учителя
Цель этого раздела
В разделе «Игра» этой лаборатории STEM учащиеся познакомятся с механизмами и их назначением в сборке. На первой странице будут представлены такие термины, как: зацепленные шестерни, ведущие шестерни, ведомые шестерни, передаточные числа, механическое преимущество и передача мощности. На следующей странице будет рассмотрена сборка MAD. Коробка, ее передаточные числа и механические преимущества крутящего момента или скорости, создаваемые этими передаточными числами. Следующая страница завершается расчетом передаточного числа для всего MAD. Сборка коробки.
Возможно, было бы неплохо прочитать первую страницу всем классом, а затем поручить группам учащихся проработать вторую страницу. Каждый студент должен читать вместе.
При работе в группах по три человека учащимся можно назначить одну из трех ролей:
1) Эксперт по сборке: Этот учащийся находит этап сборки в инструкциях по сборке и указывает, где в завершенной сборке расположены эти шестерни.
2) Калькулятор: Этот ученик выполняет расчеты передаточных чисел.
3) Регистратор: Этот студент проверяет математические данные калькулятора, интерпретирует значение передаточного числа и следит за тем, чтобы команда записывала всю свою работу в свою инженерную тетрадь.
Если в группе учащихся более трех учеников, то за одну и ту же роль могут отвечать несколько учащихся. Если в группах меньше трех человек, один и тот же ученик может выполнять несколько ролей.
Нажмите здесь (Google Doc / .docx / .pdf ) для рубрики «Сотрудничество» или нажмите здесь (Google Doc / .docx / .pdf) для групповой Рубрика инженерной тетради. Существует также рубрика «Тетрадь для индивидуального проектирования», нажмите здесь (Google Doc / .docx / .pdf). Любые критерии, которые будут использоваться для выставления оценок, следует сообщить учащимся и объяснить им до начала работы.
Шестерни
Шестерни выглядят как диски с зубцами по краям. Важно отметить, что их зубья расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, поскольку шестерни работают за счет зацепления зубьев друг с другом, как показано на изображении выше. Когда одна шестерня вращается, она вращает и следующую, потому что их зубья расположены между собой, что называется зацеплением.
Шестерни обычно устанавливаются или соединяются с другими частями с помощью вала или основания. Таким образом, шестерни используются для передачи вращательного движения или мощности от одного вала к другому. Вал обычно располагается в центре шестерни. На изображении VEX IQ Gears выше центральное отверстие, через которое проходит вал, является квадратным, потому что валы IQ имеют квадратную форму.
Один из основных способов определить шестерню — это количество зубьев, которые она имеет.
Советы учителям
Возможно, будет полезно направить учащихся к плакату с деталями VEX IQ и обратить внимание на то, что шестерни, включенные в Суперкомплект, названы по количеству зубьев (60, 36 и 12 зубьев). Если учащихся смущает установка шестерен на валах, им можно предложить посмотреть MAD. Соберите коробку и обратите внимание, что все шестерни в сборке были построены на валах в своих центрах.
Сетчатые шестерни
Когда две шестерни сцеплены вместе, одна шестерня вращает другую. Шестерня, которая совершает поворот первой, называется ведущей. Приводную передачу можно рассматривать как тип входа. Шестерня, вращаемая первой шестерней, называется ведомой. Таким образом, ведомая шестерня является выходной.
Посмотрите анимацию ниже, чтобы увидеть сцепленные шестерни в действии.
Вы должны были заметить, что ведущая и ведомая шестерни вращаются в противоположных направлениях. Им приходится вращаться в противоположных направлениях, потому что их зубы зацеплены и вращаются в своих центрах.
Передаточные числа
Передаточное число представляет собой сравнение входной (ведущей шестерни) с выходной (ведомой шестерней) и рассчитывается с учетом количества зубьев каждой шестерни, находящейся в зацеплении.
В приведенном выше примере ведущая шестерня (входная) и ведомая шестерня (выходная) имеют по 60 зубьев.
Вот формула для расчета передаточного числа:
Давайте воспользуемся примером двух шестерен с 60 зубьями, приведенными выше, потому что это соотношение легко вычислить.
Передаточное число этих двух сцепленных шестерен составляет 1:1, что означает, что каждый раз, когда ведущая шестерня (входная) совершает один полный оборот, ведомая шестерня (выходная) также совершает один полный оборот.
Советы учителям
Убедитесь, что учащиеся понимают, какие соотношения относятся к тому или иному классу. Проще говоря, отношение – это выражение сравнения двух чисел.
Кроме того, убедитесь, что учащиеся понимают, как сокращать дроби, разделив числитель и знаменатель на одну и ту же сумму.
Механическое преимущество
Всякий раз, когда две или более шестерен зацепляются, в этой конструкции создается механическое преимущество.
Механическое преимущество определяется как изменение входной силы внутри машины. Изменение можно измерить путем сравнения входных и выходных данных.
В приведенном выше примере вход и выход имеют соотношение 1:1, поэтому может показаться, что никакого механического преимущества нет, но на самом деле оно есть. Механическое преимущество, когда две шестерни имеют одинаковый размер, называется передачей мощности, поскольку ведомая шестерня и ее вал вращаются так же, как ведущая шестерня и ее вал. Таким образом, ведущая шестерня (вход) передала всю свою мощность ведомой шестерне (выход).
В следующем упражнении вы проверите свой MAD. Коробку соберут, рассчитают и проверят механические преимущества скорости и крутящего момента.
Расширьте свое обучение
в
жизни
Во многих механических устройствах используются шестерни. В эпоху цифровых технологий их может показаться меньше, но учащиеся должны уметь идентифицировать как минимум пять устройств, использующих шестерни. Они также могут исследовать инструменты до появления электричества. Затем учащиеся должны объяснить, как каждый из них использует шестерни и каковы функции системы шестерен.
Вот некоторые примеры:
-
Многие велосипеды используют передачи, позволяющие водителю переключать передачи и крутить педали быстрее и с большей силой.
-
В ручных миксерах на кухне до появления электричества использовались шестерни, позволяющие пользователю поворачивать рукоятку в одном направлении (например, вверх и вниз), а насадки миксера вращаться в другом (например, вперед и назад). миска с ингредиентами.
-
Водяные мельницы также использовали шестерни для изменения направления силы посредством передачи мощности. Вода вращала турбину (водяное колесо), которая вращала шестерни, передавая энергию на завод, где она использовалась для фрезерования, прокатки или ковки продукции.