[教师也创客]创客教育材料漫谈——传动件

教师也创客

我的金色飞贼

如果你想做出可动的创客作品，你一定会用到传动件。所谓传动件，是指为传递动力而设计的零件。它的传动形式包括机械传动、流体传动和电力传动3种类型。在这篇文章中我们将主要认识创客教育中常用的机械传动材料。

机械传动是最常见的传动形式，它可以细分为摩擦传动和啮合传动2大类，它们最大的区别就在于传递动力的方式。摩擦传动依靠机械间的摩擦力传递动力，而啮合传动是通过齿轮链接主动件和从动件，实现动力传递。例如，生产线上传动带通过皮带和皮带轮的摩擦传递动力，这就是摩擦传动；单车的牙盘上的齿和链条互相啮合，转动牙盘，链条也会跟着运动，这就是啮合传动。

传动件可以单独运作，也可以与其他传动件组成运动系统，由一个或多个传动件组成的运动系统称为传动机构。下面，我们就通过几个创客作品案例，认识创客教育中传动件和传动机构的作用，以及怎样设计和制作传动件。

凸轮机构

金色飞贼是《哈利·波特》里魁地奇比赛中最重要的得分球，它有金色的金属球身和银色的翅膀，飞行速度极快，很难抓到。“我的金色飞贼”就是以这个学生们熟悉的题材设计的作品。摇动底座右侧的手柄，金色飞贼的翅膀就会一上一下地扇动，就像要参加魁地奇比赛一样。

这个创客制作中，轴、瓶盖和圆形纸板构成了偏心轮机构，偏心轮机构是一种特殊的凸轮机构。而凸轮机构由凸轮、从动件和机架3个基本部分组成，它能够将转动转变为直线的往复运动。例如，活塞式发动机用凸轮机构控制气门的启闭就是利用它能够将转动转变为直线运动的原理。

如果创客作品对精准度要求不高，用塑料瓶盖或者纸板可以设计成简易的凸轮机构，甚至还可以将多个凸轮连在一根轴上，做成凸轮轴。“小球爬楼机”就是用多个瓶盖制成凸轮，转动手柄，轴带动凸轮转动，凸轮机构带动上方的楼梯上下往复运动，将弹珠从最低的台阶运送到平台上部。如果对精度有更高要求，我们可以使用激光切割或3D打印制作凸轮，也可以购买现成的凸轮进行创客作品设计。

小球爬楼机

齿轮机构

《小王子》是圣埃克苏佩里创作的童话，数十年来广受学生欢迎，成为了一代童话文学的经典作品。“小王子的星球”就是以《小王子》为题材设计的创客作品。转动下方的竹签，小王子就会围绕着星球旋转，似乎回到了他独一无二的玫瑰身边。

小王子的星球

与“我的金色飞贼”不同，竹签穿过的是瓶盖的中部，而瓶盖的四周均匀粘贴了6根短竹签。“星球”下方同样也粘贴着1个轴，轴上连接着同样的瓶盖和短竹签，轴的上方连接着小王子。瓶盖上的短竹签互相啮合，主轴转动时，2个瓶盖以相反的方向运动。

瓶盖和竹签设计的结构，实际上充当了齿轮的功能，相当于一个空间齿轮机构，它能够用于传递2个相交轴之间的运动和动力。

齿轮是最广为人知的连接件，它边缘上的齿能够与其他连接件啮合传递动力。与其他传动机构相比，齿轮的传动比精确，更适合用于精密机械的设计。

平面齿轮是最基础的齿轮，它能够在同一平面上传输动力，而不能改变动力的方向。平面齿轮有不同的规格，区别在于直径和齿数的不同，我们能够用它改变转动速度和扭矩。乐高机械件设计的作品“电动陀螺”就是用平面齿轮进行变速的例子。

电动陀螺

圆柱齿轮在生活中有广泛的应用，例如，汽车的有级变速器就是通过不同齿轮的啮合改变传动比，实现速度和扭矩的变化的。

锥齿轮机构是另一种常见的齿轮机构，也是一种空间齿轮机构。在2根相交轴上，1对锥齿轮互相啮合，构成了一个锥齿轮机构。锥齿轮机构能够将动力从一个方向转变到另一个方向。生活中运用锥齿轮的场景很多，例如，与普通单车不同，许多共享单车采用了轴传动的方式代替链条，这种方式大大降低了共享单车的维护成本。

“旋转木马”是一个用锥齿轮机构设计的创客作品案例，它的中心由1个水平旋转的锥齿轮和3个垂直旋转的锥齿轮构成，电机驱动水平锥齿轮旋转，木马上的垂直锥齿轮也一起旋转，旋转的动力通过曲柄滑块机构转化为上下往复运动。

旋转木马

除了平面齿轮、锥齿轮之外，还有齿条、蜗杆等造型和功能各异的齿轮，创客教师需要熟悉不同的齿轮机构，在设计作品时就可以更得心应手。

本文原载于《中国科技教育》2018年第7期“新技能”栏目，作者陈染，有删减。

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