Zestaw narzędzi dla nauczyciela
-
Cel tej sekcji
Sekcja Zabawa w tym laboratorium STEM zapozna uczniów z kołami zębatymi i ich przeznaczeniem w kompilacji. Na tej pierwszej stronie zostaną wprowadzone terminy takie jak: koła zębate zazębione, koła napędowe, koła napędzane, przełożenia skrzyni biegów, przewaga mechaniczna i przenoszenie mocy. Następna strona zawiera przegląd kompilacji MAD Skrzynia, jej przełożenia i mechaniczne zalety momentu obrotowego lub prędkości, które wynikają z tych przełożeń. Następna strona kończy się obliczeniem przełożenia dla całego MAD Budowa pudełka.
Dobrym pomysłem może być przeczytanie w klasie pierwszej strony, a następnie poproszenie grup uczniów o przejrzenie drugiej strony. Każdy uczeń powinien czytać razem z nami.
Jeśli pracują w grupach trzyosobowych, uczniom można przypisać jedną z trzech ról:
1) Ekspert od budowania: Ten uczeń znajduje etap budowy w Instrukcji budowania i wskazuje, gdzie w ukończonym modelu znajdują się te koła zębate.
2) Kalkulator: Ten uczeń wykonuje obliczenia przełożeń skrzyni biegów.
3) Rejestrator: Ten uczeń sprawdza obliczenia matematyczne w kalkulatorze, interpretuje znaczenie przełożenia skrzyni biegów i upewnia się, że zespół zapisuje całą swoją pracę w swoim notatniku inżynierskim.
Jeżeli grupa uczniów liczy więcej niż trzech uczniów, tę samą rolę może pełnić wielu uczniów. Jeśli grupy liczą mniej niż trzy osoby, ten sam uczeń może przyjąć wiele ról.
Kliknij tutaj (Google Doc / .docx / .pdf ) , aby zapoznać się z rubryką Współpraca lub kliknij tutaj (Google Doc / .docx / .pdf) aby zapoznać się z rubryką grupową rubryka notatnika inżynierskiego. Istnieje również rubryka dotycząca indywidualnych notatników inżynieryjnych, tutaj (Dokument Google / .docx / .pdf). Wszelkie rubryki, które zostaną wykorzystane do punktacji, należy udostępnić uczniom i wyjaśnić im przed rozpoczęciem pracy.
Przekładnie
Koła zębate wyglądają jak dyski z zębami na krawędziach. Ważne jest, aby zauważyć, że ich zęby są równomiernie rozmieszczone, ponieważ koła zębate działają poprzez zazębienie zębów, jak pokazano na powyższym obrazku. Kiedy jedno koło się obraca, obraca się następne, ponieważ ich zęby są ustawione między sobą, co nazywa się zazębieniem.
Przekładnie są zazwyczaj montowane lub łączone z innymi częściami za pomocą wału lub podstawy. Zatem koła zębate służą do przenoszenia ruchu obrotowego, czyli mocy, z jednego wału na drugi. Wał jest zwykle umieszczony pośrodku koła zębatego. Na powyższym obrazku przekładni VEX IQ środkowy otwór, przez który przechodzi wał, jest kwadratowy, ponieważ wały IQ są kwadratowe.
Jednym z głównych sposobów definiowania koła zębatego jest liczba jego zębów.
Wskazówki dla nauczycieli
Pomocne może być skierowanie uczniów do plakatu z częściami VEX IQ i zwrócenie uwagi, że nazwy kół zębatych zawartych w zestawie Super Kit opierają się na liczbie zębów (60, 36 i 12 zębów). Jeżeli uczniowie są zdezorientowani montażem kół zębatych na wałach, można ich skierować do zapoznania się z MAD Konstrukcja pudełkowa i zauważ, że wszystkie koła zębate w tej konstrukcji zostały zbudowane na wałach w ich środkach.
Przekładnie siatkowe
Kiedy dwa biegi są ze sobą zazębione, jeden bieg obraca następny. Bieg, który wykonuje skręt jako pierwszy, nazywany jest biegiem napędowym. Przekładnię napędową można traktować jako rodzaj sygnału wejściowego. Koło zębate obracane przez pierwszy bieg nazywa się kołem napędzanym. Napędzane koło zębate jest zatem mocą wyjściową.
Obejrzyj poniższą animację, aby zobaczyć zazębione koła zębate w akcji.
Powinieneś zauważyć, że koło napędzające i napędzane obracają się w przeciwnych kierunkach. Muszą kręcić się w przeciwnych kierunkach, ponieważ ich zęby są zazębione i obracają się w swoich środkach.
Przełożenia
Przełożenie przekładni to porównanie wejścia (przekładnia napędowa) z mocą wyjściową (przekładnia napędzana) i jest obliczane poprzez uwzględnienie liczby zębów każdego zazębionego koła zębatego.
W powyższym przykładzie koło napędowe (wejście) i koło napędzane (wyjście) mają po 60 zębów.
Oto wzór na obliczenie przełożenia skrzyni biegów:
Użyjmy powyższego przykładu dwóch kół zębatych o 60 zębach, ponieważ jest to prosty stosunek do obliczenia.
Przełożenie tych dwóch zazębionych kół zębatych wynosi 1:1, co oznacza, że za każdym razem, gdy koło napędowe (wejście) wykonuje jeden pełny obrót, koło napędzane (wyjście) również wykonuje jeden pełny obrót.
Wskazówki dla nauczycieli
Upewnij się, że uczniowie rozpoznają, jakie proporcje pochodzą z tej lub innej klasy. Mówiąc najprościej, stosunek jest zestawieniem porównania dwóch liczb.
Upewnij się także, że uczniowie rozumieją, jak zmniejszać ułamki zwykłe, dzieląc licznik i mianownik przez tę samą liczbę.
Przewaga mechaniczna
Ilekroć dwa lub więcej biegów są zazębione, w tej konfiguracji powstaje mechaniczna przewaga.
Przewaga mechaniczna jest definiowana jako zmiana siły wejściowej w maszynie. Zmianę można zmierzyć, porównując dane wejściowe i wyjściowe.
W powyższym przykładzie wejście i wyjście mają stosunek 1:1, więc może się wydawać, że nie ma żadnej przewagi mechanicznej, ale w rzeczywistości tak jest. Zaleta mechaniczna, gdy dwa koła zębate mają ten sam rozmiar, nazywa się przenoszeniem mocy, ponieważ napędzane koło zębate i jego wał obracają się tak samo jak koło napędowe i jego wał. Zatem przekładnia napędowa (wejście) przeniosła całą swoją moc na przekładnię napędzaną (wyjście).
W następnym ćwiczeniu przejrzysz swój MAD Konstrukcja pudełkowa, która obliczy i przetestuje mechaniczne zalety prędkości i momentu obrotowego.
Rozszerz swoją naukę
-
biegów w życiu codziennym
Wiele urządzeń mechanicznych wykorzystuje przekładnie. W epoce cyfrowej może się wydawać, że jest ich mniej, ale uczniowie powinni być w stanie zidentyfikować co najmniej pięć urządzeń korzystających z przekładni. Mogą również badać narzędzia przed elektrycznością. Następnie uczniowie powinni wyjaśnić, w jaki sposób każdy z nich używa kół zębatych i jakie są funkcje systemu przekładni.
Oto kilka przykładów:
-
Wiele rowerów wykorzystuje przerzutki, aby umożliwić kierowcy zmianę przełożeń w celu szybszego lub mocniejszego pedałowania.
-
Miksery ręczne w kuchni, zanim pojawiły się elektryczność, korzystały z przekładni, dzięki czemu użytkownik mógł obracać korbą w jednym kierunku (np. w górę i w dół), a ubijaki miksera kręciły się w innym (np. w przód i w tył) w miska ze składnikami.
-
Młyny wodne wykorzystywały również przekładnie do zmiany kierunku siły poprzez przenoszenie mocy. Woda obracałaby turbinę (koło wodne), która obracałaby koła zębate, przenosząc moc do fabryki, gdzie była używana do mielenia, walcowania lub młotkowania produktów.