กล่องเครื่องมือสำหรับครู - จุดประสงค์ของเนื้อหาในส่วนนี้
ส่วนการเล่นของ STEM Lab นี้จะแนะนำให้นักเรียนรู้จักอุปกรณ์และจุดประสงค์ภายในโครงสร้าง หน้าแรกนี้จะแนะนำคำศัพท์ต่างๆ เช่น เกียร์แบบตาข่าย เกียร์ขับเคลื่อน เกียร์ขับเคลื่อน อัตราทดเกียร์ ข้อได้เปรียบทางกล และการถ่ายโอนกำลัง หน้าถัดไปจะทบทวนโครงสร้างของ MAD กล่อง อัตราทดเกียร์ และข้อดีทางกลของแรงบิดหรือความเร็วที่สร้างขึ้นจากอัตราส่วนเหล่านั้น หน้าถัดไปจะสิ้นสุดในการคำนวณอัตราทดเกียร์สำหรับ MAD ทั้งหมด สร้างกล่อง.
อาจเป็นความคิดที่ดีที่จะอ่านหน้าแรกในชั้นเรียน จากนั้นให้กลุ่มนักเรียนทำงานผ่านหน้าแรกที่สอง นักเรียนทุกคนควรอ่านตาม
หากทำงานเป็นกลุ่มสามคน นักเรียนสามารถได้รับมอบหมายให้ทำหน้าที่ใดบทบาทหนึ่งจากสามบทบาท:
1) ผู้เชี่ยวชาญด้านการสร้าง: นักเรียนคนนี้ค้นหาขั้นตอนของการสร้างในคำแนะนำในการสร้าง และชี้ให้เห็นว่าอุปกรณ์เหล่านั้นอยู่ที่ใดในงานสร้างที่เสร็จสมบูรณ์
2) เครื่องคิดเลข: นักเรียนคนนี้ทำการคำนวณอัตราทดเกียร์
3) เครื่องบันทึก: นักเรียนคนนี้ตรวจสอบคณิตศาสตร์ของเครื่องคิดเลข ตีความความหมายของอัตราทดเกียร์ และดูแลให้ทีมบันทึกงานทั้งหมดไว้ในสมุดบันทึกทางวิศวกรรม
หากกลุ่มนักเรียนมีนักเรียนมากกว่าสามคน นักเรียนหลายคนก็สามารถรับผิดชอบบทบาทเดียวกันได้ หากกลุ่มมีน้อยกว่าสามกลุ่ม นักเรียนคนเดียวกันสามารถรับได้หลายบทบาท
คลิกที่นี่ (Google Doc / .docx / .pdf ) สำหรับรูบริกการทำงานร่วมกัน หรือ คลิกที่นี่ (Google Doc / .docx / .pdf) สำหรับแบบกลุ่ม รูบริกสมุดบันทึกวิศวกรรม นอกจากนี้ยังมีรูบริกสมุดบันทึกด้านวิศวกรรมส่วนบุคคล คลิกที่นี่ (Google Doc / .docx / .pdf) เกณฑ์การให้คะแนนใดๆ ที่จะใช้สำหรับการให้คะแนนควรได้รับการแบ่งปันและอธิบายให้นักเรียนฟังก่อนเริ่มงาน
เกียร์
เฟืองมีลักษณะเหมือนจานที่มีฟันอยู่รอบขอบ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าฟันของพวกมันมีระยะห่างเท่ากัน เนื่องจากเฟืองทำงานโดยให้ฟันของมันประกบกัน ดังที่แสดงในภาพด้านบน เมื่อเกียร์หนึ่งหมุน มันจะเปลี่ยนเกียร์ถัดไปเพราะว่าฟันของพวกมันวางอยู่ระหว่างกัน ซึ่งเรียกว่าฟันเฟือง
โดยทั่วไปแล้วเกียร์จะติดตั้งหรือเชื่อมต่อกับส่วนอื่นๆ โดยใช้เพลาหรือฐาน ดังนั้น เกียร์จึงถูกนำมาใช้เพื่อส่งการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือกำลังจากเพลาหนึ่งไปยังอีกเพลาหนึ่ง โดยปกติเพลาจะอยู่ที่ศูนย์กลางเกียร์ ในภาพด้านบนของ VEX IQ Gears รูตรงกลางที่จะผ่านเพลาจะเป็นช่องสี่เหลี่ยม เนื่องจากเพลา IQ เป็นรูปสี่เหลี่ยม
วิธีหลักวิธีหนึ่งในการกำหนดเกียร์คือตามจำนวนฟันที่มี
เคล็ดลับของครู
อาจช่วยนำนักเรียนไปยังโปสเตอร์ VEX IQ Parts และให้พวกเขาสังเกตว่าเฟืองที่รวมอยู่ใน Super Kit นั้นตั้งชื่อตามจำนวนฟัน (เฟือง 60, 36 และ 12 ฟัน) หากนักเรียนสับสนกับการติดตั้งเฟืองบนเพลา ให้นักเรียนดู MAD ได้ โครงสร้างกล่องและสังเกตว่าเฟืองทั้งหมดภายในโครงสร้างนั้นถูกสร้างขึ้นบนเพลาที่อยู่ตรงกลาง
เกียร์ตาข่าย
เมื่อเกียร์สองตัวประกบกัน เกียร์หนึ่งจะเปลี่ยนเกียร์ถัดไป เกียร์ที่เข้าโค้งก่อนเรียกว่าเกียร์ขับ เกียร์ขับถือได้ว่าเป็นอินพุตประเภทหนึ่ง เกียร์ที่เข้าเกียร์หนึ่งเรียกว่าเกียร์ขับเคลื่อน เกียร์ขับเคลื่อนจึงเป็นเอาท์พุต
ดูภาพเคลื่อนไหวด้านล่างเพื่อดูการทำงานของเฟืองแบบตาข่าย
คุณควรสังเกตว่าเกียร์ขับและเกียร์ขับเคลื่อนหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม พวกเขาต้องหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามเพราะว่าฟันของพวกเขาถูกประกบกันและหมุนไปตรงกลาง
อัตราทดเกียร์
อัตราทดเกียร์คือการเปรียบเทียบอินพุต (เกียร์ขับ) กับเอาท์พุต (เกียร์ขับเคลื่อน) และคำนวณโดยพิจารณาจากจำนวนฟันของเฟืองแต่ละซี่
ในตัวอย่างข้างต้น เฟืองขับ (อินพุต) และเฟืองขับ (เอาต์พุต) ทั้งคู่มีฟัน 60 ซี่
นี่คือสูตรการคำนวณอัตราทดเกียร์:
ลองใช้ตัวอย่างของเฟืองฟัน 60 ซี่สองตัวด้านบนเพราะมันเป็นอัตราส่วนที่ง่ายในการคำนวณ
อัตราทดเกียร์ของเฟืองทั้งสองแบบตาข่ายคือ 1:1 ซึ่งหมายความว่าในแต่ละครั้งที่เฟืองขับ (อินพุต) หมุนครบหนึ่งรอบ เฟืองขับ (เอาต์พุต) จะเปลี่ยนการหมุนเต็มหนึ่งรอบด้วย
เคล็ดลับของครู
ต้องแน่ใจว่านักเรียนรับรู้ว่าอัตราส่วนใดมาจากชั้นเรียนนี้หรือชั้นเรียนอื่น กล่าวง่ายๆ ก็คือ อัตราส่วนคือสิ่งที่บ่งบอกว่าตัวเลขสองตัวเปรียบเทียบกันอย่างไร
นอกจากนี้ ต้องแน่ใจว่านักเรียนเข้าใจวิธีลดเศษส่วนโดยการหารตัวเศษและส่วนด้วยจำนวนที่เท่ากัน
ข้อได้เปรียบทางกล
เมื่อใดก็ตามที่เฟืองตั้งแต่สองตัวขึ้นไปมาประกบกัน ความได้เปรียบทางกลไกจะถูกสร้างขึ้นภายในโครงสร้างนั้น
ข้อได้เปรียบทางกลหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงเข้าภายในเครื่องจักร การเปลี่ยนแปลงสามารถวัดได้โดยการเปรียบเทียบอินพุตและเอาต์พุต
ในตัวอย่างด้านบน อินพุตและเอาต์พุตมีอัตราส่วน 1:1 ดังนั้นอาจดูเหมือนไม่มีข้อได้เปรียบทางกล แต่จริงๆ แล้วมี ข้อได้เปรียบทางกลเมื่อเกียร์สองตัวมีขนาดเท่ากันเรียกว่าการถ่ายโอนกำลัง เนื่องจากเฟืองขับและเพลาของมันจะหมุนได้มากเท่ากับเฟืองขับและเพลาของมัน ดังนั้นเฟืองขับ (อินพุต) จึงถ่ายโอนกำลังทั้งหมดไปยังเฟืองขับ (เอาท์พุต)
ในกิจกรรมต่อไป คุณจะทบทวน MAD ของคุณ กล่องสร้างและจะคำนวณและทดสอบข้อดีทางกลของความเร็วและแรงบิด
ขยายการเรียนรู้ของคุณ - Gears ในชีวิตประจำวัน
อุปกรณ์ทางกลจำนวนมากใช้เกียร์ ในยุคดิจิทัล ดูเหมือนจะมีน้อยลง แต่นักเรียนควรจะสามารถระบุอุปกรณ์ที่ใช้เกียร์ได้อย่างน้อยห้าเครื่อง พวกเขาสามารถตรวจสอบเครื่องมือก่อนไฟฟ้าได้เช่นกัน จากนั้นนักเรียนควรอธิบายว่าแต่ละคนใช้เกียร์อย่างไร และหน้าที่ของระบบเกียร์คืออะไร
นี่คือตัวอย่างบางส่วน:
-
จักรยานจำนวนมากใช้เกียร์เพื่อให้ผู้ขี่เปลี่ยนเกียร์เพื่อเหยียบเร็วขึ้นหรือใช้แรงมากขึ้น
-
เครื่องผสมอาหารแบบมือถือในห้องครัว ก่อนที่จะใช้ไฟฟ้า ต้องใช้เกียร์เพื่อให้ผู้ใช้สามารถหมุนข้อเหวี่ยงแบบมีด้ามจับไปในทิศทางเดียว (เช่น ขึ้นและลง) และให้เครื่องตีของเครื่องผสมหมุนไปในทิศทางอื่น (เช่น กลับไปกลับมา) ชามส่วนผสม
-
โรงสีน้ำยังใช้เกียร์เพื่อเปลี่ยนทิศทางของแรงผ่านการถ่ายโอนพลังงาน น้ำจะเปลี่ยนกังหัน (กังหันน้ำ) ซึ่งจะหมุนเกียร์ ถ่ายโอนพลังงานไปยังโรงงานที่ใช้ในการบด ม้วน หรือตอกผลิตภัณฑ์