乐高教育加速和减速传动

加速和减速传动加速和减速传动在上个例子中，我们先转动大齿轮（24齿），它的每一个齿都与8齿的两个齿啮合的很好。当转动24齿，每一次在齿轮的接触面一个新齿取代前一个齿时，8齿也刚转过一个齿，因此转过8个齿（24齿的齿轮）可以让小齿轮转过一圈（360度）。当再转过8个齿时，小齿轮又转了一圈。在你转动24齿齿轮的最后8个齿时，8齿齿轮转过第三圈。这也是两轴产生不同速度的原因：24齿转动一圈，8齿齿轮转动了三圈！我们用两个齿轮齿数之比来表示两者的关系：24比8。经过简化，得到3:1。从数字来看，24齿齿轮一转就相当与8齿齿轮的3转。我们得到了一种加速的方法（从技术角度来将应称为角速度，而不是速度）。这时候你可能会想到在竟速小车上使用巨大的传动比，遗憾的是，在力学中有得必有失，获得了速度，但同时也减少了扭矩，简单的说就是在力量上的损失，同时转化为速度—速度越快，扭矩就越小。比率也同样：如果获得了三倍的角速度，你的扭矩会减小到原来的1/3.齿轮中有一个有趣的特性：扭矩和速度的转换是对称的，你可以将扭矩转换成速度，反之亦然.当系统增加速度而减小扭矩时，我们称为加速，反之我们称为减速。技巧与提示：什么是扭矩？当你用扳手转动螺钉上的螺母，即产生扭矩，板动时，螺母产生抵阻力，如果你握手柄的地方离螺母越远，你施加的力就越小。实际上力矩是两个参数的乘积：距离和力。增加其中一个量，就可以增加扭矩。力矩的度量单位就是力的单位和距离的单位。国际单位表示为牛顿.米（Nm）或者是牛顿厘米（Ncm）。如果熟悉杠杆，你会认识到它们之间的类似性。对于杠杆，合力的大小依赖施力点和支点的距离，距离越大，力就越高，你可以把齿轮当作杠杆，它的支点就是轴上，施力点在齿轮的齿上，将同样的力施加到更大的齿轮上，扭矩就增加了。什么时候应当加速或减速传动，经验会告诉你。总的来说，减速传动用的比加速传动多，因为马达会产生很高的速度，但扭矩很小，在多数时候，常减小速度来提高扭矩，让小车能爬上斜坡，或者让机器人的手臂举起物体。在你不需要大扭矩时，可以减小速度来精确定位。力学中能量转换是有损耗的。在上面的例子中，它的损耗就是由摩擦力引起的，尽管摩擦力是无法避免的，但我们应尽量减小摩擦力，因为摩擦力在转换过程中会抵消一部分扭矩的。2.4齿轮传动机构最大的乐高齿轮是40齿的，而最小的是8齿的.这样,可以得到1:5的传动比。(如图2.2).图2.21:5传动比如果还想得到更高的传动比，那应该使用多级变速系统（加速或减速），我们称它为齿轮传动链。如图2.3,在这个装置中，第一级传动比为3：1，第二级传动比为3：1，这样总的传动比就为9:1，图2.39:1的传动比齿轮传动链可能会产生让你难以置信的能量，因为它能将扭矩转化为角速度，两个1：5的传动比产生1：25的传动比，3个1：5的传动比产生1：125的传动比。但必须小心使用，因为乐高部件可能因为机器人不能产生某种动作而损坏。换句话说，如果某一样部件卡住了，乐高马达的速度乘上125产生的速度足扭曲梁，扭断轴或者打破齿轮的齿。注意：记住在增加多级减速过程中，每增加一级就会产生更大的摩擦力，因此，如果想得到最大的传动效率，你应该尽可能的降低传动级来达到你所需的传动比。技巧与提示：选择合适的传动比我们建议你在选择传动比之前先做一些实验。不要等到搭好机器人的时候才发觉传动机构没有正确的工作。先搭建一个粗糙的模型或者是一个特殊的子模型，调试传动比，直到你满意为止，搭建的模型不需要很坚固，也不需要很完整。只要能正确模拟某一个具体的动作以及能处理实际的载重是很重要的。举个例子，如果你准备搭建一个能斜坡（50%坡度）的机器人。首先必须计算模型所要承受的所有重量：执行其它任务的马达，RCX，额外的部件等等。不能无负载测试，否则机器人就无法正常工作。