樂高8258產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

曾正文

2009年，樂高公司推出以卡車起重機(jī)為原型，產(chǎn)品編號(hào)為8258的機(jī)械模型作為當(dāng)年科技系列（Technic）的旗艦產(chǎn)品。這款模型車輛設(shè)計(jì)有霸氣紅色外觀、V8配置模擬發(fā)動(dòng)機(jī)、兩組包含2個(gè)動(dòng)力環(huán)的動(dòng)能分配器（換擋撥動(dòng)裝置）、并配備有X1電機(jī)和稀有鐵鉤零件。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎，一上市就受到樂高粉絲們的熱烈追捧。但經(jīng)過本人對(duì)該產(chǎn)品的反復(fù)研究和實(shí)踐，雖說設(shè)計(jì)完美，但也存在著一些缺陷。

一、樂高8258產(chǎn)品缺陷分析

1、第一級(jí)吊臂極限位置打齒。該車共設(shè)計(jì)有四個(gè)技術(shù)動(dòng)作（電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制），分別是第一級(jí)吊臂收放、第二級(jí)吊臂收放、吊臂塔臺(tái)旋轉(zhuǎn)、駐鋤的支出和收回。對(duì)于其他三個(gè)功能，樂高官方分別在動(dòng)能傳動(dòng)鏈中設(shè)計(jì)有三個(gè)離合齒輪。唯獨(dú)第一級(jí)吊臂收放功能缺少這樣的設(shè)計(jì)。

先從動(dòng)能的傳遞說起。X1電機(jī)輸出的動(dòng)能經(jīng)過一組90°嚙合的齒輪組傳到車中段底盤的幾個(gè)齒輪，然后被分開傳到了兩根帶有動(dòng)力環(huán)的十字軸上，這時(shí)動(dòng)能才被送達(dá)到由兩組換擋撥動(dòng)的“分配站”。將左邊（靠車頭一側(cè)）撥片一端上撥，根據(jù)杠桿原理，左邊動(dòng)力環(huán)被撥片另一端壓下來與下面的深灰色16齒齒輪卡扣。這個(gè)齒輪將動(dòng)能傳遞給旁邊的淺灰色16齒齒輪。由于旁邊距離2個(gè)單位的一根淺灰色長(zhǎng)粱（作用是固定傳動(dòng)前助鋤的齒輪）的限制，只能通過12齒齒輪和20齒齒輪組合才能將動(dòng)能往旁邊的長(zhǎng)黑色十字軸送。而離合齒輪只有24齒這個(gè)規(guī)格，其半徑大于1個(gè)單位，會(huì)與淺灰長(zhǎng)梁發(fā)生干涉。黑色十字軸直接通過一個(gè)萬(wàn)向節(jié)連接控制第一級(jí)吊臂的大La（直線伸縮桿），往上沒有加離合齒輪的空間。動(dòng)力從電機(jī)出來經(jīng)過各種齒輪多個(gè)角度層層傳遞，損失了不少，當(dāng)?shù)竭_(dá)輸出口時(shí)扭矩已經(jīng)減小很多，遠(yuǎn)不及大La離合扭矩。而當(dāng)大La極限位置時(shí)，阻力會(huì)突然變大，傳過來的動(dòng)能又不足以通過大La離合摩擦來消耗，造成傳動(dòng)鏈中間嚙合強(qiáng)度較小的齒輪組發(fā)生打齒。同樣的問題也出現(xiàn)在42043控制貨斗的功能上。最后結(jié)果是整個(gè)第一級(jí)吊臂的傳動(dòng)鏈沒有安裝一個(gè)離合齒輪，而且傳動(dòng)齒輪較多動(dòng)能損耗大不足以達(dá)到大La離合扭矩，從而導(dǎo)致技術(shù)動(dòng)作極限位置時(shí)傳動(dòng)齒輪只有發(fā)生打齒來釋放動(dòng)能。

2、后兩軸只有一軸驅(qū)動(dòng)，每一軸只有2個(gè)輪胎，與現(xiàn)實(shí)不符?，F(xiàn)實(shí)中前四后八的隨車吊，一般是后兩橋驅(qū)動(dòng)，但樂高設(shè)計(jì)時(shí)在車后端為了容納xl電機(jī)，取消了一軸的驅(qū)動(dòng)來節(jié)省空間，每軸也只有兩個(gè)輪子，這在實(shí)際運(yùn)用中是存在缺陷的。

3、牽引盤功能欠缺。樂高只設(shè)計(jì)出牽引盤的外觀，沒有鎖扣等裝置，不能完全實(shí)現(xiàn)牽引功能。

4、其他設(shè)計(jì)缺陷。車門僅作為裝飾部件不可打開，座位大小比例不合適等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)不到位。

二、樂高8258優(yōu)化方案

1、關(guān)于吊臂打齒。優(yōu)化方案是替換淺灰色長(zhǎng)粱，騰出空間給離合齒?；舅悸肥亲摺皳Q長(zhǎng)粱、加離合”。用2根L型零件和一根較短粱再加一些連接件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)錯(cuò)開會(huì)發(fā)生干涉的空間。從設(shè)計(jì)來看，其改造將會(huì)與離合發(fā)生干涉的連接結(jié)構(gòu)向上被移了一個(gè)單位，但仍保證黃色直角連接處的2個(gè)16齒淺灰色齒輪有固定位。當(dāng)與離合發(fā)生干涉的那根粱被替換后，中間1個(gè)灰色齒輪就只有一端是固定的。連接這個(gè)齒輪的十字軸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，齒輪不是那么容易移位，所以加固必要性不大。但另一個(gè)16齒淺灰色齒輪就只用了一個(gè)米色無(wú)阻尼43093連接，兩端固定位間距也較短，很容易發(fā)生移位。解決這個(gè)問題方法是用編號(hào)為32013的紅色零件。齒輪用一根3單位帶帽截止軸就可以兩邊都固定了，接著是吊臂上的齒輪對(duì)應(yīng)改動(dòng)。理論上，在經(jīng)過動(dòng)力環(huán)的前提下離合齒越往前放越好。離合向動(dòng)能傳輸鏈上游放置才避免極限位時(shí)的打齒而不是離合現(xiàn)象出現(xiàn)。簡(jiǎn)單來說，如果離合組放置離電機(jī)輸出端太遠(yuǎn)的話，動(dòng)能經(jīng)過層層損失，到達(dá)離合齒的等就很少了，甚至達(dá)不到讓離合齒離合的扭矩，這樣離合齒就沒有起到應(yīng)有的作用。

2、增加驅(qū)動(dòng)軸和輪胎數(shù)。車體后端主要分布有一塊X1電機(jī)、牽引盤、差速器和車軸。首先是對(duì)X1電機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)整調(diào)整（加裝的差速器占了電機(jī)原有的固定位）。本人將X1向上移了幾個(gè)單位，雖然一部分露出車體，但有牽引盤的遮擋，不算太突兀。緊接著的工作是X1電機(jī)的固定。如圖A是X1電機(jī)輸出動(dòng)力的一個(gè)傳動(dòng)截面。由于X1扭矩巨大，3個(gè)齒輪之間總是發(fā)生打齒現(xiàn)象。解決歷程如下：如圖B，最早本人想到的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)來固定兩端，但由于空間限制（結(jié)構(gòu)必須在同一個(gè)單位平面），豎著的長(zhǎng)粱沒有辦法安置。只能靠像左面那兩根軸套來固定。但由于X1扭矩實(shí)在是很強(qiáng)大，加上軸套固定法的最大穩(wěn)固力不是軸套本身的抗拉力而是軸與粱的最大靜摩擦力，所以X1使得齒輪嚙合受力時(shí)掙脫固定零件束縛而打齒的現(xiàn)象仍然頻發(fā)。最后，問題依賴于一個(gè)零件而得到解決：如圖C，淺灰色栓垂直連接件（編號(hào)55615）。這個(gè)一體化零件使3個(gè)孔位依靠零件抗拉力而穩(wěn)固，受力時(shí)發(fā)生形變的程度比用多個(gè)零件組成的結(jié)構(gòu)的形變程度小得多，因而再也沒有打齒的現(xiàn)象發(fā)生。連接效果如圖D。通過一些小零件就把車身和車尾連接好了。

3、牽引盤的改裝?？梢杂闷そ盍慵鲆粋€(gè)簡(jiǎn)單的自鎖裝置，該設(shè)計(jì)的牽引板車配合完成牽引盤自鎖功能。

4、部分細(xì)節(jié)優(yōu)化。一是車門的開合功能實(shí)現(xiàn)及座位大小調(diào)整。座位可以選擇產(chǎn)品編號(hào)為42043的設(shè)計(jì)大小。在8258車門周圍更換3個(gè)藍(lán)色長(zhǎng)栓就可以實(shí)現(xiàn)開合功能，但開合角度較大時(shí)兩個(gè)面板之間會(huì)發(fā)生干涉并磨損，而且對(duì)車頭穩(wěn)固性有一定影響，還需改善。二是在鐵鉤上加裝動(dòng)滑輪，原版套件配有的吊線比較短，所以改動(dòng)滑輪需要加長(zhǎng)，動(dòng)滑輪零件編號(hào)4185;三是擋泥板加寬，順帶設(shè)計(jì)有類似42043的止輪塊的放置槽;四是發(fā)動(dòng)機(jī)散熱風(fēng)扇外觀優(yōu)化。用編號(hào)為41530的8葉螺旋槳零件代替原配的編號(hào)為44374的3葉帶孔臂零件，使得V8的散熱風(fēng)扇看起來更為粗獷，增加真實(shí)感;五是統(tǒng)一車頂燈顏色，加固電池盒外面板固定，加固車尾駐鋤固定

三、樂高8258產(chǎn)品優(yōu)化引發(fā)的思考

1、科技系列理想扭矩不等式：A.傳動(dòng)齒輪打齒>B.傳動(dòng)鎖死（憋電機(jī)）>C.傳動(dòng)（電機(jī)）輸出>D.La（推桿）打齒>E.離合組離合。解釋：A>B：在極限位或卡死時(shí)整個(gè)傳動(dòng)沒有打齒（即齒輪嚙合良好）而是卡住電機(jī)，電機(jī)有限流保護(hù)所以短時(shí)間卡死不會(huì)造成大問題。但齒輪多次打齒后形狀改變影響傳動(dòng)，而且一股傳動(dòng)齒輪位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易更換;B>C.沒有打齒和離合發(fā)生;C>D、E：電機(jī)啟動(dòng)限流保護(hù)時(shí)的傷害還是大于后兩者的離合磨損的，電器零件比較貴，應(yīng)減少損耗;D>E純粹是本人個(gè)人覺得La離合聲音有點(diǎn)接近打齒聲，聲音不好聽。有兩點(diǎn)值得一提：一是小La離合扭矩比離合齒離合扭矩小，但仍有用離合齒輪“保護(hù)”小La的例子，比如42030裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向改造;二是多個(gè)離合齒輪串聯(lián)在同一根十字軸的離合齒組離合扭矩是可以疊加的。

2、樂高科技系列常見問題解決：大La本身有極限位置離合保護(hù)，為什么多此一舉要添加離合齒輪？經(jīng)過本人多次實(shí)際操作來看，使大La自動(dòng)離合的扭矩是相對(duì)比較大的，像編號(hào)為8264套件設(shè)計(jì)的這種大La直接連電機(jī)倒沒什么問題，m電機(jī)扭矩大過離合扭矩。但8258吊臂的動(dòng)力從電機(jī)出來經(jīng)過各種齒輪多個(gè)角度層層傳遞，損失了不少。當(dāng)?shù)竭_(dá)輸出口時(shí)扭矩已經(jīng)減小很多了，遠(yuǎn)不及大La離合扭矩。這樣當(dāng)大La極限位時(shí)，阻力會(huì)突然變大，而傳過來的動(dòng)能又不足以通過大La離合摩擦來消耗，所以中間參與傳動(dòng)的嚙合強(qiáng)度較小的齒輪組會(huì)發(fā)生打齒。同樣的問題也出現(xiàn)在42043控制貨斗的技術(shù)動(dòng)作上。

3、技術(shù)動(dòng)作相互共振問題。問題描述：兩根La動(dòng)力都來源于同一根動(dòng)力環(huán)，如果沒有連接到La時(shí)（即之間連接斷開），深灰色16齒齒輪會(huì)因?yàn)槲⑿∧Σ亮Ρ粠?dòng)，這很好理解。但所有齒輪裝配完畢時(shí)，掛檔操作一個(gè)La，另一組齒輪也會(huì)運(yùn)作帶動(dòng)另一根La產(chǎn)生一定的技術(shù)動(dòng)作（速度緩慢但在運(yùn)作）。16齒齒輪與十字軸之間的摩擦力顯然小于帶動(dòng)La及一系列連接齒輪所需的動(dòng)力，難道是因?yàn)楣舱駧?dòng)的？更奇怪的是，當(dāng)掛檔的La極限位離合齒輪發(fā)揮作用時(shí)，另一根受“共振”的La轉(zhuǎn)速和扭矩都會(huì)明顯增大，從整體來看，好像是電機(jī)要找一個(gè)泄口來消耗本該給掛檔La的動(dòng)能。但從局部傳動(dòng)來說，這兩個(gè)功能是沒有硬性齒輪相連的，只有一個(gè)動(dòng)力環(huán)在電機(jī)和兩個(gè)功能間充當(dāng)動(dòng)能分配器。