Skip to main content

Vaihe 1: MAD Laatikon vaihe 2: 12 ja 36 hammaspyörät

Rakennusohjeiden vaiheessa 2 12 hammaspyörä oli jo akselilla, joka yhdisti MAD:n Laatikon kahva rakennuksen tuolla puolella.

  • Rakennusasiantuntija, löydä MAD:n se puoli Pakkaa ja näytä se joukkuekavereillesi. Osoita sitten, että kun tätä kahvaa käännetään, akseli kääntää 12 hammaspyörää (ajovaihde - tulo), joka kääntää sitten 36 hammaspyörän (ajovaihde - lähtö), jota lisätään tässä rakennusvaiheessa.

  • Mikä on näiden kahden vaihteen välityssuhde?

  • Laskin, selvitä alla oleva yhtälö ja pyydä tallenninta tarkistamaan se.

Opettajan työkalulaatikon kuvake Opettajan työkalupakki - Ratkaisu

Ryhmän laskimen ja tallentimen tulisi ymmärtää, että laskutoimitus tulee suorittaa seuraavasti:

  • Ensimmäisen murto-osan tulee olla 36/12.

  • Toisen murto-osan tulee olla 3/1.

Varmista jälleen, että opiskelijat ymmärtävät kuinka murtolukuja voidaan pienentää laskemalla sekä osoittaja että nimittäjä samalla numerolla.

3:1-suhde kertoo, että 12 hammaspyörän on käännyttävä kolme kertaa voidakseen kääntää 36 hammaspyörän kerran.
Tämä johtaa mekaaniseen etuun vääntömomentti. Mikä on vääntömomentti?

Vääntömomentti on mekaaninen etu, joka tekee vetopyörän tai koneen tehosta tehokkaamman. Tässä tapauksessa MAD Boxissa oli kolme kertaa enemmän tuloa kuin lähtöä, mikä tekee siitä tehokkaamman.

  • Tallennin, muista lisätä tekniseen muistikirjaan muistiinpanoja MAD:n vääntömomentin mekaanisista eduista Laatikko.

Vaihe 2: MAD Laatikon vaihe 10: 36 ja 12 hammaspyörät

Rakennusohjeiden vaiheessa 10 MAD:n toinen puoli Laatikko oli kytketty. Sen akselissa oli 36 hammaspyörä kahvalla.

  • Rakennusasiantuntija, löydä MAD:n se puoli Laatia ja näytä se ryhmälle. Osoita sitten, että kun tätä kahvaa käännetään, akseli kääntää 36 hammaspyörää (ajovaihde - tulo), joka kääntää sitten 12 hammaspyörän (ajovaihde - lähtö).

  • Mikä on näiden kahden vaihteen välityssuhde?

  • Laskin, selvitä alla oleva yhtälö ja pyydä sitten tallenninta tarkistamaan se.

Opettajan työkalulaatikon kuvake Opettajan työkalupakki - Ratkaisu

Ryhmän laskimen ja tallentimen tulisi ymmärtää, että laskutoimitus tulee suorittaa seuraavasti:

  • Ensimmäisen murto-osan pitäisi olla 12/36.

  • Toisen murto-osan tulee olla 1/3.

Varmista jälleen, että opiskelijat ymmärtävät kuinka murtolukuja voidaan pienentää laskemalla sekä osoittaja että nimittäjä samalla numerolla.

1:3-suhde kertoo, että 36 hammaspyörän tarvitsee kääntyä vain kerran kääntääkseen 12 hammaspyörän kolme kertaa.
Tämä johtaa mekaaniseen nopeudenetuun.

Nopeus on mekaaninen etu, joka nopeuttaa käytettävän vaihteen tai koneen tehoa. Tässä tapauksessa MAD Laatikon teho on kolme kertaa suurempi kuin sisääntulon kierto, mikä tekee siitä nopeamman.

  • Tallennin, muista lisätä tekniikan muistikirjaan muistiinpanoja MAD:n nopeuden mekaanisista eduista Laatikko.

Vaihe 3: MAD Laatikon yhdistetyt välityssuhteet

  • Build Expert, käännä 36 Tooth Geariin yhdistettyä kahvaa hitaasti ja anna ryhmän seurata kuinka nopeasti toinen kahva kääntyy.

  • Tallennin, luettuasi alla olevan kuvauksen, selitä, mikä yhdistelmävälityssuhde on teknisessä muistikirjassa.

36 hammaspyörän välityssuhde 12 hammaspyörää kääntävälle oli 1:3 nopeuden mekaanisena etuna. Mutta kun käännät 36 Tooth Geariin yhdistettyä kahvaa kerran, toinen kahva kääntyy useammin kuin kolme kertaa.

Tämä johtuu siitä, että MAD Laatikko käyttää yhdistelmävälityssuhdetta. Hullu Boxin yhdistetty välityssuhde syntyy, kun 36 hammaspyörää ja 12 hammaspyörää jakavat samat akselit.

Yhdistelmävälityssuhde moninkertaistaa nopeuden tai vääntömomentin mekaanisen edun mekanismissa.

Opettajavihjeet -kuvake Opettajan vinkkejä

Tarrat 1., 2. ja 3. välityssuhteille MAD:n kuvassa Yllä olevat laatikot perustuvat 36 Tooth Geariin liitetyn kahvan kääntämiseen. Se on kuvan alareunassa oleva kahva.

Yllä olevan kuvan punaiset nuolet osoittavat akselit, joissa on sekä 36- että 12-hampaista hammaspyörää. Nämä akselit yhdistävät ensimmäisen, toisen ja kolmannen välityssuhteen toisiinsa. Kun akseli kääntyy, sekä 12-hampainen että 36-hampainen hammaspyörä kääntyy.

Tämä moninkertaistaa kunkin välityssuhteen luoman mekaanisen edun, koska ne on yhdistetty yhdistetyksi välityssuhteeksi.

Hullu Laatikossa on kaksi yhdistettyä välityssuhdetta, koska voit antaa sille syötteen kummaltakin puolelta - yksi johtaa vääntömomenttiedulle ja toinen nopeusetulle.

Laskeaksesi yhdistetyn välityssuhteen MAD:n toisella puolella Laatikko, meidän on löydettävä kolme välityssuhdetta rakennuksesta tuosta tulosta lähtöön ja kerrottava ne sitten keskenään.

  • Rakenna Expert, löydä MAD:n puoli Laatikko, jossa syöttökahva kääntää 36 Tooth Geariä ja näytä se ryhmälle. Vihje: Se on kahva yllä olevan kuvan alaosassa. Osoita rakennuksessa nähdäksesi, missä kolme välityssuhdetta löytyy.

  • Muista, että kaikki ajovaihteet ovat 36 hammaspyörää ja kaikki ajettavat vaihteet ovat 12 hammaspyörää.

  • Laskin ja tallennin, täytä ja tarkista alla olevat yhtälöt:

  • Koko tiimin tulisi yrittää vastata seuraaviin kysymyksiin: Mitä 1:27 yhdistetty välityssuhde tarkoittaa? Kun 36 Tooth Gearin kahvaa käännetään kerran, kuinka monta kierrosta toisella kahvalla tulisi olla?

  • Tallentajan tulee järjestää ryhmän parhaat vastaukset ja kirjoittaa ne suunnittelumuistikirjaan.

Opettajan työkalulaatikon kuvake Opettajan työkalupakki - Ratkaisu

Ryhmän laskimen ja tallentimen tulisi ymmärtää, että laskutoimitus tulee suorittaa seuraavasti:

  • Ensimmäisen välityssuhteen puuttuva osuus on 1/3.

  • Toisen välityssuhteen puuttuvat murto-osat ovat 12/36 ja 1/3.

  • Kolmannen välityssuhteen puuttuva osuus on 12/36.

Yhdistetyn välityssuhteen laskennan yhtälö annettiin, koska opiskelijat näkivät sen ensimmäistä kertaa valmiina.

Suhde 1:27 tarkoittaa, että joka kerta, kun ensimmäinen 36 hammaspyörä tekee yhden täyden kierroksen, viimeinen 12 hammaspyörä (lähimpänä ulostulokahvaa) pyörii 27 kertaa. Tämä osoittaa, että nopeudella on mekaaninen etu.

Korosta nopeuden mekaanista etua opiskelijoille pyytämällä heitä kääntämään kahvaa 36 Tooth Gearilla kohtuulliseen tahtiin ja huomaamaan, kuinka nopeasti ulostulokahva kääntyy. Matemaattisesti lähtökahva kääntyy 27 kertaa niin nopeasti kuin syöttökahva!

Vaihe 4: MAD Laatikon yhdistetty välityssuhde vääntömomentille

  • Rakenna Expert, löydä MAD:n puoli Laatikko, jossa syöttökahva kääntää 12 hammaspyörän ja näytä se ryhmälle. Vihje: Se on MADin vastakkainen puoli Laatikko kuten yllä käytit. Huomioi, että kun käytät tätä syöttökahvaa, kaikki vetopyörät ovat 12 hammaspyörää ja kaikki käytettävät vaihteet ovat 36 hammaspyörää.

  • Laskin ja tallennin, täytä ja tarkista alla olevat yhtälöt:

  • Koko tiimin tulisi yrittää vastata seuraaviin kysymyksiin: Mikä on yhdistetty välityssuhde ja mitä se tarkoittaa? Kuinka monta kertaa käännät kahvaa 12 Tooth Gearilla kääntääksesi toisen kahvan kerran?

  • Tallentajan tulee järjestää ryhmän parhaat vastaukset ja kirjoittaa ne suunnittelumuistikirjaan.

Opettajan työkalulaatikon kuvake Opettajan työkalupakki - Ratkaisu

Ryhmän laskimen ja tallentimen tulisi ymmärtää, että laskutoimitus tulee suorittaa seuraavasti:

  • Ensimmäisen välityssuhteen puuttuva osa on 3/1.

  • Toisen välityssuhteen puuttuvat murto-osat ovat 36/12 ja 3/1.

  • Kolmannen välityssuhteen puuttuva osuus on 36/12.

Yhdistetyn välityssuhteen laskennan yhtälöstä puuttuu 3/1 ja 3/1, mikä tuottaa 27/1 ja yhdistety välityssuhde on 27:1.

27:1-suhde tarkoittaa, että ensimmäisen 12 hammaspyörän on suoritettava 27 täyttä kierrosta, jotta viimeiset 36 hammaspyörää (lähinnä ulostulokahvaa) pyörivät yhden täyden kierroksen. Tämä osoittaa, että vääntömomentilla on mekaaninen etu.

Korosta vääntömomentin mekaanista etua opiskelijoille pyytämällä heitä kääntämään kahvaa 12 Tooth Gearilla kohtuulliseen tahtiin ja tuntemaan ulostulokahvan voiman sen kääntyessä. Matemaattisesti lähtökahva kääntyy syöttökahvan 27 kierroksen voimalla!

Vaihe 5: Ajattele MADia Laatikon suunnittelu

Mikseivät hullut ole Boxin kuusi vaihdetta kaikki yhdessä rivissä?

Suunnitelmaa, jossa kaikki vaihteet ovat linjassa, kutsutaan -vaihteistoksi. Yllä olevassa kuvassa näkyy MAD Boxin vaihteet vaihdejunaksi.

Tällaisella vaihteistolla on vain yksi välityssuhde ja se on ei yhdistelmävälityssuhde. Suhde on joko 1:3 tai 3:1 riippuen siitä, onko ensimmäinen vai viimeinen vaihde ajovaihde. Vain tämän vaihteiston ensimmäisen ja viimeisen vaihteen koolla on väliä välityssuhteen kannalta.

Ensimmäisen ja viimeisen vaihteen välisiä vaihteita kutsutaan joutovaihteiksi. Ne eivät lisää tehoa tai nopeutta. Tyhjäpyörät muuttavat vain pyörimissuuntaa.

Miksei MAD ollut Laatikko, jossa on vain kaksi vaihdetta: pieni vaihde ja hammaspyörä, jossa on 27 kertaa enemmän hampaita?

MAD:n yhdistetty välityssuhde Laatikko on 1:27 tai 27:1. Saatat ihmetellä, miksi sitä ei suunniteltu vain kahdella vaihteella: 12 Tooth Gear ja 324 Tooth Gear. Tämä olisi johtanut 1:27 tai 27:1 välityssuhteeseen.

 

On kaksi syytä, miksi MAD Boksia ei suunniteltu 324 Tooth Gearin kanssa.

Ensimmäinen syy on se, että VEX Plastic 324 Tooth Gear -laitetta ei ole olemassa. Sarjan suurin vaihde on 60 Tooth Gear. Kun insinöörit suunnittelevat rakennelmia, heidän on otettava huomioon saatavilla olevat materiaalit, eikä 324 Tooth Gear ollut saatavilla.

Toinen syy on se, että 324 Tooth Gear, jos se on saatavilla, olisi erittäin suuri. Tämän kokoinen vaihde tekisi rakenteesta vaikeasti käsiteltävän. Yhdistelmävälityssuhde on järkevämpi kädessä pidettävän laitteen suunnittelussa. Kun insinöörit suunnittelevat rakennelmia, heidän on otettava huomioon, kuinka kuluttajat käyttävät laitetta.

Motivoi keskustelua -kuvake Motivoi keskustelua - Yhteenveto

Opiskelijoiden tulee päättää tämä STEM-laboratorio ymmärtämällä, kuinka välityssuhteet ovat tärkeitä robottien suunnittelussa. Lyhyesti sanottuna tiettyä välityssuhdetta käytetään joko siirtotehon tai vääntömomentin tai nopeuden mekaanisten etujen luomiseen robotin osille. Aloita tästä keskustelusta:

K: Saadaksesi mekaanisen nopeuden edun, kumpi on suurempi: ajovaihde vai vetovaihde?
A: Ajovaihde on suurempi kuin vetovaihde nopeutta luotaessa.

K: Miksi haluat lisätä robotin nopeutta?
A: Robotti voi sitten liikkua ja toimia mahdollisimman nopeasti.

K: Miksi haluat lisätä robotin vääntömomenttia? Vihje: Harkitse sen liikkuvia osia.
A: Robotti saattaa olla painava tai sen täytyy siirtää raskaita esineitä. Sen voimansiirron (akselivälin) vääntömomentin kasvu auttaisi sitä liikkumaan. Sen kynsien tai käsivarren vääntömomentin lisääntyminen voi auttaa nostamaan raskaita esineitä.

K: Miksi voit käyttää yhdistettyä välityssuhdetta sen sijaan, että käyttäisit kahta vaihdetta, joilla on suurempi ero hammaslukumäärissä?
A: Jotkut välityssuhteet ovat niin suuria, että rakennuksessa ei voisi olla tämän kokoista vaihdetta. Ei ehkä ole edes sen kokoista vaihdetta, joka tarvitaan tuon välityssuhteen luomiseen. Joten yhdistetyt välityssuhteet auttavat insinöörejä luomaan suurempia mekaanisia etuja ja minimoivat samalla tilantarpeen.

K: Miksi voisit sisällyttää vaihteiston rakenteeseen? Lisääkö se vääntöä tai nopeutta?
A: Vaihteisto auttaa siirtämään voimaa, mutta ei lisää vääntömomenttia tai nopeutta enempää kuin junan päättyvän ajon ja ajettavan vaihteen suhdetta.

Opiskelijat palaavat pohtimaan tätä Haku-osion sivulla, joka käsittelee kilpailurobotin suunnittelua vääntömomentille tai nopeudelle. Lisälukemista varten on VEX-kirjaston artikkeli aiheesta Kuinka käyttää yksinkertaisia ​​välityssuhteita. Artikkeli on kirjoitettu VEX V5 -robottien kontekstissa, mutta käsitteet pätevät myös VEX IQ -robottien suunnitteluun.