[i=s] 本帖最后由 Jeroo 于 2016-1-7 12:05 编辑 [/i] [p=30, 2, left][/p]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


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[p=30, 2, left]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。[/p]
[p=30, 2, left]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。[/p]

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

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1. 齿轮简介
[p=30, 2, left]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。传输动力实际上是这个过程中的一个边际效应。[/p]
[p=30, 2, left]齿轮可以用在每一种动力装置中，比如电动机，手动曲柄，风力发电机，水车等等。在本文中我们设定动力是由电动马达提供的，因为这是乐高科技系统最常用的动力解决方案，而且被齿轮传递的动力可由常量计算。[/p]
[p=30, 2, left]每个马达根据其型号都有它独有的机械动力。乐高拥有一系列不同型号的马达，有一些可以输出较大的动力。重要的是，马达的机械动力包含两个要素：转速和扭矩。这两者均可通过齿轮传递。[/p]
[p=30, 2, left]转速就是马达在指定的时间间隔内其传动轴所转的圈数的一个简单数字，转速越高，我们获得的数字就越大。在机械学中，转速通常用“RPM”衡量，即每分钟转动次数。1RPM指马达传动轴每分钟转一圈，当然这是非常慢的速度。绝大多数乐高马达都提供100RPM以上的转速。[/p]
[p=30, 2, left]扭矩指马达传动轴转动时所带的动力。扭矩越高，传动轴转动时就越难停止。所以我们通常更喜欢高扭矩的马达，因为这样就可以比普通马达驱动一些更重的机械或更复杂的结构。扭矩通常用N.cm计量，我们需要知道的是N.cm数值越大，扭矩就越大。[/p]
[p=30, 2, left]简单来说，机械动力就是马达扭矩和转速的乘积（译者按：作者在这里用了“quotient”一词，字面意义为商，我只能改成乘积了，否则无法理解）。如果我们增加扭矩和/或转速，机械的动力就相应提升。实际上，马达的扭矩是固定的，如果不改变马达的本身结构，扭矩就不会变化。而另一方面，速度则取决于加在马达上的电压值。电压越高，转速越大，所以通过调节马达电压就可以改变马达的动力。乐高马达的官方标准电压是9V，相当于6节AA电池的电压。最近发布的乐高可充电电池提供7.4V电压。这就意味着用这种充电电池驱动的马达输出的动力要小于用普通AA电池组电源，但这仅是理论上的，因为AA电池组提供的电压会随时间推移而降低，但可充电电源提供的电压则相对稳定。有些试验中尝试用12V电源驱动马达，虽然这样可以获得更高的动力，但需要注意的是乐高马达都是为9V电压而设计的，而不是12V，过高电压可能会对马达形成致命损伤。在本文中我们假定所有马达都在相同电压下运行，不管是9V还是7.4V。如需获知所有乐高马达的动力表现，请访问此处。[/p]
[p=30, 2, left]我们需要用转速和扭矩来做什么？对于不同的机械结构来说，答案是不同的。如果考虑的是一辆跑车，我们需要它更轻更快。这意味着我们需要更高的转速而不是扭矩，因为一辆较轻的车不需要太大的扭矩去驱动。利用齿轮组，我们可以把扭矩转化为速度，或把速度转化为扭矩。这里有两个非常重要，却非常简单的法则：[/p]
——当我们用一个小齿轮驱动一个大齿轮，将会提升扭矩但降低转速。
——当我们用一个大齿轮驱动一个小齿轮，则会提高转速但降低扭矩。


[p=30, 2, left]最好的情况是我们可以将动力的一部分要素转化为另一种要素，我们不用转化全部。在跑车的案例中，我们就可以通过上述两条原则中的第二条，用多余的扭矩来获得额外的速度。我们可以转换多少剩余扭矩取决于这辆车有多轻，所以重量是每个乐高模型都要面对的另外一个值。有经验的玩家可以通过车辆的重量和所采用的马达型号来预测可以转化的扭矩范围。基本的规则是：速度和扭矩是成反比的。这意味着如果我们降低一半速度，则扭矩就会加倍。[/p]
[p=30, 2, left]另一个不同的例子是穿越铁路的栅栏。我们可以通过马达升起或降下栅栏，但任何马达的标准转速对这个栅栏来说都太快了。栅栏通常需要几秒钟来完全升起或降下，但大多数的乐高马达转速都在100RPM以上。我们需要用齿轮来消除多余的速度，由此获得的扭矩可以用来驱动更长或更重的栅栏。这里我们就要用到上述的第一条法则。[/p]
[p=30, 2, left]现在我们已经知道了齿轮可以用来做什么，接下来让我们学一些理论。[/p]

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2. 基础理论
[p=30, 2, left]在第一部分，我们了解了关于转速和扭矩之间互相转化的两个理论。我们也知道了可以用齿轮来做什么，现在我们要来学习怎么使用齿轮。我们需要了解一些小知识。[/p]
[p=30, 2, left]我们说当用齿轮组来转变马达属性时，至少需要两个齿轮互相啮合，每个齿轮安装在不同的轴上。离马达最近的齿轮称作传动齿轮，接受传动齿轮动力的齿轮称作从动齿轮。在下图中传动和从动齿轮分别标为绿色和红色。[/p]


[p=30, 2, left]几乎所有的机械装置都有它的传动和从动齿轮，每一对啮合在一起的齿轮组都由一个传动轮和一个从动轮构成。理解传动齿轮是输出动力，从动齿轮是接受动力就可以了。[/p]
[p=30, 2, left]在上图中，你可能注意到每一边的齿轮和轴都标为同一种颜色。这是因为同描述齿轮一样，我们也可以这样来描述齿轮所在的轴。实际上，很多机械装置都会覆盖或隐藏齿轮，但可以看到轴，所以这样的方法可以更直观。在上图中，我们称绿色轴为输入轴，而红色轴则为输出轴。即：输入和输出，就类似传动和从动。绝大多数的机械构造中通常只有一根输入轴（因为一个马达只能插一根轴），但可能会有几根输出轴。通常我们所说的差动结构就是一个很好的一输入轴+多输出轴的例子（下图）。[/p]


[p=30, 2, left]除了传动齿轮和从动齿轮，我们还有空转齿轮。如果一系列齿轮互相啮合，则只有第一个是传动齿轮，最后一个是从动齿轮。所有两者之间的齿轮都称为空转齿轮，这是因为他们其实可以不存在。他们的存在并不影响扭矩和转速的传输：只有传动和从动齿轮才决定这两个数值。[/p]


[p=30, 2, left]在上图中，大的灰色齿轮与两边的传动和从动齿轮啮合。这就是典型的空转齿轮：与多个齿轮同时啮合。空转齿轮通常同时与两个齿轮啮合，而传动和从动齿轮只和一个其他齿轮啮合。这是一个简单的分辨空转齿轮的方法，但也有例外。[/p]


[p=30, 2, left]上图中显示了两组齿轮，左边的齿轮组有一个传动齿，一个从动齿和其他两个在中间的齿轮，每个中间齿轮各啮合了一个齿轮。两个中间齿同轴，而且他们是同尺寸的，这意味着它们就是空转齿轮。因为在同一根轴上同尺寸的多个齿轮只会以一种方式运行，无论是2个还是200个。右边的齿轮组同样包括了一个传动齿，一个从动齿和两个中间齿，但这两个中间齿轮的尺寸不同。如果它们尺寸不同但又安装在同一根轴上，它们不能被算作空转齿。这是因为不同的齿数会影响传动齿和从动齿之间转速和扭矩的传输——两个中间齿轮同轴，所以它们的转速相同，但他们的尺寸不同。[/p]
[p=30, 2, left]有了这些概念，我们现在可以仔细看看乐高齿轮的种类。[/p]

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3. 齿轮的种类



[p=30, 2, left]如你所见，这里有13种传统的圆形齿轮，和一种特殊的齿轮称为蜗杆（译者按：也可称作螺旋齿轮）。此外，圆形齿轮可以分为两组：拥有方形齿的常规齿轮和拥有圆形齿的斜面齿轮。这两组齿轮中的任何齿轮均可互相啮合。斜面齿轮的特殊之处在于它们即可水平啮合也可垂直啮合。由于尺寸合适，它们可以非常方便的和带孔臂一起使用。然而，它们不能用乐高链条连接。[/p]
[p=30, 2, left]让我们用简单的语言描述一下列表中的各个齿轮（斜面齿轮会在命名中加入“斜齿”）：[/p]
8齿齿轮：现有产品中最小的齿轮，也是非常易碎的一种。不适于高扭矩场合，但很常用，尤其在降速时（因为最小，所以最有效）。8齿至少有三种变体，有一种在轴和齿之间用一层额外的塑料加固的版本是目前最受关注的。

12齿齿轮（单面斜齿）：现有产品中最小的斜面齿轮。它在降速或增速场合中并不常用，但在差速齿轮组中是不可或缺的部分。而且在狭小空间中需要作垂直传动时，该齿轮也非常常用。在高扭矩下非常容易折断，这导致差速齿轮在重型卡车模型中全面缺席。

12齿齿轮（双面斜齿）：现有产品中最小的双面斜齿。与单面版本相比，双面斜齿强度更高，通常与20齿双面斜齿轮一起使用。

14齿齿轮（单面斜齿）：是12齿单面斜齿轮的前任。这是为差速系统设计的第一代齿轮，但由于非常易折而被后来的12齿取代。官方的乐高模型中已经不使用这种齿轮，而且玩家也不常用它。

16齿齿轮（标准方齿）：强度适中的靠谱齿轮。这是可以驱动乐高链条的最小尺寸齿轮，借助其合适的尺寸，16齿也是一种很常用的齿轮。在2011年，新版本的标准16齿面世，详见附录B。

16齿齿轮（带咬合扣）：专有的深灰色是它的标志，是一款专为变速箱设计的齿轮。它比标准版更脆，而且不能驱动链条（因为齿较短而容易打滑）。而它的独有能力是可以锲入或脱离动力输送环（译者按：原文为transmission driving rings，不知是否妥当）。当脱离输送环时，齿轮与轴松弛连接（不传动）。它还可以与一种老式的带齿半轴套（meshed with an old-type halfbush-the one with teeth）连接从而可以用轴驱动。

20齿齿轮（单面斜齿）：12单面斜齿的大齿数版，这中齿轮非常稀少且不常用，因为细小的身板会导致在大扭矩下图软断裂。通常和12齿和20齿的双面斜齿配合使用。

20齿齿轮（双面斜齿）：非常常用、高强度及可靠的齿轮。常用于和12齿双面斜齿轮搭配，但在其他搭配中也很有用（原文：but useful in different setups too）.

24齿齿轮（标准版）：另一个常用、高强度的可靠齿轮。至少有三种变体，最新的一种是最结实的。该齿轮是最常用的齿轮之一。

24齿齿轮（离合版/原文：带咬合扣）：这是一款24齿的特殊版本，与带咬合扣版本的16齿不是一回事。它有独有的白色齿身，中间轴套处为深灰色，它的独特能力就是在遇到超高扭矩时会打滑以保护马达。这一特点使它成为一款非常有用和必须的齿轮，虽然它比较少见（译者按：现在也不少见了）。最常用于端对端装置，即马达仅在某种程度下会运转。例如包括几乎所有的转向装置，在转向装置中，转向轮仅能旋转一定的角度；以及前文提及的铁路道口栅栏，栅栏也只能升起或降落至某个角度。在这类装置中，离合齿轮会在达到特定范围或临界点时打滑，这样马达仍继续转动但装置已经停止。另一个例子是绞盘，在带绞盘装置的乐高官方套装中（如8297），离合齿轮被用于在绞盘转动到底后保护马达不被伤害。需要注意的是该齿轮会在特定扭矩值下打滑，但通常你会需要它只在极限扭矩时才打滑（比如转向装置转到极限点时，而不是转向轮遇到某个障碍物时）。通过将离合齿轮直接与驱动齿轮啮合可以达到这一点：


[p=30, 2, left]要感谢Jetro de Ch?teau帮我们确认了这几年中，乐高一共推出了3种不同型号的离合齿（下图由Jetro de Ch?teau提供）：[/p]


从左到右，分别是：
- 来自套装8479（译者按：科技系1997年的旗舰套装，带条码扫描和发声，流口水中……）中所带的离合齿，中间轴套部分为浅灰色，打滑所需扭矩更大；
- 最常用的版本，轴套部分为深灰；
- 来自一个未知套装的版本，表面光滑（无字，打滑所需扭力未知）

24齿齿轮（带齿冠）：非常老的设计，标准齿轮中第一款可以垂直啮合的齿轮。然后，它也有至少3种衍生版本，其中较老且强度较低的版本已经被更新的取代。但双面斜齿的出现使它成为目前最不常用的齿轮；它强度较差且使用麻烦。但由于它的独特形状，在某些场合下还是非常有用的。

蜗杆：这是个拥有不少独有特点的齿轮。首先，它只能被用作传动齿，而不能被用作从动齿。它在有些装置中必不可少：比如需要举起重物并使之悬在空中。在这个场合下蜗杆用于承担支撑力，并让举起重物的力不会反作用于马达。蜗杆的这个特点使它在很多类似场合中不可或缺，例如很多起重机和铲车、铁路道口栅栏、可开闭的吊桥、绞盘、以及其他需要在马达停止后仍保持装置稳定的场合。
[p=30, 2, left]其次，蜗杆在降速结构中极其有效。理论上，它是8齿齿轮效率的8倍，因为蜗杆每转一圈进带动从动齿旋转一个齿位。这样，无论是在高扭矩、低速或狭小空间下，降速装置都可使用蜗杆。[/p]
[p=30, 2, left]最后，当蜗杆转动时，它会产生一个使啮合的从动齿沿轴转动的推力。通常这个推动力也可以被蜗杆上的其他外力终止，有些装置也可以利用这一点来使蜗杆向反方向移动（译者按：用外力固定啮合的从动齿，使蜗杆自身移动），例如我的气动阀或自动指向系统。
蜗杆可与所有其他列表中的齿轮啮合。但最普遍的情况是和标准24齿配合：[/p]


[p=30, 2, left]当然蜗杆与其他齿轮配合也很方便。你可以在这里看到几个蜗杆与齿轮配合的较为强力的例子。在合适的空间下，它也可以与斜齿面齿轮啮合。[/p]


[p=30, 2, left]上图中，一共用了两个12齿双面斜齿轮。但此时也可以只用1个双面斜齿、或2个单面斜齿、甚至1个单面斜齿。蜗杆甚至可以用来驱动齿条，即形成一个如下图的平行滑动装置：[/p]


36齿齿轮（双面斜齿）：目前最大的斜面齿轮，这也是一个没有单面斜齿版本的齿轮。很好用，强度也很高，但比较少见。通常为黑色。

40齿齿轮（标准方齿）：现有最大的齿轮。由于其巨大的尺寸而很少被用到，但在有些场合很有用。

[p=30, 2, left]上面列出了所有我们经常用到的齿轮（其中有一些已经停产，因为太过“独特”，我手上也没有）。接下来我们来研究下为什么齿轮的齿数（尺寸）是很重要的。[/p]

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4. 传动比
[p=30, 2, left]根据维基百科的定义，传动比（译者按：也称为齿轮齿数比）就是两个互相啮合的齿轮或两个通过链条链接的飞轮（链齿轮）之间的齿数关系，或者两个用传动皮带（译者按：在乐高模型中通常就是皮筋）连接的滑轮的圆周周长比。本文中我们不讨论皮带滑轮，而链齿轮的情形和直接啮合的齿轮类似。所以我们仅简单的探讨齿轮传动比：[/p]
“传动比=从动轮齿数/传动轮齿数”
[p=30, 2, left]因为齿轮每个齿之间的距离相等，计算齿数就是计算周长的更简单方式。所以传动比就是齿轮间的周长比。[/p]
[p=30, 2, left]我们计算传动比用来做什么呢？通常是来计算齿轮结构最终提供的速度和扭矩。以一个8齿的传动轮和一个24齿的从动轮为例，我们从第一部分教程知道这是一个降速齿轮组：我们损失速度但获得扭矩。传动比为24:8，即3:1。请注意在计算传动比时以“1”结尾是一种常用的方式。为什么？因为我们看到3:1时，我们就能很容易的了解传输速度降低了2/3，即传动轮/输入轴的3个转速转变为了从动轮/输出轴的1个转速。由于转速的降低会导致扭矩的对应比例提升，所以我们知道扭矩增加为3倍。[/p]
[p=30, 2, left]再看一个相反的例子：我们用20齿作为传动轮驱动12齿的从动轮。传动比为12:20，即0.6:1。就是说我们需要用0.6个单位的传动齿转速获得1个单位的从动齿转速。这样我们提升了40%的速度，但失去了40%的扭矩（译者按：老外的数学逻辑有点乱，由于分母不同，获得的比例和失去的比例在百分比上应该是不同的，这里尊重原文，大家理解即可）。[/p]
[p=30, 2, left]你可能也注意到了，从传动比我们可以很容易的分辨（齿轮系统的）提速还是降速。如果传动比比值中的第一个数字大于第二个（如3:1），就是降速系统；如果第一个数字小于第二个（如0.6:1），那就是提速系统（也称为加速或超速传动）。如果传动比是1:1，转速和扭矩都维持不变，就如同使用了空转齿轮。[/p]
[p=30, 2, left]我们现在可以计算两个啮合齿轮间的传动比，但如果装置中有多个齿轮呢？这时，我们应忽略所有的空转齿轮，然后计算所有的单组（对）的传动/从动齿轮间的传动比。然后，我们只需将这些传动比相乘就能得出整个装置的传动比。以第三部分中提到的由4个齿轮（两个8齿传动轮和两个24齿从动轮）装置为例，第一对齿轮和第二对的传动比均为3:1。如果我们将两个传动比相乘，则整个装置的传动比为9:1，对，就是这个数！[/p]
[p=30, 2, left]知道了怎么计算整体传动比后，我们再来看看第二部分中提到的带空转齿结构和不带中间齿结构的不同情况：[/p]


[p=30, 2, left]先看左边的结构，它由两对齿轮组成：8齿的传动轮和16齿的从动轮（译者按：前面的那个灰色齿轮），16齿的传动轮（背后那个灰色齿轮）和20齿的从动轮（假设我们不知道其中的两个灰色齿轮是不是空转齿轮，我们分别计算两组齿轮的传动比）。第一对齿轮的传动比是2:1，第二对是1.25:1。相乘后得到总传动比是2.5:1。2.5:1相当于20:8，也就是图中从动齿和传动齿的齿数。所以，在左边的装置中，空转齿轮并未改变装置的传动比，正因如此我们可以忽略空转齿轮对装置传动比的影响。[/p]
[p=30, 2, left]而右边的装置中，也包含了两对齿轮：8齿的传动轮和16齿的从动轮，以及24齿的传动轮加20齿的从动轮。两组齿轮的传动比分别为2:1和0.833:1，相乘后，总传动比是1.67:1，并非左图的2.5:1。所以此处的中间（灰色的两个）齿轮并非空转齿轮，它们影响了整体传动比，所以不能被忽略。[/p]
[p=30, 2, left]最后，如果装置中存在蜗杆，我们如何计算传动比呢？其实这个更简单：[/p]
“传动比=从动轮齿数/1”
[p=30, 2, left]正如前文提及的，这是由于传动的蜗杆旋转一圈只会带动从动齿轮转动一个齿的距离。所以要驱动一个24齿的从动轮旋转一圈，蜗杆就需要旋转24圈，所以蜗杆和24齿从动轮组合的传动比就是24:1。[/p]
[p=30, 2, left]这里提供一个计算器，你可以用它来计算你的齿轮组合的传动比。[/p]

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5. 传动效率
[p=30, 2, left]我们已经学了一些理论，现在我们需要进行一些痛苦的练习。每一个我们使用的齿轮都有自重，而且会产生一定的摩擦阻力。所以所有装置中的齿轮组都无法用到100%的马达动力，而传动效率则会告诉我们有多少动力是被真正利用了，有多少是被浪费了。[/p]
[p=30, 2, left]不幸的是要计算单个齿轮的效率是非常困难的，据我所知目前也没有可靠的计算乐高齿轮效率的的规范。但我们知道有动力损失，所以我们就可以推导两条可以获得最大传动效率的基本规则：[/p]
“使用的齿轮越少越好”
“使用的齿轮越小越好”
[p=30, 2, left]这就是说，我们所指的传动比等于1:1只是在理论上的。只要结构中存在齿轮，就存在动力损失，所以实际的传动比应该是1.x:1。只有在马达直接连到最终齿轮的情况下，1:1的传动比才可能存在。就如同我的勒克莱尔T6坦克模型中，驱动的马达直接连到行进轮以期获得1:1的传动比。[/p]
[p=30, 2, left]那在提速齿轮中呢？是的，我们当然可以通过齿轮组合获得1:6的传动比来明显提速。然而，你最终获得的转速与扭矩的乘积肯定小于马达输出时的转速扭矩乘积——由于动力损失，使用齿轮就肯定会产生动力损失。所以你必须记住当你想要转换马达的转速和扭矩，肯定会有一部分损失掉了。[/p]
[p=30, 2, left]在两种情况下，传动效率是至关重要的。其一是由动力输送环构成的变速箱。这种变速箱由一系列带咬合扣的16齿齿轮组成，当所有这些齿轮都被驱动时，只有一部分是在传输真正的动力。这意味着其中有一部分齿轮——当变速箱超过4档时则是大部分齿轮——都在做无用功。它们也被称作“僵尸齿轮”，甚至比空转齿轮都不如，因为空转齿轮至少在需要将动力从一处传输到另一处时有用，而“僵尸齿轮”则完全用不着。而且在变速箱中它们还必须存在，因为每个档位都需要用到一套齿轮。意味着一个特定齿轮可以在1档、2档和3档中作为僵尸齿轮，但在4档中作为传输动力的齿轮存在。所以一个带有很多僵尸齿的变速箱总是在低档位时表现更出色，因为低档位时使用更多降速系统——这使驱动马达只需使用一小部分动力来满足主要任务（驱动），而可以有充足的动力来驱动这些僵尸齿轮。在我的10速手动变速箱视频中（译者按，视频地址是youtube的，我反正是看不到，这里有个优酷上的5速视频），你会发现随着档位从1档变到2档、然后3档、依此类推，驱动马达的转动会变得越来越艰涩。实际上，做完这个变速箱后，出于好奇心，我还搞了个14速的版本。当我接上XL马达后，尽管有最强的扭矩，却连1档都驱动不了。[/p]
[p=30, 2, left]第二种情况是带蜗杆装置，之前提过，由于蜗杆装置可以提供很高的降速比而非常受欢迎。但这也是传动效率最差的齿轮——有人预测由于摩擦阻力和沿轴滑动的可能性，蜗杆至少会消耗1/3的马达动力（摩擦阻力也是蜗杆不能作为从动齿的重要原因）。如果在大扭矩下长时间工作，摩擦力甚至达到足以让蜗杆发热的程度。在某些场合下，蜗杆是不可替代的，但通常也只会在不得不用的时候才选择它们。[/p]

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6. 齿隙
[p=30, 2, left]齿轮的齿隙通常是一个负责的因素（详见维基百科）。针对乐高结构我们可以简单的假设齿隙就是啮合的两个齿轮间的空隙。完美的情况是没有空隙，两个齿轮完全紧密啮合。但不幸的是这个情况对于标准齿轮来说很难达到（螺旋齿则更加容易实现这点，不过乐高科技没有这种齿轮），所以乐高齿轮间通常会产生齿隙。对于齿隙的规则如下：[/p]
“标准齿轮间产生的齿隙比斜面齿轮的更大”
“齿轮越小齿隙越大”
“齿隙是任意两个啮合齿轮之间的空隙累计（译者按：原文是‘the backlashes of any two meshed gears sum up’，不知是否合适）”
[p=30, 2, left]所以你能轻松猜到，在产生齿隙方面，8齿齿轮绝对是个“危险人物”。而在所有标准齿轮中，40齿齿轮产生的齿隙最少。在斜面齿轮之间，（齿隙的）差距比标准齿要来的小，这是由于它们特别的设计，相比之下，“恐怖”的标准8齿间产生的齿隙要比斜齿大好几倍。如前文中提到的，齿隙是啮合的两个齿轮接触齿的空隙总和，所以说将标准齿和斜面齿组合是个好主意——齿隙会相应减低。[/p]
[p=30, 2, left]那蜗杆的情况又如何呢？蜗杆证明它是没有齿隙的。但这并不意味带蜗杆的齿轮系统就没有齿隙，因为从动齿轮还是有齿隙的（译者按：即蜗杆系统的齿隙是由从动齿决定的）。所以一个带16齿从动齿轮的蜗杆系统的齿隙肯定要大于带24齿从动齿的系统。而通常我们都建议用斜面齿与蜗杆配合，因为它们的齿隙相对较小。[/p]
[p=30, 2, left]为什么齿隙是一件坏事呢？以一个带大轮子的、用27:1传动比降速后的马达驱动的转向系统为例——这意味着这儿使用了3对8齿传动+24齿从动的齿轮组。3个8齿总共产生了巨大的齿隙，这不仅会降低传动的准确性，而且会使转向轮产生一定的自由空间，所以在遇到障碍时，轮子会滑动一定的角度。[/p]
[p=30, 2, left]通常来说，齿隙对于车辆而言并不是一个真正的问题（除非齿隙非常大），但如果我们需要准确，（齿隙）就是一个麻烦。最好的避免方法是用气动装置取代齿轮，或使用线性驱动器（译者按：原文为linear actuators，自动转向装置？），这是由乐高产的齿隙最小的装置。[/p]
[p=30, 2, left]我希望你会认为这篇教程有用，这会让你对乐高科技更有兴趣。[/p]

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7. 附录

附录A：20齿单面斜齿带栓孔、把手轮、三种8齿的区别


[p=30, 2, left]2010年，一种新的带栓孔的20齿单面斜齿问世，你能轻易看出这是根据以前的20齿单面斜齿改进的，以期提供更多的可能性，而非取代原有版本。这些可能性很明显是为了配合线性驱动器：驱动器的问题是当它们固定于（因为是轴孔，译者按）穿过支撑架的十字轴，固定它们和驱动它们的是同一根轴。这意味着作用于驱动器的载荷同时会产生作用于轴的摩擦力，当载荷过大时，会造成传动效率迅速降低。[/p]
[p=30, 2, left]新版本齿轮就是为解决这一问题而设计的。在此之前，我们可以在这类装置中用到一个12齿半斜齿或20齿半斜齿，现在我们有了第三种选择。不同之处在于新的齿轮可以绕轴自由旋转，所以它可以作为空转齿存在，而不用去驱动所在的轴。这样驱动器承载的载荷大小就不会再影响齿轮的传动效率。下图中描述了三种装置，其中使用新版齿轮的装置是右侧第一个（请注意这三个装置都提供1:1的传动比）：[/p]


[p=30, 2, left]由于在轴套处增加了一个0.5单位的套环，新版齿轮比之前更厚。我们知道由于和轴的接触面太小，老版本的20齿半斜齿容易在大扭矩下折断。所以新版本中多出的套环部分就显得更加有用了。新版本极少出现断裂的情况，唯一的缺点是由于变成了栓孔，它们只能作为空转齿轮使用。[/p]


[p=30, 2, left]把手轮（原文为The knob wheels，乐高编号：32072，译者按）已经出现好几年了，它没出现在前文的齿轮列表中是因为从技术上来说，它不能算是“齿轮”。对于把手轮，有两个重要的点需要了解：一是它们只能和另外一个把手轮啮合，二是它们的强度比齿轮大很多，可以承载高扭矩。后一个特点使搭建载重卡车的玩家会经常使用它们。把手轮可同时在水平向和垂直向啮合，但在垂直向啮合的情况更多。因为在这种情况下，常规齿轮更容易在高扭矩下出现断裂。有一个使用把手轮的好例子是乐高科技的8421套装（Mobile Crane，2005年科技旗舰，译者按），在此套装中，把手轮被用于操纵需要巨大扭力的横向外伸支架。把手轮的缺点是大部分情况下两个啮合轮之间只有一个接触点（在水平啮合的情况下有两个接触点），在（把手轮）转动一圈的情况下，这个接触点会变化4次。这样就像是两个4齿齿轮在工作，这样导致他们的转动并不稳定。在以大扭矩作用于一个垂直啮合的把轮系统时，这种不稳定情况尤其明显——它们的转述开始波动。而且，由于所有的扭矩作用于一点，使得把手轮更易于磨损。在载重卡车模型中，我们常常会看见把手轮在啮合接触点周围的磨损情况，但这种情况仅限于真正的重型卡车，而且磨损只会持续一小段时间。[/p]
[p=30, 2, left]最后来说说在教程中我们提到过的三种8齿齿轮的情况。我们知道乐高喜欢不断地对它的模具进行小改动，很多乐高零件会在几年间改头换面。我们很难以时间次序来描述8齿的三个版本间的变化，但似乎其中强度最高的那个也是最晚问世的，而且也在最近的科技套装中出现。请注意这只是个假设：不同的变形也有可能还同时在产（用不同的模具），而某个特定的套装会使用其中的某个变体，甚至同时用几种变体。类似下图：[/p]


[p=30, 2, left]左边齿轮似乎是8齿的最初版本，然后才是中间的版本，与左边的相比，中间轴套部分的形状类似，但齿形不同：它比前者更短更厚，大概强度也更高。这个差别不大，除非你把两个齿轮放在一起，否则很难分辨。而第三个（右边的）齿轮似乎代表了“目前”的版本。相比中间那个，它维持了齿形，但中心部分，在齿和轴套之间多了额外的一层，增加了厚度。这是个较为显著的不同之处，大概也是为了让齿轮不至于在大扭矩下变形。了解了这些不同的玩家也会更想要这种变体。[/p]

附录B：新版本的16齿齿轮
[p=30, 2, left]从2011年初起，16齿标准齿轮发生了改型。老版本发生了轻微的改变：下图中显示的是左侧的老版本齿轮（零件号4019）和右侧的新版本（零件号94925）。你也看到两者在外侧（齿的部分，译者按）几乎完全相同，而中心的轴套部分则明细不同。由于在中心部分用了更多材料，改型的目的似乎是为了更大的强度和高扭矩下更低的机械损伤可能性。另外，齿身的外环也比老版本厚了大约一倍，使得新版本齿轮能承受更大的扭矩。[/p]



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