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乐高齿轮基础教程
(2013-01-31
09:32:23)
标签：
分类：
机器人竞
赛班
齿轮
中文乐高
传动比
科技
乐高
教育
从根本上说，齿轮是将旋转运动从一根轴传递到另一根轴的装置。
某些形式的齿轮也可以
将旋转运动转化成直线运动。在工业应用中，有
几十种不同形式的齿轮，
其中的一些在乐高中被复制出来。
乐高齿轮的
出现，<
/p>
实际上比科技系列
（
Technic
）
和专家搭建系列
（
Expert Builder Line
）
还要早，可以追
溯到上个世纪
60
年代的奇丽齿轮套装（
Samsonite gear
wheels
）。下面介绍
下各种不同齿轮的功能和用法。
齿数比
看最简单的例子，如果一对齿轮的齿数相同，输入轴和输出轴会以
同样的速度转动。事实上，在大多数情况下，齿轮的作用是在保证优越
的机械性能下改
变各个轴的速度。
就像在乐高中用的简单齿轮一样，只
要数出每
个齿轮的齿数，
用输出齿轮的齿数除以输入齿轮的齿数，
我们<
/p>
就能计算出齿数比。例如，输入齿轮是
8
个齿、输出齿轮是
24
个齿，
那么齿数
比就是
24/8=3
。
标准表达方法是
用与
1
相比较的带分号表达式，
写成<
/p>
3:1
。
齿数比
3:1
是什么意思呢？首先，这是轴的转速比，齿数少的齿轮
转的更快些，
在这个例子里，
8
齿齿轮的速度是
24
齿齿轮的
3
倍。
其次，
扭矩比与齿数比是反比例关系，在这个例子里，
8
齿齿轮的扭矩是
24
齿齿轮的
1/3
。
当你使用齿轮提高转速时，扭矩会减小，这叫做
“
齿轮增速
”
，可以
用这种方式来保护下游的组件，使其免受电机大扭矩的冲击。
当使用
齿
轮降低转速时，扭矩会增大，这叫做
“
齿轮减速
”
，可以使用这种方法利
用
小电机或曲柄来提升重物。有时，你也会选择既不增速、也不减速，
只是使用齿轮将扭矩
从一点传递到另一点，
在这一过程中转速和扭矩都
不会发生变化
。
直齿轮
直齿轮用于两根平行的轴上。
在下面的动画演示中，安装在绿色轴
上的灰色齿轮是驱动轮，<
/p>
安装在黄色轴上的红色齿轮是从动轮。
注意看，
< br>这两个齿轮的的速度比是
3:2
，这和它们的齿数比
24:16
是一样的。再
注意看，齿轮上每
个齿的轮廓不是平直的，我们称之为渐开线，这种形
状可以使齿轮做相对的转动，
而不是滑动，这样可以最大限度地减少摩
擦力，提高传动效率。我们还
会看到，每根轴都有两个
Technic
砖块像
轴承一样起支撑作用。一般来说，每根轴至少需要
2
个
轴承支撑来平衡
齿轮的载荷（尽管每个轴销都可能降低使用效率）。轴承（就像黑色的<
/p>
砖块）越靠近齿轮，其支撑作用就越有效。在齿轮的两侧设置支撑轴承
（就像蓝色的砖块）
效果要好于把轴承设置在齿轮的一侧。
一对直齿轮
的作用之一，
就是让输出轴与输入轴以反方向做旋转
运动，
这一点在动
画演示中可以清楚地看到。直齿轮是
Technic
组建中最常见的齿轮。
在科技系列
（
Technic
）和专家搭建系列（
Expert
Builder Line
）
出现
之前
，就已经有直齿轮了，它们出现在上个世纪
60
和
70
年代，是
9
到
42
齿的大型齿轮（如下图）。本文对此不作详细介绍。
下图是
“
标
准
”
的直齿轮。
3
个浅灰色的（
8
齿、
24
齿和
40
齿）出现
于<
/p>
1977
年，
目前仍在生产。
16
齿的浅棕色齿轮
1979
年面世。
深灰色的
24
齿齿轮，<
/p>
出现于
1998
年，
是老式
24
齿齿轮更强壮的替代品。
白色的
24
齿齿轮是“离合”齿轮，当扭矩超出限值时，会产
生滑动，在
1997
年开始被使用。所有这些直齿轮都具有相同
的齿形，任意两个齿轮都可
以配合使用。同时，这些齿轮的齿数都是
8
的倍数，在计算齿数比时，
非常方便。
< br>
“
双锥面
”
齿轮也可以当做直齿轮使用。
我们将在锥齿轮部分详细介
绍它们。
“
双锥面
”
齿轮的轮齿比普通直齿轮更宽，因此能传递更大的扭
矩。
锥齿轮
锥齿轮用在两根轴不平行的情况中。
锥齿轮可以在两根轴成任意角
度的情况下使用，
但是
LEGO
的锥齿轮只使用于两根轴垂直的情况。
在
下面动画演示中，
安装在黄色轴上的红色齿轮是驱动轮，安装在
绿色轴
上的蓝色齿轮是从动轮。
两个齿轮的齿数相同，这两根轴
的转动速度也
相同。锥齿轮的轮齿形状复杂，在支撑轴上产生的力也很复杂。因此，
相对于直齿轮来说，
在锥齿轮的支撑轴上使用合适的轴承更为重要。
一
般来说，
每根轴至少需要
2
个轴承支撑来平衡齿轮的载荷
（尽管每个轴
销都
可能降低使用效率）。轴承越靠近齿轮，其支撑作用就越有效。在
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