乐高齿轮课程简单（齿轮你不懂怎么教乐高）

乐高齿轮课程简单（齿轮你不懂怎么教乐高）齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件。齿轮客观世界中，具现物质的建构归根结底只有平面和空间。乐高搭建当然也逃不出，任何模型终究要归溯到平铺和垒高两个方面。所以连接各种积木的技能，比如平铺、互锁、两点固定等是最基本也是最先需要掌握的知识，而在齿轮、杠杆等机械机构之前必须要有物理常量知识的铺垫学习，比如运动、力等，毕竟机械机构最基本的功能就是传递运动和力。长期以来，致力于对拼搭技能、机械机构、几何结构、物理常量等体系内的子系及元素的归纳整理阐释，可能依然有欠缺，依然不完善，依然有错误，但这已经不是现阶段个人靠查阅资料和闭门造车可以完成的工作了，所以想分享出来，和大家一起讨论，指出不足之处。本文来源于长期以来归纳的轮轴体系茎叶图，再次进行分享。

前言

在乐高课程中，从2岁到100岁，搭建是不可或缺的重要一环，甚至占据整节课的一多半时间。

纵观围绕建构而衍生的全部知识点，除了依托具体作品而产生的语数生地等常识普及外，剩下的知识点可以说是贯穿整个年龄段，彰显老师专业性，区分一个乐高老师是否合格的衡量标准。

这些知识点划分下下来，不外乎为拼搭技能、机械机构、几何结构、物理常量几个方面。因为不论是乐高教师还是乐高知识，现阶段尚未出现权威培训和教材体系，导致每个机构每个老师基本上是自成一派，摸石过河。

客观世界中，具现物质的建构归根结底只有平面和空间。乐高搭建当然也逃不出，任何模型终究要归溯到平铺和垒高两个方面。所以连接各种积木的技能，比如平铺、互锁、两点固定等是最基本也是最先需要掌握的知识，而在齿轮、杠杆等机械机构之前必须要有物理常量知识的铺垫学习，比如运动、力等，毕竟机械机构最基本的功能就是传递运动和力。

长期以来，致力于对拼搭技能、机械机构、几何结构、物理常量等体系内的子系及元素的归纳整理阐释，可能依然有欠缺，依然不完善，依然有错误，但这已经不是现阶段个人靠查阅资料和闭门造车可以完成的工作了，所以想分享出来，和大家一起讨论，指出不足之处。

本文来源于长期以来归纳的轮轴体系茎叶图，再次进行分享。

齿轮

齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件。

齿轮分类

直齿轮

拥有方形齿，可相互水平啮合的齿轮，也称平齿。

单面锥齿

一面拥有锥形齿，可相互水平啮合也可垂直啮合的齿轮。

双面锥齿

两面拥有锥形齿，可相互水平啮合也可垂直啮合的齿轮。

冠齿

拥有24个弧齿，可 以在直角位置与直齿轮啮合。

离合齿轮

白色齿身，中间轴套处为深灰色，在遇到超高扭矩时会打滑以保护马达。

蜗杆

拥有螺纹齿，是斜面的一种改型，螺纹就像是环绕圆柱体的斜面，螺纹的宽度就像是斜面的角度。可以与齿轮啮合，只能用作主动齿，不能被用作从动齿。

齿条

拥有方形齿的条形零件，可与齿轮相互水平啮合。

差速壳

大齿圈上有28个锥齿，单独的差速壳是无法工作的，必须安装三个12齿锥形齿轮才能正常工作。

转盘

常用的转动零部件，分为大转盘和小转盘。大转盘由黑色的顶盖和浅灰色的底盖组成，顶盖边缘有56个外直齿，底盖中心为24个内直齿的齿圈。

空转齿轮

不会与承载它们的轴一起转动，不进行动力传递，做无用功的齿轮。空转齿轮一面圆环内有四条凸起，可以与驱动环一起结合转动。

球状齿轮

拥有四个圆形球齿，可相互水平啮合也可垂直啮合。

作用

传递机械动力，实现分路传动，用做动力的分解和合成。

使用齿轮系可以改变速度、方向和力，把扭矩转化为速度，或把速度转化为扭矩。

获得较大的传动比，实现变速传动，转变扭矩。

实现换向传动。

齿隙

齿隙是任意两个啮合齿轮之间的空隙累计总和。

齿轮越小齿隙越大。

平齿轮间产生的齿隙比斜面齿轮的更大。

巨大的齿隙会使从动部件产生一定的自由空间，降低传动的准确性。

扭矩

使物体发生转动的一种特殊的力矩，就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛·米（N·m）。

转速

单位时间内，物体做圆周运动的次数，用符号"n"表示；其国际标准单位为r/S （转/秒）。

传动比

两个互相啮合的齿轮或两个通过链条链接的链轮之间的齿数关系，或者两个用传动皮带连接的滑轮的圆周周长比。

功率固定的条件下扭矩与转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大。

小齿轮驱动大齿轮，降低转速但提升扭矩，可以驱动重物

大齿轮驱动小齿轮，提高转速但降低扭矩，可以保护下游的组件，使其免受电机大扭矩的冲击

转速比

要求出两个啮合齿轮相对移动的比值，即轴的转速比，等于相互啮合齿轮的周长比。相互啮合的齿轮，主动轮转动一个齿，则从动轮也相应转动一个齿，因为齿轮每个齿间距离相等，所以计算齿数比就是计算周长比的更简单方式。

扭矩比

扭矩比与齿数比是反比例关系，即扭矩和速度的转换是对称的，扭矩比=1/转速比。

计算证明：齿轮属于特殊杠杆，支点为轴，施力点在齿轮的齿上。假定一组相互啮合的24齿齿轮和8齿齿轮，其转速比为1/3，即周长比为1/3 半径比为1/3。L1*F1=L2*F2，F2*L3=L1*F3，L2=3L3 则，F1/F3=3/1。

多级传动比

使用多次加速或减速齿轮机构得到更高的齿轮传动比。

二级传动比：第一级：24齿直齿轮与8齿直齿轮的传动比为24/3=3:1。同轴同速：8齿直齿轮与24齿直齿在同一个轴上转速相同。第二级：第二个24齿直齿与8齿直齿轮的传动比为24/3=3:1。总传动比：3:1*3:1=9:1。

传动效率

齿轮都有自重，且会产生一定的摩擦阻力。所以齿轮组都无法用到100%的马达动力。使用的齿轮越少越小传动效率越高。

定轴轮系

轮系运转时，其各个齿轮的轴线相对于机架的位置固定不变，可分为平行轴、相交轴，交错轴。

平行轴传动

平行传动

由相互水平啮合的齿轮构成（直齿和锥齿都可水平啮合），用作平行轴之间的动力传递，可以改变转速、扭矩和转向。

齿条传动

齿轮条是一个齿条与圆形齿轮组合在一起的平面机构。齿轮旋转运动和齿条直线运动之间的相互转换，齿条的横向移动距离与小齿轮的齿数成正比。

惰轮传动

一系列齿轮互相啮合，则只有第一个是主动齿轮，最后一个是从动齿轮，则两者之间的齿轮都称为惰轮。惰轮在主动轮和从动齿轮中间起传递作用的齿轮，同时跟这两个齿轮啮合，用来改变从动轮转动方向。

惰轮对从动轮的转向将产生影响，但不影响扭矩和转速的传输：只有传动和从动齿轮才决定这两个数值。

惰轮是不做功的轮子，有一定的储能作用，对系统稳定有帮助。

变速环传动

由变速联轴器、变速环、空转齿轮和变速器组成，通过变速器拨动变速环，变速环与变速联轴器一侧的空转齿轮锁定，使得空转齿轮随变速联轴器共同旋转，驱动与空转齿轮啮合的齿轮。

变速环

变速环内壁上的脊线可以与变速联轴器锁定后一起转动，并能在一定外力作用下沿轴向滑动。

变速环两侧均有四个凸起，与16齿的空转齿轮相锁定后，就可以带动空转齿轮共同旋转。

变速联轴器

带有3圈弧形脊线的联轴器，外部的4条纵向凹槽可以与变速环环锁定在一起转动。

此外还有链轮传动，棘轮棘爪传动都属于平行轴传动。

相交轴传动

相互啮合的两个齿轮，其传动轴相互垂直且可以有一个交点，可以使轴线旋转90度，用作相交轴之间的动力传递，可以改变转速、扭矩和转向，包括锥齿传动，冠齿传动和球齿传动。

交错轴传动

相互啮合的两个齿轮，其传动轴相互交错，主要由蜗轮蜗杆传动。

周转轮系

如果轮系转动时，其中至少有一个齿轮轴线的位置并不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴线回转。

一个周转轮系，必有一个行星架，铰接在行星架上的若干行星轮，和与行星轮啮合的太阳齿轮。

太阳轮：绕着固定轴线回转。

行星轮：绕着自己的轴线自转，随着构件绕着固定轴线公转。

行星轮系

由一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个大转盘组成，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。

在传递动力时可以进行功率分流，并且输入轴和输出轴处在同一水平线上，实现减速（增速）、反转功能。

通常由大转盘和3个8齿直齿，以及用来承载行星轮的其他零件（行星架）可构建出行星轮系，其中行星架不能与浅灰色底盖固定在一起，否则内齿会锁死行星轮。

行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态。太阳轮和行星轮外齿啮合，旋转方向相反；齿圈是内齿轮，它和行星轮内齿和外齿轮啮合，两者间旋转方向相同。

在整个行星齿轮机构中，行星架固定不动，行星轮无法公转，行星轮只绕行星架支承轴自转，齿圈随行星齿转动，为定轴传动中的平行轴传动，传动比为行星齿与齿圈的齿数比8/24，动力可以从太阳轮或行星轮输入。

大转盘的底盖固定不动，即内齿固定不动，行星轮绕行星架支撑轴自转，同时绕中心的太阳轮公转，且两个行星轮转速和转矩始终相同，动力可以从太阳轮或外齿圈或行星轮输入。

太阳轮固定不动，行星轮同时自转和公转，转盘随行星轮公转而转动，动力可以从外齿或行星轮输入。

差动轮系

由差速壳、左右半轴齿轮和行星齿轮组成的行星齿机构。

工作原理

作用

差速锁

复合轮系

既包含定轴轮系部分，又包含周转轮系部分。