Krok 1: ZŁY Krok 2 Boxa: Koła zębate 12 i 36 zębów
W kroku 2 instrukcji budowy 12-zębowa przekładnia znajdowała się już na wale łączącym MAD Uchwyt skrzynki po tej stronie konstrukcji.
-
Ekspert ds. budowania, znajdź tę stronę MAD Zapakuj i pokaż kolegom z drużyny. Następnie zademonstruj, że po obróceniu tej rączki wał obraca 12-zębowe koło zębate (napędowe – wejście), które następnie obraca 36-zębowe koło zębate (napędzane koło zębate – wyjście), które jest dodawane na tym etapie budowy.
-
Jakie jest przełożenie tych dwóch biegów?
-
Kalkulator, oblicz poniższe równanie i poproś Rejestratora o sprawdzenie go.
Zestaw narzędzi dla nauczycieli
-
Rozwiązanie
Kalkulator i Rejestrator w grupie powinni uznać, że obliczenia należy wykonać w następujący sposób:
-
Pierwszy ułamek powinien wynosić 36/12.
-
Drugi ułamek powinien wynosić 3/1.
Ponownie upewnij się, że uczniowie rozumieją, jak zmniejszać ułamki zwykłe, zanurzając licznik i mianownik o tę samą liczbę.
Stosunek 3:1 mówi nam, że napędzające koło zębate z 12 zębami musi obrócić się trzykrotnie, aby jednokrotnie obrócić koło zębate z 36 zębami.
Prowadzi to do mechanicznej przewagi momentu obrotowego. Co to jest moment obrotowy?
Moment obrotowy to zaleta mechaniczna, która zwiększa moc wyjściową napędzanego koła zębatego lub maszyny. W tym przypadku MAD Box miał trzy razy więcej danych wejściowych niż wyjściowych, co czyni go potężniejszym.
-
Rejestratorze, pamiętaj o dodaniu do notatnika inżynierskiego notatek na temat mechanicznej przewagi momentu obrotowego w MAD Skrzynka.
Krok 2: ZŁY Krok 10 Boxa: Koła zębate 36 i 12 zębów
W kroku 10 instrukcji budowania druga strona MAD Skrzynka została podłączona. Miał 36-zębową przekładnię na wale z rączką.
-
Ekspert ds. budowania, znajdź tę stronę MAD Zapakuj i pokaż grupie. Następnie zademonstruj, że kiedy ten uchwyt jest obracany, wał obraca 36-zębowe koło zębate (napędowe – wejście), które następnie obraca 12-zębowe koło zębate (napędzane koło zębate – wyjście).
-
Jakie jest przełożenie tych dwóch biegów?
-
Kalkulator, oblicz poniższe równanie, a następnie poproś Rejestrator o sprawdzenie go.
Zestaw narzędzi dla nauczycieli
-
Rozwiązanie
Kalkulator i Rejestrator w grupie powinni uznać, że obliczenia należy wykonać w następujący sposób:
-
Pierwsza frakcja powinna wynosić 12/36.
-
Druga część powinna wynosić 1/3.
Ponownie upewnij się, że uczniowie rozumieją, jak zmniejszać ułamki zwykłe, zanurzając licznik i mianownik o tę samą liczbę.
Stosunek 1:3 mówi nam, że napędzające koło zębate z 36 zębami potrzebuje tylko jednego obrotu, aby trzykrotnie obrócić koło zębate z 12 zębami.
Prowadzi to do mechanicznej przewagi prędkości.
Prędkość to zaleta mechaniczna, która zwiększa wydajność napędzanego koła zębatego lub maszyny. W tym przypadku MAD Box ma trzy razy większą moc wyjściową niż obroty wejściowe, co czyni go szybszym.
-
Rejestratorze, pamiętaj o dodaniu do notatnika inżynierskiego notatek na temat mechanicznej przewagi szybkości w MAD Skrzynka.
Krok 3: ZŁY Złożone przełożenia skrzyni biegów
-
Ekspert budowania, powoli obróć uchwyt podłączony do przekładni z 36 zębami i pozwól grupie obserwować, jak szybko obraca się drugi uchwyt.
-
Rejestrator po zapoznaniu się z poniższym opisem wyjaśnij w zeszycie inżynierskim czym jest przełożenie złożone.
Przełożenie przekładni 36-zębowej obracającej przekładnię 12-zębową wynosiło 1:3 z mechaniczną przewagą prędkości. Ale kiedy raz obrócisz rączkę połączoną z 36-zębową przekładnią, druga rączka obróci się znacznie więcej niż trzy razy.
To dlatego, że MAD W skrzyni zastosowano przełożenie złożone . Szaleniec Zespolone przełożenie skrzyni biegów zostało utworzone poprzez wykorzystanie 36 kół zębatych i 12 kół zębatych na tych samych wałach.
Złożone przełożenie zwielokrotnia mechaniczną przewagę prędkości lub momentu obrotowego w mechanizmie.
Wskazówki dla nauczycieli
Etykiety 1., 2. i 3. dla przełożeń skrzyni biegów na obrazie MAD Powyższe ramki opierają się na obracaniu korbki połączonej z przekładnią 36-zębową. To jest uchwyt na dole obrazu.
Czerwone strzałki na powyższym obrazku pokazują wały, które mają zarówno 36 zębów, jak i 12 zębów. Wały te łączą ze sobą pierwsze, drugie i trzecie przełożenie. Kiedy wał się obraca, obracają się zarówno 12-zębowe, jak i 36-zębowe koła zębate na wale.
To zwielokrotnia przewagę mechaniczną stworzoną przez każde przełożenie skrzyni biegów, ponieważ są one połączone w złożone przełożenie.
Szaleniec Skrzynia ma dwa złożone przełożenia, ponieważ można nadać jej sygnał wejściowy po obu stronach – jedno prowadzi do przewagi momentu obrotowego, a drugie prowadzi do przewagi prędkości.
Aby obliczyć przełożenie złożone po jednej stronie MAD Box, musimy znaleźć trzy przełożenia w kompilacji od tego wejścia do wyjścia, a następnie pomnożyć je przez siebie.
-
Ekspert ds. budowania, znajdź stronę MAD Pudełko, w którym uchwyt wejściowy obraca 36-zębową przekładnię i pokazuje ją grupie. Wskazówka: jest to uchwyt na dole powyższego obrazka. Wskaż w kompilacji, aby sprawdzić, gdzie znajdują się trzy przełożenia.
-
Pamiętaj, że wszystkie koła napędowe mają 36 kół zębatych, a wszystkie napędzane koła zębate mają 12 kół zębatych.
-
Kalkulator i Rejestrator, uzupełnij i sprawdź poniższe równania:
-
Cały zespół powinien spróbować odpowiedzieć na następujące pytania: Co oznacza przełożenie złożone 1:27? Kiedy rączka z przekładnią 36 zębów zostanie obrócona raz, ile obrotów powinna wykonać druga rękojeść?
-
Protokolant powinien uporządkować najlepsze odpowiedzi zespołu i zapisać je w notatniku inżynierskim.
Zestaw narzędzi dla nauczycieli
-
Rozwiązanie
Kalkulator i Rejestrator w grupie powinni uznać, że obliczenia należy wykonać w następujący sposób:
-
Brakujący ułamek w przełożeniu pierwszego biegu to 1/3.
-
Brakujące ułamki w przełożeniu drugiego biegu to 12/36 i 1/3.
-
Brakujący ułamek przełożenia trzeciego biegu to 12/36.
Równanie do obliczenia przełożenia złożonego zostało podane, ponieważ uczniowie widzieli je po raz pierwszy.
Stosunek 1:27 oznacza, że za każdym razem, gdy pierwsze koło zębate z 36 zębami wykona jeden pełny obrót, ostatnie koło zębate z 12 zębami (to najbliżej uchwytu wyjściowego) obraca się 27 razy. Oznacza to, że istnieje mechaniczna przewaga szybkości.
Podkreśl uczniom mechaniczną zaletę szybkości, prosząc ich, aby obrócili korbkę z 36-zębową przekładnią w rozsądnym tempie i zwrócili uwagę, jak szybko obraca się korbka wyjściowa. Matematycznie uchwyt wyjściowy obraca się 27 razy szybciej niż uchwyt wejściowy!
Krok 4: MAD Złożone przełożenie skrzyni biegów dla momentu obrotowego
-
Ekspert ds. budowania, znajdź stronę MAD Skrzynka, w której uchwyt wejściowy obraca 12-zębową przekładnię, i pokaż ją grupie. Wskazówka: jest to przeciwna strona MAD Pudełko tak, jak używałeś powyżej. Zwróć uwagę, że podczas korzystania z tego uchwytu wejściowego wszystkie koła napędowe mają 12 kół zębatych, a wszystkie napędzane koła zębate mają 36 kół zębatych.
-
Kalkulator i Rejestrator, uzupełnij i sprawdź poniższe równania:
-
Cały zespół powinien spróbować odpowiedzieć na następujące pytania: Co to jest przełożenie złożone i co ono oznacza? Ile razy obrócisz rączkę z 12-zębową przekładnią, aby raz obrócić drugą rączkę?
-
Protokolant powinien uporządkować najlepsze odpowiedzi zespołu i zapisać je w notatniku inżynierskim.
Zestaw narzędzi dla nauczycieli
-
Rozwiązanie
Kalkulator i Rejestrator w grupie powinni uznać, że obliczenia należy wykonać w następujący sposób:
-
Brakujący ułamek w przełożeniu pierwszego biegu to 3/1.
-
Brakujące ułamki w przełożeniu drugiego biegu to 36/12 i 3/1.
-
Brakująca część przełożenia trzeciego biegu to 36/12.
W równaniu do obliczenia przełożenia złożonego brakuje 3/1 i 3/1, co daje 27/1, a przełożenie złożone wynosi 27:1.
Stosunek 27:1 oznacza, że pierwsze koło zębate z 12 zębami musi wykonać 27 pełnych obrotów, aby ostatnie koło zębate z 36 zębami (to najbliżej uchwytu wyjściowego) wykonało jeden pełny obrót. Oznacza to, że istnieje mechaniczna przewaga momentu obrotowego.
Podkreśl uczniom mechaniczną zaletę momentu obrotowego, prosząc ich, aby obrócili korbkę z 12-zębową przekładnią w rozsądnym tempie i poczuli siłę wyjściowej rękojeści podczas jej obracania. Matematycznie uchwyt wyjściowy obraca się z siłą 27 obrotów uchwytu wejściowego!
Krok 5: Myślenie o MAD Projekt pudełka
Dlaczego nie MAD Box ma sześć biegów w jednym rzędzie?
Konstrukcja, w której wszystkie koła zębate są zazębione w jednej linii, nazywana jest przekładnią . Powyższy obrazek przedstawia MAD Przekładnie skrzyni jako przekładnia zębata.
Taka przekładnia ma tylko jedno przełożenie i jest to a nie przełożenie złożone. Przełożenie wynosi 1:3 lub 3:1 w zależności od tego, czy pierwszym, czy ostatnim biegiem jest bieg. Tylko rozmiary pierwszego i ostatniego biegu w tym zestawie przekładni mają znaczenie dla przełożenia skrzyni biegów.
Koła zębate pomiędzy pierwszym i ostatnim biegiem nazywane są kołami zębatymi pośrednimi. Nie zwiększają mocy ani prędkości. Koła napinające zmieniają jedynie kierunek obrotu.
Dlaczego nie było MAD Skrzynia zaprojektowana z tylko dwoma zębatkami: małą przekładnią i przekładnią z 27 razy większą liczbą zębów?
Złożone przełożenie MAD Pudełko ma proporcje 1:27 lub 27:1. Możesz się zastanawiać, dlaczego nie zaprojektowano go z tylko dwoma biegami: 12-zębowym i 324-zębowym. Prowadziłoby to do przełożenia 1:27 lub 27:1.
Są dwa powody, dla których MAD Pudełko nie zostało zaprojektowane z przekładnią zębatą 324.
Pierwszym powodem jest to, że nie istnieje plastikowa przekładnia zębata VEX 324. Największym kołem zębatym w zestawie jest koło zębate o 60 zębach. Kiedy inżynierowie projektują konstrukcję, muszą wziąć pod uwagę dostępne materiały, a zębatka 324 nie była dostępna.
Drugim powodem jest to, że przekładnia 324 zębów, jeśli jest dostępna, byłaby bardzo duża. Przekładnia tej wielkości utrudniałaby obsługę konstrukcji. Złożone przełożenie ma większy sens przy projektowaniu urządzenia przenośnego. Projektując konstrukcję, inżynierowie muszą wziąć pod uwagę sposób, w jaki urządzenie będzie używane przez konsumentów.
Motywuj dyskusję
-
Podsumowanie
Studenci powinni ukończyć to laboratorium STEM ze zrozumieniem, jakie znaczenie mają przełożenia przekładni w projektowaniu robotów. Krótko mówiąc, dane przełożenie wykorzystywane jest albo do przeniesienia mocy, albo do wytworzenia mechanicznych korzyści w zakresie momentu obrotowego lub prędkości dla części robota. Zacznij od tej dyskusji:
P: Aby uzyskać mechaniczną przewagę prędkości, która jest większa: bieg napędowy czy napędzany?
A: Bieg napędowy jest większy niż bieg napędzany podczas tworzenia prędkości.
P: Dlaczego warto zwiększyć prędkość robota?
A: Robot może wtedy poruszać się i działać tak szybko, jak to możliwe.
P: Dlaczego warto zwiększyć moment obrotowy robota? Wskazówka: rozważ jego ruchome części.
A: Robot może być ciężki lub wymagać przenoszenia ciężkich przedmiotów. Zwiększenie momentu obrotowego w układzie napędowym (rozstawie osi) ułatwiłoby mu poruszanie się. Zwiększenie momentu obrotowego pazura lub ramienia może pomóc w podnoszeniu ciężkich przedmiotów.
P: Dlaczego można zastosować mieszane przełożenie zamiast dwóch biegów z większą różnicą w liczbie zębów?
A: Niektóre przełożenia są tak duże, że w danej wersji nie można zastosować przekładni o takim rozmiarze. Może nawet nie być przekładni o rozmiarze potrzebnym do wytworzenia takiego przełożenia. Tak więc złożone przełożenia pomagają inżynierom uzyskać większe korzyści mechaniczne przy jednoczesnej minimalizacji wymaganej przestrzeni.
P: Dlaczego warto uwzględnić w kompilacji przekładnię? Czy zwiększa moment obrotowy lub prędkość?
A: Przekładnia zębata pomaga przenosić moc, ale nie zwiększa momentu obrotowego ani prędkości bardziej niż stosunek między końcowymi biegami napędowymi i napędzanymi w zestawie.
Uczniowie powrócą do myślenia o tym na stronie sekcji Zastosuj, poświęconej projektowaniu robota wyczynowego pod względem momentu obrotowego lub prędkości. Do dalszej lektury można znaleźć artykuł w Bibliotece VEX na temat Jak korzystać z prostych przełożeń skrzyni biegów. Artykuł jest napisany w kontekście robotów VEX V5, ale koncepcje odnoszą się również do projektów robotów VEX IQ.