乐高第3课 齿轮传动——风扇 教学案.doc

第3课齿轮传动——风扇教学案一、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,电风扇能够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! 二、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:、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,通过齿轮的传动还能够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,我们能够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 乐高直齿轮机器人能够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18齿齿轮传动40齿齿轮,如图3-4所示。图3-48齿传动40齿例2图3-540齿传动8齿40齿齿轮传动8齿齿轮,如图3-5所示。例340齿齿轮传动24齿齿轮传动8齿齿轮,如图3-6所示。图3-63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3-73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___________。大家能够看到,齿轮的传动能够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。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大齿轮图3-10 齿轮传动底盘制作如图3-11所示,底盘的制作利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,这样利用几根梁就能够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。图3-13 多齿轮传动我们能够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,能够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。图3-14改进后的风扇侧面图3-15 改进后的风扇背面六、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?___________________________________七、拓展刚才我们利用齿轮传动,提高转速制作了风扇,那么齿轮传动也能够起到减速的作用,下面我们就来制作一个停车场栏杆器,如图3-16所示。要求:栏杆器固定在桌面上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。