乐高中的运动——差速器

　　下面给大家介绍一种特殊的装置：差速器。你可能知道汽车都有一个差速器，但不一定知道它的作用。让我们做一个实验：在乐高机器人挑战套装中拿两个较大的轮胎，用较长的轴连接轮毂(如图 2.20)。现在将轮胎放到桌上，并轻轻推动它：轮胎平直前进。用手指拿住轴的中间，设法让它们改变方向，是不是有些困难?

　　原因是：当两个平行轮拐弯时，它们的运动路径的长度是不同的，外围的轮子运动的路径长度比里面的要长(如图 2.21)。例子中的两个轮子是刚性连接的，转动时，它们的行程一样，因此在一个轮子不打滑的情况下是没有办法让其转弯的。

　　接下来我们搭建如图 2.22 所示的装置。这个装置包含配有 3个 12齿斜轮的差速器，两根长度为 6个乐高单位的轴，固定组件的两根梁和两块板。将轮子再放到桌上并推动它，发现它可以平稳地朝各个方向转动。仔细观察差速器内的斜齿轮：当轮子前进时，差速器转动了而斜齿轮没有转动。假如在原地转动，差速器停止转动而斜齿轮转动了。还有一种中间状态，它们两个以同样的转速转动。差速器提供了一种在没有单一固定轴的限制下将动能输出给两个轮子的方法。

　　要在车辆上安装差速器，只需将动力传给差速器主轮(它的两边各一个 24 齿和 16齿的轮缘)。

　　差速器还有其它重要的应用。可以将它当成机械加/减装置。将图 2.22的装置放到桌上，转动其中一个轮子;如果想让另一个轮子保持不动，差速器的角速度是轮子的一半。如果在原地转动这个装置，差速器不会转动，当两个轮子同时转动时，差速器转动的速度与轮子相同。由此得出：(lav1+lav2)/2=Oav

　　Oav 代表输出角速度(差速器)，lav1 和 lav2 代表输入角速度(两个轮子)。使用这个公式时，输入角速度的大小有正负之分，也就是说，两根输入轴的旋转方向相反，其中一个角速度要使用负数。举个例子，右轴的转速是 100rpm(每分钟旋转的圈数)，左轴旋转速是 50rpm，得出差速齿的角速度：(100rpm+50rpm)/2=75

　　还有一种情况，使用一个惰轮，使其中一个轮子反转，让差速器产生一个速度差而不是两者的和。反转输入轴就是让其中一根轴的角速度为负。当两轮的速度相同时，差速器的速度会有什么变化：

　　(100 rpm – 100 rpm ) / 2 = 0 rpm

　　表示差速器没动，将两轮的速度变成不同，差速器的速度就边为两轮速度差的一半。

　　(100 rpm – 98 rpm ) / 2 = 1 rpm

　　当你想确认两个轮子运动的速度和距离是否一样时，这个技巧就很有用：观察差速器，并不

　　断减低左或右轮的速度来保持差速器静止。