手动道闸

【活动目标】

• 1、初步认识道闸。
• 2、认识涡轮。
• 3、了解蜗轮带动小齿轮的物理结构。

【活动引入】

​ 小朋友们在坐车的时候，有没有见过手动道闸 ，手动道闸是用来做什么的？在哪些场合是常见的呢？

​ 手动道闸是一种常见的安全设备，用于控制车辆进出通道。相对于自动道闸，手动道闸需要人工操作，但成本更低，维护更方便。在一些场合，如停车场、物业小区等，手动道闸还是很常见的。

​ 本次课程将深入了解手动道闸的起源和介绍手动道闸，以及道闸种类，让我们一起来学习吧！

一、手动道闸的起源

​ 手动道闸的起源可以追溯到 19 世纪末，当时主要应用于铁路和公路上。最早的手动道闸通常由一根木棒或铁杆构成，需要人工控制来控制道路通行。随着机械技术的发展，手动道闸逐渐演变为采用螺旋弹簧或弹性杆来实现自动升降的形式，并且加入了锁定装置，以确保安全性。

​ 在现代交通中，虽然自动道闸已经成为主流，但手动道闸仍在一些场合广泛使用，如停车场、小区等地方的出入口控制。手动道闸简单易用、稳定可靠，同时造价较低，因此仍受到许多场所的欢迎。

​ 手动道闸是一种基于人工操作的道路交通控制设备，通常由水平杆、支架和手柄组成。通过手柄旋转或拉动，控制水平杆的升降来控制车辆进出。手动道闸通常用于停车场、小区、工厂等地方的车辆进出口处，具有成本低、维护简单等优点。

二、什么是手动道闸

​ 道闸又称挡车器，是专门用于道路上限制机动车行驶的通道出入口管理设备 ，现广泛应用于公路收费站、停车场系统管理车辆通道，通过手动旋转某个装置使得闸杆升降，控制车辆的出入。

​ 下面就来详细介绍一下手动道闸的构造、工作原理及注意事项等相关知识。

1. 机构构造

​ 手动道闸主要由闸杆、闸杆支架、本体框架、铰链、轴承和锁紧装置等部件组成，其中闸杆是最核心的部分。闸杆贯穿整个道闸的本体框架，其中一个端点通过铰链固定在支架上，其余的部分依据安装需要可以进行旋转或者是往上抬高。

2. 工作原理

​ 当有车辆进入或离开停车场时，管理员通过对支架上的手柄进行旋转操作，将闸杆从支架处解除，并将其升起或落下，完成车辆的进出。闸杆支架上通常配有一个锁紧装置，用于确保闸杆的位置，防止无关人员进行破坏或干扰。

3. 使用注意事项

​ 手动道闸虽然使用简单，但是在使用过程当中也有一些需要注意的细节和操作技巧。以下是几点需要注意的地方：

• 操作前需要检查闸杆和支架是否正常，以及锁紧装置是否生锈或破损。
• 在操作过程中需要平稳、有力度地旋转手柄，确保闸杆能够顺利地升起或落下，同时需要注意周围有无人员或车辆进出以及是否安全。
• 使用后需要将闸杆归位并将锁紧装置上锁，避免不必要的摆动影响使用寿命。
• 如果在使用过程中发现闸杆无法升起或者存在异常情况，应当立即停止使用，并进行检查和维护工作。

​ 综上所述，手动道闸虽然简单易用，但是在使用过程当中也需要一定的技巧和注意事项。正确使用和维护手动道闸，可以提高其安全性和使用寿命，为用户的停车和物流等工作提供更好的保障。

三、道闸种类

​ 根据不同的使用场景和需求，道闸种类也有所区别，以下列举几种常见的道闸种类：

1. 摇臂道闸：摇臂道闸是最常见的道闸类型之一，一般由一个水平旋转的摇臂和支撑结构组成，具有结构简单、可靠性高等优点，在停车场、小区入口等场合广泛应用。
2. 升降道闸：升降道闸是通过电机驱动杆件进行升降来实现开关的道闸，具有占地面积小、操作灵活等优点，广泛应用于高速公路出入口、机场等场合。
3. 旋转门道闸：旋转门道闸是将多个门片安装在一个轴上旋转，通过控制门片旋转实现开关，并具有防撞保护功能，广泛应用于商场、酒店等场合。
4. 防爆道闸：防爆道闸采用特殊材质和构造设计，具有耐腐蚀、防爆、防水等特点，主要适用于石油化工、军事基地、金属冶炼等场合。
5. 圆弧道闸：圆弧道闸是一种新型的道闸类型，通过多个摇臂组成的弧形钢架实现通行控制，具有美观大方、安全可靠等优点，适用于景区、公园等需要强调环境和景观设计的场合。

​ 道闸是一种常用的交通管理设备，主要用于控制车辆或行人通行。

​ 同学们，在指挥交通中有一个机器发挥了一个很大的作用，让每辆小车都能排好顺序依次进入。今天我们就一起来搭建它吧！一个非常有趣的机器，手动道闸。

【活动准备】

​ 本次所用零件：

【活动过程】

步骤图

手动道闸通常由底座、传动装置和闸杠组成，我们也按照这样的组成来制作吧！

1. 制作手动道闸的底座。
2. 制作传动装置和闸杆。
3. 制作完成后，就可以组合成手动道闸了。

第一步

​ 我们先搭一个要有足够重量的底座。

​ 使用的材料有：2* 8蓝色底片2个、1* 8蓝色镶嵌梁2个、重积木1个、1* 6蓝色镶嵌梁2个、2* 6蓝色底片2个、1* 4蓝色镶嵌梁3个。

第二步

​ 安装蜗轮蜗杆，达到传动的效果，且安装摇臂。

​ 使用的材料有：1* 6蓝色镶嵌梁2个、6轴2个、蜗轮1个、黄色半轴套3个、1* 3摇臂1个、1* 2连接件1个、1* 4蓝色镶嵌梁4个、1* 4蓝色底片2个、16齿轮1个。

第三步

​ 加上一个阻拦车子前进的闸杆，将其组装起来，组合好后我们的手动道闸就完成啦！

​ 使用的材料有：1* 15白色的梁4个、1* 5白色的梁2个、灰色光滑销8个、黑色摩擦销2个、蓝色“L”型角梁1个。

【问题思考】

一. 提出问题

• 1、如何将手动道闸转化为电动道闸？

• 2、有什么办法可以让手动道闸可以移动位置？

二. 问题回答

• 1、将手动道闸的摇臂转化为电动机转动。

• 2、给手动道闸装上轮子。

【科学知识】

认识蜗轮

​ 蜗轮（worm gear）一种用来传递和功率的齿轮装，由一蜗杆（worm）一个轮（worm wheel）组蜗杆是种螺旋形的齿，类似螺丝，蜗轮则是一个带螺旋形齿形齿轮。杆与蜗轮之间的使得蜗杆的旋转化为蜗轮旋转而达到传动率的目。它具有体积小、传动比大、传动平稳、噪音低、效率高等特点。蜗轮传动广泛应用于各种机械设备中，如起重机械、传装置、减速机，以实现动力和力的传递。

​ 蜗轮传动的工作原理是通过蜗杆与蜗轮的啮合，动力从蜗杆传递到蜗轮。由于蜗杆的螺旋线与蜗轮的齿形相互嵌合使得蜗杆轴上的动力经过蜗轮转换后，可以实现方向的改变和速度的降低。同时，由于蜗杆与蜗轮的啮合关系，具有很好的自锁性，防蜗带动蜗杆回转，实现单向传动。

​ 蜗轮传动的优点：

1. 传动比范围大：蜗轮传动具有较大的传动比，可以实现高速轴与低速轴之间的大比速传动，传动比可达300。
2. 结构紧凑：由于蜗杆与蜗轮是交错轴布置，因此蜗轮传动具有结构紧凑、占地面积小的优点。
3. 自锁性能好：在某些条件下，蜗轮传动具有良好的自锁性能即在停止输入时，输出端无法驱动输入端转动，从而实现自锁。这种特性使得蜗轮传动在起重、输送等设备中得到广泛应用。
4. 传动平稳、噪音低：蜗杆与蜗轮齿面接触的线数较多，传动过程中各齿的载荷分布较均匀，因此传动过程平稳，噪音低。
5. 传动效率较低：由于蜗杆与蜗轮齿面接触时产生较大的滑动摩擦损失，因此蜗轮传动的效率较低，通常在0.6-0.9之间。

​ 蜗轮传动的应用范围：

1. 起重机械：如卷扬机、吊车等。
2. 传送装置：如输送带、输送机等。
3. 减速机：如摆线针轮减速机、圆柱齿轮减速机等。
4. 重型机械：如钢铁、矿山、化工等行业的设备。
5. 自动化设备：如工业机器人、电梯等。

​ 总之，蜗轮传动作为一种广泛应用的传动装置，具有很高的实价值，为各种机械设备提供了动力和力的传递。

蜗轮带动小齿轮的物理结构

​ 蜗轮带动小齿轮的物理结构是由两个主要部分组成：蜗轮和小齿轮。

​ 蜗轮是一种具有螺旋形状的圆柱体，通常被用来减速或增加扭矩。它的形状类似于一个斜着切开的螺线管，其表面被称为蜗杆。

​ 小齿轮是指直径较小的齿轮，由多个齿条构成，与蜗轮的蜗杆相啮合形成传动方式。在蜗轮传动体系中，小齿轮的直径通常是蜗轮直径的一半或三分之一，因此蜗轮每转一圈，小齿轮只能顺时针或逆时针转动几个齿。

​ 当蜗轮旋转时，蜗杆上的螺纹会推动小齿轮转动。由于蜗轮的螺旋角度相对较大，因此可以实现高效的减速或增加扭矩效果。同时，蜗轮和小齿轮的啮合形式也可以提供很好的安全保障，因为它们不容易被外力干扰或反向旋转。

【举一反三】

• 1、如何使手动道闸的闸杠耐用性更高？

• 2、如何使摇臂摇动时传递的能量效率更高？

【结束】