樂高齒輪詳解

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1、《樂高Technic系列齒輪詳解》前言：譯者的話這是一篇偶然為之的譯文，原因是我在鎮(zhèn)上搜齒輪相關(guān)的文章，搜到了一篇樂高中文愛好者翻譯自Sariel.pl的文章《ScalingTutorialforVehicles》（“按比例縮放搭建樂高車輛模型教程中文版”），而作者在他的原文中提到了他另一篇教程，也就是本文《GearsTutorial》（首次發(fā)表于2009年9月29日），一時興起，也想多了解點樂高齒輪的知識，就動手翻了，由于入科技坑時間尚短，有些專用術(shù)語翻得不夠妥帖，也請各位前輩指正。另外，原文中引用的一些連接在譯文中也有體現(xiàn)，但引文中的內(nèi)容無力一一翻譯，歡迎有興趣的玩家接力。轉(zhuǎn)載本譯文請

2、注明出處及譯者，本人不同意任何商業(yè)用途的轉(zhuǎn)載或發(fā)表。byJeroo2013.12.11~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~正文這是一篇詳細(xì)的關(guān)于樂高齒輪的介紹，如何應(yīng)用它們的一些基礎(chǔ)機械準(zhǔn)則，以及它們的優(yōu)缺點。本文作于2010年2月19日。當(dāng)我描述我的作品或點子，以及它們的功能時，我假設(shè)本文的讀者應(yīng)當(dāng)具備基礎(chǔ)的機械及齒輪運行知識。不過這個假設(shè)貌似有時候是錯的，當(dāng)這種（錯誤假設(shè)的）情況出現(xiàn)時我會有挫敗感，但我沒有理由去忽略這部分沒有充分了解齒輪如何工作的讀者，或者去否認(rèn)搭

3、建樂高科技系列帶給他們的快樂?；诖?，我準(zhǔn)備了這個教程，覆蓋了我所有關(guān)于齒輪的認(rèn)知并且嘗試用菜鳥的認(rèn)知角度去描述。我希望這個教程可以同時幫到初學(xué)者和有經(jīng)驗的樂高玩家，為更加清晰我會分兩部分來分別描述。目錄1.齒輪簡介2.基礎(chǔ)理論3.齒輪的種類4.傳動比5.傳動效率6.齒輪嚙合間隙7.附錄1.齒輪簡介齒輪有什么用？一個非常常用的回答是：將動力從發(fā)動機傳遞到最終的機械裝置。這是對的，但并不全面。齒輪的最終目的是將發(fā)動機的特點通過最佳方式改造成我們想要的樣子。傳輸動力實際上是這個過程中的一個邊際效應(yīng)。齒輪可以用在每一種動力裝置中，比如電動機，手動曲柄，風(fēng)力發(fā)電機，水車等等。在本文中我們設(shè)定動力是

4、由電動馬達(dá)提供的，因為這是樂高科技系統(tǒng)最常用的動力解決方案，而且被齒輪傳遞的動力可由常量計算。每個馬達(dá)根據(jù)其型號都有它獨有的機械動力。樂高擁有一系列不同型號的馬達(dá)，有一些可以輸出較大的動力。重要的是，馬達(dá)的機械動力包含兩個要素：轉(zhuǎn)速和扭矩。這兩者均可通過齒輪傳遞。轉(zhuǎn)速就是馬達(dá)在指定的時間間隔內(nèi)其傳動軸所轉(zhuǎn)的圈數(shù)的一個簡單數(shù)字，轉(zhuǎn)速越高，我們獲得的數(shù)字就越大。在機械學(xué)中，轉(zhuǎn)速通常用“RPM”衡量，即每分鐘轉(zhuǎn)動次數(shù)。1RPM指馬達(dá)傳動軸每分鐘轉(zhuǎn)一圈，當(dāng)然這是非常慢的速度。絕大多數(shù)樂高馬達(dá)都提供100RPM以上的轉(zhuǎn)速。扭矩指馬達(dá)傳動軸轉(zhuǎn)動時所帶的動力。扭矩越高，傳動軸轉(zhuǎn)動時就越難停止。所以我們通

5、常更喜歡高扭矩的馬達(dá)，因為這樣就可以比普通馬達(dá)驅(qū)動一些更重的機械或更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。扭矩通常用N.cm計量，我們需要知道的是N.cm數(shù)值越大，扭矩就越大。簡單來說，機械動力就是馬達(dá)扭矩和轉(zhuǎn)速的乘積（譯者按：作者在這里用了“quotient”一詞，字面意義為商，我只能改成乘積了，否則無法理解）。如果我們增加扭矩和/或轉(zhuǎn)速，機械的動力就相應(yīng)提升。實際上，馬達(dá)的扭矩是固定的，如果不改變馬達(dá)的本身結(jié)構(gòu)，扭矩就不會變化。而另一方面，速度則取決于加在馬達(dá)上的電壓值。電壓越高，轉(zhuǎn)速越大，所以通過調(diào)節(jié)馬達(dá)電壓就可以改變馬達(dá)的動力。樂高馬達(dá)的官方標(biāo)準(zhǔn)電壓是9V，相當(dāng)于6節(jié)AA電池的電壓。最近發(fā)布的樂高可充電電池

6、提供7.4V電壓。這就意味著用這種充電電池驅(qū)動的馬達(dá)輸出的動力要小于用普通AA電池組電源，但這僅是理論上的，因為AA電池組提供的電壓會隨時間推移而降低，但可充電電源提供的電壓則相對穩(wěn)定。有些試驗中嘗試用12V電源驅(qū)動馬達(dá)，雖然這樣可以獲得更高的動力，但需要注意的是樂高馬達(dá)都是為9V電壓而設(shè)計的，而不是12V，過高電壓可能會對馬達(dá)形成致命損傷。在本文中我們假定所有馬達(dá)都在相同電壓下運行，不管是9V還是7.4V。如需獲知所有樂高馬達(dá)的動力表現(xiàn)，請訪問此處。我們需要用轉(zhuǎn)速和扭矩來做什么？對于不同的機械結(jié)構(gòu)來說，答案是不同的。如果考慮的是一輛跑車，我們需要它更輕更快。這意味著我們需要更高的轉(zhuǎn)速而不

7、是扭矩，因為一輛較輕的車不需要太大的扭矩去驅(qū)動。利用齒輪組，我們可以把扭矩轉(zhuǎn)化為速度，或把速度轉(zhuǎn)化為扭矩。這里有兩個非常重要，卻非常簡單的法則：——當(dāng)我們用一個小齒輪驅(qū)動一個大齒輪，將會提升扭矩但降低轉(zhuǎn)速?！?dāng)我們用一個大齒輪驅(qū)動一個小齒輪，則會提高轉(zhuǎn)速但降低扭矩。最好的情況是我們可以將動力的一部分要素轉(zhuǎn)化為另一種要素，我們不用轉(zhuǎn)化全部。在跑車的案例中，我們就可以通過上述兩條原則中的第二條，用多余的扭矩來獲得額外的速度