План уроков, блок 8: Передача механической мощности

Класс:
9-11

Исходные материалы:

9-й класс, основы науки и математики

Изучаемые концепции:

В рамках настоящего блока учащиеся изучат различные способы передачи механической мощности.

В тему включены различные типы передач, а также методы расчета передаточного отношения. Эти знания будут затем применяться к типам систем «электромотор-рука», которыми снабжены соревновательные роботы (см. Блок 7).

Учебные задачи:

• Учащиеся смогут продемонстрировать значимость систем передачи механической мощности в проектировании и сборке соревновательных роботов.
• Учащиеся смогут изменять передаточное отношение (и механическое преимущество) системы, что даст им возможность адаптировать проект к любым задачам.
• Учащиеся научатся определять входные и выходные значения для передач путем расчета разницы между ними и, соответственно, определять передаточное отношение.

Связи STEM:

Математические законы будут представлены на примере работы трансмиссии.

Необходимые материалы:

• Руководство к блоку
• Бумага
• Карандаши
• Линейки
• Доступ к сети Интернет
• Словари
• Набор VEX Robotics
• Компьютеры с установленной средой Autodesk Inventor
• Контейнеры для хранения
• Он-лайн источники

Ключевые термины:

• Gear
• Gear Ratio
• Mechanical Advantage
• Transmission
• Spur Gear
• Bevel Gear
• Crown Gear
• Worm Gear
• Helical Gear
• Idler Gear
• Epicyclical (Planetary) Gear
• Rack and Pinion Gear
• Gear Pitch
• Levers
• Compound Gear Reduction

План ежедневных занятий:

День 1:

Приступить к работе в блоке с объяснения принципа работы трансмиссии, либо попросить учащихся провести исследование и представить результаты перед своими отдельными группами, которые затем смогут дать независимую оценку представленного материала.

Включить информацию из рисунков с 8.1.1 по 8.3.

Группы учащихся по 3-4 человека подготовят презентацию, куда войдут различные типы передач и пути их применения в процессе проектирования, а также математическое обоснование сделанного выбора, и представят ее перед классом.

День 2:

Попросить группы учащихся провести эксперимент, который поможет им изучить мощность: пронести 15 фунтов книг в рюкзаке вверх по лестнице.

Учащиеся должны будут применить методический процесс, который проектировщики используют для решения поставленных задач.

Группы учащихся проведут собственное исследование и организуют эксперимент, предназначенный для проверки своей гипотезы.

Группы учащихся запишут данные и проанализируют их.

Группы учащихся также составят отчет на основе этих данных.

День 3:

Проанализируйте различные типы передач, представив их на презентации или попросив учащихся самостоятельно выяснить возможности использования различных типов передач в оборудовании, применяемом в строительстве, сельском хозяйстве и промышленности. Используйте рисунки с 8.4.1 по 8.11.1.

Обеспечьте учащихся различными шестернями (передачами), которые могут быть организованы в конструкции для наглядного представления принципа их работы.

День 4:

Передачи - включите понятие зубьев, шага и передаточного отношения, включая рисунки 8.12.1 и 8.12.1

Попросите группы учащихся спроектировать собственные передачи в Autodesk Inventor и представить их перед классом. Попросите их дать пояснения относительно работы передач и преимуществ их использования в процессе проектирования.

Произвольный порядок опроса даст учащимся стимул к тому, чтобы создать схематические изображения разных типов передач в своих проектных отчетах и объяснить преимущество каждого из них.

День 5:

Рычаги - выяснить, что учащиеся уже знают о рычагах.
Продемонстрировать работу передач в рычагах.

Включить информацию из рисунков с 8.15.1 по 8.16.1.

Учащиеся могут продемонстрировать свои знания, выполнив ряд схематических изображений с письменным объяснением принципа действия механизмов.

День 6:

Изменение передаточного отношения - проанализировать принцип работы процесса и необходимые математические средства для выполнения расчетов.

Проанализировать материалы, представленные на рисунках с 8.17.1 по 8.30.1
Рабочая таблица ошибок
(Должна быть создана одновременно с таблицей решений для преподавателей.)

День 7:

Перейти к анализу процесса изменения передаточного отношения.
Проверить понимание математических теорий
Применение передач в системах с электромоторами пост. тока

День 8:

Учащиеся вернутся к задаче проектирования руки, поставленной на заключительном этапе работы с блоком 7.

1. 1. Проектировщики создадут один электромотор, коробку передач, систему руки, которая сможет поднимать массу одного игрового объекта, и манипулятор из блока 6.
   2. Проектировщики должны выбрать длину руки, соответствующую задачам игры, а также требованию ограничения размеров роботов (18”). Передаточное отношение должно быть рассчитано таким образом, чтобы при нагрузке на электромотор значение потребляемого им тока не превышало одного ампера.
   3. После выполнения расчета требуемого отношения, пользователи должны спроектировать сложную коробку передач, соответствующую данной характеристике отношения, затем рассчитать окончательную скорость руки.

День 9:

Оценка словаря
Рабочая таблица расчетов
Идеи дизайна рука
Проектный отчет

День 10:

Проанализируйте те концепции, представляющие сложность для учащихся в ходе работы.

Общие вопросы для проектного отчета:

1. 1. Как с помощью разных типов передач достигается преимущество вашего проекта руки робота?
   2. Как математические расчеты помогают определить, какой тип передаточного отношения необходим для вашего проекта?