EV3机器人之快乐搭建：跑得快的风车制作

风车是指将风能转换为机械功的动力机械，又名风车机。它可以作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。

知识

一、认识风车

1.风车的起源

人类使用风车（图12-1）已有3000多年的历史。世界上最早发明并使用风车的国家要数古希腊了。现存最早的风车，是非洲尼罗河西北部亚历山大利亚的石塔风车，塔的顶部曾建有一架带有六片羽翼的风车。

2000多年前，中国、巴比伦、波斯等国就已利用古老的风车提水灌溉、碾磨谷物。12世纪以后，风车在欧洲迅速发展，通过风车（风力发动机）利用风能提水、供暖、制冷、航运、发电等。

图12-1 风车

2.风车的作用

1229年，荷兰人发明了第一座为人类提供动力的风车，从此风车成为荷兰民族文化的象征。风车在如今已很少用于磨碎谷物，但作为发电的一个手段正在获得新生。风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。目前风车主要用于风力发电，其原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，微风便可以进行发电。

3.风车之国——荷兰

人们常把荷兰称为“风车之国”，荷兰坐落在地球的盛行西风带，一年四季盛吹西风。同时它濒临大西洋，又是典型的海洋性气候国家，海陆风长年不息。这就给缺乏水力、动力资源的荷兰，提供了利用风力的优厚补偿。荷兰人把每年5月的第二个星期六确定为“风车日”，这一天全国的风车一齐转动，举国欢庆。虽然荷兰已是一个现代化的国家，令人惊奇的是它并未失去它古老的传统，风车已经成为荷兰民族文化的象征，目前，荷兰大约有两千多架各式各样的风车。荷兰人很喜爱他们的风车，每逢盛大节日，风车上围上花环，悬挂着国旗和硬纸板做的太阳和星星（图12-2）。

图12-2 荷兰风车

4.各式各样的风车（图12-3）

图12-3 各式各样的风车

二、LEGO EV3器件介绍

1.认识零件——轴连接器

乐高器件中最长的周是12个单位，当需要更长的轴进行传动或连接时，可以选择轴连接器（图12-4）进行连接和延长。

图12-4 轴连接器

2.齿轮传动

齿轮是将旋转运动从一根轴传递到另一根轴的装置。某些形式的齿轮也可以将旋转运动转化成直线运动。今天我们来学习一下齿轮的传动特点。

小知识

如果不是特殊要求，我们只将相同种类的齿轮啮合在一起。不同种类的齿轮啮合在一起可能会出现不匹配等问题。

图12-5中使用了8齿和40齿的两个齿轮，分别固定在一根轴上。两轴与一带孔梁相配合，两孔间距两个乐高单位（一个乐高单位就相当于相邻两孔间距），现在一手拿住梁，另一手轻轻地转动其中一根轴，通过试验我们可以得到齿轮传动的四个特点：

第一个特点是当转动其中一根轴时，另一轴也同时转动，因此，齿轮的基本属性就是可以将运动从一根轴传到其他轴上。

图12-5 齿轮传动

第二个特点是不需要用很大的力去转动它们，因为齿轮间配合相当紧凑，摩擦力很小，这也是乐高工艺系统大特性之一，即部件之间配合精度高。

第三个特点是两根轴反向转动，一个顺时针，一个逆时针。

第四个特点也是最重要的特性，就是两根轴的旋转速度不同。当转动8齿齿轮时40齿齿轮转动得很慢，这叫减速传动，主动齿轮转动快，被动齿轮转动慢；而40齿的齿轮转动时，8齿齿轮转动得很快。大齿轮作为主动齿轮（齿数多），小齿轮作为被动齿轮（齿数少），大齿轮带动小齿轮的传动方法实现了加速传动。

小知识

用一个小齿轮驱动一个大齿轮，将会提升扭矩，降低转速。用一个大齿轮驱动一个小齿轮，则会提高转速但会降低扭矩。

实践

1.任务要求：制作一个“风车”模型，具体要求如下

（1）风车坚固、稳定。

（2）对称、美观。

（3）能够直立于桌面上。

2.准备器件（图12-6）

图12-6 风车零件图

3.动手搭建

图12-7(www.xing528.com)

第一步：完成风车底座，取5×7方框，在其中一面8个孔加上长连接销，取3U梁4根，拼插在长连接销上，如图12-7所示。

图12-8

第二步：再取出4根3U梁，连接在第一步的长连接销上，后在3U梁中间各加上一个短连接销，如图12-8所示。

图12-9

第三步：再取5×7方框、3U梁4根，用短连接销连接，如图12-9所示。

图12-10

第四步：将两部分紧密连接在一起，完成底座制作，如图12-10所示。

图12-11

第五步：完成风车主体，取3轮辅角块，在其三端加上轴连接器，如图12-11所示。

图12-12

第六步：再取出3根12U轴，连接在轴连接器上，如图12-12所示。

图12-13

第七步：再取出1根5U轴，连接在3轮辅角块中心部位，加轴套固定，如图12-13所示。

图12-14

第八步：取1根15U梁，拼接在第七步5U轴上，加半轴套固定，如图12-14所示。

图12-15

第九步：取24齿直齿轮，拼接在第八步5U轴上，加半轴套固定，如图12-15所示。

图12-16

第十步：取出1根8U轴，连接在手柄式连接销上，如图12-16所示。

图12-17

第十一步：取40齿直齿轮，连接在第十步上，用半轴套固定，如图12-17所示。

图12-18

第十二步：将第十一步成品拼接在15U梁合适位置上，并加半轴套固定，风车主体完成，如图12-18所示。

图12-19

第十三步：在底座相应位置上加上2个短连接销，如图12-19所示。

图12-20

第十四步：将风车主体连接在风车底座上，完成风车制作。如图12-20所示。

回顾

开动脑筋，完成本课任务：

（1）仔细观察齿轮的安装，怎样安装能够使风扇转得更快？

（2）通过制作一个简单的风车，你对齿轮的应用有了哪些想法？

拓展

联想生活中所见到过的各种类型的风车，结合本课知识及自己动手制作的风车，你能搭建出特殊功能的风车吗？