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乐高不需要变速箱 科技系列

simatic_net 2014-1-6 8663
[i=s] 本帖最后由 simatic_net 于 2014-1-7 23:10 编辑 [/i] 我早上四点就睡不着了，躺在床上想我怎么造我的变速箱。其实我是个超级喜爱变速箱的人。

下面我来说说我对变速箱的看法。先打击一下大家的积极性，其实乐高根本不需要变速箱。
因为真车使用气缸发动机作为动力，发动机与电机相比工作特性区别极大。
真实发动机工作时最低转速也要有800转，一般最高5000转，而且并不是任何转速都能输出最大扭矩一般在三四千转时产生最大扭矩，一般最高转速时输出最大功率。发动机的这些特性决定了，无论汽车当前速度是多少，如果汽车想再加速那么最好让发动机维持在三四千转（此时输出最大扭矩）。
受限于此，人类给发动机配上了“变速箱”。

而使用电动机作为动力完全没有这个问题。电机几乎可以在速度0至最高额定转速之间任何一点输出最大转矩，而电机的调速极其方便也不存在最低工作转速的问题。这种情况下增加变速箱可以在动力不变的情况下通过切换齿比能够增大车轮输出最大扭矩或者提高车轮最高转速。
括号中的话我说错了，大家可以不看。（所以，用电机作为动力造车只需要一组齿轮，实现电机最高转速对应最高车速就可以了，调速的工作直接电控电机调速就可以了。）

既然这样，是不是我们造乐高变速箱就没意义了呢？当然不是。其实我更喜欢英文的叫法“gear-box”，我觉得叫齿轮箱更合适。前面我说的一大堆可能就是乐高官方set不愿意把“gear-box”用于调速的原因，官方set更多的是做切换功能用，这个方法及其巧妙，一个动力，可以切换出超多输出轴，领我这个学电气的叹为观止。而且出于对汽车的热爱，我也会自己造变速箱放在我的车上尽量模拟真车运行时的动作。其实我觉得乐高官方set不设变速箱还有另外一个原因，就是官方怕损坏零件，有意限制作品的速度和力量。

总之，“gear-box”是承载人类智慧的盒子，值得我们大家好好去研究。

蓝字是我后加的。
最新回复 (45)
  • colorant 2014-1-6
    2楼
    同意,gear-box就是有限的空间下合理安排齿轮这点最难,其实和其它MOC技术也异曲同工啦
  • haiout 2014-1-6
    3楼
    说的有理没理都要攒一下楼主的精神。
  • 阳光超人 2014-1-6
    4楼
    深奥
  • happxi 2014-1-6
    5楼
    “说的有理没理都要攒一下楼主的精神。” 这话说的好：）
  • 史恒辉 2014-1-6
    6楼
    被楼主早上四点就开始思考这个问题的精神感动了，赞一个
  • cccsean 2014-1-6
    7楼
    4点被一个问题搞醒，有种被苹果砸到的感觉吧
  • erickou 2014-1-6
    8楼
    不知道我是否理解对了，楼主的意思是对乐高电机而言，通过火车遥控器那件控制电流大小就可以控制电机转速，从而可以控制车速，是这样吗？
  • shinme 2014-1-6
    9楼
    插一句, 我理解樓主就是這個意思。
  • xzj911 2014-1-6
    10楼
    楼主想的当然不对，9398就是个例子，官方的装配方法越野能力超强，但是龟速，对调其中一组齿轮，速度快了，但是越野能力大打折扣！ 变速箱其实就是基本的杠杆原理，多级减速后能带来大的扭矩，这不分什么气缸发动机电动机的，手摇也一样。
  • simatic_net 2014-1-6
    11楼

     提示：您可以先修改部分代码再运行
    erickou 发表于 2014-1-6 12:19
    不知道我是否理解对了，楼主的意思是对乐高电机而言，通过火车遥控器那件控制电流大小就可以控制电机转速， ...
    是呀。所有的红外接收器都可以PWM控制电机调速。
  • zhubin 2014-1-6
    12楼
    gear这个词一直能让我兴奋。
  • xzj911 2014-1-7
    13楼
    那如果在9398上面实现一个2档的变速箱，抵挡越野，高档跑平地，这不就很好的表达了变速箱的作用！和真实的汽车完全一样，抵挡起步和爬坡，高档用于高速跑。 在齿轮比固定，不采用变速箱的情况下，简单的靠调整电机的输入电流，来调整电机的转速，从而来达到低转速爬坡，高转速跑起来，这是不可能的。就算如题主所说，电机在高低转速下扭矩都一样，但是很显然，越野爬坡说需要的扭矩是要远远大于平地跑的时候的。 高速度和高扭矩对一个电机，或者其它的动力输出设备，汽油发动机也好，手摇也好，是2个相对立的属性，而且在不采用齿轮组的情况下，速度和扭矩都有个最高值，要实现更高的速度，或者扭矩，就需要齿轮组了。 而变速箱的作用，就是对转速和扭矩的调整范围进行扩充的，而且是极大的扩充！ 纯探讨……
  • 木子改 2014-1-7
    14楼
    还没接触到变速箱，但我也一直有跟13#一样想法，在9398上实现变速。
  • 哈来来 2014-1-7
    15楼
    每个lego作品都有自己追求的方向，如果是为了外观和性能，变速箱确实没什么用，如果是为了拟真，那变速箱还是必不可少的。。。
  • simatic_net 2014-1-7
    16楼

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    xzj911 发表于 2014-1-7 09:17
    那如果在9398上面实现一个2档的变速箱，抵挡越野，高档跑平地，这不就很好的表达了变速箱的作用！和真实的 ...
    我想明白了。你说的有道理！变速箱可以在动力恒定的前提下通过切换齿比，提高车轮输出最大转矩或者提高车轮的最高转速。
    多谢提醒。我想明白了。造变速箱更有动力了。
  • 小狮快跑 2014-1-7
    17楼
    电机的扭矩在不同转速下还是有区别的
  • 慕舞歆 2014-1-7
    18楼
    乐高，只有结构控和越野需要变速箱，平跑只需一个调速遥控器~
  • BD.tomato.Eric 2014-1-7
    19楼
    我是从玩RC 模型过来的 对于电驱动动力，控制电流输出就可以直接控制电机的线性输出了，变速箱只是油动力模型的产物，在电动力模型上，无论是越野还是竞速遥控模型，都不存在变速箱或者档位的装置了，大家关心的是最终齿比，因为这个直接影响到轮上的最终速度和扭力的关系 （ 对于一个型号的电机，在电池不成为平均的时候，最终的输出功率就是P=fv P为功率， f为扭力，v为速度，P不变，两者成反比关系）
  • simatic_net 2014-1-7
    20楼

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    BD.tomato.Eric 发表于 2014-1-7 23:37
    我是从玩RC 模型过来的
    对于电驱动动力，控制电流输出就可以直接控制电机的线性输出了，变速箱只是油动力模 ...
    你说的对。对于模型来说，选一个能力足够的电机和一个适当的齿比就能解决一切问题。而且效果比用变速箱好的多。但是乐高的电机最大的也就是XL，能力十分有限。
    选择模型电机时可以计算所需最大扭矩时电机的功率、最高速度时电机的功率，然后这两个数哪个大就按照哪个选。
  • simatic_net 2014-1-7
    21楼

     提示：您可以先修改部分代码再运行
    haiout 发表于 2014-1-6 08:58
    说的有理没理都要攒一下楼主的精神。
    这个问题现在变得复杂了，我也不知道我说的有没有理。
  • aldaris 2014-1-8
    22楼
    越野车又要考虑差速锁的问题，很麻烦的，模型里有个大S（SUMMIT），有这种功能，乐高想要做到，零件强度是个大问题。
  • mt2009 2014-1-9
    23楼
    进来学习的。慢慢学习一下这方面知识
  • johnchen2006 2014-1-18
    24楼
    以前大学的电力拖动不及格啊，现在要补课了。
  • dna2 2014-1-19
    25楼
    学习一下，乐高好玩，通过乐高学习其他方面的知识更好玩，通过乐高把其他方面的知识发挥到极致就是个挑战了！ 我的理解是，电机的输出功率是恒定的，所以改变速度不是GB（gear-box)的目的，改变扭矩（或者说是推力）才是它的目的。
  • dna2 2014-1-19
    26楼
    继续探讨： 我开车的时候学过，如果要中途超车，需要瞬间加速的同时，快速把车速提上去，这时除了把油门踩到底，同时要降低档位，利用发动机中段最大扭矩来加速。每种车型的发动机不同，所以转速和扭矩的最大值也不是一定的。我个人认为，发动机还有个气缸摩擦，活塞运动时的物理特性等等决定发动机效能的因素，同时真车还面临车重，胎压，路面情况，胎面摩擦力，风阻等等情况，所以全世界顶尖的车厂都有自己的赛车队，利用制造赛车来完善自己的发动机设计。不知道我说的对不对？欢迎大家探讨。{:3_160:}
  • x01oct 2014-1-19
    27楼
    电机的调速其实也不是那么的方便....
  • simatic_net 2014-1-24
    28楼
    [quote][size=2][url=forum.php?mod=redirect&goto=findpost&pid=576366&ptid=30901][color=#999999]1111111111 发表于 2014-1-19 21:48[/color][/url][/size] 我觉得变速箱如果车身重量太重的话要个变速是不是没啥意义了？因为你变速，如果把档位调高一点扭力虽然减小 ...[/quote] 反过来想，如果电机的功率足够同时最大速度也够用，也不需要变速箱。
  • ruf 2014-1-24
    29楼
    现实中的电动车，也存在带多档变速和不带变速的不同设计。电机的最佳工况转速范围很大，但也不是无限的。TESLA的ROADSTER早期版本使用的是两速变速箱，就是为了它的极速能达到200km/h。后来TESLA改进了电机，有14000rpm的高转速，才能够做到只用单速变速箱，也达到差不多的极速，但是代价就是0-100加速时间从3.7秒降到4秒多。BMW的i3纯电动车，也是单速变速箱，但是极速就只能达到160km/h，而且高速的能耗远大于低速。 LEGO攀爬车用两档变速是可以考虑的，但是实际效果很可能得不偿失，因为重量增加了、动力损失又大。采用2 L电机的轻型攀爬车应该是能力最强的。比如我这个： [url]http://www.lelezhen.com/forum.php?mod=viewthread&tid=29290&extra=[/url]
  • cn1pt030 2014-1-24
    30楼
    [i=s] 本帖最后由 cn1pt030 于 2014-1-24 11:30 编辑 [/i] 顶LZ这种痴迷的精神:) 不过感觉lego的电机的功率真的挺有限的，还那么贵，真的挺无语的，不论是想做攀爬还是想做跑车，都很难如愿； 如果单单新欢车类的题材，我觉得真不如弃lego转投遥控车了，我最近正在研究电车和油车，想想人家电车的无刷电机，电流高达60A，金属的底盘、金属的悬挂等等，特别是金属的差速器和变速箱，那才是大扭矩和高转速的保证； 呵呵，跑题了，这种话可能不适合在lego论坛里说:p
  • yamank 2014-1-24
    31楼
    喜欢乐高的原因就是可以脑力激荡，不管是对是错，总之能动动脑就是好事！
  • ybx4646008 2014-3-16
    32楼
    说得好，学习
  • 嘟吧~~~ 2014-3-16
    33楼
    我也是学电气的，齿轮箱的巧妙运用确实震撼到我了
  • 寻忆 2014-3-16
    34楼
    像42009B这样需要快速移动又有慢速微调的车型就需要至少2个档，要么电机可调，要么有换挡装置。
  • ddlovess8 2015-3-25
    35楼
    想多了就乱了
  • nice女武神 2015-3-25
    36楼
    8448这种是干啥的
  • 琉璃璎珞 2015-3-25
    37楼
    *但是对于一般的科技电机与遥控，能提供强大扭矩的势必没有快的速度。如果你玩的是一辆对地形不是很需求的跑车之类的话。那么个人赶紧两个档位比较舒服。低速越野追求高扭矩，平地加速后切二档速度也跟得上加速也不太慢。可玩性更好。
  • wxd9386 2015-3-26
    38楼
    被老板逼着创新课程，搜到变速箱了
  • simatic_net 2015-3-27
    39楼
    特斯拉有没有变速箱？
  • superdoper 2015-3-27
    40楼
    等set多了我也要组个自己的变速箱。无数个齿轮拼装在一个小盒子里本身就很诱人
  • 流淌的风华 2015-3-27
    41楼
    嗯，乐高的车全是特斯拉这种。
  • 装斯文的眼镜 2015-3-27
    42楼
    支持楼主把变速箱搞出来。虽然大学里的电机与拖动都还给老师了，不过P=FV，速度和扭矩成反比是确定的，通过换挡改变齿轮比从而实现大扭矩和高速度的切换是非常诱人的，顶楼主一个。
  • simatic_net 2015-5-26
    43楼

     提示：您可以先修改部分代码再运行
    流淌的风华 发表于 2015-3-27 15:05
    嗯，乐高的车全是特斯拉这种。
    特斯拉现在的超级加速能力已经超越市面上几乎所有的超跑。可见电动机的特性与汽油发动机完全不同。未来即使家用经济型轿车的加速性能也根本不是问题。乐高车如果追求性能，完全不需要变速箱。
  • 小布头儿 2015-5-26
    44楼

     提示：您可以先修改部分代码再运行
    simatic_net 发表于 2015-5-26 21:07
    特斯拉现在的超级加速能力已经超越市面上几乎所有的超跑。可见电动机的特性与汽油发动机完全不同。未来即 ...
    LZ所言极是，但私以为帖子所在的“科技”组实际上也是通常的“机械”组，对齿比的探究和实践乐趣自然也更多些，如果追求电拖特性及电气自控相关 摆弄 Mindstorms 获益更多。
  • simatic_net 2015-5-29
    45楼

     提示：您可以先修改部分代码再运行
    小布头儿 发表于 2015-5-26 22:00
    LZ所言极是，但私以为帖子所在的“科技”组实际上也是通常的“机械”组，对齿比的探究和实践乐趣自然也更 ...
    你说的对。我也只是想告诉大家，我们追求变速箱不是因为需要，而是因为真爱。
  • M198 2016-7-2
    46楼
    变速箱就是为了拓展发动机的工作范围的，需要不需要变速箱，就看电机能不能满足工作任务。满足的，不需要变速箱，用了叫画蛇添足。满足不了，就要用。
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