교사 도구 상자 - 이 섹션의 목적
이 STEM Lab의 플레이 섹션에서는 학생들에게 기어와 빌드 내에서의 용도를 소개합니다. 이 첫 페이지에서는 맞물린 기어, 구동 기어, 피동 기어, 기어비, 기계적 이점 및 동력 전달과 같은 용어를 소개합니다. 다음 페이지에서는 MAD의 빌드를 검토합니다. 상자, 기어비, 해당 비율에 의해 생성되는 토크 또는 속도의 기계적 이점. 다음 페이지는 전체 MAD에 대한 기어비 계산으로 마무리됩니다. 박스빌드.
첫 번째 페이지는 학급 전체가 함께 읽고, 그룹별로 두 번째 페이지를 읽어 보는 것이 좋습니다. 모든 학생이 함께 읽어야 합니다.
세 명이 그룹으로 작업하는 경우 학생들은 세 가지 역할 중 하나에 할당될 수 있습니다.
1) 빌드 전문가: 이 학생은 빌드 지침에서 빌드 단계를 찾고 완성된 빌드에서 해당 기어가 있는 위치를 지적합니다.
2) 계산기: 이 학생은 기어비 계산을 수행합니다.
3) 기록기: 이 학생은 계산기의 수학을 확인하고, 기어비가 무엇을 의미하는지 해석하고, 팀이 엔지니어링 노트에 모든 작업을 기록하고 있는지 확인합니다.
학생 그룹에 3명 이상의 학생이 있는 경우 여러 학생이 동일한 역할을 담당할 수 있습니다. 그룹이 3개 미만인 경우 동일한 학생이 여러 역할을 맡을 수 있습니다.
협업 루브릭은 여기를 클릭하세요(Google Doc / .docx / .pdf ) , 그룹 기반 브릭은 여기를 클릭하세요(Google Doc / .docx / .pdf) 엔지니어링 노트 루브릭. 개별 엔지니어링 노트북 루브릭도 있습니다. 여기를 클릭하세요(Google Doc / .docx / .pdf). 채점에 사용될 루브릭은 작업을 시작하기 전에 학생들과 공유하고 설명해야 합니다.
기어
기어는 가장자리에 톱니가 있는 디스크처럼 보입니다. 위 이미지에 표시된 것처럼 기어는 톱니가 서로 맞물려 작동하기 때문에 톱니의 간격이 균등하다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 하나의 기어가 회전하면 다음 기어도 회전하게 되는데, 이는 톱니가 서로 맞물려 있기 때문입니다. 이를 맞물림이라고 합니다.
기어는 일반적으로 샤프트나 베이스를 통해 다른 부품에 장착되거나 연결됩니다. 따라서 기어는 한 축에서 다른 축으로 회전 운동, 즉 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 샤프트는 일반적으로 기어의 중앙에 위치합니다. VEX IQ Gears의 위 이미지에서는 IQ Shaft가 사각형이기 때문에 샤프트가 통과하는 중앙 구멍이 사각형입니다.
기어를 정의하는 주요 방법 중 하나는 기어의 톱니 수에 따라 결정됩니다.
교사 팁
학생들에게 VEX IQ 부품 포스터를 안내하고 슈퍼 키트에 포함된 기어의 이름이 톱니 수(60, 36, 12 톱니 기어)를 사용하여 지정되었음을 알도록 하면 도움이 될 수 있습니다. 학생들이 샤프트에 기어를 장착하는 것에 대해 혼란스러워하는 경우 MAD를 보도록 지시할 수 있습니다. 박스 빌드를 보면 빌드 내의 모든 기어가 중앙의 샤프트에 빌드되어 있음을 알 수 있습니다.
메쉬 기어
두 개의 기어가 서로 맞물리면 한 기어가 다음 기어를 회전합니다. 먼저 회전을 하는 기어를 구동기어라고 합니다. 구동기어는 입력의 일종으로 생각될 수 있다. 첫 번째 기어에 의해 회전되는 기어를 피동 기어라고 합니다. 따라서 구동 기어가 출력이 됩니다.
아래 애니메이션을 시청하여 맞물린 기어가 작동하는 모습을 확인하세요.
구동 기어와 피동 기어가 반대 방향으로 회전하는 것을 눈치채셨을 것입니다. 이빨이 서로 맞물려 있고 중앙에서 회전하기 때문에 서로 반대 방향으로 회전해야 합니다.
기어비
기어비는 입력(구동기어)과 출력(피동기어)을 비교한 것으로 맞물린 각 기어의 잇수를 고려하여 계산됩니다.
위의 예에서 구동 기어(입력)와 피동 기어(출력)의 톱니 수는 모두 60개입니다.
기어비 계산 공식은 다음과 같습니다.
계산하기 간단한 비율이기 때문에 위의 두 개의 60개 톱니 기어의 예를 사용하겠습니다.
이 두 맞물린 기어의 기어비는 1:1입니다. 즉, 구동 기어(입력)가 한 바퀴 완전히 회전할 때마다 피동 기어(출력)도 한 바퀴 완전히 회전합니다.
교사 팁
학생들이 이 수업이나 다른 수업의 비율이 무엇인지 인식하도록 하십시오. 간단히 말해서 비율은 두 숫자를 비교하는 방법을 나타냅니다.
또한 학생들이 분자와 분모를 같은 양으로 나누어 분수를 줄이는 방법을 이해하도록 하세요.
기계적 이점
두 개 이상의 기어가 맞물릴 때마다 해당 빌드 내에서 기계적 이점이 생성됩니다.
기계적 이점은 기계 내 입력 힘의 변화로 정의됩니다. 변화는 입력과 출력을 비교하여 측정할 수 있습니다.
위의 예에서는 입력과 출력의 비율이 1:1이므로 기계적 이점이 없는 것처럼 보이지만 실제로는 있습니다. 두 개의 기어가 동일한 크기일 때의 기계적 이점을 동력 전달이라고 합니다. 피동 기어와 그 샤프트가 구동 기어와 샤프트만큼 회전하기 때문입니다. 그래서 구동기어(입력)가 모든 동력을 피동기어(출력)로 전달했습니다.
다음 활동에서는 MAD를 검토하게 됩니다. 박스 제작을 통해 속도와 토크의 기계적 이점을 계산하고 테스트합니다.
학습을 확장하세요 일상 생활에서 - 기어
많은 기계 장치는 기어를 사용합니다. 디지털 시대에는 그 수가 적어 보일 수도 있지만 학생들은 기어를 사용하는 장치를 최소 5개 이상 식별할 수 있어야 합니다. 전기 이전의 도구도 조사할 수 있습니다. 그런 다음 학생들은 각각의 기어를 사용하는 방법과 기어 시스템의 기능이 무엇인지 설명해야 합니다.
여기 몇 가지 예가 있어요.
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많은 자전거는 라이더가 기어를 변속하여 더 빠르게 또는 더 많은 힘으로 페달을 밟을 수 있도록 기어를 사용합니다.
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전기가 나오기 전에 주방의 핸드 믹서는 기어를 사용하여 사용자가 손잡이가 있는 크랭크를 한 방향(예: 위아래)으로 돌리고 믹서의 비터를 다른 방향(예: 앞뒤)으로 회전시킬 수 있었습니다. 재료가 담긴 그릇.
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Watermills는 또한 기어를 사용하여 동력 전달을 통해 힘의 방향을 변경했습니다. 물은 기어를 돌리는 터빈(물레방아)을 회전시켜 제품을 제분, 압연 또는 망치질하는 데 사용되는 공장으로 동력을 전달합니다.