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。经过简化，得到 3:1。从数字
来看， 24齿齿轮 1转
齿轮/24/特性/8齿齿轮/8齿/系统/乐高/配合/齿数/速度/
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