¿Qué son los engranajes?
Caja de herramientas para maestros
: el propósito de esta sección
La sección de Juego de este Laboratorio STEM presentará a los estudiantes los engranajes y su propósito dentro de una construcción. Esta primera página presentará términos como: engranajes engranados, engranajes impulsores, engranajes impulsados, relaciones de transmisión, ventaja mecánica y transferencia de potencia. La página siguiente revisará la compilación del M.A.D. La caja, sus relaciones de transmisión y las ventajas mecánicas del par o la velocidad que crean esas relaciones. La página siguiente culmina con el cálculo de la relación de transmisión para todo el M.A.D. Construcción de cajas.
Puede ser una buena idea leer la primera página como clase y luego hacer que los grupos de estudiantes trabajen en la segunda página. Todos los estudiantes deberían estar leyendo.
Si trabajan en grupos de tres, los estudiantes pueden ser asignados a uno de estos tres roles:
1) El experto en construcción: este estudiante encuentra el paso de la construcción en las instrucciones de construcción y señala en qué parte de la construcción completada se encuentran esos engranajes.
2) La Calculadora: Este estudiante realiza los cálculos de las relaciones de transmisión.
3) El registrador: este estudiante verifica las matemáticas de la calculadora, interpreta lo que significa la relación de transmisión y se asegura de que el equipo registre todo su trabajo en su cuaderno de ingeniería.
Si los grupos de estudiantes tienen más de tres estudiantes, entonces varios estudiantes podrían ser responsables del mismo rol. Si los grupos tienen menos de tres, el mismo estudiante puede asumir múltiples roles.
Haga clic aquí(Google Doc / .docx / .pdf ) para la rúbrica Colaboración, o haga clic aquí (Google Doc / .docx / .pdf) para la rúbrica del cuaderno de ingeniería basado en grupos. También hay una rúbrica de cuaderno de ingeniería individual, haga clic aquí (Google Doc / .docx / .pdf ) . Cualquier rúbrica que se use para la puntuación debe compartirse y explicarse a los alumnos antes de que comience el trabajo.
Engranajes
Los engranajes parecen discos con dientes alrededor de sus bordes. Es importante tener en cuenta que sus dientes están igualmente espaciados porque los engranajes funcionan al engranar sus dientes, como se muestra en la imagen de arriba. Cuando un engranaje gira, gira el siguiente porque sus dientes están colocados entre sí, lo que se conoce como engrane.
Los engranajes suelen estar montados, o conectados a otras partes, por un eje o base. Por lo tanto, los engranajes se utilizan para transmitir el movimiento giratorio, o potencia, de un eje a otro. El eje generalmente se coloca en el centro del engranaje. En la imagen de arriba de los engranajes VEX IQ, el orificio central para pasar un eje es el cuadrado porque los ejes IQ son cuadrados.
Una de las principales formas de definir un engranaje es por el número de dientes que tiene.
Consejos para profesores
Puede ser útil dirigir a los estudiantes al póster de VEX IQ Parts y hacer que noten que los engranajes incluidos en el Super Kit se nombran utilizando su número de dientes (60, 36 y 12 engranajes dentales). Si los estudiantes están confundidos por el montaje de engranajes en los ejes, se les puede indicar que miren el M.A.D. La construcción de la caja y observe que todos los engranajes dentro de la construcción se construyeron sobre ejes en sus centros.
Engranajes de malla
Cuando dos engranajes engranan entre sí, un engranaje gira al siguiente. El engranaje que está haciendo el giro primero se llama engranaje de accionamiento. El engranaje de accionamiento se puede considerar como un tipo de entrada. El engranaje que está siendo girado por el primer engranaje se denomina engranaje conducido. El engranaje conducido es, por lo tanto, la salida.
Mira la animación a continuación para ver los engranajes engranados en acción.
Debería haber notado que el engranaje de accionamiento y el engranaje accionado giran en direcciones opuestas. Tienen que girar en direcciones opuestas porque sus dientes están engranados y rotan en sus centros.
Relaciones de transmisión
Una relación de transmisión es una comparación de la entrada (engranaje impulsor) con la salida (engranaje impulsado) y se calcula considerando el número de dientes de cada engranaje engranado.
En el ejemplo anterior, el engranaje de accionamiento (entrada) y el engranaje accionado (salida) tienen 60 dientes.
Esta es la fórmula para calcular una relación de transmisión:
Usemos el ejemplo de los dos engranajes de 60 dientes anteriores porque es una proporción simple de calcular.
La relación de transmisión de estos dos engranajes engranados es 1:1, lo que significa que cada vez que el engranaje de accionamiento (entrada) gira una rotación completa, el engranaje accionado (salida) también gira una rotación completa.
Consejos para profesores
Asegúrese de que los estudiantes reconozcan qué proporciones son de esta u otra clase. En pocas palabras, una relación es una declaración de cómo se comparan dos números.
Además, asegúrese de que los estudiantes entiendan cómo reducir las fracciones dividiendo el numerador y el denominador por la misma cantidad.
Ventaja mecánica
Cada vez que se engranan dos o más engranajes, se crea una ventaja mecánica dentro de esa construcción.
La ventaja mecánica se define como el cambio de la fuerza de entrada dentro de una máquina. El cambio se puede medir comparando la entrada y la salida.
En el ejemplo anterior, la entrada y la salida tienen una relación 1:1, por lo que puede parecer que no hay ventaja mecánica, pero en realidad sí la hay. La ventaja mecánica cuando dos engranajes son del mismo tamaño se denomina transferencia de potencia porque el engranaje impulsado y su eje giran tanto como el engranaje impulsor y su eje. Entonces, el engranaje impulsor (entrada) transfirió toda su potencia al engranaje impulsado (salida).
En la siguiente actividad, revisará su M.A.D. Construirá la caja y calculará y probará las ventajas mecánicas de la velocidad y el par.
Amplíe su aprendizaje
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engranajes en la vida diaria
Muchos dispositivos mecánicos utilizan engranajes. En la era digital, aparentemente podría haber menos, pero los estudiantes deberían ser capaces de identificar al menos cinco dispositivos que usan engranajes. También pueden investigar las herramientas antes de la electricidad. Luego, los estudiantes deben explicar cómo cada uno usa los engranajes y cuáles son las funcionesdel sistema de engranajes.
Estos son algunos ejemplos:
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Muchas bicicletas utilizan engranajes para permitir que el ciclista cambie de marcha para pedalear más rápido o con más fuerza.
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Las batidoras manuales en la cocina, antes de la electricidad, usaban engranajes para que el usuario pudiera girar una manivela en una dirección (por ejemplo, hacia arriba y hacia abajo) y hacer que las batidoras de la batidora giraran en otra (por ejemplo, hacia adelante y hacia atrás) en el recipiente de ingredientes.
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Los molinos de agua también utilizaron engranajes para cambiar la dirección de la fuerza a través de la transferencia de potencia. El agua haría girar la turbina (rueda hidráulica) que haría girar los engranajes, transfiriendo energía a la fábrica donde se utilizaba para fresar, laminar o martillar productos.