ขั้นตอนที่ 1: เฟืองในโครงสร้างกล่องเกียร์ V5 ชั้นเดียว
ในทุกชั้นของกระปุกเกียร์คุณทำเฟือง 12 ฟันด้วยเฟือง 60 ฟัน สังเกตว่าเกียร์ 60 ฟันอยู่บนเพลาที่หมุนเมื่อคุณหมุนแผ่นล็อคเพลา เมื่อเกียร์ 60 - ฟันเลี้ยวมันจะหมุนเกียร์ 12 - ฟัน นั่นหมายความว่าด้านนี้ของกระปุกเกียร์เกียร์ 60 ฟันคือเกียร์ขับขี่และเกียร์ 12 ฟันคือเกียร์ขับเคลื่อน ค้นหาสถานที่สามแห่งในอาคารที่เกียร์ 60 ฟันขับเกียร์ 12 ฟัน คำใบ้: มันสำคัญว่าคุณกำลังหมุนเพลาไหน คุณสามารถใช้ปลอกคอเพลาที่ขยายไปยังล้อหรือส่วนอื่นที่ล็อคเพลาเพื่อให้ง่ายขึ้น
เนื่องจากมีฟันมากกว่า 5 เท่าบนเกียร์ขนาดใหญ่อัตราทดเกียร์ของเราคือ 5: 1 ซึ่งหมายความว่าทุกๆ 5 รอบของเกียร์ขนาดเล็กเกียร์ขนาดใหญ่จะหมุน 1 ครั้ง
กล่องเครื่องมือครู
นักเรียนจะถูกขอให้ค้นหาสถานที่สามแห่งที่เกียร์ 60 ฟันขับเกียร์ 12 ฟัน เฟือง 60 ฟันง่ายต่อการจดจำในการสร้าง เกียร์ 60 ฟันทุกตัวในบิลด์จะขับเคลื่อนเกียร์ 12 ฟันแต่เฉพาะเมื่อคุณหมุนเพลาที่หมุนเกียร์ 60 ฟันเท่านั้น เพลาอีกข้างหนึ่งหมุนเฟือง 12 ฟันซึ่งจะขับเคลื่อนเฟือง 60 ฟัน
ขั้นตอนที่ 2: ใช้เฟืองขนาดใหญ่เป็นอินพุตเพื่อเพิ่มความเร็ว
ใช้เกียร์ 60 ฟันเพื่อขับเคลื่อนความเร็วเกียร์ 12 ฟันรอบเพลา ในตัวอย่างข้างต้นเรากำลังเลี้ยวหรือขับเกียร์ขนาดใหญ่ สำหรับทุกๆ 1 รอบสำหรับเกียร์ขับที่ใหญ่กว่าเกียร์ที่เล็กกว่าจะต้องหมุนทั้งหมด 5 รอบ ซึ่งหมายความว่าเกียร์ขนาดเล็กจะหมุนเร็วกว่าเกียร์ขนาดใหญ่ถึง 5 เท่าเนื่องจากอัตราทดเกียร์ 5: 1 สิ่งนี้เรียกว่าอัตราส่วนเกียร์สูงอัตราส่วนสูงกว่า 1: 1
ขั้นตอนที่ 3: ใช้เกียร์ขนาดเล็กเป็นอินพุตเพื่อเพิ่มแรงบิด
แรงบิดเป็นตัวชี้วัดว่าคุณหมุนบางสิ่งบางอย่างเกี่ยวกับจุดศูนย์กลางแรงแค่ไหน คุณสามารถคำนวณได้โดยการคูณแรงผลักด้วยระยะห่างจากจุดศูนย์กลาง เนื่องจากฟันของเฟืองขับที่เล็กกว่าอยู่ใกล้กับศูนย์กลางพวกมันจึงผลักด้วยแรงที่มากขึ้นสำหรับแรงบิดที่เท่ากัน ในเวลาเดียวกันฟันของเฟืองที่ขับเคลื่อนอยู่ไกลจากจุดศูนย์กลางดังนั้นแรงที่เท่ากันจะสร้างแรงบิดมากขึ้น
หากคุณมีเกียร์ขับขี่ขนาดใหญ่แรงบิดที่คุณต้องใช้กับเพลาจะสูงกว่าเกียร์ขนาดเล็กมาก เนื่องจากเราสามารถยึดเฟืองหลายตัวเข้ากับเพลาเดียวกันได้เราจึงสามารถปรับปริมาณแรงจากแรงบิดเดียวกันได้ส่งผลให้แรงบิดสูงขึ้นตามแต่ละตัวเชื่อมต่อ อัตราทดเกียร์ผลลัพธ์จากแต่ละขั้นตอนของกล่องเกียร์ V5 ของเราคือ 1: 5 อัตราทดเกียร์ต่ำ เฟืองขับจะต้องหมุนต่อไปเพื่อขยับเฟืองที่ขับเคลื่อนแต่จะทำให้เฟืองที่ขับเคลื่อนดันแรงขึ้น
สร้างแรงจูงใจในการอภิปราย
สองขั้นตอนก่อนหน้านี้ให้ข้อมูลที่สำคัญ การอภิปรายนี้ควรใช้เป็นบทสรุปที่เรียบง่ายของข้อมูลนั้น
ถาม: เมื่อเฟืองขับมีขนาดใหญ่กว่าเฟืองขับเฟืองขับมีความเร็วหรือแรงบิดมากกว่าหรือไม่ ทำไม?
ตอบ: เกียร์ขับเคลื่อนมีความเร็วมากขึ้นเนื่องจากหมุนหลายครั้งในระหว่างการหมุนครั้งเดียวของเกียร์ขับขี่ขนาดใหญ่
ถาม: เมื่อเฟืองขับมีขนาดเล็กกว่าเฟืองขับเฟืองขับมีความเร็วหรือแรงบิดมากกว่าหรือไม่ ทำไม?
ตอบ: เฟือง ที่ขับเคลื่อนมีแรงบิดมากกว่าเนื่องจากฟันของเฟืองที่ขับเคลื่อนอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางมากกว่าฟันของเฟืองขับอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลาง
ขั้นตอนที่ 4: การคูณข้อได้เปรียบทางกล
แต่ละขั้นตอนมีอัตราส่วนเกียร์ 5: 1 ดังนั้นเราจึงสามารถคูณพวกมันเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอัตราส่วน 5x5x5: 1x1x1 หรือ 125: 1 ระหว่างเพลาอินพุตและเอาต์พุต นั่นหมายความว่าหากคุณหมุนเพลาเกียร์สูง 1 ครั้งไปรอบๆเพลาเอาต์พุตจะหมุน 125 ครั้ง! ในทางกลับกันหากคุณใช้แรงบิดบางอย่างกับเพลาเกียร์ต่ำเพลาเอาต์พุตจะส่งออกด้วยแรงบิดสูงถึง 125 เท่าแต่จะทำอย่างช้าๆ
ลองหมุนเพลาเกียร์สูงโดยไม่มีแรงต้าน เพลาส่งออกหมุนเร็วแค่ไหน?
ลองหมุนเพลาเกียร์ต่ำในขณะที่ถือเพลาเอาต์พุต คุณสามารถหยุดเพลาขาออกจากการหมุนได้หรือไม่?
เคล็ดลับสำหรับครู
-
สั่งให้นักเรียนหมุนเพลาเกียร์ต่ำ นักเรียนบางคนอาจมีปัญหาในการหมุนเนื่องจากปริมาณแรงบิดที่มากที่สุดที่สร้างขึ้นโดยอัตราส่วนเกียร์ของสารประกอบ
-
ขอให้นักเรียนหมุนเพลาเกียร์สูง ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นเพลาเกียร์ต่ำที่หมุนด้วยความเร็วที่เร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
-
อธิบายว่าพฤติกรรมของเครื่องจักรนี้เกิดจากอัตราส่วนเฟืองผสมสุดขีดซึ่งเท่ากับ 125: 1
-
เน้นว่าอัตราส่วนเกียร์ของสารประกอบถูกใช้โดยทั่วไปเมื่อความได้เปรียบทางกลที่ต้องการมากกว่าอัตราส่วนเกียร์เดียวสามารถบรรลุผลได้
ขยายการเรียนรู้ของท่าน
ในการขยายกิจกรรมนี้ให้ใช้ข้อมูลภายในห้องปฏิบัติการนี้และสูตรด้านล่างเพื่อคำนวณความเร็วเอาต์พุตและแรงบิดเอาต์พุตของอัตราส่วนเกียร์ที่กำหนด
สูตร: การลด
เกียร์ = ฟันเฟืองขับเคลื่อน/ฟันเฟืองขับแรงบิด
เอาต์พุต = แรงบิดอินพุต x ความเร็ว
เอาต์พุตลดเกียร์ = ความเร็วอินพุต/การลดเกียร์
ใช้อัตราส่วนที่สามารถสร้างขึ้นภายใน VEX V5 Classroom Super Kit
ตัวอย่าง: อัตราส่วน
เกียร์ = 60:12 หรือ 5: 1 การลด
เกียร์ = ฟันเฟืองขับเคลื่อน/ฟันเฟืองขับ = 12/60 = 0.2 แรงบิด
เอาต์พุต = แรงบิดอินพุต x การลดเกียร์ = 1.5 นิวตัน - เมตร x 0.2 = 0.3 นิวตัน - เมตรความเร็ว
เอาต์พุต = ความเร็วอินพุต/การลดเกียร์ = 100 รอบต่อนาที/0.2 = 500 รอบต่อนาที