老电影南征北战|机器人等级考试一级之“齿轮”

作者:佚名   时间:2020-03-03 17:03

机器人等级考试一级之“齿轮”

齿轮是一种非常常见的机械结构,也是机器人一级考试中比重比较大的知识点之一。今天,鲸鱼叔叔就给同学们介绍下齿轮。




齿轮是一种轮缘上有齿并且能连续啮[niè]合传递运动和动力的机械零件。


我们常在钟表或电动机等中看到齿轮:





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齿轮啮合运动有一个非常重要的前提,就是能够啮合的轮齿必须是一样大小的,齿的规格如果不同,是无法传递动力的。




齿轮在机械设计中有几个作用:


1、传递动力



上面的三个齿轮,旋转任意一个齿轮都会带动另外两个齿轮转动,动力从一个齿轮传递给了另外两个齿轮。


我们给其中一个齿轮安装上摇把并用力转动,安装摇把的齿轮我们叫它主动轮,跟着旋转的齿轮叫从动轮。


2、改变运动方向


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同学们想象一下,两个齿轮如果按照上图的方式运动,这两个齿轮的转动方向是不是相反的呢?这体现了齿轮的一个重要作用,就是能够改变运动的方向。


齿轮的常见啮合方式有两种,平行啮合和垂直啮合。上面的图都是平行啮合的齿轮,下图是一个垂直啮合的例子:


垂直啮合可以将运动的方向改变90度,也是常用的齿轮用法。


在一些应用齿轮的场景,我们想传递动力,又不想改变动力的方向,这时候怎么办呢?负负得正,可以在两个齿轮中间增加一个齿轮,使得第一个齿轮和第三个齿轮的转动方向相同。中间增加的这个齿轮我们称之为惰[duò]轮。


3、改变运动的速度


还以这张图为例,大齿轮带动小齿轮,大齿轮每转一个齿,因为大齿轮和小齿轮是啮合的,所以小齿轮也跟着转一个齿,大齿轮转一圈,小齿轮就要转超过一圈。


手机牛牛游艺 那么,转一圈的大齿轮带动小齿轮转几圈呢?我们来计算一下,上图的大齿轮是40个齿,小齿轮是24个齿,所以大齿轮转一圈小齿轮转40÷24=1又2/3约等于1.67圈。在这个例子中,我们把主动轮(大齿轮)除以从动轮(小齿轮)的比值叫做齿轮的传动比:


传动比 = 主动轮的齿数 ÷ 从动轮的齿数


传动比大于1的时候,从动轮转的快,这样的齿轮就是加速装置,相反地,传动比小于1的时候,主动轮转的快,就是减速装置




一级考试实操模型中的手摇风扇,就是一个典型的加速装置,因为我们希望风扇转的快,才能带来更多的凉风。




小结一下,齿轮的三个作用:




除了平行啮合的齿轮和垂直啮合的齿轮外,齿轮还有几种常用的用法:


齿轮和蜗杆的组合


齿轮和蜗杆的组合


上图中,齿轮下面的螺旋结构就是蜗杆。蜗杆常用来传递垂直交错的动力。齿轮和蜗杆的组合有一个重要的特性,即蜗杆可以轻易转动齿轮,而齿轮无法带动蜗杆转动。




齿轮和齿条的组合:


齿轮和齿条的组合


上图中的组合可以将齿轮的圆周运动转化为齿条的直线运动。


齿轮的知识点到这里就讲的差不多了,和其它运动机械结构相比,齿轮的啮合运动特性使得齿轮可以准确传递运动,传动力大,同时,缺点也是因为运动必须啮合,所以轮齿容易损坏断裂,噪音也比较大。


最后,鲸鱼叔叔给同学们提一个小问题:如果让我们用积木搭建一个摩天轮,应该怎么搭?摩天轮是加速还是减速装置?


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