別看它長得不起眼，沒它，機(jī)械組就別想轉(zhuǎn)起來！
今天帶你扒一扒這個(gè)低調(diào)小零件的高能歷史——
從 1965 年到現(xiàn)在，樂高積木到底搞出了多少種齒輪？
齒數(shù)為什么總愛是 4 的倍數(shù)？
那些從未復(fù)用的隱藏齒輪又是誰？
3 分鐘看完，漲一籮筐機(jī)械組知識(shí)！
初代齒輪的誕生
樂高積木的第一代齒輪是在 1965 年的 Samsonite 套裝里出現(xiàn)的，這些齒輪沒有軸，只是些可以裝在車輪上的圓盤。
五年后推出的 Expert Builder 齒輪外形差不多，但升級(jí)到了有軸心結(jié)構(gòu)。
這對(duì)需要旋轉(zhuǎn)機(jī)制的拼搭來說是個(gè)大躍進(jìn)！
這代齒輪的齒條又細(xì)又長，看起來有點(diǎn)像輻條。它們既可以并排使用，也能轉(zhuǎn)角咬合。
雖然第一代和 Expert Builder 齒輪看起來差不多，但它們其實(shí)是不兼容的，因?yàn)辇X輪要想嚙合，就必須有一樣大小的齒距。
你可能想問：“齒距怎么量？”別急，我們這就進(jìn)入硬核科技時(shí)間！
來點(diǎn)干貨！
準(zhǔn)備好點(diǎn)數(shù)學(xué)+物理了嗎？我們先搞清楚幾個(gè)名詞：
根徑：齒輪中心圓盤的直徑;
齒頂徑：齒尖的最外層直徑;
節(jié)徑：兩齒輪接觸嚙合的那個(gè)關(guān)鍵直徑。
舉個(gè)例子：比如兩個(gè) 14 齒的 Samsonite 齒輪放在相距 4 個(gè)螺柱的距離上。節(jié)徑剛好就是這 4 螺柱的距離，也就是兩個(gè)齒輪中心之間的距離。
常用算法：Radial Pitch（齒半徑比） = 齒數(shù) ÷ 節(jié)半徑。
例如這款 14 齒的齒輪，節(jié)半徑為 2，那 Radial Pitch 就是 14 ÷ 2 = 7。
接下來看齒數(shù)：
Samsonite ：齒數(shù)分別是 14、21、35 和 42，Radial Pitch = 7
Expert Builder ：齒數(shù)是 9、15、21，Radial Pitch = 6
看出規(guī)律了嗎？它們各自遵循固定的“倍數(shù)家族”。
齒輪宇宙的大爆炸：機(jī)械組登場！
1977 年，樂高機(jī)械組橫空出世，帶來大量新零件，包括新齒輪。而這次，樂高設(shè)計(jì)師吸取了前幾代的教訓(xùn)，果斷換用了完全不同的新設(shè)計(jì)：漸開線齒輪。
第一批機(jī)械齒輪是：8 齒、24 齒和 40 齒。他們的 Radial Pitch 是 16。
兩年后，16 齒齒輪登場，但有點(diǎn)“水土不服”：
它的節(jié)半徑是 1，跟其他齒輪配合時(shí)常常要用半顆粒偏移；
當(dāng)時(shí)機(jī)械組還沒有“1×1”積木，所以難以對(duì)齊。
所以 16 齒齒輪最初大多是配鏈條用，或是用來做齒條轉(zhuǎn)向。
想要兩個(gè)齒輪咬合？只要把它們的節(jié)半徑加起來，就知道它們中心之間的距離。
比如兩個(gè) 16 齒齒輪（節(jié)半徑都是 1）→ 間距 = 2 顆粒。
24 齒（1.5）+ 40 齒（2.5）→ 間距 = 4 顆粒。
轉(zhuǎn)角神器：冠齒輪與錐齒輪登場！
前面說的都是直齒輪，它們在平行軸上工作。但要是想“拐個(gè)彎”，就得用冠齒輪或者錐齒輪。
冠齒輪：齒是在圓盤的邊緣;
錐齒輪：是錐形的，齒在斜面上;
它們專門用來讓兩個(gè) 90 度交叉的軸聯(lián)動(dòng)。
樂高積木最早的冠齒輪是 24 齒，但功能有限。
直到 1980 年，樂高機(jī)械組第二代超級(jí)跑車用上了真正的差速器，才出現(xiàn)了關(guān)鍵的新成員：14 齒錐齒輪和 28 齒冠齒輪的組合！
但這 14 齒齒輪有點(diǎn)麻煩：齒數(shù)不是 4 或 8 的倍數(shù)，Radial Pitch 只有 1.75，跟其他齒輪咬合比較困難，還因?yàn)?strong>太薄了，有時(shí)候不好固定。
齒輪黃金時(shí)代：80-90 年代的穩(wěn)定期
隨著差速器和錐齒輪的加入，樂高機(jī)械齒輪家族日益壯大。
1985：螺旋齒輪上線；
1990：轉(zhuǎn)盤加入，齒數(shù)為 56；
1994：機(jī)械組超跑 8880 帶來了革命性的滑動(dòng)式變速箱。需要新型的離合齒輪與選擋器配合使用；
同時(shí)差速器設(shè)計(jì)也更新，不再靠冠齒，而是靠 16 齒和 24 齒的組合。
這段時(shí)間，齒輪系統(tǒng)幾乎都是 8 的倍數(shù)，直到……
新成員加入：多面發(fā)展的齒輪！
1995 起，那個(gè)別扭的 14 齒錐齒輪被更厚更強(qiáng)的 12 齒替代。隨后：
1999：雙錐齒輪登場，既能平行也能直角咬合，兼具冠齒和錐齒功能，真正一齒多用！
新系統(tǒng)雖然優(yōu)秀，但齒距和舊系統(tǒng)略有出入，所以不同家族之間有點(diǎn)“不對(duì)盤”。
樂高怎么辦？三角函數(shù)來幫忙！
如果兩個(gè)齒輪在水平上差 2 螺柱，垂直上差 1 螺柱，根據(jù)勾股定理，它們之間的距離就是 √5 ≈ 2.236 顆?！?jiǎng)偤脡蛞恍?strong>跨家族”齒輪配對(duì)使用！
齒輪新時(shí)代：2000 年后新花樣不斷
2004：轉(zhuǎn)盤開始變得“無顆?！?；
2005：加入了 36 齒雙錐齒輪；
2008：差速器再升級(jí)；
2015-2024 期間，新齒輪、新差速器、齒條、新離合器……幾乎年年都有新品加入！
特別提一下：
“花瓣齒輪”——外形可愛，顏色鮮艷，設(shè)計(jì)初衷就是讓小朋友輕松實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；
得寶齒輪也在悄悄發(fā)展，從 1993 起也有機(jī)械式的齒輪系統(tǒng)；
星戰(zhàn)地獄火戰(zhàn)斗機(jī)器人的巨型輪子甚至內(nèi)含 168 齒，但幾乎純裝飾，從未復(fù)用。
我們還在路上！
從 1965 到 2024，樂高齒輪系統(tǒng)走過近 60 年，創(chuàng)新不斷，復(fù)雜程度不斷提升。
下一步會(huì)不會(huì)推出傳說中的 32 齒？又或者繼續(xù)搞點(diǎn)“系統(tǒng)外”的奇葩齒輪？
無論如何，齒輪的故事還遠(yuǎn)未結(jié)束。
敬請期待！
*資料來源：bricknerd
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