機械原理之輪軸詳解

2021-03-01 造未來科創教研室

在樂高課程中，從2歲到100歲，搭建是不可或缺的重要一環，甚至佔據整節課的一多半時間。

縱觀圍繞建構而衍生的全部知識點，除了依託具體作品而產生的語數生地等常識普及外，剩下的知識點可以說是貫穿整個年齡段，彰顯老師專業性，區分一個樂高老師是否合格的衡量標準。

這些知識點劃分下下來，不外乎為拼搭技能、機械機構、幾何結構、物理常量幾個方面。因為不論是樂高教師還是樂高知識，現階段尚未出現權威培訓和教材體系，導致每個機構每個老師基本上是自成一派，摸石過河。

客觀世界中，具現物質的建構歸根結底只有平面和空間。樂高搭建當然也逃不出，任何模型終究要歸溯到平鋪和壘高兩個方面。所以連接各種積木的技能，比如平鋪、互鎖、兩點固定等是最基本也是最先需要掌握的知識，而在齒輪、槓桿等機械機構之前必須要有物理常量知識的鋪墊學習，比如運動、力等，畢竟機械機構最基本的功能就是傳遞運動和力。

長期以來，致力於對拼搭技能、機械機構、幾何結構、物理常量等體系內的子系及元素的歸納整理闡釋，可能依然有欠缺，依然不完善，依然有錯誤，但這已經不是現階段個人靠查閱資料和閉門造車可以完成的工作了，所以想分享出來，和大家一起討論，指出不足之處。

本文來源於長期以來歸納的輪軸體系莖葉圖，再次進行分享。

輪軸

由一個軸和一個輪組成，能繞共同軸線旋轉的簡單機械，外環叫輪，內環叫軸。

輪軸平衡

省力輪軸和費力輪軸

作用

輪

安在車軸上可以轉動使車行進的圓形的東西，或安在機器上能旋轉並促使機器動作的東西。

主動輪和從動輪

驅動輪

車輛工程中推動車子向前行駛的主動輪（車輪），承載的發動機輸出的動力。

腳輪

腳輪是個統稱，包括活動腳輪和固定腳輪。活動腳輪也就我們所說的萬向輪，它的結構允許360度旋轉;固定腳輪也叫定向腳輪，它沒有旋轉結構，不能轉動。通常是兩種腳輪一般都是搭配用的，比如手推車的結構是前邊兩個定向輪，後邊靠近推動扶手的是兩個萬向輪。

軸

穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉動零件並與之一起迴轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。

聯軸器

聯軸器屬於機械通用零部件範疇，用來聯接兩根軸，使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。

萬向聯軸器

聯接不同機構中的兩根軸(主動軸和從動軸)，使之共同旋轉，以傳遞扭矩。

萬向軸

輸入軸、傳動軸、輸出軸

分離軸、合併軸

飛輪

轉動慣量很大的盤形零件，起貯存和釋放動能作用的轉動構件。

飛輪機構

機器轉速增高時，飛輪的動能增加，把能量貯蓄起來；當機器轉速降低時，飛輪動能減少，把能量釋放出來。

飛輪效應

為了使靜止的飛輪轉動起來，一開始必須用很大的力，反覆地推動，每轉一圈都很費力，但飛輪會轉動得越來越快，當達到一個很高的速度後飛輪所具有的動量和動能就會很大，使其短時間內停下來所需的的外力便會很大，只需要要很小的力便能夠克服較大的阻力維持原有運動。

偏心輪

輪的中心不在旋轉點上，一般指圓形輪，當圓形沒有繞著自己的中心旋轉時，就成了偏心輪。偏心輪也是凸輪的一種，一般來說偏心輪主要的目的是產生振動即可，像電動篩子，手機裡面的振動器都是用偏心輪。

偏心輪機構

關注公眾號【造未來】後，在後臺回復機械原理關鍵字，獲得華中科技大學機械原理視頻86講教程及機械原理第六版電子書籍。

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