教师工具箱
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本节的目的
该 STEM 实验室的“游戏”部分将向学生介绍齿轮及其在构建中的用途。 第一页将介绍以下术语：啮合齿轮、主动齿轮、从动齿轮、齿轮比、机械优势和动力传输。 下一页将回顾 MAD 的构建 Box、其齿轮比以及由这些齿轮比产生的扭矩或速度的机械优势。 下一页最终是计算整个 MAD 的齿轮比 盒子建造。0
最好先全班通读第一页
然后让学生小组通读第二页。 每个学生都应该跟着读。
如果以三人一组的形式进行，学生可以被分配到以下三个角色之一：
1） 建造专家：该学生在建造说明中找到建造步骤并指出已完成建造中这些齿轮的位置。
2） 计算器：这位学生进行齿轮比的计算。
3） 记录员：这名学生检查计算器的数学运算，解释齿轮比的含义，并确保团队在他们的工程笔记本中记录他们的所有工作。
如果学生小组的学生人数超过三人，则多个学生可以负责同一角色。 如果小组人数少于三人，同一学生可以担任多个角色。
单击此处(Google Doc / .docx / .pdf ) 获取协作评估标准，或 单击此处(Google Doc / .docx / .pdf) 获取基于小组的工程笔记本评估标准。 还有单独的工程笔记本评分标准， 点击此处（Google Doc / .docx / .pdf）。 任何用于评分的评分标准都应在工作开始之前与学生共享并向学生解释。
齿轮
齿轮看起来像边缘有齿的圆盘。 值得注意的是，它们的齿间距相等，因为齿轮通过齿啮合来工作，如上图所示。 当一个齿轮转动时，它也会转动下一个齿轮，因为它们的齿位于彼此之间，这称为啮合。
齿轮通常通过轴或底座安装或连接到其他部件。 因此，齿轮用于将旋转运动或动力从一个轴传递到另一轴。 轴通常位于齿轮的中心。 在上图中的 VEX IQ 齿轮中，穿过轴的中心孔是方形的，因为 IQ 轴是方形的。
定义齿轮的主要方法之一是根据其齿数。
教师提示
引导学生查看 VEX IQ 零件海报并让他们注意到超级套件中包含的齿轮使用其齿数（60、36 和 12 齿齿轮）命名可能会有所帮助 如果学生对齿轮在轴上的安装感到困惑，可以引导他们查看 MAD 整机构建并注意构建中的所有齿轮都构建在其中心的轴上。
啮合齿轮
当两个齿轮啮合在一起时，一个齿轮转动下一个齿轮。 首先转动的齿轮称为主动齿轮。 驱动齿轮可以被认为是一种输入。 由第一齿轮转动的齿轮称为从动齿轮。 因此从动齿轮是输出。
观看下面的动画，了解啮合齿轮的运转情况。
您应该已经注意到主动齿轮和从动齿轮以相反的方向转动。 它们必须以相反的方向旋转，因为它们的齿是啮合的并且它们在它们的中心旋转。
齿轮比
齿轮比是输入（驱动齿轮）与输出（从动齿轮）的比较，并通过考虑每个啮合齿轮的齿数来计算。
在上例中，主动齿轮（输入）和从动齿轮（输出）都有 60 个齿。
以下是计算齿轮比的公式：
让我们使用上面两个 60 齿齿轮的示例，因为它是一个计算简单的比率。
这两个啮合齿轮的齿轮比为1:1，这意味着主动齿轮（输入）每转一整圈，从动齿轮（输出）也转一整圈。
教师提示
确保学生认识到本课程或其他课程的比率。 简单地说，比率是两个数字比较情况的陈述。
另外，确保学生了解如何通过将分子和分母除以相同的量来减少分数。
机械优势
每当两个或多个齿轮啮合时，就会在该构造中产生机械优势。
机械优势定义为机器内输入力的变化。 可以通过比较输入和输出来测量变化。
在上面的示例中，输入和输出的比率为 1:1，因此看起来似乎没有机械优势，但实际上是有的。 当两个齿轮尺寸相同时的机械优势称为动力传递，因为从动齿轮及其轴的转动量与主动齿轮及其轴的转动量相同。 因此，主动齿轮（输入）将其所有动力传递给从动齿轮（输出）。
在下一个活动中，您将回顾您的 MAD 整机组装并将计算和测试速度和扭矩的机械优势。
拓展
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档学习在日常生活中的应用
许多机械设备都使用齿轮。 在数字时代，可能看起来更少，但学生应该能够识别至少五种使用齿轮的设备。 他们也可以在电力之前研究工具。 然后学生应该解释每个齿轮如何使用，以及齿轮系统的功能是什么。
这里有些例子：
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许多自行车使用齿轮来允许骑车者换档以更快或更用力地踩踏。
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在电力出现之前，厨房中的手动搅拌机使用齿轮，以便用户可以沿一个方向（例如，上下）转动手柄曲柄，并使搅拌机的搅拌器沿另一个方向（例如，前后）旋转。一碗配料。
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水车还使用齿轮通过动力传递来改变力的方向。 水会转动涡轮机（水轮），涡轮机转动齿轮，将动力传输到工厂，用于铣削、滚动或锤击产品。