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乐咼机器人一齿轮篇
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。

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。介绍一些新的概念一一速度、 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。

一般用中至少需要两个齿轮，如图 ，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
—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。
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转就相当与 8齿齿轮的 3 转。
由此， 我们得到一种加速的方法 （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竞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， 同时就减少了扭矩， 简单的说， 就是在力量上的损 失会转化为速度——速度越快， 扭矩就越小。比率也相同： 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。什么是扭矩？
当你用扳手转动螺钉上的螺母时， 即产生扭矩。扳手动时，螺母产生抵阻力， 你握手柄的地方离螺母越远， 你需要施加的力就越小。 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相似性。 对于杠杆， 合力的大小依赖施力 点和支点的距离，距离越大，力就越大。你可以把齿轮当作杠杆，它的支点就在 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 加速传动要多，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。

最大的乐高齿轮是40齿的，而最小的是8齿的。这样，使用两个齿轮传动 时，最大可以得到1: 5的传动比。（）
1:5 传动比
如果还想得到更高的传动比，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，。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。
9:1 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