M.A.D. เฟืองของกล่อง

ฉลากลำดับที่ 1, 2 และ 3 สำหรับอัตราทดเกียร์ในภาพ M.A.D. กล่องด้านบนขึ้นอยู่กับการหมุนด้ามจับที่เชื่อมต่อกับเฟืองฟัน 36 ซี่ นั่นคือด้ามจับที่ด้านล่างของภาพนะคะ

เครื่องคิดเลขและเครื่องบันทึกในกลุ่มควรตระหนักว่าการคำนวณควรเสร็จสมบูรณ์ดังนี้:

• เศษส่วนที่ขาดหายไปในอัตราส่วนเกียร์หนึ่งคือ 1/3

• เศษส่วนที่ขาดหายไปในอัตราส่วนเกียร์สองคือ 12/36 และ 1/3

• เศษส่วนที่ขาดหายไปในอัตราส่วนเกียร์สามคือ 12/36

สมการสำหรับการคำนวณอัตราส่วนเฟืองผสมถูกจัดให้มีไว้เนื่องจากมันเป็นครั้งแรกของนักเรียนที่เห็นว่ามันเสร็จสมบูรณ์

อัตราส่วน 1:27 หมายความว่าในแต่ละครั้งที่เฟืองฟันน้ำนม 36 อันแรกหมุนเต็มหนึ่งรอบเฟืองฟันน้ำนม 12 อันสุดท้าย (อันที่ใกล้กับด้ามจับเอาต์พุตที่สุด) จะหมุน 27 ครั้ง นั่นแสดงให้เห็นว่ามีความได้เปรียบทางกลของความเร็ว

เน้นความได้เปรียบทางกลของความเร็วสำหรับนักเรียนโดยขอให้พวกเขาหมุนด้ามจับด้วย 36 ฟันเฟืองในจังหวะที่เหมาะสมและสังเกตว่าด้ามจับเอาต์พุตหมุนเร็วเพียงใด ตามหลักคณิตศาสตร์ด้ามจับเอาต์พุตจะหมุนเร็วกว่าด้ามจับอินพุต 27 เท่า!

เครื่องคิดเลขและเครื่องบันทึกในกลุ่มควรตระหนักว่าการคำนวณควรเสร็จสมบูรณ์ดังนี้:

• เศษส่วนที่ขาดหายไปในอัตราส่วนเกียร์หนึ่งคือ 3/1

• เศษส่วนที่ขาดหายไปในอัตราส่วนเกียร์สองคือ 36/12 และ 3/1

• เศษส่วนที่ขาดหายไปในอัตราส่วนเกียร์สามคือ 36/12

สมการสำหรับการคำนวณอัตราส่วนเกียร์ของสารประกอบขาดหายไป 3/1 และ 3/1 ซึ่งให้ผลผลิต 27/1 และอัตราส่วนเกียร์ของสารประกอบคือ 27: 1

อัตราส่วน 27: 1 หมายความว่าเฟืองฟันน้ำนม 12 ตัวแรกต้องหมุนครบ 27 รอบเพื่อให้เฟืองฟันน้ำนม 36 ตัวสุดท้าย (ตัวที่อยู่ใกล้กับด้ามจับเอาต์พุตมากที่สุด) หมุนครบหนึ่งรอบ นั่นแสดงให้เห็นว่ามีข้อได้เปรียบทางกลของแรงบิด

เน้นความได้เปรียบทางกลของแรงบิดสำหรับนักเรียนโดยขอให้พวกเขาหมุนด้ามจับด้วยเฟือง 12 ซี่ด้วยความเร็วที่เหมาะสมและรู้สึกถึงแรงของด้ามจับเอาต์พุตขณะหมุน ตามหลักคณิตศาสตร์ด้ามจับเอาต์พุตจะหมุนด้วยแรง 27 รอบของด้ามจับอินพุต!

นักเรียนควรจบห้องปฏิบัติการ STEM นี้ด้วยความเข้าใจว่าอัตราส่วนเกียร์มีความสำคัญต่อการออกแบบหุ่นยนต์อย่างไร โดยสรุปอัตราส่วนเกียร์ที่กำหนดถูกใช้เพื่อถ่ายโอนกำลังหรือเพื่อสร้างแรงบิดหรือความเร็วข้อได้เปรียบเชิงกลสำหรับชิ้นส่วนของหุ่นยนต์ เริ่มต้นด้วยการสนทนานี้:

ถาม: เพื่อให้ได้ความได้เปรียบทางกลของความเร็วซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า: เกียร์ขับขี่หรือเกียร์ขับเคลื่อน
ตอบ : เกียร์ขับขี่มีขนาดใหญ่กว่าเกียร์ขับเคลื่อนเมื่อสร้างความเร็ว

ถาม: เหตุใดคุณจึงต้องการเพิ่มความเร็วของหุ่นยนต์
ตอบ: หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่และทำงานได้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ถาม: เหตุใดคุณจึงต้องการเพิ่มแรงบิดให้กับหุ่นยนต์ คำแนะนำ: พิจารณาชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
ตอบ: หุ่นยนต์อาจมีน้ำหนักมากหรือต้องเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีน้ำหนักมาก การเพิ่มขึ้นของแรงบิดบนระบบขับเคลื่อน (ฐานล้อ) จะช่วยให้มันเคลื่อนที่ได้ การเพิ่มขึ้นของแรงบิดของกรงเล็บหรือแขนของมันสามารถช่วยในการยกของหนักได้

ถาม: เหตุใดคุณจึงอาจใช้อัตราส่วนเกียร์ผสมแทนที่จะใช้เกียร์สองที่มีความแตกต่างกันมากขึ้นในจำนวนฟัน
ตอบ: อัตราทดเกียร์ บางรุ่นมีขนาดใหญ่มากจนโครงสร้างไม่สามารถมีเกียร์ขนาดดังกล่าวได้ อาจไม่มีเกียร์ที่มีขนาดเท่าที่จำเป็นในการสร้างอัตราทดเกียร์นั้น ดังนั้นอัตราส่วนเกียร์ผสมจึงช่วยให้วิศวกรสร้างข้อได้เปรียบทางกลมากขึ้นในขณะที่ลดพื้นที่ที่ต้องการ

ถาม: เหตุใดคุณจึงอาจรวมรถไฟเกียร์ไว้ในบิลด์ด้วย? มันเพิ่มแรงบิดหรือความเร็วหรือไม่?
 ตอบ: รถไฟเกียร์ช่วยในการถ่ายโอนกำลังแต่ไม่เพิ่มแรงบิดหรือความเร็วมากกว่าอัตราส่วนระหว่างเฟืองท้ายและเฟืองท้ายบนรถไฟ

นักเรียนจะกลับไปคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ในหน้าใช้งานเกี่ยวกับการออกแบบหุ่นยนต์การแข่งขันสำหรับแรงบิดหรือความเร็ว สำหรับการอ่านเพิ่มเติมมีบทความในไลบรารี vex เกี่ยวกับ วิธีการใช้อัตราส่วนเกียร์อย่างง่าย บทความนี้เขียนขึ้นภายใต้บริบทของหุ่นยนต์ vex V5 แต่แนวคิดนี้นำไปใช้กับการออกแบบหุ่นยนต์ vex IQ เช่นกัน