2013/07/02 主題二：簡易NXT時鐘

2013/07/02 主題二：簡易NXT時鐘

2-1齒輪比計算
2-2秒針設計
2-3分針設計

2-1齒輪比計算

在前面的課程當中，已經提過很多次齒輪這個概念，讓我們來看一下齒輪的構造吧。

每一個齒輪都有牙，這個牙就是牙齒的牙，拿一個齒輪來算一下這是幾牙的齒輪。


1.左上和左下各是20牙和24牙，右邊是40牙和36牙，仔細觀察齒輪的孔位，有什麼不一樣的地方?
2.齒輪的牙有什麼共通的特色？嘗試回答為什麼要做成這個樣子？

老花眼，右下角黑色的算錯了，是36牙才對

解答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

參閱https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BD%BF%E8%BD%AE

◎齒輪比計算

如果我把20和40的兩個齒輪裝在一起，齒輪比就是40÷20＝2，他們的齒輪比就是2，當大的齒輪轉一圈的時候，小的齒輪轉2圈。


嘗試計算40和24的齒輪比

40÷24＝1.666666

表示大的走一圈，小的走1.6666圈。


◎齒輪比的用途。

當齒輪比是2的時候，表示大的齒輪轉一圈，小的轉2圈，他們中間的軸轉速就會有兩倍的差距，如果是輪胎的話，裝大齒輪的輪胎轉一圈，裝小齒輪的輪胎可以轉二圈。

想一想並回答？
1.想看看，生活當中哪些東西可以看到齒輪大換小？
2.如果只要將齒輪不斷換小，速度會越來越快，那為什麼要設計油門？
3.生活當中常常可以看到不划算的質能轉換，為什麼人們還是去製造這麼不划算的質能轉換？












2-2秒針設計

◎在設計時針之前，我們先設計秒針，秒針設計最簡單，直接將編寫一個無限迴圈程式，然後每次動1度，再丟0.16秒間格，這個0.16秒間格是經過老師測試很多次之後得到相對精準之數字，因為NXT馬達在移動時，會消耗很多多餘的時間，理論上動一度，不需花任何時間，可是事實上NXT的馬達動一度是需要花時間的，另外一方面NXT的馬達似乎也不是精準的一度，在總總因素下，約0.16秒間格，轉一圈的時間是一分鐘。

無線迴圈+馬達一次動一度+間隔0.16秒，轉一圈將近一分鐘。

只要一個馬達加上一根結構棒和藍色連接器，便可以輕鬆模擬出秒針運作狀態。

我們來看一段影片，順便算一下，走一圈是不是一分鐘。

2-3分針設計

有了秒針，再來是如何能設計出分針，我們知道一分鐘等於60秒，換句話說秒針與分針的齒輪比等於1比60，當秒針動60下、一圈的時候，分針動60分之一圈；當分針動一圈的時候，秒針已經動60圈。


可是NXT當中並沒有1：60的齒輪比的齒輪，請拿出工具箱中的齒輪來算一下，每一個齒輪牙的數量，數完嘗試算出齒輪比，先數完再來看和老師數的有沒有相同。

舉例來說，我想做出5倍齒輪比，那就要拿8和40這兩個齒輪裝在一起，這樣就會出現5倍齒輪比。











◎想一想
2倍要怎麼配？
3倍怎麼配？
4倍怎麼配？
6倍怎麼配？
10倍怎麼配？
20倍怎麼配？
60倍怎麼配？













公布答案：想出來才看答案。

有了齒輪比換算的答案之後，就可以輕鬆製造出1：60的齒輪比。
但是實際組裝之前，仍然要在小畫家當中把架構圖先畫出來，以免做錯。

根據上面模型，我要做出1：60齒輪比的分針，必須要轉4次，共四層齒輪，分別是2倍、2倍、3倍、5倍。












先把秒針裝上一個很長的結構棒，嘗試把這根結構棒固定在馬達上面。

 固定好之後，利用旁邊的孔位作延伸。

 利用L型結構棒跟黑色連接器

 孔位對到了

 在下方裝上結構棒固定。

 由於我要秒針轉分針，所以秒針快、分針慢，所以齒輪要不斷的小轉大4次，先放8牙齒輪。

依序放入2（8牙：16牙）、2（8牙：16牙）、3（8牙：24牙）、5（8牙：40牙）
注意，每一層 可以使用結構棒堆疊上去，當然也可以靠智慧努力去優化裡面的排序，然後變成很密的狀態。

 完成圖像這個樣子

來看一下影片吧

如果要設計出時針，那就要再製造一個1：60齒輪比的東西，這樣就可以同時顯示小時。


另外，可以拿一張厚紙，切割出洞後，便可以變成一個全世界獨一無二的自製NXT時鐘。
對照孔位切出一個洞。

 放上去後，可以對到。

 畫上時間記號。

 全世界獨一無二的自製NXT時鐘

 ◎現在的時間讓小朋友開始自製齒輪比，不一定要2X2X3X5，如果是3X2X5X2也都可以，結果都會是60。