2020年12月4日星期五

科技樂高-齒輪專題

到了國小六年級的正式課綱中,有一個輪與軸的單元。如果讓孩子從小在玩樂樂高的過程中,接觸到一些基本的資訊,不是用學科補習班以考試為目的學習,這讓孩子產生內化、直覺且生活的方式去理解機械原力。孩子可以在正式課程中用自己實際的經驗去理解課綱的內容,挖掘更多的理論。

理論都是實務中實作累積、分析統計、歸納總結出來的,所以現在孩子很幸福,也很可惜,因為他們喪失了自己摸索學習累積經驗的過程,直接就學習結論。

教育改革的本質,就是希望孩子除了連接學習結論,也可以增加自己摸索實作的機會。

所以來玩玩樂高吧!

什麼是齒輪(Gear)?

齒輪(gears)是在摩擦輪的表面,製造適當形狀之輪齒(tooth)能互相咬合,並以一定的速比傳達動力,而不會產生有如摩擦輪傳動之滑動現象發生。所以齒輪是動力樂高中很重要的一個靈魂零件,馬達帶動十字軸轉動,然後十字軸驅動齒輪的轉動。

齒輪的三大種類:

從軸心的相對關係,和齒筋的與軸心的關係分析:

  1. 平行軸齒輪:連接兩平行軸的齒輪。一般常見的種類是
    • 正齒輪:最常見的齒輪,齒筋與軸心平行的圓筒,又稱外齒輪
      • 參考:科技磚-正齒輪(Spur Gear) 
    • 齒條:想像外齒輪中輪的半徑大至無窮,而形成齒條的情形。或說可與正齒輪咬合的直線條狀齒輪。
    • 內齒輪:在圓環內側切齒的齒輪,可與正齒輪咬合。
    • 旋轉齒輪:齒筋為螺旋線的圓筒齒輪。
    • 旋轉齒條:與旋轉齒輪箱咬合的條狀齒輪。
  2. 相交軸齒輪:連接相交軸之齒輪。一般常見的有
    • 直齒斜(傘)齒輪:兩相交軸成90度的齒輪,且齒筋為直線的,為最常見的斜齒輪,常常使用於差速器上。
      • 參考:科技磚-雙斜齒輪(Double Bevel Gears) 
    • 蝸線斜齒輪:齒筋(齒型)為曲線的斜齒輪,由於單位面積齒承面積較大,因次強度和壽命都較高,但是製造上比較困難,所以樂高沒出^^。
  3. 交錯軸齒輪:螺旋輪組在非相交的交錯軸間傳動,還好樂高沒出,不然結構的設計又更複雜,最經典的是交錯螺旋齒輪,雖然較為平穩,但是適合輕負擔的情況。
不過齒輪常常是混合搭配使用,為了完成各式結構的需求。
  • 參考:科技磚-齒輪混搭風(Mixed Gear)
還好樂高還沒有出完整的齒輪系,不然我們又不知道要敗多少銀子 🤣。

樂高有出的款式,我們附上連接URL,說明他的款式和運用方法,建議大家都了解你要使用的工具,就像玩寶可夢,總是要弄清楚屬性和用法 🤣。

齒輪的三種功能:

  • 傳達動力:例如汽機車、工具機、攪拌機等之動力傳遞,大都使用齒輪。 
  • 改變運動方向:兩齒輪傳動方向,兩輪之轉向不一定一致,例如外接正齒輪傳動時,兩輪轉向相反;內接正齒輪,則兩輪轉向相同。 
  • 改變旋轉速度:齒輪傳動可使兩轉軸速度快或慢,例如兩正齒輪傳動,齒數較多者,轉速較慢。

齒輪如何改變旋轉速度

利用輪齒的咬合,改變軸心的轉速,是齒輪的主要工作。以下徒24 tooth 和 12 tooth微粒很容易了解:

  • 大齒輪帶動小齒輪:轉速變快
  • 小齒輪帶動大齒輪:轉速變慢 







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