今日知识分享积木搭建的好处

这篇文章2021年9月发布在头条，近期做合集的时候，发现这篇文章在一直修改审核中，无法加入合集。找了一个月客服也没解决，所以今天把这篇文章整理了一下，重新发布一次，以便能加入合集中，方便大家查阅。

以下为正文

马达驱动是积木模型的心脏，但孩子在搭建积木的动力模块时，由于不够熟悉，经常凭感觉搭建，如果搭建出来因为设计不合理，就会出现各种问题。

我把青少年机器人技术等级考试（一二级）实操训练中，使用马达搭建驱动模块的方式做了一个整理，包括每一种方式用到的连接器、齿轮等零部件都有哪些，以及它们怎么做配合的等。

常见的驱动模块有下面七种，我将会逐一介绍：

1、向马达正后方传动动力（T形孔臂）

2、向马达后上方传送动力（正交连接器）

3、向马达下方传送动力（涡轮蜗杆机构与直齿轮）

4、向马达正后方传送动力（U形马达连接器）

5、皮带、链条以平行轴方式传动

6、皮带、链条以垂直轴方式传动

7、向马达下方传动动力（T形孔臂）

搭建动力模块常用的零件

一、向马达正后方传动动力（T形孔臂）

这是最简单的一种动力输出搭配，利用T形孔臂的特殊结构，配合12齿、20齿锥齿轮，实现向正后方向垂直轴方式传送动力。

如下图，马达输出的动力，经过12齿（半锥面齿轮）、20齿（双锥面齿轮）垂直啮合，转换了方向，带动了马达正后方动力轴的横向转动。这个搭配方式是最简单的一种，目的是将马达的动力转换为横向的轴的转动力。

这种方式常用在比较简单的积木模型搭建上，或者作为入门的练习。

使用T型孔臂的马达积木

这种动力输出搭配中，重点是我们使用了两个T形孔臂，使用摩擦销把两个T形孔臂分别固定在马达两侧的销孔上，两个T形孔臂的中梁末端的孔可以安装动力输出的动力轴（十字轴）。所以这个搭配组合中，重点是对两个T形孔臂的运用。

对两个T形孔臂的运用

二、向马达后上方传送动力（正交连接器）

这种动力输出方式，最常用的就是直升机模型，因为直升机旋翼在机身的最上方，所以需要把动力向上传送。

下图是青少年机器人技术等级考试（二级）中直升机的马达动力输出模块，经过20齿（双锥面齿轮）、12齿（半锥面齿轮）垂直啮合，转换了方向，带动了马达上方的动力轴的垂直转动。这里20齿带动12齿，起到一个加速的作用，增加直升机旋翼的转速。

直升机的马达动力输出模块

简单介绍下安装方式以及用到的零件。

1、使用两个十字圆孔连接器、一根十字轴、一个轴套、两个短摩擦销，搭建马达底部的支撑结构。下图是十字轴穿起来的两个装了摩擦销的十字圆孔连接器，中间再加一个轴套，这样刚好和马达的两个孔对应上。

这个利用十字圆孔连接器搭建的结构组合，经常用来把马达固定在你需要位置的孔梁的十字轴孔上，非常牢固。这个组合要多练习一下，还是很有用的。

两个连在一起的十字圆孔连接器

2、将组合好的两个十字圆孔连接器上的黑销（摩擦销）分别插入马达底部的两个销孔，然后再将十字轴插入拐弯孔臂顶端的十字轴孔上，这样马达就牢固的安装在拐弯孔臂之上了，如下图。

使用十字圆孔连接器固定马达

3、下面开始马达顶部的搭建，这里用了一个正交连接器。下图是插入了两根十字轴的正交连接器。正交连接器也是向上方（下方）垂直传递动力的一个非常好用的连接器，它既可以横向固定在孔梁上，又可以提供一个垂直的孔，为动力轴提供固定的垂直支撑，如下图。

插入了两根十字轴的正交连接器

顶部安装两根直孔梁，正交连接器可以横向连接两根孔梁，中间有一个纵向的孔，这个孔可以作为向上方传递动力的动力轴孔。如下图，正交连接器的孔下面的位置，刚好是马达正后方，这样可以垂直固定一个12齿锥形齿轮和马达上的20齿双面锥齿轮垂直啮合。

正交连接器的运用

4. 最终安装好之后就是下面的样子，正交连接器垂直的孔下方固定了一个12齿的锥形齿轮，带动穿过孔的十字轴旋转，注意这个小锥形齿轮下方要安装一个半轴套，避免高速旋转时脱落。正交连接器垂直的孔的上方安装了一个20齿的双面锥齿轮，这个主要向直升机的尾翼传送动力。

直升机的马达动力模块工作状态

三、向马达下方传送动力（涡轮蜗杆机构与直齿轮）

这一节用涡轮蜗杆机构、24齿直齿轮的组合来实现一个低速动力输出模块。 蜗轮实际上是一个只有1个齿的齿轮，那么与24齿正齿轮啮合，速度比为1：24，是一个直接减速到了1/24的装置，所以直齿轮会以一个非常缓慢的速度缓缓转动。不过，其传动力比也达到了24：1，也就是说传递到直齿轮的传动力增加了24倍。

下面简单介绍下安装方式以及用到的零件。

1、这里我们首先练习使用4个1×2轴栓连接器+摩擦销，把马达固定在孔梁或孔臂圈上方，如下图。

这里可以与上面一节练习的使用十字圆孔连接器固定马达的方式做一下比较，两者的区别在于连接梁臂的位置不同。（1）之前介绍的十字圆孔连接器，是将马达连接在梁臂内侧的孔上；（2）而这里使用的轴栓连接器，是将马达连接在梁臂的上方孔上。

使用4个1×2轴栓连接器固定马达

2、使用2个L形孔臂制作一个涡轮蜗杆机构的支架，L形孔臂如下图直接安装在孔臂圈前端即可。两个L形孔臂中间，使用一个双头销栓连接器进行连接，同时双头销栓连接器的孔可以作为涡轮蜗杆机构另一端的支撑。

图中红色圆圈标记的就是双头销栓连接器的孔。如果对连接器的种类不熟悉，可以看这篇文章：青少年机器人等级考试积木材料：连接器（4）

L形孔臂制作的涡轮蜗杆机构支架

3、在L形孔臂上安装十字轴和24齿直齿轮，最后装入涡轮蜗杆机构，蜗杆一头插入马达轴心，一头插入两个L形孔臂中间的双头销栓连接器销孔，如下图。

需要注意的是，蜗杆两端一定要安装轴套或半轴套（下图黄色），用来固定蜗轮的位置，把蜗轮固定在正齿轮上方，并和正齿轮啮合，并且要靠轴套的固定，使其在旋转时也不会因为受力而导致位置移动。

搭建好的蜗轮蜗杆机构动力输出模块

4. 蜗杆的转速非常快，而下方的直齿轮则是缓缓地低速旋转，这就是蜗轮蜗杆机构动力传输最为明显的特点。蜗轮蜗杆的“蜗”字也许就是从这来的。

四、向马达正后方传送动力（U形马达连接器）

这是最常用的一种动力输出搭配，利用马达专用的U形连接器的特殊结构，配合12齿、20齿单面锥齿轮，实现向正后方向垂直轴方式传送动力。这种搭配用途很多，比如在青少年机器人技术等级考试（二级）中，电动乌龟、尺蠖都是采用了这中动力组合方式。

U形马达连接器底部有两个十字轴孔，可以用两个轴销（十字销）非常牢固和马达固定在一起，这个连接器就是专门用在马达上的，见下图。

U形连接器与马达

U形马达连接器安装到马达上之后，其中间的轴孔，刚好和马达的轴孔对应，可以把十字轴插入马达轴心，同时连接器也对十字轴起到了很好的支撑作用，避免十字轴在高速旋转的时候脱落。

下图是U形马达连接器与马达固定好的效果图。U形连接器中间的十字轴刚好可以安装12齿的半锥面齿轮（锥形齿轮），跟随马达一起旋转，其它齿数的齿轮是安装不上去的。

只能安装12齿的半锥面齿轮

在U形马达连接器两翼的顶部，可以插入十字轴，作为动力输出的目标。十字轴上安装20齿的半锥面齿轮（锥形齿轮），刚好可以与里面12齿的半锥面齿轮垂直轴方式紧密啮合。

这样利用马达专用的U形连接器，就搭建出了一个非常牢固可靠的动力输出模块组合，这种是最常用的，也是最稳定的，见下图。

基于U形连接器搭建的动力模块

马达的两端上下各有四个销孔，可以安装十字圆孔连接器（连接孔臂内侧），或者1×2轴栓连接器（连接孔臂上方），根据实际的搭建需要，将马达固定连接在孔梁或孔臂圈上特定的位置。十字圆孔连接器、1×2轴栓连接器两者固定马达的用法在上面两节分别讲过，就不再重复讲了。

下面是使用U形连接器搭建动力输出模块的2个实际操作例子：

（1）电动小乌龟，动力输出模块设计在小乌龟的屁股上，用了两个T形孔臂把马达固定在孔梁上，同时U形连接器的两个侧翼固定在T形孔臂。

电动小乌龟的动力模块

（2）电动尺蠖积木模型，上方使用了两个1×2轴栓连接器将马达固定在孔臂上，下方U形连接器的两个侧翼将马达固定在孔臂上，这样尺蠖跑起来，不对，是蠕动起来，就非常稳当了。

电动尺蠖的动力模块

五、皮带、链条以平行轴方式传动

在青少年机器人技术等级考试（二级）中，皮带和链条平行轴传动的实操案例是非常多的，比如石油开采机、电动稻草人等。其特征是马达的轴心与（链条）齿轮的轴心，或（皮带）滑轮的轴心是平行的。这样的搭建方案因为省去了垂直轴转换，传动效率比较高。

下面用两个搭建实例介绍一下。

（1）下图是石油开采机模型，如何把马达安装在孔梁上，在前面几节都有介绍，这里不再讲。

我们把马达固定在底座下方，保持马达轴心与链条齿轮的轴心平行，这样直接在马达轴心上插入16齿的小齿轮，就可以通过链条带动与其在同一个平面的40齿大直齿轮转动。如下图，是不是安装特别简单、同时传动效率高。

链条传动的石油开采机

（2）下图是电动稻草人模型，马达固定在孔臂圈上，马达轴心上安装了一个半轴套代替小滑轮（下图孩子装了一个轮在外面挡住里面的小滑轮了，所以看不到），使用皮带（这里用皮筋代替）把动力从小滑轮平行传递到的上方的大滑轮，大滑轮通过十字轴，带动与其同轴的齿轮转动。我们可以看出，马达轴心与大小滑轮的轴心，也是保持平行的。

皮带传动的稻草人

六、皮带、链条以垂直轴方式传动

上一节（四）介绍的皮带、链条的平行轴方式输出，安装非常简单，传动效率也高，但是缺点也很明显，就是马达的轴心必须与（链条）齿轮或（皮带）滑轮的轴心保持平行，这在积木的搭建上就十分受限制了，马达的位置安装，必须要考虑（链条）齿轮或（皮带）滑轮轴心的方向，导致搭建的时候互相掣肘。

所以我们提供了另一种更加灵活的方式，就是马达垂直轴方式转换输出，比如电动舂米机、电动挖掘机等，下面用两个搭建实例介绍一下。

（1）在电动舂米机模型中，我们使用了U形连接器的特殊结构，配合12齿、20齿单面锥齿轮完成一个简单的垂直输出模块（上面第四节具体讲过），这样就改变了马达动力的输出方向。

如下图，20齿单面锥齿轮带动十字轴（即皮带滑轮的轴心）横向转动，与马达的输出方向垂直，这样就解决了马达安装时轴心必须与滑轮轴心平行的问题。

电动舂米机的皮带传动模块

（2）下图是电动挖掘机尾部动力传输模块，使用12齿单锥面、20齿双锥齿轮搭建垂直传动模块，20齿双面锥齿轮带动十字轴（即皮带滑轮的轴心）横向转动，十字轴与马达的输出方向垂直。

挖掘机的皮带传动模块

七、向马达下方传动动力（T形孔臂）

这是车辆积木模型上常见的一种动力输出搭配，因为车辆轮轴位置相对比较低，所以把动力传递到轮轴上，需要多级的向下传递动力。

（1）向下第一级传动。我们利用T形孔臂的特殊结构，把T形孔臂倒置从摩擦销固定在马达上，T形孔臂顶端的孔对应马达轴心，插入12齿双锥面齿轮，T形孔臂底端的孔插入20齿双锥面齿轮，这两个齿轮刚好可以完美啮合，这样马达的动力可以平行向下移动到车辆底盘横梁的位置。

（2）垂直传动，改变方向。20齿双锥面齿轮与12齿半锥面齿轮垂直啮合，转换了传递方向，使十字轴横向转动，与车轮转动同向。

（3）向下第二级传动。十字轴平行再次向下传递动力，带动下面轮轴上的16齿直齿轮，最终完成动力输出。

后驱车的动力模块

七种常见的动力模块搭建方式介绍完了，这只是参考，可以帮助孩子熟悉经常用来和马达进行搭配的常用零件，以及它们的特点。而在实际搭建中怎么搭建合适的动力模块，还要根据你的模型的总体设计而定。不过有了上面的练习，你是不是搭建积木的时候更加心有成竹了呢？

在青少年机器人技术等级考试（二级）考试之前，孩子可以专门针对动力模块单独做一次训练，熟练之后再去搭建就更从容了，无论遇到哪一种实操模型，都可以做到得心应手。如果因为不够熟悉，搭建出来不合理的动力模块，导致返工或时间不够用，就太可惜了。