1. lépés: MAD A doboz 2. lépése: 12 és 36 fogas fogaskerék
Az építési útmutató 2. lépésében a 12 fogas fogaskerék már azon a tengelyen volt, amely összeköti az MAD-ot. A doboz fogantyúja az épület azon oldalán.
-
Build Expert, találd meg az MAD azon oldalát Dobozd be és mutasd meg csapattársaidnak. Ezután mutassa be, hogy a fogantyú elfordításakor a tengely elfordítja a 12 fogas fogaskereket (hajtó fogaskerék - bemenet), amely ezután elfordítja a 36 fogas fogaskereket (hajtott fogaskerék - kimenet), amelyet az építés ezen lépésében adunk hozzá.
-
Mi ennek a két fokozatnak az áttételi aránya?
-
Számológép, találja ki az alábbi egyenletet, és ellenőriztesse a felvevővel.
Tanári eszköztár
-
Megoldás
A csoport számológépének és rögzítőjének fel kell ismernie, hogy a számítást a következőképpen kell elvégezni:
-
Az első törtnek 36/12-nek kell lennie.
-
A második törtnek 3/1-nek kell lennie.
Ismét ügyeljen arra, hogy a tanulók megértsék, hogyan csökkenthetik a törteket úgy, hogy mind a számlálót, mind a nevezőt ugyanarra a számra vetik.
A 3:1 arány azt mutatja, hogy a 12 fogas fogaskeréknek háromszor kell fordulnia ahhoz, hogy egyszer elfordítsa a 36 fogas fogaskereket.
Ez nyomatékmechanikai előnyéhez vezet. Mi a nyomaték?
A nyomaték olyan mechanikai előny, amely erősebbé teszi a hajtott hajtómű vagy a gép teljesítményét. Ebben az esetben a MAD A doboznak háromszor annyi bemenete volt, mint kimenete, ami erősebbé teszi.
-
Felvevő, ügyeljen arra, hogy megjegyzéseket fűzzen a mérnöki jegyzetfüzethez a nyomaték mechanikai előnyeiről a MAD-on belül Doboz.
2. lépés: MAD A doboz 10. lépése: 36 és 12 fogas fogaskerekek
Az építési útmutató 10. lépésében a MAD másik oldala A doboz csatlakoztatva volt. Egy 36-os fogas fogaskerék volt a tengelyen a fogantyúval.
-
Build Expert, találd meg az MAD azon oldalát Dobozd be és mutasd meg a csoportnak. Ezután mutassa be, hogy a fogantyú elforgatásakor a tengely elfordítja a 36 fogas fogaskereket (hajtó fogaskerék - bemenet), amely ezután elfordítja a 12 fogas fogaskereket (hajtott fogaskerék - kimenet).
-
Mi ennek a két fokozatnak az áttételi aránya?
-
Számológép, találja ki az alábbi egyenletet, majd ellenőriztesse a felvevővel.
Tanári eszköztár
-
Megoldás
A csoport számológépének és rögzítőjének fel kell ismernie, hogy a számítást a következőképpen kell elvégezni:
-
Az első törtnek 12/36-nak kell lennie.
-
A második törtnek 1/3-nak kell lennie.
Ismét ügyeljen arra, hogy a tanulók megértsék, hogyan csökkenthetik a törteket úgy, hogy mind a számlálót, mind a nevezőt ugyanarra a számra vetik.
Az 1:3 arány azt mutatja, hogy a 36 fogas fogaskeréknek csak egyszer kell fordulnia ahhoz, hogy a 12 fogas fogaskerék háromszor forduljon el.
Ez sebességmechanikai előnyhöz vezet.
A sebesség olyan mechanikai előny, amely gyorsabbá teszi a hajtott fogaskerék vagy gép teljesítményét. Ebben az esetben a MAD A doboz háromszor annyi kimenettel rendelkezik, mint a bemeneti forgatás, ami gyorsabbá teszi.
-
Felvevő, ügyeljen arra, hogy megjegyzéseket fűzzen a mérnöki jegyzetfüzethez a sebesség mechanikai előnyeiről a MAD-on belül Doboz.
3. lépés: MAD A doboz összetett áttételei
-
Build Expert, lassan forgassa el a 36 Tooth Gearhez csatlakoztatott fogantyút, és hagyja, hogy a csoport figyelje, milyen gyorsan forog a másik fogantyú.
-
A felvevő, miután elolvasta az alábbi leírást, magyarázza el, mi az összetett áttétel a mérnöki jegyzetfüzetben.
A 12 fogas fogaskereket forgató 36 fogas fogaskerék áttétele 1:3 volt, a sebesség mechanikai előnyével. De ha egyszer elfordítja a 36 Tooth Gearhez csatlakoztatott fogantyút, a másik fogantyú többször is elfordul, mint háromszor.
Ez azért van, mert az MAD A doboz összetett áttételt használ. Az őrült A Box összetett áttétele úgy jön létre, hogy 36 fogaskerék és 12 fogaskerék ugyanazon a tengelyen osztozik.
Az összetett áttétel megsokszorozza a sebesség vagy a nyomaték mechanikai előnyeit a mechanizmuson belül.
Tanári tippek
Az 1., 2. és 3. címkék az áttételi arányokhoz a MAD képén A fenti mezők a 36 Tooth Gearhez csatlakoztatott fogantyú elfordításán alapulnak. Ez a fogantyú a kép alján.
A fenti képen látható piros nyilak azokat a tengelyeket mutatják, amelyeken 36 fogas és 12 fogas fogaskerék is található. Ezek a tengelyek összekötik egymással az első, második és harmadik áttételi arányt. Amikor a tengely forog, a tengelyen lévő 12 fogú és 36 fogas fogaskerekek is elfordulnak.
Ez megsokszorozza az egyes áttételek által létrehozott mechanikai előnyöket, mivel ezek összetett áttételi arányba kapcsolódnak.
Az őrült A doboznak két összetett áttétele van, mert mindkét oldalon megadhatja a bemenetet – az egyik a nyomatékelőnyt, a másik pedig a sebességelőnyt eredményezi.
Az összetett áttétel kiszámításához a MAD egyik oldalán Box, meg kell találnunk a három áttételi arányt az összeállításban ettől a bemenettől a kimenetig, majd meg kell szorozni őket egymással.
-
Build Expert, találd meg az MAD oldalát Doboz, ahol a beviteli fogantyú elfordítja a 36 Tooth Gear-t, és mutasd meg a csoportnak. Tipp: Ez a fogantyú a fenti kép alján. Mutasson rá az összeállításban, hogy ellenőrizze, hol található a három áttétel.
-
Ne feledje, hogy az összes hajtó fogaskerék 36 fogas fogaskerék, és az összes hajtott fogaskerék 12 fogas fogaskerék.
-
Számológép és rögzítő, töltse ki és ellenőrizze az alábbi egyenleteket:
-
Az egész csapatnak meg kell próbálnia válaszolni a következő kérdésekre: Mit jelent az 1:27 összetett áttétel? Ha a 36 Tooth Gear fogantyúját egyszer elfordítják, hány fordulatnak kell lennie a másik fogantyúnak?
-
A felvevőnek rendszereznie kell a csapat legjobb válaszait, és be kell írnia a mérnöki füzetbe.
Tanári eszköztár
-
Megoldás
A csoport számológépének és rögzítőjének fel kell ismernie, hogy a számítást a következőképpen kell elvégezni:
-
Az első sebességfokozatban a hiányzó rész 1/3.
-
A hiányzó töredékek a második sebességfokozatban 12/36 és 1/3.
-
A harmadik sebességfokozat hiányzó része 12/36.
Az összetett áttételi arány számításának egyenletét azért adták meg, mert a hallgatók először látták befejezettnek.
Az 1:27 arány azt jelenti, hogy minden alkalommal, amikor az első 36 fogas fogaskerék egy teljes fordulatot hajt végre, az utolsó 12 fogas fogaskerék (a kimenő fogantyúhoz legközelebb eső) 27-szer fordul el. Ez azt jelzi, hogy a sebességnek mechanikai előnye van.
Emelje ki a sebesség mechanikai előnyét a diákok számára, és kérje meg őket, hogy a 36 Tooth Gear fogantyúját ésszerű ütemben fordítsák el, és figyeljék meg, milyen gyorsan forog a kimeneti fogantyú. Matematikailag a kimeneti fogantyú 27-szer olyan gyorsan forog, mint a bemeneti fogantyú!
4. lépés: Az MAD A doboz összetett áttételi aránya a nyomatékhoz
-
Build Expert, találd meg az MAD oldalát Doboz, ahol a beviteli fogantyú elfordítja a 12 fogas fogaskereket, és mutasd meg a csoportnak. Tipp: Ez az MAD ellenkező oldala Dobozd úgy, ahogy fentebb használtad. Mutassa be, hogy ennek a beviteli fogantyúnak a használatakor az összes hajtó fogaskerék 12 fogas fogaskerék, és az összes hajtott fogaskerék 36 fogas fogaskerék.
-
Számológép és rögzítő, töltse ki és ellenőrizze az alábbi egyenleteket:
-
Az egész csapatnak meg kell próbálnia válaszolni a következő kérdésekre: Mi az összetett áttétel, és mit jelent? Hányszor forgatja el a fogantyút a 12 Tooth Gear segítségével, hogy egyszer elfordítsa a másik fogantyút?
-
A felvevőnek rendszereznie kell a csapat legjobb válaszait, és be kell írnia a mérnöki füzetbe.
Tanári eszköztár
-
Megoldás
A csoport számológépének és rögzítőjének fel kell ismernie, hogy a számítást a következőképpen kell elvégezni:
-
Az első sebességfokozatban a hiányzó rész 3/1.
-
A hiányzó töredékek a második sebességfokozatban 36/12 és 3/1.
-
A harmadik sebességfokozat hiányzó része 36/12.
Az összetett áttételi arány számításának egyenletéből hiányzik a 3/1 és a 3/1, ami 27/1-et eredményez, az összetett áttételi arány pedig 27:1.
A 27:1 arány azt jelenti, hogy az első 12 fogaskeréknek 27 teljes fordulatot kell végrehajtania ahhoz, hogy az utolsó 36 fogaskerék (a kimenő fogantyúhoz legközelebb eső) egy teljes fordulatot tudjon elforgatni. Ez azt jelzi, hogy a nyomaték mechanikai előnye van.
Emelje ki a forgatónyomaték mechanikai előnyeit a diákok számára azzal, hogy megkéri őket, hogy a 12 Tooth Gear fogantyúját ésszerű ütemben forgassák el, és érezzék a kimenő fogantyú erejét, ahogy forog. Matematikailag a kimeneti fogantyú a bemeneti fogantyú 27 fordulatának erejével forog!
5. lépés: Gondolj az MAD-ra Doboz tervezése
Miért nem az őrültek? A doboz hat fokozata egy sorban?
Az olyan kialakítást, amelyben az összes fogaskerekes egy vonalban van összekapcsolva, fogaskerekesnek nevezzük. A fenti képen a MAD látható Box fogaskerekei fogaskerékként.
Egy ilyen hajtóműnek csak egy áttétele van, és ez nem összetett áttétel. Az arány 1:3 vagy 3:1 attól függően, hogy az első vagy az utolsó sebességfokozat a hajtófokozat. Ebben a sebességváltóban csak az első és az utolsó sebességfokozat mérete számít az áttétel szempontjából.
Az első és az utolsó sebességfokozat közötti sebességfokozatokat üresjárati fogaskerekekneknevezzük. Nem növelik a teljesítményt vagy a sebességet. Az alapjárati fogaskerekek csak a forgásirányt változtatják.
Miért nem volt az MAD Csak két fokozattal tervezett doboz: egy kis fogaskerék és egy 27-szer több fogas fogaskerék?
A MAD összetett áttételi aránya A doboz 1:27 vagy 27:1. Elgondolkodhat azon, hogy miért nem csak két fogaskerékkel tervezték: a 12-es fogaskerékkel és egy 324-es fogaskerékkel. Ez 1:27 vagy 27:1 áttételhez vezetett volna.
Két oka van annak, amiért a MAD A dobozt nem 324 Tooth Gear-rel tervezték.
Az első ok az, hogy nem létezik VEX Plastic 324 Tooth Gear. A készlet legnagyobb fogaskereke egy 60 Tooth Gear. Amikor a mérnökök az építést tervezik, figyelembe kell venniük, hogy milyen anyagok állnak rendelkezésre, és a 324 Tooth Gear nem volt elérhető.
A második ok az, hogy egy 324 Tooth Gear, ha elérhető, nagyon nagy lenne. Egy ekkora fogaskerék megnehezítené a szerkezet kezelését. Az összetett áttétel jobban értelmezhető kézi eszköz tervezésénél. Amikor a mérnökök építményeket terveznek, figyelembe kell venniük, hogy a fogyasztók hogyan fogják használni az eszközt.
Motiválj vita
-
Összegzés
A hallgatóknak úgy kell befejezniük ezt a STEM Labot, hogy megértsék, milyen fontosak a sebességváltók a robotok tervezésében. Röviden, egy adott áttételi arányt vagy az átviteli teljesítmény átvitelére, vagy a nyomaték vagy a sebesség mechanikai előnyeinek megteremtésére használnak fel a robot alkatrészei számára. Kezdje ezzel a vitával:
K: A sebesség mechanikai előnyének kihasználása, melyik a nagyobb: a hajtó vagy a hajtott fokozat?
A: A hajtófokozat nagyobb, mint a hajtott fogaskerék, amikor sebességet alakítanak ki.
K: Miért érdemes növelni egy robot sebességét?
A: A robot ezután a lehető leggyorsabban mozoghat és működhet.
K: Miért érdemes növelni a forgatónyomatékot egy roboton? Tipp: Vegye figyelembe a mozgó részeit.
A: A robot nehéz lehet, vagy nehéz tárgyakat kell mozgatnia. A hajtáslánc (tengelytáv) nyomatékának növekedése segítené a mozgást. A karom vagy a kar forgatónyomatékának növekedése segíthet a nehéz tárgyak felemelésében.
K: Miért érdemes összetett áttételt használni ahelyett, hogy két olyan fogaskereket használnánk, amelyeknél nagyobb a fogszám különbség?
A: Egyes áttételek olyan nagyok, hogy egy építményben nem lehet ilyen méretű áttétel(ek). Lehet, hogy nincs is akkora fogaskerék, amely ahhoz szükséges, hogy ezt az áttételt létrehozzák. Így az összetett áttételek segítségével a mérnökök nagyobb mechanikai előnyöket érhetnek el, miközben minimálisra csökkentik a helyigényt.
K: Miért építhet be hajtóművet? Növeli a nyomatékot vagy a sebességet?
A: A fogaskeréksor segíti az erőátvitelt, de nem növeli jobban a nyomatékot vagy a sebességet, mint a vonaton a véghajtó és a hajtott fogaskerekek aránya.
A tanulók visszatérnek a gondolathoz az Alkalmazás szakasz Versenyrobot tervezése nyomatékhoz vagy sebességhez című oldalán. További olvasmányokért egy VEX Library cikk található Hogyan használjunk egyszerű áttételi arányokat. A cikk a VEX V5 robotokkal összefüggésben íródott, de a koncepciók a VEX IQ robottervekre is vonatkoznak.