Co jsou Gears?

Sada nástrojů pro učitele - Účel této části

Sekce Play této STEM Lab seznámí studenty s ozubenými koly a jejich účelem v rámci sestavení. Na této první stránce představíme pojmy jako: ozubená kola, hnací kola, poháněná kola, převodové poměry, mechanická výhoda a přenos výkonu. Na další stránce se podíváme na sestavení M.A.D. Box, jeho převodové poměry a mechanické výhody točivého momentu nebo otáček, které tyto poměry vytvářejí. Další strana vyvrcholí výpočtem převodového poměru pro celý M.A.D. Sestavení boxu.
Může být dobrý nápad přečíst si první stránku jako třídu a poté nechat studentské skupiny pracovat na druhé stránce. Každý student by si měl číst.

Při práci ve skupinách po třech mohou být studenti zařazeni do jedné ze tří rolí:

1) Expert na sestavení: Tento student najde krok sestavení v Pokynech pro sestavení a ukáže, kde se v dokončené sestavě nacházejí tato ozubená kola.

2) Kalkulačka: Tento student provádí výpočty převodových poměrů.

3) Záznamník: Tento student zkontroluje matematiku kalkulačky, interpretuje, co znamená převodový poměr, a zajistí, aby tým zaznamenával veškerou svou práci do svého technického notebooku.

Pokud mají skupiny studentů více než tři studenty, pak by za stejnou roli mohlo být zodpovědných více studentů. Pokud mají skupiny méně než tři, může stejný student převzít více rolí.

Klikněte zde(Google Doc / .docx / .pdf ) pro rubriku Spolupráce, nebo klikněte zde (Google Doc / .docx / .pdf) pro rubriku skupinového technického poznámkového bloku. K dispozici je také samostatná strojírenská rubrika poznámkového bloku, klikněte zde (Google Doc / .docx / .pdf ) . Jakékoli rubriky, které budou použity pro bodování, by měly být sdíleny se studenty a vysvětleny jim před zahájením práce.

Dvě soukolí VEX IQ jsou vzájemně propojena, což ilustruje, jak hnací soukolí otáčí hnané kolo v opačných směrech.

Ozubená kola

Ozubená kola vypadají jako disky se zuby kolem okrajů. Je důležité si uvědomit, že jejich zuby jsou rovnoměrně rozmístěny, protože ozubená kola pracují tak, že mají zuby vzájemně propojené, jak je znázorněno na obrázku výše. Když se jeden převodový stupeň otočí, otočí se další, protože jejich zuby jsou umístěny mezi sebou, což je známé jako zapadnutí.

Ozubená kola jsou obvykle namontována nebo spojena s jinými částmi hřídelem nebo základnou. Takže ozubená kola se používají k přenosu rotačního pohybu nebo výkonu z jednoho hřídele na druhý. Hřídel je obvykle umístěn ve středu ozubeného kola. Na obrázku výše VEX IQ Gears je středový otvor, kterým prochází hřídel, čtvercový, protože hřídele IQ jsou čtvercové.

Jedním z hlavních způsobů, jak definovat ozubené kolo, je počet zubů, které má.

Tipy pro učitele

Může pomoci nasměrovat studenty k plakátu VEX IQ Parts a přimět je, aby si všimli, že ozubená kola obsažená v Super Kit jsou pojmenována podle počtu zubů (60, 36 a 12 zubových ozubených kol). Pokud jsou studenti zmateni montáží ozubených kol na hřídele, mohou být nasměrováni, aby se podívali na M.A.D. Stavba krabice a všimněte si, že všechna ozubená kola uvnitř budovy byla zabudována do hřídelí ve svých centrech.

Ozubená kola s oky

Když jsou dvě soukolí spojena dohromady, jedno soukolí se otáčí druhé. Ozubené kolo, které se otáčí jako první, se nazývá hnací kolo. Hnací ústrojí lze považovat za typ vstupu. Převod, který se otáčí prvním převodovým stupněm, se nazývá poháněný převodový stupeň. Hnaný převod je tedy výstupem.

Podívejte se na animaci níže a podívejte se na ozubená kola v akci.

Měli byste si všimnout, že hnací kolo a poháněné kolo se otáčejí v opačných směrech. Musí se otáčet v opačných směrech, protože jejich zuby jsou zamotané a otáčejí se ve svých centrech.

Převodové poměry

Dvě ozubená kola o velikosti 60 zubů, která ukazují, jak se hnací kolo (označené vlevo) a poháněné kolo (označené vpravo) otáčejí v opačných směrech, označených červenými šipkami.

Převodový poměr je srovnání vstupu (hnací kolo) a výstupu (poháněné kolo) a vypočítá se s ohledem na počet zubů každého ozubeného kola.

Ve výše uvedeném příkladu má hnací kolo (vstup) a poháněné kolo (výstup) 60 zubů.

Zde je vzorec pro výpočet převodového poměru:

Vzorec přečte převodový poměr = počet zubů poháněného ozubeného kola nad počtem zubů hnacího kola.

Použijme příklad dvou výše uvedených 60 ozubených kol, protože je to jednoduchý poměr k výpočtu.

Vzorec přečte převodový poměr = Počet zubů poháněného ozubeného kola na počet zubů hnacího kola = 60 na 60, což se snižuje na 1 na 1 nebo poměr 1:1.

Převodový poměr těchto dvou ozubených kol je 1:1, což znamená, že pokaždé, když se hnací kolo (vstup) otočí o jednu plnou otáčku, poháněné kolo (výstup) se také otočí o jednu plnou otáčku.

Tipy pro učitele

Zajistěte, aby studenti rozpoznali, jaké poměry jsou z této nebo jiné třídy. Jednoduše řečeno, poměr je prohlášení o tom, jak se dvě čísla srovnávají.

Také zajistěte, aby studenti pochopili, jak snížit zlomky vydělením čitatele a jmenovatele stejnou částkou.

Mechanická výhoda

Kdykoli jsou zapojena dvě nebo více ozubených kol, je v rámci této sestavy vytvořena mechanická výhoda.

Mechanická výhoda je definována jako změna vstupní síly v rámci stroje. Změnu lze měřit porovnáním vstupu a výstupu.

Ve výše uvedeném příkladu mají vstup a výstup poměr 1:1, takže se může zdát, že neexistuje žádná mechanická výhoda, ale ve skutečnosti existuje. Mechanická výhoda, když mají dvě kola stejnou velikost, se nazývá přenos výkonu, protože poháněné kolo a jeho hřídel se otáčejí stejně jako hnací kolo a jeho hřídel. Hnací kolo (vstup) tedy přeneslo veškerý svůj výkon na hnané kolo (výstup).

V další aktivitě zkontrolujete svůj M.A.D. Sestavení krabice a vypočítá a otestuje mechanické výhody otáček a točivého momentu.

Rozšiřte své učení - rychlost v každodenním životě

Mnoho mechanických zařízení používá ozubená kola. V digitálním věku by jich mohlo být zdánlivě méně, ale studenti by měli být schopni identifikovat alespoň pět zařízení, která používají ozubená kola. Mohou také zkoumat nástroje před elektřinou. Studenti by pak měli vysvětlit, jak každý z nich používá ozubená kola a jaké jsou funkce převodového systému.

Zde je několik příkladů:

Mnoho jízdních kol používá rychlostní stupně, aby jezdec mohl řadit na pedál rychleji nebo s větší silou.
Ruční mixéry v kuchyni před elektřinou používaly ozubená kola, aby uživatel mohl otočit ovládanou klikou v jednom směru (např. nahoru a dolů) a nechat šlehače mixéru otáčet v jiném směru (např. tam a zpět) v misce přísad.
Vodní mlýny také používaly ozubená kola ke změně směru síly prostřednictvím přenosu energie. Voda by otáčela turbínou (vodním kolem), která by otáčela ozubenými koly a přenášela energii do továrny, kde se používala k frézování, válcování nebo kladení výrobků.

< Zpět Návrat do laboratoří Další >