乐高齿轮基础教程

乐高齿轮基础教程乐高齿轮是乐高积木中的重要元素之一，它能够将动力传递到不同的部件，使得模型能够运转起来。

在乐高机器人和工程学习中，齿轮也是一个非常关键的组成部分，可以帮助孩子们了解机械传动的原理和运作方式。

本文将为大家介绍乐高齿轮的基础知识和使用技巧，希望可以帮助大家更好地理解和应用这一元素。

1.乐高齿轮的类型乐高齿轮主要有两种类型：直齿轮和斜齿轮。

直齿轮是最常见的类型，它们的齿轮轮廓是直的，可以互相咬合传递动力。

而斜齿轮则是将动力传递到其他部件的常用元素，通过斜坡的设计，可以将动力传递到其他方向。

此外，乐高还有其他类型的齿轮，如蜗轮、双齿轮等，它们在不同的场合下有着不同的应用方式。

2.齿轮的尺寸和齿数乐高齿轮的尺寸和齿数非常多样化，可以根据实际需要选择适合的齿轮来完成构建。

一般来说，齿数越多的齿轮传递动力效果更加平稳，但速度会相对较慢；而齿数较少的齿轮可以传递更高的速度，但效果可能不如相对平稳。

在进行构建时，需要根据具体的需求来选择合适的齿轮组合。

3.齿轮的咬合方式为了使齿轮能够更好地传递动力，需要保证它们的齿轮咬合是正确的。

一般来说，齿轮的齿数要能够整除对方的齿数，这样才能够确保两个齿轮能够良好地咬合在一起。

此外，还需要确保齿轮的轴线能够保持平行，这样才能够确保动力的传递效果。

4.齿轮的应用技巧在进行机械传动的构建时，乐高齿轮是非常重要的元素，可以通过不同的组合方式完成各种不同的机械传动效果。

例如，可以通过中间轴和多个齿轮的组合来实现不同速度的传递，也可以通过蜗轮和斜齿轮的结合来改变传动的方向等。

此外，还可以将齿轮和其他元素如皮带、链条等结合使用，来实现更加灵活和多样化的传动效果。

在构建过程中，需要灵活运用各种乐高元素，找到最适合的组合方式来完成设计。

总的来说，乐高齿轮是乐高机器人和工程学习中的重要元素之一，通过了解其基础知识和应用技巧，可以帮助孩子们更好地理解机械传动的原理和方法，培养他们的创造力和动手能力。

乐高齿轮左右摇摆知识点乐高齿轮是乐高积木系统中的一种常用构件，用来传递动力和控制运动方向。

齿轮可以左右摇摆，也可以用来传递转动运动。

下面将介绍一些关于乐高齿轮左右摇摆的知识点。

1.齿轮基础知识：乐高齿轮由一个或多个垂直排列的齿轮组成，齿轮之间通过齿距相等的齿对接，形成齿轮系统。

在一个齿轮系统中，齿轮的大小决定了齿轮之间的速比关系，小齿轮转动一圈，大齿轮转动的圈数较少。

2.齿轮摆动的机制：乐高齿轮系统中，齿轮的运动主要依靠齿轮之间的啮合来传递。

当一根轴通过旋转带动一个齿轮转动时，这个齿轮会与相邻的齿轮发生啮合，并将旋转运动传递下去。

这种啮合关系使得齿轮可以左右摆动，并且可以通过组合不同大小的齿轮实现不同的速度和运动方向。

3.齿轮的动力传递：乐高齿轮系统中，齿轮主要通过片状齿轮来传递动力。

片状齿轮（也称尼龙齿轮）是一种可弹性变形的齿轮，它能够在强力作用下稍稍变形，从而提供弹性连接。

这种弹性连接使得齿轮在传递动力时能够吸收一部分冲击力，保护其他部件不受损坏。

4.齿轮的控制运动方向：乐高齿轮系统中，通过改变齿轮的大小和位置，可以控制齿轮的转动方向。

一般来说，将一个齿轮固定在一根轴上并使其旋转，其他与之相邻的齿轮会跟随旋转，并在相应的方向上转动。

如果两个相邻的齿轮的大小不同，小齿轮转动一圈时，大齿轮的周长上的点会移动较少的距离，也即大齿轮转动角度较小；反之，大齿轮转动一圈时，小齿轮的周长上的点会移动较多的距离，也即小齿轮转动角度较大。

这种速比关系使得可以通过齿轮的组合来控制运动方向。

5.齿轮的左右摇摆：乐高齿轮系统中的左右摇摆通常是通过齿轮的运动和位置的变化来实现的。

通过改变齿轮的大小和位置，可以使得齿轮在系统内左右摆动，从而实现不同的功能。

比如，可以通过组合不同大小和位置的齿轮，使得一个齿轮通过旋转驱动另一个齿轮在一些角度范围内左右摆动，从而产生一种特定的运动效果。

总结：乐高齿轮系统中的左右摇摆是通过改变齿轮的大小、位置和组合来实现的。

乐高机器人—齿轮篇教案在机器人的设计中，机械结构是完善系统的一个重要因素。

要认识各种各样的传动机构，了解其工作原理及其优缺点，什么时候用哪种传动系统最有效等，从而设计出出色的机器人系统。

2.1简介齿轮是机器中很重要的部件，它几乎是机器的象征。

探索齿轮的一种非常有用的特性：将一种力魔法般的转换成另外一种力。

介绍一些新的概念——速度、力、扭矩、摩擦力；还有一些简单的机械理论基础。

认识齿轮和简单杠杆之间的相似点。

2.2齿数的计算一般用中至少需要两个齿轮，如图2.1所示，为两个普通的乐高齿轮：左边是8齿齿轮，右边是24齿齿轮。

齿轮的最重要属性就是它的齿数。

齿轮是根据齿数分类的：它的英文缩写就代表它的名字，例如24齿的齿轮可以表示为24t 。

图2.1 一个8齿和24齿的齿轮例子中使用了8齿和24齿的两个齿轮，分别固定在一根轴上。

两轴与一带孔梁相配合，两孔间距两个乐高单位（一个乐高单位就相当于相邻两孔间距），现在一手拿住梁，另一手轻轻地转动其中一根轴，注意到的第一个特性：当转动其中一根轴时，另一轴也同时转动，因此，齿轮的基本属性就是可以将运动从一根轴传到其它轴上。

第二个特点是你不需要用很大的力去转动它们，因为齿轮间配合相当紧凑，摩擦力很小，这也是乐高工艺系统大特性之一：部件之间配合精度高。

第三个特点是两根轴反向转动：一个顺时针，一个逆时针。

第四个特点：也是最重要的特性，就是两根轴的旋转速度不同。

当转动8齿齿轮时，24齿齿轮转动得很慢；而24齿的齿轮转动时，8齿齿轮转动得很快。

2.3加速和减速传动先转动大齿轮（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齿也刚好转过一个齿，因此，大齿轮转过8个齿（24齿的齿轮）就可以让小齿轮转过一圈（360度）。

当大齿轮再转过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齿齿轮转动一圈，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。

前言：译者的话这是一篇偶然为之的译文，原因是我在镇上搜齿轮相关的文章，搜到了一篇乐高中文爱好者翻译自Sariel.pl的文章《Scaling Tutorial for Vehicles》（“按比例缩放搭建乐高车辆模型教程中文版”），而作者在他的原文中提到了他另一篇教程，也就是本文《Gears Tutorial》（首次发表于2009年9月29日），一时兴起，也想多了解点乐高齿轮的知识，就动手翻了，由于入科技坑时间尚短，有些专用术语翻得不够妥帖，也请各位前辈指正。

另外，原文中引用的一些连接在译文中也有体现，但引文中的内容无力一一翻译，欢迎有兴趣的玩家接力。

转载本译文请注明出处及译者，本人不同意任何商业用途的转载或发表。

by Jeroo 2013.12.11 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 正文这是一篇详细的关于乐高齿轮的介绍，如何应用它们的一些基础机械准则，以及它们的优缺点。

本文作于2010年2月19日。

当我描述我的作品或点子，以及它们的功能时，我假设本文的读者应当具备基础的机械及齿轮运行知识。

不过这个假设貌似有时候是错的，当这种（错误假设的）情况出现时我会有挫败感，但我没有理由去忽略这部分没有充分了解齿轮如何工作的读者，或者去否认搭建乐高科技系列带给他们的快乐。

基于此，我准备了这个教程，覆盖了我所有关于齿轮的认知并且尝试用菜鸟的认知角度去描述。

我希望这个教程可以同时帮到初学者和有经验的乐高玩家，为更加清晰我会分两部分来分别描述。

目录1.齿轮简介2.基础理论3.齿轮的种类4.传动比5.传动效率6.齿轮啮合间隙7.附录1.齿轮简介齿轮有什么用？一个非常常用的回答是：将动力从发动机传递到最终的机械装置。

这是对的，但并不全面。

齿轮的最终目的是将发动机的特点通过最佳方式改造成我们想要的样子。

乐高齿轮基础教程 Revised by Chen Zhen in 2021乐高齿轮基础教程标签：分类：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，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，安装在黄色轴上的红色齿轮是从动轮。

注意看，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。

乐高机器人—齿轮篇在机器人的设计中，机械结构是完善系统的一个重要因素。

要认识各种各样的传动机构，了解其工作原理及其优缺点，什么时候用哪种传动系统最有效等，从而设计出出色的机器人系统。

2.1简介齿轮是机器中很重要的部件，它几乎是机器的象征。

探索齿轮的一种非常有用的特性：将一种力魔法般的转换成另外一种力。

介绍一些新的概念——速度、力、扭矩、摩擦力；还有一些简单的机械理论基础。

认识齿轮和简单杠杆之间的相似点。

2.2齿数的计算一般用中至少需要两个齿轮，如图2.1所示，为两个普通的乐高齿轮：左边是8齿齿轮，右边是24齿齿轮。

齿轮的最重要属性就是它的齿数。

齿轮是根据齿数分类的：它的英文缩写就代表它的名字，例如24齿的齿轮可以表示为24t 。

图2.1 一个8齿和24齿的齿轮例子中使用了8齿和24齿的两个齿轮，分别固定在一根轴上。

两轴与一带孔梁相配合，两孔间距两个乐高单位（一个乐高单位就相当于相邻两孔间距），现在一手拿住梁，另一手轻轻地转动其中一根轴，注意到的第一个特性：当转动其中一根轴时，另一轴也同时转动，因此，齿轮的基本属性就是可以将运动从一根轴传到其它轴上。

第二个特点是你不需要用很大的力去转动它们，因为齿轮间配合相当紧凑，摩擦力很小，这也是乐高工艺系统大特性之一：部件之间配合精度高。

第三个特点是两根轴反向转动：一个顺时针，一个逆时针。

第四个特点：也是最重要的特性，就是两根轴的旋转速度不同。

当转动8齿齿轮时，24齿齿轮转动得很慢；而24齿的齿轮转动时，8齿齿轮转动得很快。

2.3加速和减速传动先转动大齿轮（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齿也刚好转过一个齿，因此，大齿轮转过8个齿（24齿的齿轮）就可以让小齿轮转过一圈（360度）。

当大齿轮再转过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齿齿轮转动一圈，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。

乐高机器人---运动篇8.1简介灵活的思维造就出了许许多多的机器人，运动使创造物获得了生命，带来无限的乐趣，同时也对自己的创造力进行了挑战。

大多数运动机器人都属于轮子型与腿型机器人。

虽然轮子在光滑的表面很有效，但是在凹凸不平的地面上运动，腿提供了更有力的方式。

底盘结构是为了突出显示它们的传动系统和连接情况，因此，在实际搭建中还需对此结构加固。

8.2简单的差动装置机器人具有很多优点（尤其具有简单性），至少在乐高的可移动机器人中常用到此结构。

差动装置由机器人两边两个平行的驱动轮构成，单独提供动力，另外有一个或多个轮脚（万向轮）用于支撑重量并不是没有作用（图8.1）。

注意我们称这个装置为差动装置是因为机器人的运动矢量是由两个独立部件产生的（它与差速齿轮没有关系，此装置上没有使用差速齿轮）。

当两个驱动轮以相同方向、相同速度转动时，机器人作直线运动。

如果两个轮子转动速度相同，但方向相反时，机器人会绕着连接两轮线段的中心点旋转。

根据轮子不同的转向，表8.1列出了机器人的不同运动状态。

图8.1简单差动装置表8.1 轮子不同的旋转方向产生不同的运动状态组合不同方向和速度，机器人可以做任意半径的旋转。

因为它的灵活性、及原地旋转的功能成为许多工程的教学器具。

另外，由于它很容易实现，所以乐高有一半以上的运动机器人属于此结构。

假如你想跟踪机器人的位置，那差动装置又是比较好的选择，仅仅需要简单的数学知识。

这种结构只有一种弊端：它不能保证机器人笔直的运动，因为两个马达的功效总有差别，一个轮子会比另外一个轮子转动的快一点，因此使得机器人略微偏左或偏右。

在某些应用中这中情况不会有问题，可以通过编程来避免，比如使机器人沿线走或在迷宫中寻找路线行走，但是让机器人在空地上走直线恐怕不行。

8.2.1直线运动使用简单差动装置有许多方法可以保持直线行走，最简便的方式是选择两个速度相近的马达。

如果你有两个以上的马达，尽量找两个速度最匹配的马达，这种方式也不能确保机器人走直线，但至少能减小走偏的情况。