O que são as engrenagens?
Caixa de Ferramentas do Professor
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O Propósito desta Seção
A seção Brincar deste Laboratório STEM apresentará aos alunos as engrenagens e seu propósito dentro de uma construção. Esta primeira página apresentará termos como: engrenagens engrenadas, engrenagens motrizes, engrenagens acionadas, relações de transmissão, vantagem mecânica e transferência de potência. A próxima página analisará a construção do M.A.D. Caixa, suas relações de transmissão e as vantagens mecânicas de torque ou velocidade que são criadas por essas relações. A próxima página culmina no cálculo da relação de transmissão para todo o M.A.D. Construção de caixa.
Pode ser uma boa ideia ler a primeira página como uma classe e, em seguida, fazer com que os grupos de alunos trabalhem na segunda página. Todos os alunos devem acompanhar a leitura.
Se trabalhar em grupos de três, os alunos podem ser atribuídos a uma das três funções:
1) O Especialista em Construção: Este aluno encontra a etapa de construção nas Instruções de Construção e aponta onde, na construção concluída, essas engrenagens estão localizadas.
2) A Calculadora: Este aluno realiza os cálculos das relações de transmissão.
3) O Gravador: Este aluno verifica a matemática da Calculadora, interpreta o que significa a relação de engrenagem e garante que a equipe esteja registrando todo o seu trabalho em seu caderno de engenharia.
Se grupos de alunos tiverem mais de três alunos, vários alunos podem ser responsáveis pela mesma função. Se os grupos tiverem menos de três, o mesmo aluno pode assumir várias funções.
Clique aqui(Google Doc / .docx / .pdf ) para a rubrica Colaboração, ou clique aqui (Google Doc / .docx / .pdf) para a rubrica de caderno de engenharia baseado em grupo. Há também uma rubrica de caderno de engenharia individual, clique aqui (Google Doc / .docx / .pdf ) . Quaisquer rubricas que serão usadas para pontuação devem ser compartilhadas e explicadas aos alunos antes do início do trabalho.
Engrenagens
As engrenagens parecem discos com dentes nas bordas. É importante notar que seus dentes são igualmente espaçados porque as engrenagens funcionam tendo os dentes entrelaçados, como mostrado na imagem acima. Quando uma engrenagem gira, ela gira a próxima porque seus dentes estão posicionados entre si, o que é conhecido como malha.
As engrenagens são tipicamente montadas, ou conectadas a outras partes, por um eixo ou base. Portanto, as engrenagens são usadas para transmitir movimento rotativo, ou energia, de um eixo para outro. O eixo é geralmente posicionado no centro da engrenagem. Na imagem acima das Engrenagens IQ VEX, o orifício central para passar um eixo é o quadrado porque os eixos IQ são quadrados.
Uma das principais maneiras de definir uma engrenagem é pelo número de dentes que ela possui.
Dicas para Professores
Pode ajudar a direcionar os alunos para o cartaz da VEX IQ Parts e fazer com que eles percebam que as engrenagens incluídas no Super Kit são nomeadas usando seu número de dentes (60, 36 e 12 engrenagens dentadas). Se os alunos estiverem confusos com a montagem de engrenagens nos eixos, eles podem ser orientados a olhar para o M.A.D. Construção da caixa e observe que todas as engrenagens dentro da construção foram construídas em eixos em seus centros.
Engrenagens Malhadas
Quando duas engrenagens são engrenadas juntas, uma engrenagem gira a próxima. A engrenagem que faz o giro primeiro é chamada de engrenagem motriz. A engrenagem motriz pode ser pensada como um tipo de entrada. A engrenagem que está sendo girada pela primeira engrenagem é chamada de engrenagem acionada. A engrenagem acionada é, portanto, a saída.
Assista à animação abaixo para ver as engrenagens em malha em ação.
Você deve ter notado que a engrenagem motriz e a engrenagem motriz giram em direções opostas. Têm de rodar em direções opostas porque os seus dentes estão entrelaçados e rodam nos seus centros.
Relações de transmissão
Uma relação de engrenagem é uma comparação da entrada (engrenagem motriz) para a saída (engrenagem motriz) e é calculada considerando o número de dentes de cada engrenagem engrenada.
No exemplo acima, a engrenagem de acionamento (entrada) e a engrenagem acionada (saída) têm 60 dentes.
Aqui está a fórmula para calcular uma relação de transmissão:
Vamos usar o exemplo das duas engrenagens de 60 dentes acima, porque é uma proporção simples de calcular.
A relação de engrenagem dessas duas engrenagens engrenadas é de 1:1, o que significa que cada vez que a engrenagem de acionamento (entrada) gira uma rotação completa, a engrenagem acionada (saída) também gira uma rotação completa.
Dicas para Professores
Certifique-se de que os alunos reconheçam quais são as proporções desta ou de outra turma. Simplificando, uma razão é uma declaração de como dois números se comparam.
Além disso, certifique-se de que os alunos entendam como reduzir frações dividindo o numerador e o denominador pelo mesmo valor.
Vantagem Mecânica
Sempre que duas ou mais engrenagens são engrenadas, uma vantagem mecânica é criada dentro dessa construção.
A vantagem mecânica é definida como a mudança da força de entrada dentro de uma máquina. A mudança pode ser medida comparando a entrada e a saída.
No exemplo acima, a entrada e a saída têm uma razão de 1:1, então pode parecer que não há nenhuma vantagem mecânica, mas realmente há. A vantagem mecânica quando duas engrenagens são do mesmo tamanho é chamada de transferência de potência porque a engrenagem acionada e seu eixo giram tanto quanto a engrenagem de acionamento e seu eixo. Assim, a engrenagem motriz (entrada) transferiu toda a sua potência para a engrenagem motriz (saída).
Na próxima atividade, irá rever o seu M.A.D. A caixa constrói e calculará e testará as vantagens mecânicas de velocidade e torque.
Estenda a sua aprendizagem
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Engrenagens na vida diária
Muitos dispositivos mecânicos usam engrenagens. Na era digital, aparentemente pode haver menos, mas os alunos devem ser capazes de identificar pelo menos cinco dispositivos que usam engrenagens. Eles também podem investigar ferramentas antes da eletricidade. Os alunos devem então explicar como cada um usa as engrenagens e qual é a (s) função(ões) do sistema de engrenagens.
Aqui estão alguns exemplos:
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Muitas bicicletas usam marchas para permitir que o piloto mude de marcha para pedalar mais rápido ou com mais força.
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Os misturadores manuais na cozinha, antes da eletricidade, usavam engrenagens para que o usuário pudesse girar uma manivela manipulada em uma direção (por exemplo, para cima e para baixo) e fazer com que os batedores do misturador girassem em outra (por exemplo, para frente e para trás) na tigela de ingredientes.
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Os moinhos de água também usavam engrenagens para mudar a direção da força através da transferência de energia. A água giraria a turbina (roda d 'água) que giraria as engrenagens, transferindo energia para a fábrica, onde era usada para moer, rolar ou martelar produtos.