樂高第3課 齒輪傳動-風(fēng)扇 教學(xué)案

樂高第3課齒輪傳動一一風(fēng)扇教學(xué)案

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第3課齒輪傳動一一風(fēng)扇教學(xué)案

—■、提出問題

當夏天到來時，天氣很熱，我們經(jīng)常會打開電風(fēng)扇來解熱，電風(fēng)扇可以說是我們在夏天里的“小伙

伴”，現(xiàn)在就讓我們動手來制作一個風(fēng)扇吧！

二,聯(lián)想

如圖3-1和圖3-2所示，想一想生活中的風(fēng)扇是什么樣子的風(fēng)扇都有什么特點呢

圖3-1風(fēng)扇1圖3-2風(fēng)扇2

三、要求：

風(fēng)扇制作

1.風(fēng)扇有扇葉并且可以轉(zhuǎn)動

2.利用齒輪傳動加快扇葉轉(zhuǎn)動

3.穩(wěn)定的放在桌面上

四、構(gòu)建

技能牌:齒輪

齒輪的作用：

齒輪是依靠齒的嚙合來傳遞動力的零件，通過齒輪的傳動還可以改變輸出的扭矩和角速度，或者

是改變運動的方向。

扭矩：扭矩是齒輪轉(zhuǎn)動時切向的力，我們可以理解為齒輪發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。例如，當我們喝飲料時，我們

要使用一定的力去把瓶蓋擰開。

角速度：是物體轉(zhuǎn)動的速度。單位是弧度每秒。例如，這節(jié)課我們將制作的風(fēng)扇，它轉(zhuǎn)動的角速度就非

?？?。

齒輪的傳動：

樂高機器人套裝中提供了很多種齒輪，這節(jié)課我們先來認識一下直齒輪。如圖3-3所示，樂高直齒

輪從左到右分別為40齒，24齒，16齒和8齒共4種類型。

圖3-3樂高直齒輪

機器人可以通過這些齒輪的傳動來改變扭矩，改變角速度或改變方

向。一般來說，樂高的齒輪在搭建的時候通常要與梁來進行配合，將齒輪用軸與梁進行連接，你可能

會有這樣的擔心，齒輪會不會與梁有接觸而產(chǎn)生摩擦呢不過，當你使用的時候，你會發(fā)現(xiàn)樂高的齒輪

能夠與梁配合的非常好，完全不用擔心會產(chǎn)生摩擦或阻力的問題。下面我們來看幾組齒輪傳動的例子。

例1

8齒齒輪傳動40齒齒輪，如圖3-4所示。

圖3-48齒傳動40齒

例2

40齒齒輪傳動8齒齒輪，如圖3-5所示。

圖3-540齒傳動8齒

例3

40齒齒輪傳動24齒齒輪傳動8齒齒輪，如圖3-6所示。

圖3-63個齒輪傳動

例4

24齒齒輪傳動8齒齒輪傳動24齒齒輪，如圖3-7所示。

圖3-73個齒輪傳動

齒數(shù)，扭矩和角速度的關(guān)系

齒數(shù)（n）與扭矩（T）成正比TlXn2=T2Xnl

齒數(shù)（n）與角速度（T）成反比nlXwl=n2Xw2

我們以例1的8齒傳動40齒為例，由于齒數(shù)與扭矩成正比關(guān)系，因此傳動后40齒這根軸輸出的扭矩

是8齒的5倍；由于齒數(shù)與角速度成反比，因此傳動后40齒這根軸輸出的角速度是8齒的“5。

請你寫出例2,例3,例4中扭矩和角速度的變化。

例2中輸出扭矩的變化，輸出角速度的變化o

例3中輸出扭矩的變化,輸出角速度的變化o

例4中輸出扭矩的變化,輸出角速度的變化。

大家可以看到，齒輪的傳動可以改變物體運動的速度，下面我們來制作一個風(fēng)扇，在風(fēng)扇的制作中

就會應(yīng)用到齒輪傳動的技術(shù)。

1.制作扇葉

制作一個有3個扇葉的風(fēng)扇，如圖3-8所示。

圖3-8扇葉

2.齒輪轉(zhuǎn)動

為了加快扇葉的轉(zhuǎn)速，我們應(yīng)當用大齒輪帶動小齒輪，使角速度加快。在圖3-9中，我們利用

手柄帶動40齒大齒輪轉(zhuǎn)動，然后，40齒齒輪再傳動8齒齒輪，使其的轉(zhuǎn)速增加5倍。風(fēng)扇的齒輪

傳動如圖3-10所示。

圖3-9大齒輪圖3-10齒輪傳動

3.底盤制作

如圖3-11所示，底盤的制作利用兩根方梁和兩根彎梁來完成，中間留出的位置是要固定風(fēng)扇

的那根梁，這樣利用幾根梁就可以完成底盤與風(fēng)扇的固定，既簡單，又堅固。

圖3-11底盤

風(fēng)扇制作完成效果圖，如圖3-12所示。

圖3-12手搖風(fēng)扇

風(fēng)扇制作完成了，讓我們搖動手柄，看一看風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動效果吧！

五、優(yōu)化與改進

同學(xué)們知道風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是非?？斓模厦嬷谱鞯娘L(fēng)扇是用40齒齒輪傳動8齒齒輪，轉(zhuǎn)速增加了5倍,

但是還能不能更快呢請你利用齒輪的傳動，讓風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的速度更快一些。

齒輪傳動的改進，如圖3-13所示。

圖3-13多齒輪傳動

我們可以看到方梁的兩面都有齒輪，傳動從40齒大齒輪依次傳動給8齒齒輪，然后同軸的另一側(cè)40齒

齒輪，又傳遞給8齒齒輪，可以看到最終傳動的速度會更快。

改進后的風(fēng)扇效果圖：

如圖3-14和圖3-15所示，這是最終改進后的風(fēng)扇，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速很快，但是它的扭矩卻很小。

圖3-14改進后的風(fēng)圖3-15改進后的風(fēng)

扇側(cè)面扇背面

六、實踐與討論

改進后的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增加了多少倍_____________________________

改進后的風(fēng)扇扭矩減小了多少倍_____________________________

減速電機為什么會減速呢___________________________________

七、拓展

剛才我們利用齒輪傳動，提高轉(zhuǎn)速制作了風(fēng)扇，那么齒輪傳動也可以起到減速的作用，下面我們就

來制作一個停車場欄桿器，如圖3-16所示。

要求：

1、欄桿器固定在桌面上

2、欄桿緩慢升起和落下

圖3r-16生活中的欄桿器

(1)底座的制作：如圖3-17所示。

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圖3-17底座

用4根梁和3個雙銷連接件完成的底座。

(2)欄桿的制作：如圖3-18所示。

圖3-18欄桿

在欄桿器的制作中，注意結(jié)點的連接。為了方便軸連接到這個結(jié)點，特意使用了一個中心帶軸

連接的綠色塊與梁拼接到一起。這樣就可以使用軸直接插入到結(jié)點中，從而能夠帶動整根梁的開啟和

關(guān)閉。

(3)齒輪的傳動:如圖3-19所示。

圖3-19齒輪傳動

齒輪的傳動利用8齒帶動40齒。這里的技巧是齒輪要貼緊圓梁，軸的兩端要用軸套固定，防止齒輪

在傳動的時候脫齒。

將欄桿安裝到底盤上，我們來看一下安裝完成后的效果，如圖3-20所示。

圖3-20完成的欄桿器

制作完成后，當我們調(diào)試的時候會發(fā)現(xiàn)欄桿在下降的時候會碰觸到地

面，當上升時候會向后倒過去，這與我們在停車場見到的欄桿不一樣，我們還需要再改進一下。

加入長銷來限制欄桿的抬起和落下，如圖3-21和圖3-22所示。

圖3-21加入長銷側(cè)面圖圖3-22加入長銷底面圖

看一下我們最后制作完成后的效果，如圖3-23和圖3-24所示。

圖3-23欄桿器抬起圖3-24欄桿器落下

/、作業(yè):

想一想，制作完成后的停車場欄桿器，它的扭矩的變化是什么看一看，欄桿升降的速度是加快了還是減慢

了，為什么

5.扇葉制作

7.扇葉側(cè)面

9.手柄與梁連接

10.將扇葉與紅色方梁連接

11.底座的制作

12.底座與扇葉連接

13.風(fēng)扇背面

15.另一側(cè)連接手柄

18.風(fēng)扇背面

19.風(fēng)扇側(cè)面

欄桿器搭建圖

1.制作欄桿所需要樂高零件

2.欄桿器

“1*15=刨

3.每兩根圓梁通過雙銷連接

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