الخطوة 1: التروس في طبقة واحدة من بناء صندوق التروس V5
في كل طبقة من علبة التروس، قمت بربط ترس من 12 سنًا مع ترس من 60 سنًا. لاحظ أن ترس 60 سنًا موجود على العمود الذي يدور عند تدوير لوحة قفل العمود. عندما يدور ترس 60 سنًا، فإنه يدور ترس 12 سنًا. وهذا يعني أنه في هذا الجانب من علبة التروس، يكون ترس 60 سنًا هو ترس القيادة ويكون ترس 12 سنًا هو ترس القيادة. حدد المواقع الثلاثة في البناء حيث يقود ترس من 60 سنًا ترسًا من 12 سنًا. تلميح: من المهم أي عمود تقوم بإدارته. يمكنك استخدام طوق العمود الممتد إلى عجلة أو جزء آخر مغلق بالعمود لتسهيل الأمر.
نظرًا لوجود 5 أضعاف عدد الأسنان على الترس الأكبر، فإن نسبة التروس لدينا هي 5:1، مما يعني أنه كل 5 لفات من الترس الأصغر، فإن الترس الأكبر سوف يدور مرة واحدة.
صندوق أدوات المعلم
يُطلب من الطلاب تحديد المواقع الثلاثة التي يقود فيها الترس المكون من 60 سنًا ترسًا مكونًا من 12 سنًا. يسهل التعرف على التروس التي يبلغ طولها 60 سنًا في الهيكل. كل ترس من 60 سنًا في الهيكل يقود ترسًا من 12 سنًا، ولكن فقط عندما تقوم بتدوير العمود الذي يدير ترس 60 سنًا. يقوم العمود الآخر بتدوير الترس المكون من 12 سنًا والذي يقوم بعد ذلك بتوجيه الترس المكون من 60 سنًا.
الخطوة 2: استخدام ترس أكبر كمدخل لزيادة السرعة
استخدام ترس 60 سنًا لقيادة سرعة تروس 12 سنًا حول المحور. في المثال أعلاه، نقوم بتدوير أو قيادة الترس الكبير. لكل 1 دوران لترس القيادة الأكبر، يجب أن يدور الترس الأصغر 5 مرات كاملة. وهذا يعني أن الترس الأصغر سوف يدور 5 مرات أسرع من الترس الأكبر، بسبب نسبة الترس 5:1. يُعرف هذا باسم نسبة التروس العالية ؛ النسبة أعلى من 1:1.
الخطوة 3: استخدام ترس أصغر كمدخل لزيادة عزم الدوران
عزم الدوران هو مقياس لمدى صعوبة قلب شيء ما حول نقطة مركزية. يمكنك حسابها عن طريق ضرب قوة الدفع في مدى بعد الدفع عن نقطة المركز. نظرًا لأن أسنان ترس القيادة الأصغر قريبة من المركز، فإنها تدفع بقوة أكبر لنفس مقدار عزم الدوران. في الوقت نفسه، تكون أسنان الترس المدار بعيدة عن نقطة المركز، وبالتالي فإن نفس مقدار القوة يخلق المزيد من عزم الدوران.
إذا كان لديك ترس قيادة أكبر، فإن العزم الذي تحتاج إلى تطبيقه على العمود أعلى بكثير مما لو كنت تقود ترسًا أصغر. نظرًا لأنه يمكننا ربط تروس متعددة بنفس العمود، يمكننا ضبط مقدار القوة من نفس عزم الدوران، مما يؤدي إلى عزم دوران أعلى مع كل وصلة. نسبة التروس الناتجة من كل مرحلة من مراحل صندوق التروس V5 لدينا هي 1:5، وهي نسبة تروس منخفضة. سيتعين على ترس القيادة الدوران أكثر لتحريك ترس القيادة، لكنه سيجعل ترس القيادة يدفع بقوة أكبر.
تحفيز المناقشة
قدمت الخطوتان السابقتان معلومات مهمة. يجب أن تكون هذه المناقشة بمثابة ملخص مبسط لتلك المعلومات.
س: عندما يكون ترس القيادة أكبر من ترس القيادة، هل يتمتع ترس القيادة بسرعة أكبر أو عزم دوران أكبر ؟ لماذا ؟
ج: يتمتع ترس القيادة بسرعة أكبر لأنه يدور عدة مرات أثناء دوران واحد لترس القيادة الأكبر.
س: عندما يكون ترس القيادة أصغر من ترس القيادة، هل يتمتع ترس القيادة بسرعة أكبر أو عزم دوران أكبر ؟ لماذا ؟
ج: يحتوي ترس القيادة على عزم دوران أكبر لأن أسنان ترس القيادة بعيدة عن نقطة مركزها أكثر من أسنان ترس القيادة عن نقطة مركزها.
الخطوة 4: مضاعفة الميزة الميكانيكية
علبة تحتوي كل مرحلة على نسبة تروس 5:1، حتى نتمكن من ضربها معًا لإنشاء نسبة 5x5x5: 1x1x1، أو 125:1 بين أعمدة الإدخال والإخراج. هذا يعني أنه إذا أدرت العمود عالي التروس مرة واحدة على طول الطريق، فسوف يدور عمود الخرج 125 مرة! من ناحية أخرى، إذا قمت بتطبيق بعض عزم الدوران على العمود منخفض التروس، فسيخرج عمود الخرج بعزم دوران أعلى 125 مرة، لكنه سيفعل ذلك ببطء شديد.
حاول تدوير العمود عالي التروس بدون مقاومة. ما مدى سرعة دوران عمود الخرج ؟
حاول تدوير العمود منخفض التروس أثناء الإمساك بعمود الخرج. هل يمكنك إيقاف عمود الخرج من الدوران ؟
نصائح للمعلم
-
اطلب من الطلاب تدوير عمود التروس المنخفض. قد يواجه بعض الطلاب مشكلة في تدويره بسبب الكم الهائل من عزم الدوران الناتج عن نسبة التروس المركبة.
-
اطلب من الطلاب تدوير عمود التروس العالي. ستكون النتيجة دوران العمود منخفض التروس بوتيرة أسرع بشكل ملحوظ.
-
اشرح أن سلوك هذا الجهاز يرجع إلى نسبة التروس المركبة القصوى وهي 125:1.
-
أكد على أن نسب التروس المركبة شائعة الاستخدام عندما تكون الميزة الميكانيكية المطلوبة أكثر مما يمكن أن تحققه نسبة تروس واحدة.
قم بتوسيع نطاق تعلمك
لتوسيع هذا النشاط، استخدم المعلومات داخل هذا المختبر والصيغ أدناه لحساب سرعة الخرج وعزم الخرج لنسبة تروس معينة.
الصيغ: تقليل
التروس = أسنان التروس المدفوعة/عزم دوران
خرج أسنان ترس القيادة = عزم دوران الدخل × سرعة
خرج تقليل التروس = سرعة الإدخال/تقليل التروس
استخدم النسب التي يمكن إنشاؤها داخل مجموعة VEX V5 Classroom Super Kit.
مثال: نسبة
التروس = 60:12 أو 5:1 تخفيض
التروس = أسنان تروس مدفوعة/أسنان تروس القيادة = 12/60 = 0.2 عزم دوران
الخرج = عزم دوران الدخل × تخفيض التروس = 1.5 نيوتن متر × 0.2 = 0.3 نيوتن متر سرعة
الخرج = سرعة الدخل/تخفيض التروس = 100 دورة في الدقيقة / 0.2 = 500 دورة في الدقيقة