기어란 무엇인가요?
교사 도구 상자
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이 섹션의 목적
이 STEM Lab의 Play 섹션은 학생들에게 빌드 내에서 장비와 그 목적을 소개합니다. 이 첫 페이지에서는 메쉬 기어, 드라이빙 기어, 구동 기어, 기어비, 기계적 이점 및 동력 전달과 같은 용어를 소개합니다. 다음 페이지에서는 M.A.D. 의 빌드를 검토합니다. 박스, 기어 비율 및 이러한 비율에 의해 생성되는 토크 또는 속도의 기계적 이점. 다음 페이지는 전체 M.A.D. 에 대한 기어비 계산에서 절정을 이룹니다. 상자 만들기
. 첫 번째 페이지를 반 전체적으로 읽은 다음 학생 그룹이 두 번째 페이지를 작업하도록 하는 것이 좋습니다. 모든 학생은 함께 읽어야 합니다.
세 명의 그룹으로 작업하는 경우, 학생들은 세 가지 역할 중 하나에 할당될 수 있습니다:
1 ) 빌드 전문가: 이 학생은 빌드 지침에서 빌드의 단계를 찾고 완료된 빌드에서 해당 기어가 어디에 있는지 지적합니다.
2 ) 계산기: 이 학생은 기어비의 계산을 수행합니다.
3 ) 녹음기: 이 학생은 계산기의 수학을 확인하고, 기어비가 무엇을 의미하는지 해석하고, 팀이 모든 작업을 엔지니어링 노트에 기록하고 있는지 확인합니다.
학생 그룹이 3명 이상인 경우, 여러 학생이 동일한 역할을 담당할 수 있다. 그룹이 3개 미만인 경우, 동일한 학생이 여러 역할을 맡을 수 있습니다.
협업 채점표는 여기를 클릭하세요 (Google Doc/ .docx / .pdf ), 그룹 기반 엔지니어링 노트북 채점표는 여기를 클릭하세요 (Google Doc / .docx/ .pdf). 개별 엔지니어링 노트북 채점표도 있습니다. 여기를 클릭하세요 (Google Doc/ .docx/ .pdf ). 채점에 사용될 채점표는 업무 시작 전에 학생들과 공유하고 설명해야 합니다.
기어
기어는 가장자리에 톱니가 있는 디스크처럼 보입니다. 위 이미지와 같이 기어는 이빨을 서로 맞물리게 하여 작동하기 때문에 이빨의 간격이 동일하다는 점에 유의해야 합니다. 하나의 기어가 회전하면 다음 기어가 회전하게 되는데, 그 이유는 이빨이 서로 맞물려 있기 때문입니다.
기어는 일반적으로 샤프트 또는 베이스에 의해 장착되거나 다른 부품에 연결됩니다. 따라서 기어는 한 축에서 다른 축으로 회전 운동 또는 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 샤프트는 일반적으로 기어의 중앙에 위치합니다. 위의 VEX IQ Gears 이미지에서 샤프트를 통과할 중심 구멍은 IQ 샤프트가 정사각형이기 때문에 정사각형 구멍입니다. 기어를 정의하는 주요 방법 중
하나는 기어의 톱니 수입니다.
교사 팁
학생들을 VEX IQ 부품 포스터로 안내하고 슈퍼 키트에 포함된 기어가 치아 수 (60, 36 및 12 톱니 기어) 를 사용하여 명명되었음을 알리는 데 도움이 될 수 있습니다. 학생들이 샤프트에 기어를 장착하는 것에 혼란스러워하는 경우, M.A.D. 를 살펴보도록 지시할 수 있습니다. 박스 제작 및 빌드 내의 모든 기어가 센터의 샤프트 위에 제작되었음을 알 수 있습니다.
메시 기어
두 개의 기어가 서로 맞물리면 한 개의 기어가 다음 기어를 돌립니다. 먼저 터닝을 하는 기어를 드라이빙 기어라고 합니다. 구동 기어는 입력 유형으로 생각할 수 있습니다. 첫 번째 기어가 돌리는 기어를 구동 기어라고 합니다. 따라서 구동된 기어가 출력입니다. 아래
애니메이션을 통해 메시드 기어가 작동하는 모습을 확인하세요.
운전 기어와 구동 기어가 반대 방향으로 돌아가는 것을 눈치챘을 것입니다. 이빨이 그물고 중심에서 회전하기 때문에 반대 방향으로 회전해야 합니다.
기어비
기어비는 입력 (구동 기어) 과 출력 (구동 기어) 을 비교한 것으로 각 메시 기어의 톱니 수를 고려하여 계산됩니다. 위의
예에서, 구동 기어 (입력) 와 구동 기어 (출력) 는 모두 60개의 톱니를 갖는다.
다음은 기어비를 계산하는 공식입니다.
계산이 간단한 비율이기 때문에 위의 두 개의 60 톱니 기어의 예를 사용합시다.
이 두 개의 메쉬 기어의 기어 비율은 1: 1입니다. 즉, 구동 기어 (입력) 가 한 번 풀 로테이션을 돌릴 때마다 구동 기어 (출력) 도 한 번 풀 로테이션을 돌립니다.
교사 팁
학생들이 이 수업 또는 다른 수업의 비율을 인식하도록 한다. 간단히 말해서, 비율은 두 숫자가 어떻게 비교되는지에 대한 진술입니다.
또한 분자와 분모를 같은 양으로 나누어 분수를 줄이는 방법을 이해하도록 한다.
기계적 이점
두 개 이상의 기어가 그물에 걸릴 때마다 해당 빌드 내에서 기계적 이점이 생성됩니다.
기계적 이점은 기계 내의 입력 힘의 변화로 정의됩니다. 입력과 출력을 비교하여 변화를 측정할 수 있습니다.
위의 예에서 입력과 출력은 1: 1 비율이므로 기계적 이점이 없는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는 있습니다. 두 개의 기어가 같은 크기일 때의 기계적 이점은 구동 기어와 샤프트가 구동 기어와 샤프트만큼 회전하기 때문에 동력 전달이라고 합니다. 따라서 구동 기어 (입력) 는 구동 기어 (출력) 에 모든 동력을 전달했습니다.
다음 활동에서는 M.A.D. 를 검토하게 됩니다. 박스 제작 및 속도와 토크의 기계적 장점을 계산하고 테스트합니다.
학습의 폭을 넓히세요
- 일상 생활 속의
장비
많은 기계 장치가 기어를 사용합니다. 디지털 시대에는 겉보기에는 더 적어 보일 수 있지만 학생들은 기어를 사용하는 최소 5개의 장치를 식별할 수 있어야 합니다. 전기 전에 도구도 조사할 수 있습니다. 그런 다음 학생들은 각 기어가 어떻게 사용되는지, 그리고 기어 시스템의 기능이 무엇인지 설명해야 합니다.
다음은 몇 가지 예입니다.
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많은 자전거가 기어를 사용하여 승객이 페달을 더 빠르게 또는 더 세게 밟을 수 있도록 기어를 이동합니다.
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전기를 사용하기 전에 주방의 핸드 믹서는 기어를 사용하여 사용자가 핸들 크랭크를 한 방향으로 (예: 위아래로) 돌리고 믹서의 비터가 재료 그릇에 다른 방향으로 (예: 앞뒤로) 돌 수 있도록 했습니다.
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물레방아는 또한 동력 전달을 통해 힘의 방향을 바꾸기 위해 기어를 사용했습니다. 물은 터빈 (워터 휠) 을 돌려 기어를 돌려 동력을 밀링, 롤링 또는 해머 제품을 사용하는 공장으로 전달합니다.