电机通过皮带轮带动减速机 和电机的输出轴与减速机输入轴连接，有啥本质区别吗？_百度知道
电机通过皮带轮带动减速机 和电机的输出轴与减速机输入轴连接，有啥本质区别吗？
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从传动角度来说，没有本质区别，但从其他角度来说区别还是有的。
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没本质区别，带传动效率还要损失呢，但是有时候由于安装条件的限制或者节约空间就这么设计了
带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。而电机的输出轴与减速机输入轴连接需要用到联轴器，在安装的时候两都的同心度有一定的要求，运转的时候有冲击，维护相对比较困难和费时。
电机的转速是1400转分钟，那么楼主要获得不同的转速的时候就必须要改变皮带轮的直径来获得，而减速机的目的是通过齿轮的传动来损耗电机所带来的高速运转
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齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互动力和运动的机械传动。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对不远的两轴之间的运动和动力。 　　
齿轮传动[机械工程学术语] - 特点
齿轮传动1)效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为96%~99%，这对大传动有很大的经济意义。 2）结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。 4)传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。 3)工作可靠、寿命长 设计正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。 但是齿轮传动的制造及安装要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。&
齿轮传动[机械工程学术语] - 分类
齿轮传动可按其轴线的相对位置分类，详见图1和表。 齿轮传动& 齿轮传动齿轮传动按齿轮的外形可分为、、、齿条传动和。按轮齿的齿廓曲线可分为渐开线齿轮传动、和等。由两个以上的齿轮组成的传动称为轮系。根据轮系中是否有轴线运动的齿轮可将齿轮传动分为普通齿轮传动和，轮系中有轴线运动的齿轮就称为行星齿轮。齿轮传动按其工作条件又可分为闭式、开式和半开式传动。把传动密封在刚性的箱壳内，并保证良好的润滑，称为闭式传动，较多采用，尤其是速度较高的齿轮传动，必须采用闭式传动。开式传动是外露的、不能保证良好的润滑，仅用于低速或不重要的传动。半开式传动介于二者之间。 啮合定律&　齿轮传动的平稳性要求在轮齿啮合过程中瞬时传动比 i＝主动轮角速度／从动轮角速度＝ω1/ω2＝常数，这个要求靠齿廓来保证。图2表示两啮合的齿廓E1和E2在任意点K接触,过K点作两齿廓的公法线N1N2,它与连心线O1O2交于C点。两齿廓啮合过程中保持接触的条件是齿廓E1上的K点速度vK1和齿廓E2上的K点速度vK2在公法线N1N2方向的分速度相等,即vKn1=vKn2=vKn。由O1和O2分别向N1N2线作垂线交于N1和N2点。则,。传动比为 上式表明，两轮齿廓必须符合下述条件："两轮齿廓不论在任何位置接触，过接触点的公法线必须过连心线上的定点 C──节点。"这就是圆形齿轮的齿廓啮合基本定律。能满足该定律的曲线有很多，实际上还要考虑制造、安装和承载能力等方面的要求，一般只采用、和圆弧等几种曲线作齿轮的工作齿廓，其中大部分为渐开线齿廓。 齿轮传动　　对渐开线齿轮来说图2中的分别是轮1和轮2的rb1、rb2。N1N2线是两个基圆的，即两齿廓任意接触点的公法线与其重合。因为两基圆在一个方向只有一条内公切线，所以任意接触点的公法线都通过定点C,这表明用渐开线作齿廓符合齿廓啮合基本定律。 以O1、O2为圆心过节点 C 所绘的两个圆互称节圆。轮1的节圆半径，轮2的节圆半径渐开线齿轮具有下述特性:①N1N2是两齿廓接触点的轨迹，称为啮合线,它是一条直线。②过节点C作两节圆的公切线tt，它与啮合线N1N 2间的夹角α′称为啮合角,它是常数。③齿面间的压力总是沿着接触点的公法线 N1N2方向，所以渐开线齿轮在传递动力时齿面间的压力方向不变。④传动比与两轮基圆半径成反比。齿轮制成后，基圆是确定的,因此在运转中即使中心距与设计的有点偏差,也不会影响传动比，这一特性称为传动的可分性，它对齿轮的加工、装配及维修十分有利。⑤两齿廓仅在节点C接触时齿面间无滑动，而在其他点接触时齿面间皆有滑动，且距节点愈远，滑动愈大。⑥由于渐开线齿轮可以和直线齿廓的齿条相啮合，故它可以用直线齿廓的展成加工，刀具容易制造，且加工精度可以高。 重合度&　重合度是影响齿轮能否连续传动的重要。如图2所示,轮齿啮合是由主动轮的齿根与从动轮的齿顶接触开始的，即从动轮的齿顶圆与啮合线的交点A是啮合的开始点。随着轮1的转动，推动着轮2，接触点沿着啮合线移动，当接触点移到轮1的齿顶圆与啮合线的交点E时（图中虚线位置）,这时齿廓啮合终止，两齿廓开始分离，E点是啮合终止点,是实际啮合线长。如果前一对齿还在E点以前的D点接触，后一对齿已于A点接触,这时传动是连续的；如果前一对齿已于E点离开，而后一对齿尚未进入啮合,这时传动就出现中断。可见连续传动的条件是实际啮合线长应大于或等于,因为等于基节pb，故连续传动的条件为 考虑齿轮的制造、安装误差及变形的影响，实际中常要求ε≥1.1～1.4。重合度愈大,传动愈平稳。以上所述是指的圆柱齿轮的端面重合度，对斜齿圆柱齿轮尚有纵向重合度。 一对齿轮能够正确的啮合的条件是二者必须模数相等、压力角相等。
齿轮传动[机械工程学术语] - 传动类型
齿轮传动类型圆柱齿轮传动&　用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转／分，圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.96～0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。适用于传递大功率和大转矩的传动。的啮合形式有3种:，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。 锥齿轮传动&　用于相交轴间的传动。单级传动比可到6，最大到8，传动效率一般为0.94～0.98。直齿锥齿轮传动传递功率可到370千瓦，圆周速度5米／秒。斜齿锥齿轮传动运转平稳，较高，但制造较难，应用较少。曲线齿锥齿轮传动运转平稳，传递功率可到3700千瓦，圆周速度可到40米／秒以上。 &　用于交错轴间的传动。单级传动比可到10，最大到100，传递功率可到750千瓦，传动效率一般为0.9～0.98,圆周速度可到30米／秒。由于有轴线偏置距，可以避免小齿轮悬臂安装。广泛应用于和的传动中。 &　用于交错间的传动，传动比可到5，承载能力较低，磨损严重，应用很少。 蜗杆传动&　交错轴传动的主要形式，轴线交错角一般为90°。蜗杆传动可获得很大的传动比，通常单级为8～80,用于传递运动时可达1500；传递功率可达4500千瓦;蜗杆的转速可到3万转／分；圆周速度可到70米／秒。蜗杆传动工作平稳，传动比准确，可以，但自锁时传动效率低于0.5。蜗杆传动齿面间滑动较大,发热量较多，传动效率低，通常为0.45～0.97。 圆弧齿轮传动&　用凸凹圆弧做齿廓的齿轮传动。空载时两齿廓是点接触，啮合过程中接触点沿轴线方向移动,靠纵向重合度大于1来获得连续传动。特点是接触强度和承载能力高，易于形成油膜，无根切现象，齿面较均匀，跑合性能好；但对中心距、切齿深和螺旋角的误差敏感性很大，故对制造和安装精度要求高。 摆线齿轮传动&　用摆线作齿廓的齿轮传动。这种传动齿面间较小，耐磨性好，无根切现象，但制造精度要求高，对中心距误差十分敏感。仅用于及仪表中。 行星齿轮传动&　具有动轴线的齿轮传动。行星齿轮传动类型很多,不同类型的性能相差很大,根据工作条件合理地选择类型是非常重要的。常用的是由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架组成的普通行星传动，，和等。行星齿轮传动一般是由平行轴齿轮组合而成，具有尺寸小、重量轻的特点，输入轴和输出轴可在同一直线上。其应用愈来愈广泛。 　　
齿轮传动[机械工程学术语] - 设计准则
齿轮传动针对齿轮五种失效形式，应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动（如航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算（参阅）。至于抵抗其它失效能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。 　　1、 　　由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮（如用20、经渗碳后淬火的齿轮）或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。 较大的传动，例如输入功率超过75kW的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。 　　2、开式齿轮传动 　　开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。前已述之，对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进行强度计算。
齿轮传动[机械工程学术语] - 减少噪音方法
齿轮传动为了避免减速机不能通过出厂测试，原因之一是减速机存在间歇性高噪声；用ND6型精密声级计测试，低噪声减速机为72.3Db（A），达到了出厂要求；而高噪声减速机为82.5dB（A），达不到出厂要求。经过反复测试、分析和改进试验，得出的结论是必须对生产的各个环节进行综合治理，才能有效降低齿轮传动的噪声。 1、控制齿轮的精度： 齿轮精度的基本要求：经实践验证，齿轮精度必须控制在GB1级，线速度高于20m/s齿轮，齿距极限偏差、公差、齿向公差一定要稳定达到7级精度。在达到7级精度齿轮的情况下，齿部要倒梭，要严防齿根凸台。 2、控制原材料的质量：高质量原材料是生产高质量产品的前提条件，我公司用量最大的材料40Cr和45钢制造齿轮。无论通过何种途径，原材料到厂后都要经过严格的化学成分检验、晶粒度测定、纯洁度评定。其目的是及时调整变形，提高齿形加工中的质量。 3、防止热处理变形： 齿坯在粗加工后成精锻件，进行或处理，以达到： （1）软化钢件以便进行加工； （2）消除残余； （3）细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能； （4）为最终能处理作好组织上的准备。应注意的是，在正火或调质处理中，一定要保持炉膛温度均匀，以及采用工位器具，使工件均匀地加热及冷却，严禁堆放在一起。需钻孔减轻重量的齿轮，应将钻孔序安排在热处理后进行。 齿轮的最终热处理采用使零件变形较小的齿面高频淬火；高频淬火后得到的齿面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。为减少变形。齿面高频淬火应采用较低的淬火温度和较短的加热时间、均匀加热、缓慢冷却。 4、保证齿坯的精度： 齿轮孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中间差左右分布，定在±0.003~±0.005mm；如果超差而又在孔的设计要求范围内，必须分类，分别转入切齿工序。 齿坯的端面跳动及径向跳动为6级，定在0.01~0.02mm范围内。 5、切齿加工措施： 对外购的齿轮刀具必须进行检验，必须达到AA级要求。齿轮刀具刃磨后必须对刀具前刃面径向性、容屑槽的相邻周节差、容屑槽周节的最大累积误差、刀齿前面与内孔轴线平行度进行检验。 在不影响齿轮强度的前提下，提高，增加0.05~0.1m,，改善齿顶高系数，避免齿轮传动齿根干涉。M=1~2的齿轮采用齿顶修圆滚刀，修圆量R=0.1~0.15m。消除齿顶毛刺，改善齿轮传动时齿顶干涉。 切齿设备每年要进行一次精度检查，达不到要求的必须进行维修。操作者亦要经常进行自检，特别是在机床主轴径向间隙控制在0.01mm以下，刀轴径跳0.005mm以下，刀轴窜动0.008mm以下。 刀具的安装精度：刀具控制在0.003mm以下，端面跳动0.004mm以下。切齿工装精度，心轴外径与工件孔的间隙，保证在0.001~0.004mm以内。心轴上的螺纹必须在丙顶类定位下，由螺纹床进行磨削：垂直度≦0.003mm，径跳≦0.005mm。必须保证内螺纹与基准面一次装夹车成，垫圈的平行度≦0.003mm。 6、文明生产： 齿轮传动噪声有30%以上的原因来自毛刺、磕碰伤。有的工厂在齿轮箱装配前，去除毛刺及磕碰伤，是一种被动的做法。 （1）齿轮轴类零件，滚齿后齿部立即套上专用的塑料保护套后转入下道工序，并带着专用的塑料保护套入库和发货。 （2）进行珩齿工艺，降低齿面粗糙度，去除毛刺，并防止磕碰伤，能有效地降低齿轮传动噪声。 7、采取其它材料及热处理、表面处理方式： （1）　可利用粉末成型技术，齿轮成型后齿部高频淬火。 （2）　采用墨铸铁，齿轮切削加工后，再进行软氮化处理。 （3）　采用材料，齿轮切削功工后，采用软氮化处理或齿部镀铜处理。 　　综合所述，要根治齿轮传动噪声，齿轮材料及热处理是要本，齿坯精度是保证，齿轮精度是关键，文明生产是基础。
齿轮传动[机械工程学术语] - 加工方法
齿轮传动1、磨齿： IT6～IT4→IT3， Ra：0.8～0.2μm 原理：成形法和展成法。 （1）成形法磨齿 IT6～IT5， Ra：0.8～0.4 μm，用成形砂轮磨削，生产率较高，加工精度较低，应用较少。 （2）展成法磨齿 锥面砂轮磨齿：砂轮截面齿形为假想齿条的齿形，工件向右滚动，利用右侧面磨削第1齿槽的右侧面，从根部 磨至顶部；然后工件向左滚动，以砂轮左侧面磨削第l齿槽的左侧面，也从根部磨至 顶部，当第l齿槽两侧面全部磨削完毕时，砂轮自动退离工件，工件作分度转动，然后再向右滚动，磨削第2齿槽，这样反复循环，直至磨完全部轮齿。 2、研齿： IT7～IT6， Ra：1.6～0.2μm 设备：研齿机。研具：精密的铸铁齿轮。研磨剂：磨粒：220＃～240＃，活性润滑油特点：与珩齿相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齿形精度。 平行轴线研磨法： 1、过程：研磨轮与被研齿轮的轴线平行，研磨时被研齿轮带动研磨轮作无侧隙的自由啮合运动，被研齿轮还作轴向往复运动，研磨轮被轻微制动。经一段时间后，研磨轮 和被研磨轮作反向旋转，使齿的两个侧面被均匀研磨。 2、特点：由于齿面的滑动速度不均匀，研磨量也不均匀，在齿顶及齿根部分的滑动速度大，研磨量也大。 参考书目 监修，金公望译：《圆柱齿轮的设计》，，北京，1983。（会田俊夫監修、円筒歯車の設計，大河出版社，1976。） 　太原工学院齿轮研究室主编：《圆弧齿轮》，机械工业出版社，北京，1980。 　Gustav　Niemann , Machine　Elements ,Springer-Verlag Berlin Heidelberg,New York,1978.
齿轮传动[机械工程学术语] - &润滑的重要性解析
齿轮传动机构的应用是目前机械应用中最为广泛的一种传动机构。齿轮传动机构既可用来传递空间任意两轴之间的运动和动力，而且齿轮传动机构传动准确、平稳、机械效率高、使用长，工作安全可靠等。齿轮是机械产品的重要基础零件，齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式。齿轮与皮带、摩擦机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高传动比准确，使用寿命长，可靠等优点，因此齿轮传动成为了许多机械产品不可缺少的传动部件。同时值得注意的是齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量。随着齿轮传动不断向高速、重载、高低温和微型化方向发展。润滑不当引起的齿轮失效时有发生，因此在新的环境条件下，研制高性能、通用化、长寿命齿轮润滑油并且合理选择齿轮润滑越发显得重要。润滑对齿轮传动装置而言是具有特殊重要意义的机械构件。在操作过程中，润滑剂接触机械的大多数传动元件出润滑滑动、滚动接触副外润滑剂还要执行冷却和移除滑动，滚动副产生的摩擦热任务。有关机械传动部件生产或制造费用或成本的对比表明：润滑油是可以低成本，比较简单地生产的传动构件。但是与选择机械其他构件相比，为保证传动装置稳定可靠而长期运行，在设计传动装置过程中润滑剂的选择具有决定性重要意义。目前常见的齿轮油都是用基础油和添加剂体合而成的。齿轮油根据不同的吃了传动机构可分为抗氧防锈型齿轮油、极压齿轮油、含油性剂的积压齿轮油、开式油。脂只要用于特殊条件下的吃了传动，如开放式吃了传动，低转速的齿轮传动等。而目前在齿轮传动中使用最多的润滑剂式齿轮油，只有在特殊的情况下，齿轮传动中才会使用润滑脂润滑或者其他类型的润滑剂润滑，而这些特殊情况只占5%左右。
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摆线轮的输出轴结构设计
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主轴曲柄。输入轴为直轴，通过两个滚动轴承以两支点支承在减速器箱体上，该直轴上装有相位差180度的双偏心套，构成两个相位差180度的主动曲柄，他们各装有一个转臂轴承并分别与两个相位差180度的连杆连接。
连杆。两个相位差180度的连杆的另一端通过转臂轴承与从动曲柄相连，从动曲柄和主轴曲柄长度相同，并同样用轴承支承于减速器箱体上，主、从动曲柄支点间距离和连杆长度相同，在传动机构中，连杆中部带有针轮，形如环板，故在具体结构中，连杆也就是带有针轮的环板。
从动曲柄。其结构和主动曲柄基本上相同，由于在平行四杆机构通过死点位置时，从动曲柄曲柄可以与主动曲柄同向回转，也可以反向回转，是一不稳定位置，所以为保证从动曲柄能稳定可靠地与主轴曲柄同向回转，必须另加约束。
摆线轮。一个较宽的摆线轮，用键固定在输出轴上，它同时与分别装于两个相位差180度的连杆中部的针轮相啮合。摆线轮的齿形采用我们经过优化修形的新齿形，可以与针轮达到理想的共轭多齿同时啮合，不仅传递的转矩大，而且传动平稳。
输出轴。固装摆线轮的输出轴，为两支点简支在箱体上。与必须采用特定输出机构的通用摆线针轮行星减速器的悬臂输出轴相比，不仅结构简单，而且刚性要好得多。
箱壳。由箱体和侧端盖两部分组成。其设计除了要考虑可靠地支承主、从动曲柄及输出轴，便于制造和安装拆卸，润滑密封可靠外，还要可靠地保证装于每个环板上一圈针孔销孔不能沿轴向脱出。为此，在箱体和侧盖上均有一圈环形凸台，他们与环板间只留有少量侧隙，即能允许环板自由的平动，而又能可靠保证针齿销不会从环板上针销孔内沿轴向脱出。
同步带。为了使双曲柄机构顺利通过死点，可以采用的措施很多，最简单易行的方法是同步带联动双曲柄。
渐开线为齿形的三环传动，可使双曲柄机构顺利通过死点，但在任一个被动曲柄通过死点时仍会产生明显的瞬时冲击振动，而且三环传动不可能达到动平衡，在双曲柄环板式针摆线行星传动中为了使双曲柄机械省力平衡地通过死点，在中、小输出转矩时，可采用同步连带联动双曲柄的双环板式结构或3个联动双曲柄的双环板式。针摆线行星减速器在大的输出转矩时，可采用双电动机驱动双曲柄的四环板式针摆线行星减速器。可以在动平衡状态下平稳运转，这时两个曲柄用机械性能相同的两个电动机驱动，依靠电动机的转差特性。载荷大时转速下降，载荷小时转速上升规律，使通过连杆上的针轮带动同一摆线轮的两台电动机自动保持转速与功率均载。此外，还有用3个齿轮联动双曲柄的四环板式针摆行星减速器。上述传动方式，都不存在主动曲柄通过连杆推动被动曲柄过死点因而产生瞬间冲动的问题，而且双曲柄四环板式针摆行星减速器可以实现在动态平衡状态下运转，传动特别平衡。
责任编辑：叶金波
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有效利地用传动原理，可以起到事半功倍的效果。但是，很多人并不是专业人士，不一定非常了解机械结构原理，即使生活中的机械结构无处不在，平时我们也很少去注意它们是怎么工作的，以及为什么要使用这些机械。但是，在机器人的设计中，机械结构是完善系统的一个重要因素。这里通过浅显的例子，和你一起动手设计，可以让你在一小时内，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，帮你设计出出色的机器人系统。
本章包含的内容:
齿轮是机器中很重要的部件，它几乎是机器的象征。只要一看到齿轮，我们就会联想到机器。在这一章，我们将进入神奇的齿轮世界，去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。并且介绍一些新的概念——速度、力、扭矩、摩擦力；还有一些简单的机械理论基础，这些概念没有你想象的那么复杂。本章将指导你认识齿轮和简单杠杆之间的相似点。
准备一些齿轮，梁和轴来模仿搭建这一章中简单的装置，自己动手搭建比看那些说明更有效。 齿数的计算
齿轮单独使用几乎没有实际的用处（特殊情况除外）。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
回到例子中，我们使用了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
在上面的例子中，我们先转动大齿轮（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。
技巧与提示：
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。 齿轮传动机构
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。(如图2.2)
图2.2 &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，如图2.3。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。
图2.3 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的传动比产生1：125的传动比。但必须小心使用，因为乐高组件可能因为机器人不能产生某种动作而损坏。换句话说，如果某一样组件卡住了，乐高马达的速度乘上125产生的速度足以扭曲梁，扭断轴或者打破齿轮的齿。
技巧与提示：
选择合适的传动比
建议你在选择传动比之前先做一些实验，不要等到搭好机器人的时候才发觉传动机构没有正确地工作。先搭建一个粗糙的模型或者是一个特殊的子模型，调试传动比，直到你满意为止，搭建的模型不需要很牢固，也不需要很完整，关键是能否正确地模拟某一个具体的动作以及能处理实际的载重。例如，如果你准备搭建一个爬斜坡（50%坡度）的机器人，首先必须计算模型所要承受的所有重量：执行其它任务的马达、RCX、额外的组件等。不能无负载测试，否则机器人将无法正常工作。
注意：记住，在多级减速过程中，每增加一级就会产生更大的摩擦力，因此，如果想得到最大的传动效率，应该尽可能地降低传动级来达到你所需的传动比。 涡轮
在机器人套装中，你会发现另外一种奇怪的黑色齿轮，类似带有螺旋线的圆柱体。它也是一种齿轮，但因为它的形状特殊，这里要特别介绍。
在图2.4中，涡轮与常用的24齿齿轮啮合，通过搭建这个简单的装置，可以发现涡轮的很多特点。用手试着去转动齿轮，你能轻易的转动与涡轮相连接的轴，但不能转动与24齿相连接的的轴。因此涡轮的第一个重要的属性是：它能产生单向传动系统。也就是说，你能用涡轮带动其它齿轮，但不能被其它齿轮带动，产生这个现象的原因又是摩擦力引起的。这个属性可以用于特殊的用途。
你可能也注意到了另外一种情况：两根轴是正交的，使用涡轮时，传动方向必然会改变。
现在再来回到齿轮：我们已经很熟悉如何计算普通齿轮的传动比。你是否想知道涡轮所产生的传动比呢？我们暂不讨论原理，先做一个实验：搭建图2.4中的装置，缓慢转动涡轮轴一圈，同时观察24齿齿轮。可以观察到涡轮每转过一圈，24齿齿轮刚好转过一个齿，我们得到一个结论：涡轮是1齿齿轮，我们在装置中使用了一级传动就得到了24：1的传动比。使用40齿的齿轮可以将传动比提高到40：1。
前面讨论的这个不对称的涡轮装置主要应用在减速和增加扭矩，前面我们已经解释过，这个特殊的装置的摩擦力极大以至无法被其它齿轮带动。同样，这么大的摩擦力也会使它的效率大大降低，因为在这过程中会损耗许多扭矩。
但如前面讨论的，这一特殊并不代表它不好。在某些情况下，我们非常需要这种不对称的装置。例如，我们设计的机器人用手臂提起物体。如果使用标准齿轮产生25：1的传动比：当手臂提起物体并停止时会发生什么情况呢？这个对称装置把物体的重量（势能）转变成扭矩，扭矩转变成角速度，马达就自行回转使得手臂回落下来。在类似这种情况中，就可以使用涡轮来解决这一问题。涡轮的自锁功能使马达不能回转。
由此我们可以知道：当你希望带有负载的装置准确、稳定地定位时，或是想获得一个很高的减速传动比，涡轮会非常有用。 离合齿轮
& 接下来，我们介绍另一个特殊组件：白色的24齿厚齿轮，在它的表面山上有奇怪的斑纹（如图2.5），它的名字叫做离合齿轮，在接下来的部分我们将讨论它是如何工作的。
图2.5离合齿轮
&&& & 实验很简单：将轴的一端插入离合齿轮，将另一端插入24齿齿轮用作旋钮。用手让后者保持适当的位置，缓慢转动离合齿轮，尽管阻力很大，但还是转动了。这就是它的作用：当扭矩大于额定值时，将产生打滑来保护结构。
&&& 离合齿轮通过限制传动系统中的力来保护马达、组件并解决某些困难的情况。刻在上面的2.5-5Ncm（前面解释过Ncm代表牛顿厘米，扭矩的单位）表示这个齿轮可以传输大约2.5-5Ncm的扭矩，超出这个范围，它内部的离合结构就开始打滑。
离合有什么用处呢？我们知道，在减速传动中系统会产生很大的扭矩，出现意外时，这个力足以毁坏机构，离合齿轮可以避免这种情况的发生：将传输的力限制到某个值内。
还有一种情况：齿轮降速很小，且扭矩不足以毁坏乐高组件。但如果机构卡住，马达停转，这种情况很麻烦，因为这时马达有电流流过，可能会造成马达永久损坏。离合齿轮避免了这种损坏：当扭矩变大时，齿轮就脱离马达。
在某些情况下，离合齿轮甚至可以减少传感器的使用。假设你搭建一个能够完成某些动作的动力装置，比如使某个子机构（手臂、控制杆、传动装置）处于两种状态：打开或关闭，向右或向左，啮合或脱离啮合，你需要打开马达一定时间，将机构从一种状态变到另一种状态。但不幸的是，很难精确控制马达执行某个动作的时间（更坏的是，如果负载变化，时间也要随之改变），如果时间太短，系统就会产生中间状态，如果时间太长，马达就有可能损坏。此时，你可以使用一个传感器来检查装置的状态是否达到；然而，如果你在传动链的某处使用一个离合齿轮，你可以大概设置一个时间，使你的马达转动到最大负载位置时，即使设置时间稍长，离合齿轮打滑，会保护你的机器人和马达。
&&& 现在，我们要讨论最后一个问题：在传动链的哪个地方放入离合齿轮。我们知道，离合齿轮有24齿且能传递5Ncm的最大扭矩，因此你可以应用学过的齿轮传动比计算方法。如果你在40齿的齿轮前面放一个离合齿轮，传动比是40：24，大约是1.67：1。最大的扭矩是1.67×5，即8.35Ncm。图2.6中比较复杂的传动链中，传动比分别是3：5和1：3，则总传动比为5：1，那么最大扭矩是25Ncm；一个有25Ncm扭矩输出的系统能够产生的力是5Ncm所产生力的5倍，换句话说，它能提起一个5倍于它的重物重量。
图2.6 传动链中的离合齿轮
&从这些例子可以推断出与混合有离合齿轮的传动系统产生的最大的扭矩是由离合齿轮的最大的扭矩乘上它后面传动级的传动比。当减速时，输出的扭矩越大，在传动链中离合齿轮离动力源就必须越近。相反的，当你减小角速度时，不是得到扭矩而是想得到更精确的定位，你要把离合齿轮放在传动链的最后一级，这样会让最后的扭矩最小化。
听起来好象有点复杂，建议你边学边做，搭建模型是一个很好的学习过程。搭建一些简单的模型，试验离合齿轮在不同位置时的传动效果。齿轮的配合
乐高齿轮组件包含许多不同类型的齿轮，前面已介绍了8齿、24齿、40齿的齿轮，现在我们了解其它类型的齿轮，讨论如何根据它们的尺寸和形状来使用。8齿、24齿、40齿的齿轮的半径分别为0.5、1.5、2.5个乐高单位（从齿心到半齿的距离），当两者配合时，连接两齿轮轴的距离就等于它们半径之和，可以看到这三种齿轮之间配合的距离都是整数倍，这样可以配合得很好。8齿与24齿齿轮的距离是2个乐高单位，8齿与40齿齿轮的距离是3个乐高单位，24齿与40齿齿轮的距离是4个乐高单位，这种配合很容易与标准栅格结构上的其它组件连接，因为每一层为两个乐高单位（图2.7所示）。
图2.8& 16齿齿轮&
图2.9& 16齿齿轮与24齿齿轮的配合
我们来讨论一下图2.7所示的惰轮，图中传动链的比率是多少呢？从8齿齿轮开始，第一级传动比是24：8，第二级传动比为40：24，两者相乘，得到40：8或者5：1。8齿齿轮与40齿齿轮直接传动也可得到5：1的传动比，那么，中间的24齿就是一个惰轮，它不影响传动比。惰轮在机械中使用非常普遍，它有助于连接远处的轴。那么，惰轮在系统中是否不起作用呢？不是的，它们有一个非常重要的作用：改变输出方向。
我们已说过，标准栅格的使用非常灵活，可以用多种方式解决问题，而不需求助于特殊部件。如图2.10所示
图2.10& 对角线配合
当我们使用一对16齿齿轮时，传动比是1：1。对角速度或扭矩都不会有影响（除一小部分被转换摩擦力外），但在某些应用中的确需要使用一对16齿齿轮，例如，当你只需要把运动从一根轴传到另一根轴上时，这也是齿轮常用功能。还有一种特殊的齿轮，可以把运动从一根轴传到与之垂直的轴上，这种齿轮称为斜齿轮。
技巧与方法：
水平配合和垂直配合比对角线配合更精确。对角线配合时啮合齿轮的两齿的间隙较大，多出的空隙称为齿隙，即一个齿轮在不影响与它的啮合的齿轮的情况下可以承受的震动。当加速传动时齿隙会变大，减速传动时会减小。总之，它对系统会产生不良的作用：减小了输出轴的精度，因此要尽量少用。
齿轮家族中最普通的成员是12齿的斜齿轮，而且只有一种使用方式，如图2.11。它不能与我们前面讨论过的标准齿轮配合。但是它有一个非常有用的功能——改变传动方向，战用空间很少。还有一种与这种齿轮相同设计的20齿伞齿轮（如图2.12）。这两种斜齿轮的厚度是半个乐高单位，其它的都是1个乐高单位。
图2.11垂直配合的斜齿轮
图2.12& 20齿斜齿轮
此外，24齿的齿轮还有一种形状——冠形。它的前端齿比较特殊，但可以当作标准齿来使用，可以与其它标准齿轮在正交方向传输运动（图2.13）。
为了总结我们讨论过的齿轮，先简单的介绍一种新齿轮，乐高机器人挑战套装没有这种齿轮，但你在其他套装里可能会找到它：图2.14所示的双面斜齿轮（12齿和20齿，半径分别为0.75和1,25），它们以两个乐高单位配合。
图2.13垂直配合的冠齿轮
图2.14 双面斜齿轮
如果将两种相同的双面斜齿轮配合就有点麻烦，因为距离变成1.5或2.5了。与其它的齿轮配合就更复杂了，它们配合的距离甚至可能包含1/4或3/4个乐高单位。这种齿轮更适合垂直安装（如图2.15）。
图2.15 垂直配合的双面斜齿轮
滑轮、皮带、链条的使用
在乐高机器人挑战套装中还有一些滑轮、皮带，它们的工作原理与齿轮功能相似，这里说相似，说明还是有区别的。滑轮还有一些特性，下面我们会介绍到。
乐高机器人挑战套装基本组件中没有链条，如果需要，可单独购买。链条在机构连接中与齿轮和皮带轮系统有一些共同的特性。
2.8.1滑轮和皮带
滑轮就像在直径端带有凹槽（座圈）的轮子。LEGO TECHNIC套装中包含了4种滑轮（如图2.16）
图2.16& 滑轮
最小的滑轮（a）实际上就是半个轴套，常常用来固定轴，以防止轴前后滑动，因为它也有座圈，也称其为滑轮。它的半径是1个乐高单位，厚度是半个乐高单位。（b）中的滑轮厚度为1个乐高单位，宽1.5个乐高单位。它两面不对称，因此它的凹槽也不在中心位置。在带有橡皮圈的轴孔的一端可以与微马达连接。（c）中的滑轮直径是3个乐高单位，厚度也是半个乐高单位。（d）中大滑轮的直径是4.5个乐高单位，厚度为1个乐高单位。
乐高皮带是类似于橡皮筋的橡胶环，乐高机器人挑战套装中有3种不同颜色（对应不同长度）的皮带：白色、蓝色、黄色（其他套装里还有另外一种长度的红色皮带），乐高皮带与普通橡胶带（套装里黑色的那种）不同，普通胶带弹性大，不适合用于连接两个滑轮并传递运动。而乐高皮带是用来连接滑轮的，乐高设计的皮带可以很好的与滑轮的凹槽配合。
我们看一下皮带连接两滑轮的装置（如图2.17）。皮带将运动从一个滑轮传递到另一个滑轮上，非常类似一对齿轮。那如何计算它们的传动比呢？滑轮没有齿，我们通过计算机滑轮的半径比来确定其传动比（这个规则民样适合齿轮传动比的计算，只不过齿轮的圆周上均匀地分布着齿，根据齿数来计算传动比要方便得多）。计算直径时应从座圈内部开始计算，因为槽壁是为了防止皮带从滑轮上掉下来的，不应算入直径。
图2.17 皮带与滑轮连接
由于皮带很容易打滑， 因此不适合传递大扭矩。滑移数量也很难估计，因为它取决于多种因素，包括扭矩和速度、皮带的张力、皮带和滑轮之间的摩擦力、皮带的弹性等。综合这些因素，我们更需要在给定的条件下用实验方法来测量不同滑轮组合的传动比，如表2.1测试的结果。
方法与技巧：
计算滑轮之间的传动比
如何判断滑轮之间的传动比呢？只要用皮带连接两个滑轮，转动其中的一个，带动另一个滑轮，然后比较他们转动的次数。但用手转动滑轮是相当麻烦、耗时的工作，有可能会数错。使用RCX就可以完成这项工作，在RCX上安装一个马达和两个角度传感器？我们先搭建一个简单的装置：将滑轮连接到马达上，轴上再连接上第一个角度传感器，第二个滑轮放置在近处，轴上连接第二个角度传感器。尽量减小摩擦力，保持皮带在皮带轮的各部分的张力一样。
启动马达后，RCX开始计算角度。几秒后停止马达，读取角度传感器的值，将两个值一比就得到了表2.1中的比率了。
& 在有负载的情况下，这些值就显的重要了。因为在低扭矩的系统中，可以把这个比率当成传动比。总之，在减速传动系统中第一级传动往往使用滑轮，这样就提高了角速度，但扭矩降低了。你可能在很多应用中看到滑轮打滑现象，它所起的作用就是限制扭矩，与我们前面讨论过的离合齿轮的作用是一样的。
滑轮与齿轮相比，还有一个优势，就是配合距离是没有严格的限制。滑轮可以通过使用长皮带将运动传递到远处的轴上（如图2.18），而且在高速状态下，滑轮传动比齿轮传动产生更低的噪音——有时候这个特性非常有用。
图2.18 滑轮长距离传递运动
乐高链条有两种：链节链条和履带式链条（如图2.19），这两种链条采用同一种传动原理，可以拼接成任意长度。跟皮带连接滑轮类似，链条用于连接齿轮，它们有一些相同点：两种装置都是连接平行轴，都可以连接间距较大的轴。最大的区别就是：链条不会打滑，因此它就不会损失扭矩（链条能传递的最大扭矩是由单个链节的阻力决定的，乐高链节的阻力很小）。另一点区别是：链条传动会产生很大的摩擦力，因此比齿轮直接啮合传动效率要低。在低速情况下使用链条在间隔较远的轴上传递运动非常有效。链条传动的传动比与齿轮直接啮合传动的传动比是一样的：
图2.19& 链条
这里再给大家介绍一种特殊的装置：差速器。你可能知道汽车都有一个差速器，但不一定知道它的作用。让我们做一个实验：在乐高机器人挑战套装中拿两个最大的轮胎，用最长的轴连接轮毂（如图2.20）。现在将轮胎放到桌上，并轻轻推动它：轮胎平直前进。用手指拿住轴的中间，设法让它们改变方向，是不是有些困难？
图2.20 相连的两个轮子做直线运动
原因是：当两个平行轮拐弯时，它们的运动路径的长度是不同的，外围的轮子运动的路径长度比里面的要长（如图2.21）。例子中的两个轮子是刚性连接的，转动时，它们的行程一样，因此在一个轮子不打滑的情况下是没有办法让其转弯的。
图2.21 转弯时两只轮子行走的距离不同
接下来我们搭建如图2.22所示的装置。这个装置包含配有3个12齿斜轮的差速器，两根长度为6个乐高单位的轴，固定组件的两根梁和两块板。将轮子再放到桌上并推动它，发现它可以平稳地朝各个方向转动。仔细观察差速器内的斜齿轮：当轮子前进时，差速器转动了而斜齿轮没有转动。假如在原地转动，差速器停止转动而斜齿轮转动了。还有一种中间状态，它们两个以同样的转速转动。差速器提供了一种在没有单一固定轴的限制下将动能输出给两个轮子的方法。
图2.22 差速器的简单的应用
要在车辆上安装差速器，只需将动力传给差速器主轮（它的两边各一个24齿和16齿的轮缘）。
差速器还有其它重要的应用。可以将它当成机械加/减装置。将图2.22的装置放到桌上，转动其中一个轮子；如果想让另一个轮子保持不动，差速器的角速度是轮子的一半。如果在原地转动这个装置，差速器不会转动，当两个轮子同时转动时，差速器转动的速度与轮子相同。由此得出：
（lav1+lav2）/2=Oav
Oav代表输出角速度（差速器），lav1和lav2代表输入角速度（两个轮子）。使用这个公式时，输入角速度的大小有正负之分，也就是说，两根输入轴的旋转方向相反，其中一个角速度要使用负数。举个例子，右轴的转速是100rpm（每分钟旋转的圈数），左轴旋转速度是50rpm，得出差速齿的角速度：
（100rpm+50rpm）/2=75
&&& 还有一种情况，使用一个惰轮，使其中一个轮子反转，让差速器产生一个速度差而不是两者的和。反转输入轴就是让其中一根轴的角速度为负。当两轮的速度相同时，差速器的速度会有什么变化：
(100 rpm – 100 rpm ) / 2 = 0 rpm
表示差速器没动，将两轮的速度变成不同，差速器的速度就边为两轮速度差的一半。
(100 rpm – 98 rpm ) / 2 = 1 rpm
当你想确认两个轮子运动的速度和距离是否一样时，这个技巧就很有用：观察差速器，并不断减低左或右轮的速度来保持差速器静止（参看第八章关于这个技巧的一个具体应用）。
包括机器人在内，很少找到没有齿轮的机器，因此有效利用齿轮非常有用。本章我们介绍了一些很重要的概念：齿轮齿数比、角速度、力、扭矩以及摩擦力。扭矩使机器人能执行某个带有压力和重力的动作，像举物体、抓物体或爬坡。可以牺牲角速度以提高扭矩。这与杠杆理论很类似：距离支撑点越远，产生的力就越大。
如果没有正确地控制系统运行或者系统本身发生故障，输出的扭矩都有可能毁坏乐高组件，离合齿轮可以控制最大扭矩的输出以达到保护组件的目的。
不仅齿轮可以传输动力，皮带-滑轮装置和链条也可以传输力，并可以远距离传递动力。皮带具有限制扭距的功能，尤其在高速低扭矩状态下可以更好地工作。链条不会限制扭距，但可以增加摩擦力，因此更适合在低速状态下传递动力。
最后我们讨论了差速器的一些特性，它能连接两个轮子，可以使轮子单独转动。差速器还有其它方面的应用，因为它的工作原理更像加减法器，可以返回输入值的代数和。
如果你对这些比较陌生，建议你在搭建第一个机器人之前先熟悉一下这些组件的使用方法，拿一些齿轮和轴，对它们随意连接以了解它们的性能。这样还可以让你把第一章学过的固定垂直梁的概念应用到这里，使结构更坚固。随着练习与兴趣的增加，以后你就可以搭建出更复杂的模型。
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有效利地用传动原理，可以起到事半功倍的效果。但是，很多人并不是专业人士，不一定非常了解机械结构原理，即使生活中的机械结构无处不在，平时我们也很少去注意它们是怎么工作的，以及为什么要使用这些机械。但是，在机器人的设计中，机械结构是完善系统的一个重要因素。这里通过浅显的例子，和你一起动手设计，可以让你在一小时内，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，帮你设计出出色的机器人系统。
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