无限齿轮：41级齿轮箱实现346垓年一圈的旋转

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所需工具与设备

• ProBUDDY 套件

项目简介

本项目灵感源自 Arthur Ganson 的经典装置艺术《混凝土机器》。原作品通过 12 级 1:50 齿轮比，使最终齿轮需 137 亿年才能转动一圈。我们将这一概念压缩为 41 级 1:5 齿轮比的紧凑数字计数系统：250 rpm 直流减速电机驱动第一级齿轮，最终方形齿轮的旋转周期达 3.46×10²⁰ 年（346 垓年），远超宇宙年龄。

通过在每级黑色齿轮安装小磁铁、配合干簧管与 LED，将机械运动转换为数字脉冲，由 Arduino Uno 统计并在 16×2 LCD 实时显示。这不仅演示了机械放大原理，更是一个直观的机器人教学工具。

所有齿轮采用 3D 打印彩色件，5 个黑色齿轮内嵌磁铁触发干簧管。最终方形齿轮为非旋转设计，固定不动，仅作计数终点。

各级齿轮旋转周期：

• 第 1 级（黑色）：0.002 分钟
• 第 2 级：135 天
• 第 3 级：360 万年
• 第 4 级：35 万亿年
• 最终方形齿轮：346 垓年（3.46×10²⁰ 年）

代码

Arduino Uno 程序

#include <LiquidCrystal.h> // LCD 控制库
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // LCD 引脚映射

// 干簧管输入引脚
int reed1 = 6, reed2 = 7, reed3 = 8, reed4 = 9;
int reed_status1, reed_status2, reed_status3, reed_status4;

// 四级齿轮计数器
int counter1 = 0, counter2 = 0, counter3 = 0, counter4 = 0;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("SUNDAY ROBOTICS");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(" INFINITE GEARS");
  pinMode(reed1, INPUT);
  pinMode(reed2, INPUT);
  pinMode(reed3, INPUT);
  pinMode(reed4, INPUT);
  delay(1500); // 开机画面停留
}

void loop() {
  reed_status1 = digitalRead(reed1);
  reed_status2 = digitalRead(reed2);
  reed_status3 = digitalRead(reed3);
  reed_status4 = digitalRead(reed4);

  if (reed_status1 == 0) { delay(100); counter1++; }
  else if (reed_status2 == 0) { delay(100); counter2++; }
  else if (reed_status3 == 0) { delay(100); counter3++; }
  else if (reed_status4 == 0) { delay(100); counter4++; }
}

void displayCounts() {
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(" INFINITE GEARS");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("F:"); lcd.print(counter1);
  lcd.print(" S:"); lcd.print(counter2);
  lcd.print(" T:"); lcd.print(counter3);
  lcd.print(" F:"); lcd.print(counter4);
}

机械设计

系统共 41 个直齿轮 + 1 个电机齿轮，每级外齿 45、内齿 9，电机齿轮 9 齿，单级传动比 1:5，总传动比 1/(5⁴¹)。电机满圈需 1/250 分钟，末级方形齿轮需 (1/250)×5⁴¹ ≈ 1.8×10²⁶ 分钟 ≈ 3.46×10²⁰ 年。

原理图

供电：8 节 AA 碱性电池串联输出 8V，经两路 LM2596 降压模块分别供 6V 电机与 5V Arduino/LCD。每个黑色齿轮内置磁铁，经过干簧管产生低电平脉冲，Arduino 计数并驱动 LED 指示。16×2 LCD 显示四级累计计数。