教師用ツールボックス
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このセクションの目的
この STEM ラボの「遊び」セクションでは、ギアとビルド内でのその目的について学生に紹介します。 この最初のページでは、噛み合いギア、駆動ギア、従動ギア、ギア比、メカニカルアドバンテージ、動力伝達などの用語を紹介します。 次のページでは MAD のビルドを確認します。 ボックス、そのギア比、およびそれらの比によって生み出されるトルクまたは速度の機械的利点。 次のページでは、MAD 全体のギア比の計算が完了します。 ボックスの構築。0
クラス全体で最初のページを読み、次に生徒グループ
2 ページ目を解かせても良いでしょう。 すべての生徒が一緒に読んでください。
3 人グループで作業する場合、生徒は次の 3 つの役割のいずれかに割り当てられます。
1) ビルド エキスパート: この生徒はビルド手順書でビルドのステップを見つけ、完成したビルドのどこにギアが配置されているかを指摘します。
2) 計算機: この生徒はギア比の計算を実行します。
3) 記録者: この学生は、計算機の計算結果をチェックし、ギア比の意味を解釈し、チームがエンジニアリング ノートブック内にすべての作業を記録していることを確認します。
生徒のグループに 3 人以上の生徒がいる場合は、複数の生徒が同じ役割を担当する可能性があります。 グループの人数が 3 人未満の場合、同じ生徒が複数の役割を担うことができます。
コラボレーションのルーブリックについては、ここ (Google ドキュメント / .docx / .pdf ) をクリックしてください。グループベースのエンジニアリング ノートブックのルーブリックについては、ここ (Google ドキュメント / .docx / .pdf) クリックしてください。 個別のエンジニアリング ノートブックのルーブリックもあります ここをクリックしてください (Google Doc / .docx / .pdf ) 。 採点に使用されるルーブリックは、作業を開始する前に学生と共有し、説明する必要があります。
ギア
歯車は、端の周りに歯のある円盤のように見えます。 上の図に示すように、歯車は歯が噛み合うことで機能するため、歯が等間隔に配置されていることに注意することが重要です。 1 つの歯車が回転すると、次の歯車も回転します。これは、歯車の歯が互いの間に位置しており、これを「噛み合い」といいます。
ギアは通常、シャフトまたはベースによって取り付けられるか、他の部品に接続されます。 したがって、歯車は回転運動または動力をあるシャフトから別のシャフトに伝達するために使用されます。 通常、シャフトはギアの中心に位置します。 VEX IQ Gears の上の画像では、IQ シャフトが四角いため、シャフトを通す中心の穴が四角くなっています。
歯車を定義する主な方法の 1 つは、歯数によって決まります。
教師のヒント
生徒にVEX IQパーツのポスターを見せ、スーパーキットに含まれるギアが歯数（60、36、12歯ギア）で名前が付けられていることに気付かせると役立つかもしれません 生徒がシャフトへのギアの取り付けに困惑している場合は、MADを見るように指示することができます。 ボックスビルドを見て、ビルド内のすべての歯車が中心のシャフトに組み込まれていることに気づきます。
噛み合った歯車
2 つの歯車が噛み合うと、一方の歯車が次の歯車を回転させます。 最初に回転する歯車を駆動歯車といいます。 駆動ギアは入力の一種と考えることができます。 1速ギヤによって回転されるギヤをドリブンギヤといいます。 したがって、従動ギアが出力となります。
噛み合ったギアの動作を確認するには、以下のアニメーションをご覧ください。
駆動ギアと従動ギアが逆方向に回転することに気づいたはずです。 歯が噛み合って中心で回転するため、反対方向に回転する必要があります。
ギア比
ギア比は入力（駆動ギア）と出力（従動ギア）の比較であり、噛み合う各ギアの歯数を考慮して計算されます。
上の例では、駆動ギア (入力) と従動ギア (出力) の歯数は両方とも 60 です。
ギア比の計算式は次のとおりです。
比率を計算するのが簡単なので、上の 2 つの 60 歯歯車の例を使用してみましょう。
これら 2 つの噛み合うギアのギア比は 1:1 です。つまり、駆動ギア (入力) が 1 回転するたびに、従動ギア (出力) も 1 回転します。
教師のヒント
生徒がこのクラスまたは別のクラスの比率を認識できるようにします。 簡単に言うと、比率は 2 つの数値がどのように比較されるかを表したものです。
また、分子と分母を同じ量で割って分数を減らす方法を生徒が理解できるようにします。
機械的利点
2 つ以上のギアが噛み合うたびに、その構造内で機械的な利点が生まれます。
機械的利点は、機械内の入力力の変化として定義されます。 変化は入力と出力を比較することで測定できます。
上の例では、入力と出力の比率が 1:1 であるため、機械的な利点がないように見えるかもしれませんが、実際には利点があります。 2 つの歯車のサイズが同じ場合の機械的利点は動力伝達と呼ばれます。これは、従動歯車とそのシャフトが駆動歯車とそのシャフトと同じくらい回転するためです。 したがって、駆動ギア (入力) はその動力をすべて従動ギア (出力) に伝達します。
次のアクティビティでは、MAD を確認します。 ボックスを構築し、速度とトルクの機械的利点を計算してテストします。
日常生活における
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ギアの学習を拡張する
多くの機械装置には歯車が使用されています。 デジタル時代では、その数は少ないように見えますが、学生は歯車を使用するデバイスを少なくとも 5 つ識別できるはずです。 電気に先立ってツールを調査することもできます。 次に、生徒は、それぞれが歯車をどのように使用するか、および歯車システムの機能が何であるかを説明する必要があります。
ここではいくつかの例を示します。
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多くの自転車はギアを使用して、ライダーがギアをシフトしてより速く、またはより強い力でペダルをこぐことができるようにします。
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電気が登場する以前のキッチンのハンドミキサーでは、ユーザーがハンドル付きクランクを一方向 (たとえば上下) に回転させ、ミキサーのビーターを別の方向 (たとえば前後) に回転させることができるようにギアを使用していました。材料の入ったボウル。
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水車はまた、動力伝達によって力の方向を変えるために歯車を使用しました。 水はタービン (水車) を回転させ、歯車を回転させ、動力を工場に伝達し、そこで製品を製粉したり、圧延したり、ハンマーで叩いたりするために使用されます。