Opettajan työkalupakki
-
Tämän osan tarkoitus
Tämän STEM-laboratorion Play-osio esittelee oppilaat vaihteet ja niiden käyttötarkoitukset rakennuksessa. Tällä ensimmäisellä sivulla esitellään termit, kuten: verkkovaihteet, ajovaihteet, ajetut vaihteet, välityssuhteet, mekaaninen etu ja voimansiirto. Seuraavalla sivulla tarkastellaan MAD:n rakennetta Laatikko, sen välityssuhteet ja joko vääntömomentin tai nopeuden mekaaniset edut, jotka nämä suhteet luovat. Seuraava sivu huipentuu koko MAD:n välityssuhteen laskemiseen Laatikon rakenne.
Saattaa olla hyvä idea lukea ensimmäinen sivu läpi luokassa ja sitten oppilasryhmiä käsittelemään toinen sivu. Jokaisen opiskelijan tulisi lukea mukana.
Jos he työskentelevät kolmen hengen ryhmissä, opiskelijat voidaan määrittää johonkin kolmesta roolista:
1) Rakennusasiantuntija: Tämä opiskelija löytää rakennusvaiheen rakennusohjeista ja osoittaa, missä valmiissa rakennuksessa kyseiset vaihteet sijaitsevat.
2) Laskin: Opiskelija suorittaa välityssuhteiden laskelmat.
3) Tallennin: Tämä opiskelija tarkistaa laskimen matematiikan, tulkitsee välityssuhteen ja varmistaa, että tiimi tallentaa kaikki työnsä suunnittelumuistikirjaansa.
Jos opiskelijaryhmissä on enemmän kuin kolme opiskelijaa, useat opiskelijat voivat olla vastuussa samasta roolista. Jos ryhmiä on vähemmän kuin kolme, sama opiskelija voi ottaa useita rooleja.
Napsauta tätä (Google Doc / .docx / .pdf ) Yhteistyö-rubriikille tai napsauta tätä (Google Doc / .docx / .pdf) ryhmäpohjaiselle tekniikan muistikirjan rubriikki. Siellä on myös Individual Engineering Notebook -rubriikki, napsauta tästä (Google Doc / .docx / .pdf ) . Kaikki pisteytykseen käytettävät rubriikit tulee jakaa opiskelijoiden kanssa ja selittää heille ennen työn aloittamista.
Gears
Hammaspyörät näyttävät levyiltä, joiden reunoilla on hampaat. On tärkeää huomata, että niiden hampaat ovat tasaisin välimatkoin, koska hammaspyörät toimivat siten, että niiden hampaat ovat ristikkäisiä, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy. Kun yksi hammaspyörä kääntyy, se kääntää seuraavan, koska niiden hampaat ovat toistensa välissä, mikä tunnetaan verkottuneena.
Hammaspyörät on yleensä asennettu tai yhdistetty muihin osiin akselilla tai alustalla. Joten hammaspyöriä käytetään siirtämään pyörivää liikettä tai tehoa akselilta toiselle. Akseli on yleensä sijoitettu vaihteen keskelle. Yllä olevassa VEX IQ Gearsin kuvassa keskireikä, jonka läpi akseli viedään, on neliömäinen, koska IQ-akselit ovat neliömäisiä.
Yksi tärkeimmistä tavoista määrittää hammaspyörä on hampaiden lukumäärä.
Opettajan vinkkejä
Se voi auttaa ohjaamaan opiskelijat VEX IQ Parts -julisteeseen ja saada heidät huomaamaan, että Super Kitin mukana olevat vaihteet on nimetty heidän hammaslukujensa perusteella (60, 36 ja 12 hammaspyörää). Jos opiskelijat ovat hämmentyneitä hammaspyörien asentamisesta akseleille, heidät voidaan ohjata katsomaan MAD:ia Laatikon rakentaminen ja huomaa, että kaikki vaihteistot rakennettiin akseleille niiden keskellä.
Meshed Gears
Kun kaksi vaihdetta liitetään yhteen, toinen vaihde kääntyy toista. Vaihdetta, joka kääntää ensimmäisenä, kutsutaan ajovaihteeksi. Ajovaihdetta voidaan pitää eräänlaisena tulona. Vaihdetta, jota ensimmäinen vaihde kääntää, kutsutaan vetovaihteeksi. Vetovaihde on siis lähtö.
Katso alla oleva animaatio nähdäksesi verkkohampaat toiminnassa.
Sinun olisi pitänyt huomata, että vetovaihde ja vetovaihde kääntyvät vastakkaisiin suuntiin. Niiden on pyörittävä vastakkaisiin suuntiin, koska niiden hampaat ovat ristikkäisiä ja ne pyörivät keskuksissaan.
Välityssuhteet
Välityssuhde on tulon (ajovaihde) ja ulostulon (vetovaihde) vertailu, ja se lasketaan ottamalla huomioon kunkin silmukaisen hammaspyörän hammasluku.
Yllä olevassa esimerkissä vetovaihteella (tulo) ja vetovaihteella (lähtö) on molemmilla 60 hammasta.
Tässä on kaava välityssuhteen laskemiseksi:
Käytetään esimerkkiä kahdesta 60 hammaspyörästä yllä, koska se on yksinkertainen suhde laskea.
Näiden kahden ristikkovaihteen välityssuhde on 1:1, mikä tarkoittaa, että joka kerta kun vetovaihde (tulo) pyörii yhden täyden kierroksen, myös vetopyörä (lähtö) kääntyy yhden täyden kierroksen.
Opettajan vinkkejä
Varmista, että oppilaat ymmärtävät, mitkä suhdeluvut ovat peräisin tästä tai toisesta luokasta. Yksinkertaisesti sanottuna suhde on ilmoitus siitä, kuinka kaksi lukua verrataan toisiinsa.
Varmista myös, että opiskelijat ymmärtävät kuinka murtolukuja voidaan pienentää jakamalla osoittaja ja nimittäjä samalla määrällä.
Mekaaninen etu
Aina kun kaksi tai useampia vaihdetta yhdistetään, luodaan mekaaninen etu tässä rakenteessa.
Mekaaninen etu määritellään syöttövoiman muutokseksi koneen sisällä. Muutos voidaan mitata vertaamalla tuloa ja lähtöä.
Yllä olevassa esimerkissä tulon ja lähdön suhde on 1:1, joten saattaa vaikuttaa siltä, ettei mekaanista etua ole, mutta todellisuudessa on. Kahden samankokoisen vaihteen mekaanista etua kutsutaan voimansiirroksi, koska vetopyörä ja sen akseli pyörivät yhtä paljon kuin vetopyörä ja sen akseli. Joten vetovaihde (sisääntulo) siirsi kaiken tehonsa käytettävälle vaihteelle (lähtö).
Seuraavassa toiminnossa tarkistat MAD:si Laatikko rakentaa ja laskee ja testaa nopeuden ja vääntömomentin mekaaniset edut.
Laajenna oppimistasi
jokapäiväisessä elämässä
Monet mekaaniset laitteet käyttävät vaihteita. Digitaalisella aikakaudella niitä saattaa näyttää olevan vähemmän, mutta oppilaiden pitäisi pystyä tunnistamaan vähintään viisi vaihdetta käyttävää laitetta. He voivat myös tutkia työkaluja ennen sähköä. Opiskelijoiden tulee sitten selittää, miten kukin käyttää vaihteita ja mikä vaihteiston toiminto (toiminnot) on.
Tässä muutamia esimerkkejä:
-
Monet polkupyörät käyttävät vaihteita, jotta ajaja voi vaihtaa vaihteita polkemaan nopeammin tai suuremmalla voimalla.
-
Keittiön käsivatkaimet käyttivät ennen sähköä vaihteita, jotta käyttäjä voisi kääntää kahvaa yhteen suuntaan (esim. ylös ja alas) ja saada sekoittimen vispilät pyörimään toiseen suuntaan (esim. edestakaisin) ainesosien kulhoon.
-
Vesimyllyt käyttivät myös vaihteita voiman suunnan muuttamiseen voimansiirron kautta. Vesi kääntäisi turbiinia (vesipyörää), joka kääntäisi vaihteita siirtäen tehon tehtaalle, jossa sitä käytettiin tuotteiden jyrsimiseen, valssaamiseen tai vasaraan.