乐高第3课齿轮传动——风扇教学案
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第 3 课齿轮传动——风扇教学案
、提出问题
当夏天到来时,天气很热,我们经常会打开电风扇来解热,电风扇可
以说是我们在夏天里的“小伙伴”,现在就让我们动手来制作一个风扇吧!、联想如图3-1 和图3-2 所示,想一想生活中的风扇是什么样子的风扇都
有什么特点呢
图3-1 风扇1 图3-2 风扇2 三、要求:
风扇制作
1. 风扇有扇叶并且可以转动
2. 利用齿轮传动加快扇叶转动
3. 稳定的放在桌面上
四、构建
技能牌:齿轮
齿轮的作用:
齿轮是依靠齿的啮合来传递动力的零件,通过齿轮的传动还可以改变输出的扭矩和角速度,或者是改变运动的方向。
扭矩:扭矩是齿轮转动时切向的力,我们可以理解为齿轮发生转动的力。
例如,当我们喝饮料时,我们要使用一定的力去把瓶盖拧开。
角速度:是物体转动的速度。单位是弧度每秒。例如,这节课我们将制作的风扇,它转动的角速度就非常快。
齿轮的传动:
乐高机器人套装中提供了很多种齿轮,这节课我们先来认识一下直齿轮。如图3-3 所示,乐高直齿轮从左到右分别为40齿,24齿,16 齿和8 齿共4 种类型。
图3-3 乐高直齿轮
机器人可以通过这些齿轮的传动来改变扭矩,改变角速度或改变方向。一般来说,乐高的齿轮在搭建的时候通常要与梁来进行配合,将齿轮用轴与梁进行连接,你可能会有这样的担心,齿轮会不会与梁有接触而产生摩擦呢不过,当你使用的时候,你会发现乐高的齿轮能够与梁配合的非常好,完全不用担心会产生摩擦或阻力的问题。下面我们来看几组齿轮传动的例子。
例1
8 齿齿轮传动40 齿齿轮,如图3-4 所示
图3-4 8 齿传动40 齿例2
40齿齿轮传动8齿齿轮,如图3-5 所示
图3-5 40 齿传动8 齿
例3
40 齿齿轮传动24齿齿轮传动8 齿齿轮,如图3-6 所示
图3-6 3 个齿轮传动例4
24 齿齿轮传动8 齿齿轮传动24 齿齿轮,如图3-7 所示
图3-7 3 个齿轮传动
齿数,扭矩和角速度的关系
齿数(n)与扭矩(T)成正比T1×n2=T2×n1
齿数(n)与角速度(T)成反比n1 ×w1=n2× w2
我们以例1的8齿传动40齿为例,由于齿数与扭矩成正比关系,因此传动后40齿这根轴输出的扭矩是8齿的5倍;由于齿数与角速度成反比,因此传动后40 齿这根轴输出的角速度是8 齿的1/5 。
请你写出例2,例3,例4 中扭矩和角速度的变化。
例2 中输出扭矩的变化___________ ,输出角速度的变化_____________ 。
例3 中输出扭矩的变化___________ ,输出角速度的变化_____________ 。
例4 中输出扭矩的变化___________ ,输出角速度的变化_____________ 。
大家可以看到,齿轮的传动可以改变物体运动的速度,下面我们来制作一个风扇,在风扇的制作中就会应用到齿轮传动的技术。
1. 制作扇叶
制作一个有3 个扇叶的风扇,如图3-8 所示。
图3-8 扇叶
2. 齿轮转动为了加快扇叶的转速,我们应当用大齿轮带动小齿轮,使角速度加快。在图3-9 中,我们利用手柄带动40 齿大齿轮转动,然后,40齿齿轮再传动8齿齿轮,使其的转速增加5 倍。风扇的齿轮传动如图3-10 所示。
图3-9 大齿轮
3. 底盘制作
如图3-11 所示,底盘的制作利
图3-10 齿轮传动
用两根方梁和两根弯梁来完成,中
间留出的位置是要固定风扇的那根梁,这样利用几根梁就可以完成底盘与风扇的固定,既简单,又坚固。
图3-11 底盘
风扇制作完成效果图,如图3-12 所示
图3-12 手摇风扇
风扇制作完成了,让我们摇动手柄,看一看风扇的转动效果吧!
五、优化与改进
同学们知道风扇的转速是非常快的,上面制作的风扇是用40 齿齿轮传动8 齿齿轮,转速增加了5 倍,但是还能不能更快呢请你利用齿轮的传动,让风扇转动的速度更快一些。
齿轮传动的改进,如图3-13 所示
我们可以看到方梁的两面都有齿轮,传动从 40 齿大齿轮依次传动给 8 齿齿轮,然后同轴的另一侧 40 齿齿轮,又传递给 8 齿齿轮,可以看到最终 传动的速度会更快。
改进后的风扇效果图:
如图 3-14 和图 3-15 所示,这是最终改进后的风扇, 风扇的转速很快,
但是它的扭矩却很小
六、实践与讨论
改进后的风扇转速增加了多少倍 ____________________________________
改进后的风扇扭矩减小了多少倍 ____________________________________
减速电机为什么会减速呢 __________________________________________
图 3-14 改进后的风
扇侧面
图 3-15 改进后的风 扇背面 图 3-13 多齿轮传动
七、拓展
刚才我们利用齿轮传动,提高转速制作了风扇,那么齿轮传动也可以起到减速的作用,下面我们就来制作一个停车场栏杆器,如图3-16 所示。
要求:
1、栏杆器固定在桌面上
2、栏杆缓慢升起和落下
图3-16 生活中的栏杆器
(1) 底座的制作:如图3-17 所示
图3-17 底座
用4 根梁和3 个双销连接件完成的底座
(2) 栏杆的制作:如图3-18 所示
图3-18 栏杆
在栏杆器的制作中,注意结点的连接。为了方便轴连接到这个结点,特意使用了一个中心带轴连接的绿色块与梁拼接到一起。这样就可以使用轴直
接插入到结点中,从而能够带动整根梁的开启和关闭。
(3) 齿轮的传动:如图3-19 所示。