Lego-механизмы: Восточный подход

Книга японского автора по механизмам. Сайт на японском, но картинок много и все понятно. Вот маленький каталог: Большие и малые.

Справочное издание содержит статьи, посвященные разным проблемам, возникающим при сборке конструкторов. Здесь вы найдете ответы на все вопросы!

Этот раздел станет отличным подспорьем для учителей, которые используют линейку товаров LEGO Education Science & Technology, чтобы помочь ребятам в изучении принципов работы машин и механизмов.

Изменение направления вращения шестеренок

Основная идея:

Две шестеренки, соединенные перекрещенным приводным ремнем, вращаются в разных направлениях.

Дополнительная информация:

Две шестеренки, соединенные ремнем, вращаются в одном направлении. Если вы хотите, чтобы шестеренки вращались в разные стороны, необходимо перекрутить ремень в форме цифры 8. В этой модели ремень перекрещен, поэтому ведущая и ведомая шестеренки вращаются в разных направлениях. Как и в любой другой системе шестеренок, ремень закреплен нежестко, что предохранит его от разрыва, если вращение шестеренок вдруг внезапно прекратится.

Строение ленточного конвейера

Основная идея:

Две шестеренки разных размеров, вращающиеся на одной оси, можно присоединить к другим шестеренкам, чтобы замедлить или ускорить работу всей системы.

Дополнительная информация:

Если вы хотите ускорить вращение системы, состоящей из двух шестеренок, комбинируйте шестеренки и ремни. В данной модели добавлены ось и еще одна шестеренка, чтобы замедлить скорость работы всего конвейера. Когда первая шестеренка замедляет свое вращение, вторая также начинает вращаться медленнее. По аналогии вы можете заставить систему ускориться.

Построение блоков шестеренок

Основная идея:

Шестеренки разных размеров на одной оси можно присоединить к другим шестеренкам, чтобы замедлить или ускорить вращение всей системы.

Дополнительная информация:

Добавляя в систему шестеренок новые шестеренки, вы можете усилить всю систему. Просто добавьте несколько шестеренок на одной оси. В данной модели мы видим 2 системы, соотносящиеся по скорости вращения как 5:1 и связанные друг с другом через ось, проходящую через первую шестеренку из 40 зубчиков и вторую шестеренку из 8 зубчиков.

Первая шестеренка с 40 зубчиками замедляется. Вторая шестеренка с 40 зубчиками также замедляется. Объединение этих систем в одну увеличит показатель замедления системы до 25:1.

Снижение скорости шкива

Основная идея:

Если вы используете маленькое и большое колесо в связке, большее будет вращаться медленнее.

Дополнительная информация:

В этой модели у нас есть шкив (небольшое колесо) и большое ведомое колесо. Действительно трудно заставить большее колесо крутиться - на это потребуется много сил. Но с меньшим колесом можно облегчить этот процесс. Он уменьшает скорость, но увеличивает силу. Так как маленькое колесо легко заставить вращаться на высокой скорости, мы используем его в связке с большим. Колеса при использовании такой конструкции вращаются в одном направлении.

Направление вращения шкива

Основная идея:

Два шкива связаны ременной передачей в одном направлении.

Дополнительная информация:

Здесь можно увидеть два колеса, соединённых ременной передачей. Когда вы включаете ведущее колесо, ремень приводит в движение ведомое колесо. Это система шкива. Как и в любой подобной модели, ремень имеет небольшой запас для проскальзывания, чтобы он не сломаться в случае вынужденной остановки.

Направление вращения

Основная идея:

Две соединённых шестерни, крутящиеся в противоположном направлении.

Дополнительная информация:

Здесь можно видеть две соединённых друг с другом шестерни. Запуская ведущее колесо, вы даёте импульс второму колесу вращаться в противоположном направлении.

Снижение скорости вращения

Основная идея:

Если вы используете шестерню меньшего размера для управления большей, последняя вращается медленнее.

Дополнительная информация:

Ведущее зубчатое колесо (шестерня) управляет колесом большего размера. При этом скорость ведомого уменьшается, а сила увеличивается. Для этой модели: 5 оборотов шестерни (8 зубьев) дают 1 оборот ведомого колеса (40 зубьев). Отношение 5:1 называют передаточным отношением.

Увеличение скорости вращения

Основная идея:

Если вы используете большую шестерню для управления колесом меньшего размера, последнее вращается быстрее.

Дополнительная информация:

Процесс, противоположный предыдущему. Скорость уменьшается, сила увеличивается.     

Передача с использованием промежуточного колеса

Основная идея:

Промежуточная шестерня используется для того, чтобы заставить ведущее и ведомое колёса вращаться в одном направлении.

Дополнительная информация:

Так как сама по себе зубчатая передача предполагает вращение ведущего и ведомого колёс в противоположных напрвлениях, в ситуациях, когда требуется придать им вращение в одном напрвлении, можно использовать эту модель.

Увеличение скорости шкива

Основная идея:

Если вы используете маленькое и большое колесо в связке, большее будет вращаться медленнее.

Дополнительная информация:

В этой модели колесо большего размера - ведущее. Модель позволяет при меньших затратах силы увеличить скорость ведомого колеса. Колеса при использовании такой конструкции вращаются в одном направлении.

Шкивы под углом

Основная идея:

Приводной ремень может быть использован для изменения направления вращения на 90 градусов.

Дополнительная информация:

Если вам нужно изменить направление оси вращения, вы можете разместить ременную передачу под углом. В этой модели ведущее колесо находится под углом 90 градусов к ведомому.

Lego механизмы: калькулятор передаточных чисел для зубчатых передач

Передаточное число – это отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей. Т.е. если одна (ведомая) шестерня имеет 60 зубьев, а другая (ведущая) – 30, то передаточное число данной пары равно 2 (60/30).



Передаточное число важно учитывать, когда необходимо заставить двигаться механизм с определенной скоростью: чем больше передаточное число, тем медленнее вращается ведомая шестерня и наоборот.
Так же экспериментируя с передаточным числом зубчатой передачи, можно увеличить точность движения механизма: при передаточном большом числе, ведомая шестерня провернется на маленький угол при значительном повороте ведущей. Это к тому же иногда позволяет убрать паразитный люфт.

При большом количестве различных шестерней в наборах Lego Mindstorms и их возможного взаимного положения, расчет передаточного числа становится нетривиальной задачей. В таком случае при расчете может помочь данный калькулятор.

В верхней части калькулятора можно задать ведущую и ведомую шестерни (программа сама предложит только реально возможные варианты). Сразу после этого выдастся результат. Например,

The total final gear ratio is 1:36
- передаточное число - отношение 1 к 36
The speed is decreased 36 times.
- скорость уменьшается в 36 раз
The torque is increased 36 times.
- крутящий момент увеличивается в 36 раз
The follower gear rotates 0.027778 time per each revolution of the driver gear.
- ведомая шестерня поворачивается 0.028 раз за каждый полный поворот ведущей шестерни

Можно также задать определенный сервомотор и получить характеристики движения для заданной зубчатой передачи. Например,

The theoretical output speed will be 2.3 RPM at 7V and 3.3 RPM at 9V.
- теоретическая скорость будет 2.3 поворота в минуту на 7 вольтах и 3.3 поворота в минуту на 9 вольтах
The theoretical output torque will be 601.2 N.cm.
- теоретический крутящий момент будет 601 Ньютон на сантиметр.

В конце страницы можно воспользоваться автоматическим подсказчиком, который поможет определить какие шестерни можно вообще испольовать при заданном взаимном расположении их друг от друга.