Lehrer-Toolbox
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Der Zweck dieses Abschnitts
Im Abschnitt „Spielen“ dieses MINT-Labors werden Schüler mit Zahnrädern und ihrem Zweck innerhalb eines Gebäudes vertraut gemacht. Auf dieser ersten Seite werden Begriffe eingeführt wie: ineinandergreifende Zahnräder, Antriebszahnräder, angetriebene Zahnräder, Übersetzungsverhältnisse, mechanischer Vorteil und Kraftübertragung. Auf der nächsten Seite wird der Aufbau des MAD besprochen Box, seine Übersetzungsverhältnisse und die mechanischen Vorteile von Drehmoment oder Geschwindigkeit, die durch diese Übersetzungsverhältnisse entstehen. Die nächste Seite gipfelt in der Berechnung des Übersetzungsverhältnisses für den gesamten MAD Boxbau.
Es kann eine gute Idee sein, die erste Seite als Klasse durchzulesen und dann die Schülergruppen die zweite Seite durcharbeiten zu lassen. Jeder Schüler sollte mitlesen.
Bei der Arbeit in Dreiergruppen können den Studierenden eine von drei Rollen zugewiesen werden:
1) Der Bauexperte: Dieser Schüler findet den Schritt des Baus in den Bauanweisungen und zeigt an, wo sich diese Zahnräder im fertigen Bau befinden.
2) Der Rechner: Dieser Schüler führt die Berechnungen der Übersetzungsverhältnisse durch.
3) Der Rekorder: Dieser Schüler überprüft die Mathematik des Rechners, interpretiert, was das Übersetzungsverhältnis bedeutet, und stellt sicher, dass das Team alle seine Arbeiten in seinem technischen Notizbuch aufzeichnet.
Bei Gruppen von mehr als drei Studierenden können mehrere Studierende für die gleiche Rolle verantwortlich sein. Bei weniger als drei Gruppen kann derselbe Schüler mehrere Rollen übernehmen.
Klicken Sie hier (Google Doc / .docx / .pdf ) für die Kollaborationsrubrik oder klicken Sie hier (Google Doc / .docx / .pdf) für die gruppenbasierte Rubrik Rubrik „Ingenieur-Notizbuch“. Es gibt auch eine Rubrik für individuelle technische Notizbücher. Klicken Sie hier (Google Doc / .docx / .pdf). Alle für die Bewertung verwendeten Rubriken sollten den Schülern vor Beginn der Arbeit mitgeteilt und erklärt werden.
Getriebe
Zahnräder sehen aus wie Scheiben mit Zähnen an den Rändern. Es ist wichtig zu beachten, dass ihre Zähne den gleichen Abstand haben, da Zahnräder funktionieren, indem ihre Zähne ineinandergreifen, wie im Bild oben gezeigt. Wenn sich ein Zahnrad dreht, dreht es auch das nächste, da die Zähne ineinandergreifen, was als Eingriff bezeichnet wird.
Zahnräder werden typischerweise über eine Welle oder Basis montiert oder mit anderen Teilen verbunden. Daher werden Zahnräder verwendet, um Drehbewegungen oder Kraft von einer Welle auf eine andere zu übertragen. Die Welle befindet sich normalerweise in der Mitte des Zahnrads. Im Bild oben der VEX IQ Gears ist das mittlere Loch, durch das eine Welle geführt wird, quadratisch, da die IQ-Wellen quadratisch sind.
Eine der wichtigsten Möglichkeiten, ein Zahnrad zu definieren, ist die Anzahl der Zähne, die es hat.
Tipps für Lehrer
Es kann hilfreich sein, die Schüler auf das VEX IQ Parts-Poster hinzuweisen und sie darauf aufmerksam zu machen, dass die im Super Kit enthaltenen Zahnräder nach ihrer Zähnezahl benannt sind (Zahnräder mit 60, 36 und 12 Zähnen). Wenn Schüler durch die Montage von Zahnrädern auf Wellen verwirrt sind, können sie angewiesen werden, einen Blick auf das MAD zu werfen Beachten Sie, dass alle Zahnräder innerhalb des Aufbaus in der Mitte auf Wellen montiert waren.
Ineinandergreifende Zahnräder
Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, dreht ein Zahnrad das nächste. Das Zahnrad, das zuerst dreht, wird Antriebsrad genannt. Das Fahrwerk kann man sich als eine Art Eingang vorstellen. Das Zahnrad, das vom ersten Zahnrad gedreht wird, wird Abtriebsrad genannt. Das Abtriebsrad ist also der Abtrieb.
Sehen Sie sich die Animation unten an, um ineinandergreifende Zahnräder in Aktion zu sehen.
Sie sollten bemerkt haben, dass sich Antriebsrad und Abtriebsrad in entgegengesetzte Richtungen drehen. Sie müssen sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, da ihre Zähne ineinandergreifen und sie sich in ihren Mittelpunkten drehen.
Übersetzungsverhältnis
Ein Übersetzungsverhältnis ist ein Vergleich des Antriebs (Antriebsrad) mit dem Abtrieb (Abtriebsrad) und wird unter Berücksichtigung der Zähnezahl jedes in Eingriff stehenden Zahnrads berechnet.
Im obigen Beispiel haben das Antriebsrad (Antrieb) und das Abtriebsrad (Abtrieb) jeweils 60 Zähne.
Hier ist die Formel zur Berechnung eines Übersetzungsverhältnisses:
Nehmen wir das Beispiel der beiden oben genannten Zahnräder mit 60 Zähnen, da sich das Verhältnis einfach berechnen lässt.
Das Übersetzungsverhältnis dieser beiden ineinandergreifenden Zahnräder beträgt 1:1, was bedeutet, dass jedes Mal, wenn das Antriebsrad (Antrieb) eine volle Umdrehung macht, auch das Abtriebsrad (Abtrieb) eine volle Umdrehung macht.
Tipps für Lehrer
Stellen Sie sicher, dass die Schüler erkennen, welche Verhältnisse aus dieser oder einer anderen Klasse stammen. Einfach ausgedrückt ist ein Verhältnis eine Aussage darüber, wie zwei Zahlen verglichen werden.
Stellen Sie außerdem sicher, dass die Schüler verstehen, wie man Brüche reduziert, indem man Zähler und Nenner durch denselben Betrag dividiert.
Mechanischer Vorteil
Immer wenn zwei oder mehr Zahnräder ineinander greifen, entsteht innerhalb dieses Aufbaus ein mechanischer Vorteil.
Der mechanische Vorteil ist definiert als die Änderung der Eingangskraft innerhalb einer Maschine. Die Änderung kann durch Vergleich von Input und Output gemessen werden.
Im obigen Beispiel haben Ein- und Ausgang ein Verhältnis von 1:1, sodass es den Anschein hat, als gäbe es keinen mechanischen Vorteil, aber tatsächlich gibt es einen. Der mechanische Vorteil, wenn zwei Zahnräder gleich groß sind, wird als Kraftübertragung bezeichnet, da sich das angetriebene Zahnrad und seine Welle genauso stark drehen wie das treibende Zahnrad und seine Welle. Das Antriebsrad (Eingang) übertrug also seine gesamte Leistung auf das Abtriebsrad (Ausgang).
In der nächsten Aktivität überprüfen Sie Ihr MAD Box bauen und die mechanischen Vorteile von Geschwindigkeit und Drehmoment berechnen und testen.
Erweitern Sie Ihr Lernen
bis
Gängen im täglichen Leben
Viele mechanische Geräte verwenden Zahnräder. Im digitalen Zeitalter mag es scheinbar weniger geben, aber die Schüler sollten in der Lage sein, mindestens fünf Geräte zu identifizieren, die Zahnräder verwenden. Sie können auch Werkzeuge vor Elektrizität untersuchen. Anschließend sollten die Schüler erklären, wie jedes Getriebe verwendet wird und welche Funktion(en) das Getriebesystem hat.
Hier sind einige Beispiele:
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Viele Fahrräder verfügen über eine Gangschaltung, die es dem Fahrer ermöglicht, schneller oder mit mehr Kraft in die Pedale zu treten.
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Handmixer in der Küche verwendeten vor der Elektrizität Zahnräder, sodass der Benutzer eine Kurbel in eine Richtung drehen konnte (z. B. nach oben und unten) und die Rührgeräte des Mixers in eine andere Richtung drehen konnte (z. B. hin und her). die Schüssel mit den Zutaten.
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Wassermühlen verwendeten auch Zahnräder, um die Kraftrichtung durch Kraftübertragung zu ändern. Das Wasser würde die Turbine (Wasserrad) antreiben, die Zahnräder antreiben und so Energie in die Fabrik übertragen würde, wo sie zum Mahlen, Walzen oder Hämmern von Produkten verwendet würde.