Skip to main content

Tandwielen toepassen op deze build

Stap 1: De tandwielen in een enkele laag van de V5 Gear Box Build

Stap 10 van de bouwinstructies wordt getoond, waarbij de tweede 60T versnelling aan de bouw wordt toegevoegd.
Stap 10 van de V5-versnellingsbakbouw

In elke laag van de versnellingsbak heb je een tandwiel met 12 tanden en een tandwiel met 60 tanden gemaasd. Merk op dat het tandwiel met 60 tanden zich op de as bevindt die draait wanneer u de asvergrendelingsplaat draait. Wanneer de tandwielkast met 60 tanden draait, draait deze de tandwielkast met 12 tanden. Dat betekent dat aan deze kant van de versnellingsbak de 60-tands versnelling de aandrijving is en de 12-tands versnelling de aangedreven versnelling. Zoek de drie locaties in de build waar een tandwiel met 60 tanden een tandwiel met 12 tanden aandrijft. Hint: Het maakt uit welke as je draait. U kunt een Shaft Collar gebruiken die is verlengd tot een wiel of een ander onderdeel met asvergrendeling om het gemakkelijker te maken.

Omdat er 5 keer zoveel tanden op het grotere tandwiel zitten, is onze overbrengingsverhouding 5:1, wat betekent dat elke 5 omwentelingen van het kleinere tandwiel, het grotere tandwiel 1 keer zal draaien.

Icoon Toolbox voor docenten Toolbox voor leraren

De leerlingen moeten de drie plekken vinden waar een tandwiel met 60 tanden een tandwiel met 12 tanden aandrijft. De tandwielen met 60 tanden zijn duidelijk te herkennen in de bouw. Elk tandwiel met 60 tanden in de constructie drijft een tandwiel met 12 tanden aan, maar alleen als je de as draait die het tandwiel met 60 tanden aandrijft. De andere as drijft het tandwiel met 12 tanden aan, dat vervolgens het tandwiel met 60 tanden aandrijft.

Stap 2: Een groter tandwiel gebruiken als invoer voor verhoogde snelheid

Een diagram met een groot rood aandrijfmechanisme met een groene gebogen pijl die met de klok mee wijst naar de draairichting. Het aandrijfwiel is verbonden met een kleiner aangedreven tandwiel aan de rechterkant, met een groene gebogen pijl die tegen de klok in wijst naar de draairichting. Een tandwiel met 60 tanden
gebruiken om een tandwiel met 12 tanden aan te drijven

Een tandwiel met 60 tanden gebruiken om een tandwielsnelheid van 12 tanden rond een as te rijden. In het bovenstaande voorbeeld draaien of rijden we de grote versnelling. Voor elke 1 omwenteling voor het grotere, rijdende tandwiel moet het kleinere tandwiel 5 hele keren ronddraaien. Dit betekent dat de kleinere versnelling 5 keer zo snel zal draaien als de grotere versnelling, vanwege de 5:1 overbrengingsverhouding. Dit staat bekend als een hoge overbrengingsverhouding; de verhouding is hoger dan 1:1.

Stap 3: Een kleiner tandwiel gebruiken als invoer voor meer koppel

Een diagram met een klein aandrijfwiel met een groene gebogen pijl die met de klok mee wijst naar de draairichting aan de linkerkant. Het aandrijfwiel is verbonden met een groot rood aangedreven tandwiel aan de rechterkant, met een groene gebogen pijl die tegen de klok in wijst naar de draairichting. Een tandwiel met 12 tanden
gebruiken om een tandwiel met 60 tanden aan te drijven

Koppel is een maat voor hoe hard je iets om een middelpunt draait. Je kunt het berekenen door de kracht van een duw te vermenigvuldigen met hoe ver de duw van het middelpunt verwijderd is. Omdat de tanden van het kleinere aandrijfwerk zich dicht bij het midden bevinden, duwen ze met meer kracht voor dezelfde hoeveelheid koppel. Tegelijkertijd liggen de tanden van het aangedreven tandwiel verder van het middelpunt, waardoor dezelfde kracht meer koppel creëert.

Als u een groter aandrijftandwiel hebt, is het koppel dat u op de as moet uitoefenen veel hoger dan wanneer u een kleiner tandwiel aandrijft. Omdat we meerdere tandwielen aan dezelfde as kunnen bevestigen, kunnen we de hoeveelheid kracht van hetzelfde koppel aanpassen, wat bij elke koppeling een hoger koppel oplevert. De resulterende overbrengingsverhouding van elke fase van onze V5-versnellingsbak is 1:5, een lage overbrengingsverhouding. Het aandrijfwiel zal verder moeten draaien om het aangedreven tandwiel te verplaatsen, maar het zal het aangedreven tandwiel harder laten duwen.

Motiveer discussie-icoon Motiveer discussie

De voorgaande twee stappen leverden belangrijke informatie op. Deze bespreking dient als een vereenvoudigde samenvatting van die informatie.

V:Als het aandrijftandwiel groter is dan het aangedreven tandwiel, heeft het aangedreven tandwiel dan meer snelheid of meer koppel? Waarom?
A:Het aangedreven tandwiel heeft een hogere snelheid omdat het meerdere keren ronddraait tijdens één omwenteling van het grotere aandrijftandwiel.

V:Als het aandrijftandwiel kleiner is dan het aangedreven tandwiel, heeft het aangedreven tandwiel dan meer snelheid of meer koppel? Waarom?
A:Het aangedreven tandwiel heeft meer koppel omdat de tanden van het aangedreven tandwiel verder van het middelpunt verwijderd zijn dan de tanden van het aandrijftandwiel van het middelpunt verwijderd zijn.

Stap 4: Mechanisch voordeel vermenigvuldigen

Bovenaanzicht van de versnellingsbak, met een vergelijking tussen de as met hoge versnelling aan de bovenkant van het diagram en de as met lage versnelling aan de onderkant van het diagram.
De tandwielkast, met hoge en lage tandwielassen.

Elke trap heeft een overbrengingsverhouding van 5:1, dus we kunnen ze samen vermenigvuldigen om 5x5x5:1x1x1 te maken, of 125:1 verhouding tussen invoer- en uitvoerassen. Dat betekent dat als je de hooggeplaatste as 1 keer helemaal omdraait, de uitgaande as 125 keer draait! Aan de andere kant, als je een beetje koppel uitoefent op de as met de laagste versnelling, zal de uitgaande as een koppel leveren dat 125 keer zo hoog is, maar dit zal heel langzaam gebeuren.

Probeer de as met de hoogste versnelling te draaien zonder weerstand. Hoe snel draait de uitgaande as?

Probeer de as met de laagste versnelling te draaien terwijl u de uitgaande as vasthoudt. Kunt u het draaien van de uitgaande as stoppen?

Tips voor leraren-pictogram Tips voor leraren

  • Geef de leerlingen de opdracht om de onderste tandwielas te draaien. Sommige studenten vinden het misschien lastig om de tandwielen te draaien vanwege de extreme hoeveelheid koppel die ontstaat door de samengestelde overbrengingsverhouding.

  • Vraag de leerlingen om de hoge tandwielas te draaien. Het resultaat is dat de as met de laagste versnelling merkbaar sneller gaat draaien.

  • Leg uit dat het gedrag van deze machine te danken is aan de extreme overbrengingsverhouding van 125:1.

  • Benadruk dat samengestelde overbrengingsverhoudingen vaak worden gebruikt wanneer het vereiste mechanische voordeel groter is dan wat met een enkele overbrengingsverhouding kan worden bereikt.

Breid uw leerproces uit-pictogram Breid uw leerproces uit

U kunt deze activiteit uitbreiden door de informatie in dit lab en de onderstaande formules te gebruiken om het uitgangstoerental en het uitgangskoppel van een gegeven overbrengingsverhouding te berekenen.

Formules:
Tandwielreductie = Aangedreven tandwieltanden / Aandrijvende tandwieltanden
Uitgangskoppel = Ingangskoppel x tandwielreductie
Uitgangssnelheid = Ingangssnelheid / tandwielreductie

Gebruik verhoudingen die u kunt maken met de VEX V5 Classroom Super Kit.

Voorbeeld:
Overbrengingsverhouding = 60:12 of 5:1
Tandwielreductie = Aangedreven tandwieltanden / Aandrijvende tandwieltanden = 12 / 60 = 0,2
Uitgangskoppel = Ingangskoppel x tandwielreductie = 1,5 Nm x 0,2 = 0,3 Nm
Uitgangssnelheid = Ingangssnelheid / tandwielreductie = 100 RPM / 0,2 = 500 RPM