離心泵的基本原理和結(jié)構(gòu)講稿(二)

離心泵的基本原理和結(jié)構(gòu)講稿(二)中小學?機器人教學?中應注重的?基本結(jié)構(gòu)原?理和機械?原理近年?來以機器人?競賽為動力?，以培養(yǎng)學?生的動手能?力、創(chuàng)新思?維能力為目?標的中小學?機器人活動?在我市許多?學校相繼開?展了。機器?人教學作為?中小學信息?技術(shù)課程的?發(fā)展方向，?越來越受到?重視。機?器人科學是?集機械、結(jié)?構(gòu)、動力、?電路、傳感?器、控制、?算法等為一?體的新興學?科，所以機?器人從宏觀?上又分為了?機器人硬件?和機器人軟?件兩個部分?。機器人硬?件活動主要?培養(yǎng)鍛煉學?生的動手與?實踐能力，?在我的機器?人興趣小組?活動中，每?節(jié)課我都會?安排一定時?間讓學生動?手搭建機器?人的機械結(jié)?構(gòu)和傳感器?電路，讓他?們熟練使用?常用的工具?，比如鉗子?、螺絲刀、?剝線鉗、萬?用表等。課?堂最后讓學?生自己調(diào)試?程序，觀察?機器人的運?行情況，然?后修改完善?程序。在不?知不覺中，?學生的動手?能力得到了?很大的提高?。機器人軟?件部分主要?涵蓋程序的?編寫，機器?人的運行是?程序執(zhí)行的?結(jié)果，學生?通過編寫程?序讓機器人?按照任務要?求完成某一?個動作，這?個程序是事?先在學生的?大腦中“執(zhí)?行”過的。?程序從簡單?到復雜，從?單一到多元?，學生的邏?輯思維能力?可以得到很?好的鍛煉和?提高。在?中小學階段?機器人教學?中是以機器?人硬件（及?結(jié)構(gòu)、機械?、動力等）?為主，還是?以機器人軟?件（及機器?人程序的編?寫）為主呢?。首先興趣?是一個人最?好的老師，?在中小學階?段培養(yǎng)學生?對機器人科?學的興趣是?最主要的前?提和目標，?所以根據(jù)中?小學生現(xiàn)階?段發(fā)展特點?，讓學生?參與各種機?器人的興趣?活動，在興?趣活動中讓?學生自己動?手實踐，設?計制作機器?人這樣能更?有效的提高?學生對機器?人的學習興?趣。在機?器人硬件中?也包含了機?械、結(jié)構(gòu)、?動力、電路?、傳感器等?各類知識。?在中小學階?段的機器人?教學中如何?讓學生掌握?這些知識是?我們應該深?入研究的。?不管是多么?復雜精密的?機械和結(jié)構(gòu)?，都是從最?基本的機械?和結(jié)構(gòu)原理?發(fā)展而來的?。就像我們?在大學學到?的數(shù)學知識?也是從小學?的1+1最?簡單的基本?知識積累而?來一樣。所?以掌握最基?本的原理_?__更有助?于為學生打?下良好的基?礎(chǔ)。我于?___年開?始從事青少?年機器人創(chuàng)?新實踐活動?的教學工作?，根據(jù)多年?的教學經(jīng)驗?總結(jié)了一些?在中小學階?段應該讓學?生掌握的最?基本的結(jié)構(gòu)?原理和機械?原理。一?、基本結(jié)構(gòu)?原理1、?平衡和重心?。平衡是兩?個或兩個以?上的力作用?于一個物體?上，各個力?互相抵消，?使物體成相?對的靜止狀?態(tài)。亦泛指?平穩(wěn)，穩(wěn)定?。重心是一?個物體的各?部分都要受?到重力的作?用。從效果?上看，我們?可以認為各?部分受到的?重力作用集?中于一點，?這一點叫做?物體的重心?。如何使機?器人的平衡?達到最佳狀?態(tài)，是個很?重要的問題?。由于機器?人臂桿的重?心不通過其?轉(zhuǎn)軸，因而?產(chǎn)生偏重力?矩，它隨著?機器人臂桿?運動的位置?、速度以及?加速度的不?同不斷變化?。這對機器?人的運動學?、動力學特?性都有很大?的影響，因?此，機器人?應具有良好?的平衡。良?好的平衡對?改善和提高?機器人的性?能起著至關(guān)?重要的作用?。首先平衡?有利于控制?和改善機器?人的動力學?特性，提高?運行精度，?其次，還可?以減少傳?動載荷和摩?擦力。在我?們的實際教?學中經(jīng)常出?現(xiàn)這樣的情?況。第一?機器人在直?線行走的過?程中始終會?出現(xiàn)左偏或?右偏的情況?。第二機?器人在上坡?過程中出現(xiàn)?翻倒情況。?第三機器?人臂桿在運?動過程中出?現(xiàn)翻倒情況?。以上情況?都和機器人?平衡狀態(tài)不?好有關(guān)，平?衡不好造成?機器人重心?偏移，機器?人在運動過?程中就會出?現(xiàn)這樣或那?樣的問題，?所以應將平?衡和重心的?概念貫穿整?個機器人的?教學過程。?2、力量?。力是物體?之間的相互?作用，是使?物體獲得加?速度和發(fā)生?形變的外因?。力有三個?要素，即力?的大小、方?向和作用點?。在我們的?機器人運動?過程中會出?現(xiàn)各種各樣?的力，在其?中最重要的?是動力和摩?擦力。機器?人的動力在?我們的中小?學機器人活?動中主要是?由各種類型?的馬達來提?供。如現(xiàn)在?常用的馬達?和伺服馬達?，馬達即我?們通常說的?直流馬達在?機器人運動?中主要提供?前進（馬達?正轉(zhuǎn)）、后?退（馬達反?轉(zhuǎn)）和剎車?（馬達停轉(zhuǎn)?）功能。伺?服馬達本質(zhì)?上是一個可?定位的馬達?，主要用作?運動方向的?控制部件。?當伺服馬達?接受到一個?位置指令時?，它就會運?動到指定的?位置，成為?一個可控的?運動關(guān)節(jié)，?具有大扭力?、控制簡單?的特點，可?適用于創(chuàng)意?、人形機器?人模型、航?模等需精確?定位的項目?。當然不管?是馬達還是?伺服馬達如?何運用最終?還是要根據(jù)?機器人的設?計來確定。?如直流馬達?通過一些機?械裝置和程?序的設計也?能實現(xiàn)伺服?馬達的精確?定位功能。?摩擦力是兩?個表面接觸?的物體相互?運動時或有?運動趨勢時?互相施加的?一種物理力?。在我們的?機器人運動?中摩擦力有?時需要加大?有時需要避?免，如機器?人在上坡和?轉(zhuǎn)彎過程中?應增加摩擦?力，在一些?機械連動裝?置中應減小?或避免摩擦?力。讓學生?認識各種?各樣的力有?助于學生對?機器人的設?計和制作，?更能幫助學?生掌握這種?最基本的物?理知識。?3、___?和軸。__?_，是用不?同材料制成?的圓形滾動?物體。簡單?來說，它包?括___的?外圈、與外?圈相連接的?輻條和中心?軸。透過滾?動，___?可以極大的?減少與接觸?面的磨擦系?數(shù)。軸，是?穿在軸承中?間或車輪中?間或齒輪中?間的物件。?軸是支承轉(zhuǎn)?動零件并與?之一起回轉(zhuǎn)?以傳遞運動?、扭矩或彎?矩的機械零?件。機器中?作回轉(zhuǎn)運動?的零件就裝?在軸上。在?我們的機器?人制作過程?中學生往往?只注重__?_的選擇和?___，而?忽略了軸的?重要性。（?范本）如在?我的機器人?活動中經(jīng)常?出現(xiàn)這樣的?情況，學生?選擇了兩個?最大的__?_在___?過程中用一?根軸將兩個?___和兩?個馬達連接?在一起，機?器人運動過?程中當兩個?馬達運動方?向相同時機?器人能動，?但當兩個馬?達運動方向?相反或有差?異時機器人?就會出現(xiàn)問?題。所以應?對學生強調(diào)?___的轉(zhuǎn)?動是由于軸?轉(zhuǎn)動而傳遞?出的動力。?二、基本?機械原理?在中小學的?機器人活動?中齒輪是使?用最廣變化?組合最豐富?的機械零件?。首先，齒?輪是輪緣上?有齒能連續(xù)?嚙合傳遞運?動和動力的?機械元件。?其次，齒輪?是將旋轉(zhuǎn)運?動從一根軸?傳遞到另一?根軸的裝置?。在中小學?機器人活動?中讓學生掌?握一些齒輪?使用的基本?原理和基本?組合，能豐?富我們的機?器人教學活?動。1、?齒數(shù)比。只?要數(shù)出每個?齒輪的齒數(shù)?，用輸出齒?輪的齒數(shù)除?以輸入齒輪?的齒數(shù)，我?們就能計算?出齒數(shù)比。?例如，輸入?齒輪是__?_個齒、輸?出齒輪是_?__個齒，?那么齒數(shù)比?就是24/?8=3。標?準表達方法?是用與1?相比較的帶?分號表達式?，寫成3。?1。齒數(shù)?比3。1是?什么意思呢?。首先，這?是軸的轉(zhuǎn)速?比，齒數(shù)少?的齒輪轉(zhuǎn)的?更快些，在?這個例子里?，8齒齒輪?的速度是2?4齒齒輪的?___倍。?其次，扭矩?比與齒數(shù)比?是反比例關(guān)?系，在這個?例子里，8?齒齒輪的扭?矩是24齒?齒輪的1/?3。當你?使用齒輪提?高轉(zhuǎn)速時，?扭矩會減小?，這叫做“?齒輪增速”?，可以用這?種方式來保?護下游的組?件，使其免?受電機大扭?矩的沖擊，?也能增加機?器人的速度?。當使用齒?輪降低轉(zhuǎn)速?時，扭矩會?增大，這叫?做“齒輪減?速”，可以?使用這種方?法增加機器?人力量，如?利用小電機?或曲柄來提?升重物。在?我們的生活?中汽車上坡?___要用?低速檔，平?路要用高速?檔也是這個?道理。有時?，我們也會?選擇既不增?速、也不減?速，只是使?用齒輪將扭?矩從一點傳?遞到另一點?，在這一過?程中轉(zhuǎn)速和?扭矩都不會?發(fā)生變化。?2、直齒?輪：直齒輪?用于兩根平?行的軸上。?下圖中，_?__在綠色?軸上的灰色?齒輪是驅(qū)動?輪，___?在黃色軸上?的紅色齒輪?是從動輪。?注意，這兩?個齒輪的速?度比是3：?2，這和它?們的齒數(shù)比?24：16?是一樣的。?再注意，齒?輪上每個齒?的輪廓不是?平直的，我?們稱之為漸?開線，這種?形狀可以使?齒輪做相對?的轉(zhuǎn)動，而?不是滑動，?這樣可以最?大限度地減?少摩擦力，?提高傳動效?率。我們還?會看到，每?根軸都有兩?個支撐作用?。一般來說?，每根軸至?少需要__?_個軸承支?撐來平衡齒?輪的載荷。?軸承越靠近?齒輪，其支?撐作用就越?有效。在齒?輪的兩側(cè)設?置支撐軸承?（就像藍色?的磚塊）效?果要好于把?軸承設置在?齒輪的一側(cè)?。一對直齒?輪的作用?之一，就是?讓輸出軸與?輸入軸以反?方向做旋轉(zhuǎn)?運動。直齒?輪是我們在?機器人制作?中最常見的?齒輪組合。?3、錐齒?輪。錐齒輪?用在兩根軸?不平行的情?況中。錐齒?輪可以在兩?根軸成任意?角度的情況?下使用。下?圖中，__?_在黃色軸?上的紅色齒?輪是驅(qū)動輪?，___在?綠色軸上的?藍色齒輪是?從動輪。兩?個齒輪的齒?數(shù)相同，這?兩根軸的轉(zhuǎn)?動速度也相?同。錐齒輪?的輪齒形狀?復雜，在支?撐軸上產(chǎn)生?的力也很復?雜。因此，?相對于直齒?輪來說，在?錐齒輪的支?撐軸上使用?合適的軸承?更為重要。?一般來說，?每根軸至少?需要___?個軸承支撐?來平衡齒輪?的載荷。軸?承越靠近齒?輪，其支撐?作用就越有?效。下圖中?，使用了一?個特殊的齒?輪箱來實現(xiàn)?這個支撐作?用。在我們?的機器人活?動中如果要?改變動力的?輸出方向就?要使用錐齒?輪。4、?渦輪。可以?把渦輪想象?成只有__?_個齒的齒?輪。在我們?的機器人?中渦輪是與?直齒輪配合?使用的，兩?根軸相互垂?直。渦輪具?有一些和其?他齒輪不同?的特性。首?先，渦輪只?有___個?齒，渦輪組?的齒數(shù)比就?是配合齒輪?的齒數(shù)，如?，___個?渦輪和40?齒的直齒輪?配合使用，?齒數(shù)比就是?40：1，?因此使用渦?輪可以實現(xiàn)?很大程度的?減速。其次?，與其它齒?輪相比，渦?輪的摩擦力?較大（傳動?效率也較低?），這是因?為渦輪的齒?面與相配合?的齒輪齒面?之間是滑動?摩擦，負載?越大，摩擦?力也越大。?最后，渦輪?不能被反向?驅(qū)動。下圖?中，是綠色?軸上的蝸輪?在驅(qū)動紅色?軸上的藍色?直齒輪，但?是如果你轉(zhuǎn)?動紅色軸，?蝸輪是無法?被驅(qū)動的。?這個特點在?需要鎖止位?置的場合很?有用，比如?升降閘門時?。5、齒?條?？梢园?齒條理解為?將一個直齒?輪展平。使?用齒條，可?以把直齒輪?或小齒輪的?旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)?換成直線運?動。這里沒?有傳統(tǒng)意義?上的齒數(shù)比?，但驅(qū)動輪?的齒數(shù)越少?，傳遞給齒?條的功率就?越大。齒條?的橫向移動?距離與小齒?輪的齒數(shù)成?正比。齒條?一般被用于?小車的轉(zhuǎn)向?控制結(jié)構(gòu)中?，也會被用?于其他方面?，如吊車的?伸縮吊臂中?。當然在?工業(yè)應用中?，還有其它?幾十種不同?形式的齒輪?和更加精密?復雜的齒輪?組合。在中?小學機器人?活動中，我?們也可以使?用以上簡單?的機械原理?設計出復雜?的機械結(jié)構(gòu)?。如下圖中?的4速變速?箱。從接?觸機器人到?現(xiàn)在，我和?學生們利用?這些結(jié)構(gòu)和?機械的基本?原理，設計?制作出了各?種各樣有趣?的機器人實?現(xiàn)了很多有?趣的任務。?從機器人的?活動中我深?刻體會到這?項活動為我?們的中小學?生帶來了什?么。開拓?與創(chuàng)新。孩?子往往是沒?有束縛，最?有創(chuàng)造力的?。而我們正?是要鼓勵他?們創(chuàng)新，幫?助他們?nèi)?現(xiàn)。在學生?由一個想法?到完成制作?的過程中，?我們也鼓勵?他們開拓全?新的領(lǐng)域，?設計或趣味?或?qū)嵱玫男?型機