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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。

乐高齿轮课程简单(齿轮你不懂怎么教乐高)(1)

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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冠齿

拥有24个弧齿,可 以在直角位置与直齿轮啮合。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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小齿轮驱动大齿轮,降低转速但提升扭矩,可以驱动重物

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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工作原理

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作用

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差速锁

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复合轮系

既包含定轴轮系部分,又包含周转轮系部分。

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