Gears คืออะไร?
กล่องเครื่องมือครู
-
วัตถุประสงค์ของส่วนนี้
ส่วนการเล่นของห้องปฏิบัติการ STEM
นี้จะแนะนำให้นักเรียนรู้จักกับเกียร์และวัตถุประสงค์ของพวกเขาภายในบิลด์
หน้าแรกนี้จะแนะนำคำศัพท์เช่น: เกียร์ตาข่าย, เกียร์ขับ, เกียร์ขับเคลื่อน,
อัตราส่วนเกียร์, ข้อได้เปรียบทางกลและการถ่ายโอนพลังงาน
หน้าต่อไปจะเป็นการทบทวนการสร้างพม. Box
อัตราส่วนเกียร์และข้อดีเชิงกลของแรงบิดหรือความเร็วอย่างใดอย่างหนึ่งที่ถูกสร้างขึ้นโดยอัตราส่วนเหล่านั้น
หน้าถัดไปเป็นจุดสูงสุดในการคำนวณอัตราส่วนเกียร์สำหรับ M.A.D. ทั้งหมด
การสร้างกล่องอาจ
เป็นความคิดที่ดีที่จะอ่านหน้าแรกเป็นชั้นเรียนแล้วให้กลุ่มนักเรียนทำงานผ่านหน้าที่สอง
นักเรียนทุกคนควรอ่านหนังสือไปด้วย
หากทำงานเป็นกลุ่มสามคนนักเรียนสามารถได้รับมอบหมายหนึ่งในสามบทบาท:
1) ผู้เชี่ยวชาญด้าน การสร้าง: นักเรียนคนนี้พบขั้นตอนของการสร้างในคำแนะนำในการสร้างและชี้ให้เห็นว่าเกียร์เหล่านั้นอยู่ที่ไหนในการสร้างที่เสร็จสมบูรณ์
2) เครื่องคิดเลข: นักเรียนคนนี้ดำเนินการคำนวณอัตราส่วนเกียร์
3) The Recorder: นักเรียนคนนี้ตรวจสอบคณิตศาสตร์ของเครื่องคิดเลขตีความว่าอัตราทดเกียร์หมายถึงอะไรและตรวจสอบให้แน่ใจว่าทีมงานกำลังบันทึกงานทั้งหมดของพวกเขาภายในสมุดบันทึกวิศวกรรมของพวกเขา
หากกลุ่มนักเรียนมีนักเรียนมากกว่าสามคนนักเรียนหลายคนอาจต้องรับผิดชอบต่อบทบาทเดียวกัน หากกลุ่มมีน้อยกว่าสามคนนักเรียนคนเดียวกันสามารถรับหลายบทบาทได้
คลิกที่นี่ (Google Doc /.docx /.pdf ) สำหรับ RUBRIC การทำงานร่วมกันหรือ คลิกที่นี่ ( Google Doc /.docx /.pdf) สำหรับ RUBRIC โน้ตบุ๊ควิศวกรรมแบบกลุ่ม นอกจากนี้ยังมี RUBRIC โน้ตบุ๊ควิศวกรรมรายบุคคล คลิกที่นี่ ( Google Doc /.docx /.pdf) ควรแชร์รูบริกใดๆที่จะใช้สำหรับการให้คะแนนและอธิบายให้นักเรียนทราบก่อนเริ่มทำงาน
เกียร์
เฟืองมีลักษณะเหมือนแผ่นดิสก์ที่มีฟันรอบขอบ
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าฟันของพวกเขามีระยะห่างเท่าๆกันเพราะเฟืองทำงานโดยการมีฟันของพวกเขาประกบกันดังที่แสดงในภาพด้านบน
เมื่อเฟืองหนึ่งหมุนมันจะหมุนเฟืองถัดไปเพราะฟันของพวกมันอยู่ในตำแหน่งที่อยู่ระหว่างกันซึ่งเรียกว่าตาข่าย
เกียร์มักจะถูกติดตั้งหรือเชื่อมต่อกับส่วนอื่นๆโดยเพลาหรือฐาน
ดังนั้นเกียร์จึงถูกใช้เพื่อส่งผ่านการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือกำลังจากเพลาหนึ่งไปยังอีกเพลาหนึ่ง
เพลามักจะอยู่ในตำแหน่งที่ศูนย์กลางของเกียร์ ในภาพด้านบนของ VEX IQ Gears
รูตรงกลางที่จะผ่านเพลาผ่านคือรูสี่เหลี่ยมจัตุรัสเพราะ IQ Shafts
เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส
หนึ่งในวิธีหลักในการกำหนดเกียร์คือตามจำนวนฟันที่มันมี
เคล็ดลับสำหรับครู
อาจช่วยให้นักเรียนไปที่โปสเตอร์ vex IQ Parts และให้พวกเขาสังเกตว่าเฟืองที่รวมอยู่ใน Super Kit มีชื่อโดยใช้จำนวนฟัน (60, 36 และ 12 ฟันเฟือง) หากนักเรียนสับสนกับการติดตั้งเฟืองบนเพลาพวกเขาสามารถถูกนำไปดูที่ M.A.D. การสร้างกล่องและสังเกตว่าเฟืองทั้งหมดภายในการสร้างถูกสร้างขึ้นบนเพลาที่ศูนย์กลางของพวกเขา
เฟืองขบ
เมื่อเฟืองสองเฟืองถูกประกบเข้าด้วยกันเฟืองหนึ่งจะหมุนเฟืองถัดไป
เกียร์ที่กำลังเลี้ยวก่อนเรียกว่าเกียร์ขับ เกียร์ขับขี่สามารถคิดเป็นประเภทของอินพุตได้
เฟืองที่ถูกหมุนโดยเฟืองตัวแรกเรียกว่าเฟืองที่ขับเคลื่อน
เฟืองที่ขับเคลื่อนจึงเป็นเอาต์พุต
ดูภาพเคลื่อนไหวด้านล่างเพื่อดูการทำงานของเฟืองแบบตาข่าย
คุณควรสังเกตว่าเกียร์ขับและเกียร์ขับเลี้ยวไปในทิศทางตรงกันข้าม พวกเขาต้องหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามเพราะฟันของพวกเขาเป็นตาข่ายและพวกเขาหมุนไปที่ศูนย์ของพวกเขา
อัตราส่วนเกียร์
อัตราส่วนเกียร์คือการเปรียบเทียบอินพุต (เกียร์ขับขี่) กับเอาต์พุต (เกียร์ขับเคลื่อน)
และคำนวณโดยการพิจารณาจำนวนฟันของเกียร์แบบตาข่ายแต่ละซี่ A gear ratio is a comparison
of the input (driving gear) to output (driven gear) and is calculated by considering
each meshed gear's number of
ในตัวอย่างข้างต้นเกียร์ขับขี่ (อินพุต)
และเกียร์ขับเคลื่อน (เอาต์พุต) ทั้งสองมี 60
ฟัน
นี่คือสูตรสำหรับการคำนวณอัตราส่วนเกียร์:
ลองใช้ตัวอย่างของฟันเฟือง 60 ซี่ทั้งสองข้างต้นเพราะเป็นอัตราส่วนที่ง่ายในการคำนวณ
อัตราทดเกียร์ของเฟืองแบบตาข่ายทั้งสองนี้คือ 1: 1 ซึ่งหมายความว่าทุกครั้งที่เฟืองขับ (อินพุต) หมุนเต็มหนึ่งรอบเฟืองขับ (เอาต์พุต) ก็จะหมุนเต็มหนึ่งรอบเช่นกัน
เคล็ดลับสำหรับครู
ตรวจสอบให้แน่ใจว่านักเรียนรับรู้ว่าอัตราส่วนใดจากชั้นเรียนนี้หรือชั้นเรียนอื่น อัตราส่วนคือข้อความว่าตัวเลขสองตัวเปรียบเทียบกันอย่างไร
นอกจากนี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่านักเรียนเข้าใจวิธีลดเศษส่วนโดยการหารตัวเศษและตัวส่วนด้วยจำนวนเท่ากัน
ข้อได้เปรียบทางกล
เมื่อใดก็ตามที่มีการเชื่อมเฟืองตั้งแต่สองตัวขึ้นไปข้อได้เปรียบทางกลจะถูกสร้างขึ้นภายในอาคารนั้น Whenever two or more gears are meshed, a mechanical advantage
ข้อได้เปรียบทางกลหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงอินพุตภายในเครื่องจักร การเปลี่ยนแปลงสามารถวัดได้โดยการเปรียบเทียบอินพุตและเอาต์พุต
ในตัวอย่างข้างต้นอินพุตและเอาต์พุตมีอัตราส่วน 1: 1 ดังนั้นอาจดูเหมือนว่าไม่มีข้อได้เปรียบทางกลแต่จริงๆแล้วมี ข้อได้เปรียบทางกลเมื่อเกียร์สองเกียร์มีขนาดเท่ากันเรียกว่าการถ่ายโอนกำลังเนื่องจากเกียร์ขับเคลื่อนและการหมุนเพลาของมันมากพอๆกับเกียร์ขับและเพลาของมัน ดังนั้นเฟืองขับ (อินพุต) จึงถ่ายโอนกำลังทั้งหมดไปยังเฟืองขับ (เอาต์พุต)
ในกิจกรรมถัดไปคุณจะได้ตรวจสอบการชันสูตรพลิกศพของคุณ การสร้างกล่องและจะคำนวณและทดสอบข้อได้เปรียบทางกลของความเร็วและแรงบิด
ขยายการเรียนรู้ของคุณ
-
เกียร์ในชีวิตประจำวัน
อุปกรณ์เครื่องจักรกลจำนวนมากใช้เฟือง ในยุคดิจิทัลดูเหมือนว่าจะมีน้อยลงแต่นักเรียนควรสามารถระบุอุปกรณ์ที่ใช้เกียร์ได้อย่างน้อยห้าเครื่อง พวกเขาสามารถตรวจสอบเครื่องมือก่อนไฟฟ้าได้เช่นกัน จากนั้นนักเรียนควรอธิบายว่าแต่ละคนใช้เกียร์อย่างไรและหน้าที่ของระบบเกียร์คืออะไร
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างบางส่วน:
-
จักรยานหลายคันใช้เกียร์เพื่อให้ผู้ขับขี่สามารถเปลี่ยนเกียร์เพื่อเหยียบได้เร็วขึ้นหรือมีแรงมากขึ้น
-
เครื่องผสมมือในห้องครัวก่อนไฟฟ้าใช้เฟืองเพื่อให้ผู้ใช้สามารถหมุนข้อเหวี่ยงที่จับได้ในทิศทางเดียว (เช่นขึ้นและลง) และให้เครื่องตีของเครื่องผสมหมุนไปอีกทิศทางหนึ่ง (เช่นไปมา) ในชามส่วนผสม
-
กังหันน้ำยังใช้เกียร์เพื่อเปลี่ยนทิศทางของแรงผ่านการถ่ายโอนพลังงาน น้ำจะหมุนกังหัน (ล้อน้ำ) ซึ่งจะเปลี่ยนเกียร์ถ่ายโอนพลังงานเข้าไปในโรงงานที่ใช้ในการบดม้วนหรือค้อนผลิตภัณฑ์