, M, XL, Servo. Дополнительно я включил в обзор скоростной 9V Race Buggy мотор, который не имеет аналогов в системе PF 2007 года. К сожалению, он уже не производится и не применяется в современных наборах, однако его можно купить б/у в достаточно хорошем состоянии.

8883 M (Medium) Motor. Средний мотор

Технические характеристики:

• Мощность - 1,15 ватт
• Крутящий момент при частичной* нагрузке - 5,5 N.cm
• Максимальное потребление тока - 0,85 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,065 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 31 г.
• Провод - четырех-жильный, 20 см
• Размеры - 3x3x6.
• Интерфейс - Lego Technic, Lego System
• Система: Power functions (PF)

Мотор с невысокой мощностью. Широко распространен в наборах LEGO Technic.

Рекомендую использовать для рулевых систем, лебедок, пневмокомпрессоров, моторизации актуаторов, а также различных переключателей: коробок передач, пневмоклапанов и т.д. Применение возможно практически везде, где не требуется высокая мощность (высокая скорость и высокий крутящий момент одновременно).Поэтому для движения моделей данный мотор подходит плохо ввиду маленькой мощности.

Тем не менее, его можно использовать для движения моделей в следующих случаях:

- небольшие легкие модели;

- с понижающей передачей. Крутящий момент тем самым повысится, однако сильно снизится скорость;

- модели с несколькими М моторами для движения, например, по мотору на ось для полного привода или два мотора на ось - задний привод. Можно больше моторов, однако не целесообразно, так как проще установить более мощный мотор (L, XL) сэкономив при этом вес и свободное место.

Отличительной особенностью данного мотора является возможность его крепления к System элементам за счет площадки размером 2x6 снизу.

При использовании в рулевой системе почти всегда необходимо делать понижающий редуктор для большего усилия и точного поворота колес. В своих моделях с небольшой скоростью движения я использую понижение как минимум 8:24 + 12:20. При этом использую белую clutch gear 24 шестерню с проскальзыванием для защиты рулевой от поломки в крайних. Также мотор хорошо подходит для рулевых систем с автовозвратом (возврат колес в центральное положение) с использованием резинок или других конструкций. В этом случае понижающий редуктор не требуется.

Мотор хорошо подходит для прямого подключения к линейным актуаторам практически для всех случаев применения.

К IR ресиверу можно подключать до 4-х M моторов, к одному выходу ресивера до 2-х моторов. ВНИМАНИЕ: для использования 2-х моторов от одного выхода IR ресивера необходимо использовать ресивер старой версии НЕ v2!

88003 L (Large) Motor. Большой мотор

Технические характеристики:

• Мощность - 2,14 ватт
• Скорость вращения без нагрузки - 390 об/мин
• Крутящий момент при частичной* нагрузке - 10,5 N.cm
• Максимальное потребление тока - 1,3 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,12 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 42 г.
• Размеры - 3x4x7
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: Power functions (PF)

Большой мотор впервые появился в наборе 9398. Мотор универсален: обладает высокой скоростью вращения (почти как у М мотора) и достаточным крутящим моментом для движения модели. Преимущество использования данного мотора в качестве движущего - быстрый, легкий, компактный и не "рвет" трансмиссию (как XL). Может использоваться на скоростных машинах, моделях с моно/полным приводом и триальных моделях (не менее 2х моторов). При понижении редуктором итоговый крутящий момент в месте приложения будет немногим меньше чем от XL мотора при равной скорости. Рекомендую для наибольшей мощности использовать по два мотора одновременно - размеры мотора в большистве случае это допускают (в отличие от громоздкого и неудобного XL)

L Мотор может использоваться везде, где мощности М мотора недостаточно - в рулевых системах, строительной технике и т.д.

Из прочих преимуществ мотора - наличие множества крепежных отверстий.

В ближайшее время мотор будет активно использоваться компанией LEGO в новых техник наборах, замещая M мотор (например, набор 2013 года - 42009 Mobile Crane Mk II)

Недостаток, на мой взгляд один: несмотря на заявленную ширину 4 дырки, на практике он занимает в конструкции все 5 дырок, что не всегда удобно.

8882 XL (Extra large) Motor. Экстра-большой мотор

Технические характеристики:

• Мощность - 2,65 ватт
• Скорость вращения без нагрузки - 220 об/мин
• Крутящий момент при частичной* нагрузке - 23 N.cm
• Максимальное потребление тока - 1,8 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,08 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 69 г.
• Размеры - 5x5x6
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: Power functions (PF)

Мотор с высокой мощностью. У него невысокая скорость вращения вала, при этом огромный крутящий момент. Отлично подходит для полноприводных внедорожников, грузовиков и триальных машин с меделнной скоростью передвижения и потребностью в большом крутящем моменте.

Оффициально мотор применялся в трех наборах: 8275, 4958 и 8258. Возможно, отказ от его дальнейшего применения в официальных наборах - отзывы потребителей о сломаных деталях. Это мое предположение. Надеюсь, мы еще увидим его в действии. В противном случае, мотор в ближайшем будущем рискует стать дорогим раритетом как 9V Race Buggy мотор.

ВНИМАНИЕ: В руках неопытного строителя мотор часто приводит к сломанным шестерням, карданам и скрученным осям! При постройке модели необходим делать особо прочную трансмиссию для передачи высокого крутящего момента от мотора к колесам. Желательно ставить мотор максимально близко к оси исключая множество осей и передач, тем самым исключая риски поломок и повышая надежность в экстремальных нагрузках.

Постройка скоростных моделей с данным мотором затруднительна и неэффективна ввиду невысокой скорости вращения вала. Повышение скорости вращения за счет повышающего редуктора приводит к потерям крутящего момента.

Кроме движения моделей (8275 и 4958), мотор также подходит для второстепенных функций - там где нужна высокая мощность (как в 8258), или где нет возможности поставить М мотор с понижающим редуктором.

Недостатками данного мотора являются его большие размеры и вес.

В машинах среднего размера используют 1 мотор. В тяжелых и мощных моделях - 2 и больше.

9V Race Buggy Motor. Багги мотор.

Технические характеристики:

• Мощность - 4,96 ватт
• Скорость вращения без нагрузки:
• внешний выход - 1240 об/мин
• внутренний выход - 1700 об/мин
• Крутящий момент при частичной* нагрузке:
• внешний выход - 7,7 N.cm
• внутренний выход - 5,69 N.cm
• Максимальное потребление тока - 3,2 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,16 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 55 г.
• Размеры - 5x5x10
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: 9V

Самый мощный лего-мотор. В настоящий момент не выпускается. Высокая скорость вращения вала, при этом достаточный крутящий момент. Отлично подходит для легких и средних скоростных машин. При использовании редуктора можно использовать в триальных моделях.

Мотор использвался в линейке наборов Racers (8475, 8366, 8376), Technic (8421, 8287) в 2002-2006г.в. Сейчас не выпускается. Можно найти "бу" в хорошем состоянии.

Имеет два сквозных выхода с разной скоростью вращения.

ВНИМАНИЕ: мотор необходимо использовать с PF IR приемниками версии 2 (v2, от набора 9398) так как приемники старых версий не дают мотору выйти на полную мощность и при малейшей нагрузке на вал включают защиту от перегрузки. Кроме того мотор можно использовать с блоком радио-управления (уже не выпускается) от набора 8475, который рассчитан на работу с двумя моторами одновременно.

ВНИМАНИЕ: Для подключения к системе Power functions, ввиду разных коннекторов, необходим переходник-удлинитель 9V-PF 20 см (продается отдельно).

Данный мотор мощнее чем XL. В триальных моделях, мотор позволяет ехать с более высокой скоростью. Легким скоростным моделям мотор позволяет достигать высоких скоростей (до 10 км/ч). Кроме того, возможна постройка легких дрифт-моделей.

Ввиду высокого потребления, к одному v2 IR приемнику можно подключить 1 багги мотор (+ маломощный м- или серво- мотор для руления, при необходимости). Кроме того для каждого багги мотора крайне желательно иметь отдельный батарейный блок.

Преимущества: высочайшая мощность и возможность использования в любых моделях.

Недостатками данного мотора являются его большие размеры и крайне неудобное крепление из за Г- образной формы мотора. Мотор потребляет много энергии.

88004 Servo Motor. Сервомотор.

Технические характеристики:

• Размеры мотора - 3х5х7. Имеется множество отверстий для крепления.
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: Power functions (PF)
• Скорость вращения мотора без нагрузки - 90 градусов за 0,25 сек, то есть колеса поворачиваются из центрального в крайнее положение за 0,25 сек. На практике скорость вращения сильно зависит от нагрузки.

Этот долгожданный мотор появился впервые в наборе 9398. Мотор сделан для одной цели - поворот управляемых колес как на настоящих машинах. Он не совсем похож на традиционные сервомоторы радиоупраыляемых моделей, однако в нем реализованы функции автовозврата и поворота колес на разные углы.

Вал мотора не вращается бесконечно, как на обычных моторах: он поворачивает на 90 градусов по часовой стрелке и на 90 градусов против часовой. Итого - 180 градусов. При этом, при опускании рычага управления стандартного пульта (или нажатии на кнопку сброс/стоп пульта с плавной регулировкой) мотор возвращает вал в центральное положение (то есть колеса авто встают прямо). Помимо этого мотор позволяет устанавливать 7 различных углов поворота колес в каждую сторону: всего 14 позиций + центральная. Для этого необходим пульт с плавной регулировкой, как в наборах с поездами.

Мотор имеет передний и задний выходы соединенные вместе. Это позволяет легко реализовать поворот одновремнно передней и задней осей.

Если мотор управляется обычным пультом с рычагами: при нажатии на рычаг мотор поворачивается на максимальный угол - 90 градусов.

При управлении мотором пультом с регулировкой скорости мотор будет поворачивать вал постепенно в соответствии с вращением колеса пульта.

ВАЖНО: при строительстве модели вал мотора должен быть выровнен по центру - 4 точки на моторе и оранжевом выходе вала должны лежать на одной линии. Для центровки нужно подключить мотор к любому выходу IR ресивера подключенного к включенному батарейному блоку. В этом случае вы услышите кратковременный звук мотора - центровка произведена. Пульт при центровке трогать не нужно!

Мотор не очень подходит для очень скоростных машин (как правило, они на багги моторах) ввиду относительно медленной скорости поворота вала. Пожалуй, это единственный недостаток. Пусть он вас не смущает - построить очень быструю машину не так то просто. Если вы новичок - сервомотор значительно облегчит вам постройку модели. Модель с таким мотором легче управляется ввиду наличия автоцентровки колес, что очень важно если играть моделью будет ребенок.

В заключение хочу представить вам наглядные сравнительные характеристики от Sariel. Скорость моторов указана "средняя рабочая", а не максимальная. Тем не менее вы можете сравнить и соотнести характеристики моторов между собой.

При написании статьи использовались материалы сайтов lego.com и philohome.com, sariel.pl а также личный опыт строительства.

Удачной моторизации!