Použití ozubených kol na tuto sestavu
Krok 1: Ozubená kola v jedné vrstvě sestavy převodovky V5
V každé vrstvě převodovky jste spojili 12zubé ozubené kolo s 60zubým ozubeným kolem. Všimněte si, že 60zubé ozubené kolo je na hřídeli, který se otáčí, když otočíte pojistnou desku hřídele. Když se otočí 60zubé ozubené kolo, otočí se 12zubé ozubené kolo. To znamená, že na této straně převodovky je převodovka s 60 zuby hnacím ústrojím a převodovka s 12 zuby je poháněná převodovka. Vyhledejte tři místa v sestavě, kde 60zubé ozubené kolo pohání 12zubé ozubené kolo. Tip: Záleží na tom, kterou hřídel otáčíš. Pro usnadnění můžete použít objímku hřídele prodlouženou na kolo nebo jinou součást zajištěnou hřídelí.
Protože větší ozubené kolo má 5krát více zubů, náš převodový poměr je 5:1, což znamená, že každých 5 otáček menšího ozubeného kola se větší ozubené kolo otočí 1krát.
Sada nástrojů pro učitele
Studenti mají najít tři místa, kde 60zubé kolo pohání 12zubé kolo. 60zubá ozubená kola jsou v konstrukci snadno rozpoznatelná. Každé 60zubé kolo v konstrukci pohání 12zubé kolo, ale pouze když otáčíte hřídelí, která otáčí 60zubým kolem. Druhá hřídel otáčí 12zubým ozubeným kolem, které poté pohání 60zubé ozubené kolo.
Krok 2: Použití většího ozubeného kola jako vstupu pro zvýšení rychlosti
Použití 60zubého ozubeného kola k pohonu 12zubého ozubeného kola kolem nápravy. Ve výše uvedeném příkladu otáčíme nebo řídíme velký převodový stupeň. Pro každé 1 otočení pro větší hnací zařízení musí menší zařízení otočit 5krát. To znamená, že menší rychlostní stupeň se bude otáčet 5krát rychleji než větší rychlostní stupeň, a to díky převodovému poměru 5:1. Toto je známé jako vysoký převodový poměr; poměr je vyšší než 1:1.
Krok 3: Použití menšího převodového stupně jako vstupu pro zvýšení točivého momentu
Točivý moment je měřítkem toho, jak silně otočíte něco kolem středového bodu. Můžete ji vypočítat vynásobením síly tlačení tím, jak daleko je tlačení od středového bodu. Vzhledem k tomu, že zuby menšího hnacího ústrojí jsou blízko středu, tlačí s větší silou na stejné množství točivého momentu. Zároveň jsou zuby hnaného ozubeného kola daleko od středového bodu, takže stejná síla vytváří větší točivý moment.
Pokud máte větší hnací ozubené kolo, je točivý moment, který musíte na hřídel aplikovat, mnohem vyšší, než kdybyste poháněli menší ozubené kolo. Vzhledem k tomu, že na stejný hřídel můžeme připojit více převodů, můžeme nastavit množství síly ze stejného točivého momentu, což vede k vyššímu točivému momentu s každým článkem. Výsledný převodový poměr z každého stupně naší převodovky V5 je 1:5, což je nízký převodový poměr. Hnací ozubené kolo se bude muset dále otáčet, aby se hnané ozubené kolo posunulo, ale to způsobí, že hnané ozubené kolo
Motivovat diskusi
Předchozí dva kroky poskytly důležité informace. Tato diskuse by měla sloužit jako zjednodušené shrnutí těchto informací.
Otázka:Pokud je hnací kolo větší než hnané kolo, má hnané kolo vyšší otáčky nebo vyšší točivý moment? Proč?
A:Hnané kolo má vyšší rychlost, protože se během jedné otáčky většího hnacího kola několikrát otočí.
Otázka:Pokud je hnací kolo menší než hnané kolo, má hnané kolo vyšší otáčky nebo vyšší točivý moment? Proč?
A:Hnané kolo má větší točivý moment, protože zuby hnaného kola jsou od jeho středového bodu dále než zuby hnacího kola od jeho středového bodu.
Krok 4: Znásobení mechanické výhody
Každý stupeň má převodový poměr 5:1, takže je můžeme násobit dohromady, abychom vytvořili poměr 5x5x5:1x1x1, nebo 125:1 mezi vstupními a výstupními hřídelemi. To znamená, že pokud otočíte hřídel s vysokou převodovkou jednou kolem dokola, výstupní hřídel se otočí 125krát! Na druhou stranu, pokud na hřídel s nízkým převodem působíte určitým točivým momentem, výstupní hřídel bude vydávat točivý moment 125krát vyšší, ale bude to dělat velmi pomalu.
Zkuste otáčet hřídelí s vysokým převodem bez odporu. Jak rychle se otáčí výstupní hřídel?
Zkuste otáčet hřídelí s nízkým převodem, zatímco držíte výstupní hřídel. Dokážete zastavit otáčení výstupního hřídele?
Tipy pro učitele
-
Poučte studenty, aby otočili hřídelí dolního převodu. Někteří studenti mohou mít potíže s otáčením kvůli extrémnímu točivému momentu vytvářenému složeným převodovým poměrem.
-
Požádejte studenty, aby otočili hřídelí vysokého převodu. Výsledkem bude, že se hřídel s nízkým převodem bude otáčet znatelně rychlejším tempem.
-
Vysvětlete, že chování tohoto stroje je způsobeno extrémním složeným převodovým poměrem, který je 125:1.
-
Zdůrazněte, že složené převodové poměry se běžně používají, když je požadovaná mechanická výhoda větší, než jakou lze dosáhnout jedním převodovým poměrem.
Rozšiřte si své znalosti
Pro rozšíření této aktivity použijte informace z tohoto cvičení a níže uvedené vzorce k výpočtu výstupních otáček a výstupního točivého momentu daného převodového poměru.
Vzorce:
Převodový stupeň = Zuby hnaného ozubeného kola / Zuby hnacího ozubeného kola
Výstupní moment = Vstupní moment x Převodový stupeň
Výstupní otáčky = Vstupní otáčky / Převodový stupeň
Použijte poměry, které lze vytvořit v rámci sady VEX V5 Classroom Super Kit.
Příklad:
Převodový poměr = 60:12 nebo 5:1
Redukce ozubeného kola = Počet zubů hnaného kola / Počet zubů hnacího kola = 12 / 60 = 0,2
Výstupní točivý moment = Vstupní točivý moment x Redukce ozubeného kola = 1,5 Nm x 0,2 = 0,3 Nm
Výstupní otáčky = Vstupní otáčky / Redukce ozubeného kola = 100 ot/min / 0,2 = 500 ot/min