Урок «Ременная и червячная передачи» по LEGO SPIKE Prime: когда зубья не нужны и когда назад нельзя

Курс: «Инженерное бюро ПРАЙМ», занятие 5 из 36
Раздел: Отдел механики: движение и передачи
Возраст: 5–7 класс
Длительность: 2 академических часа: теория 0,5 ч, практика 1,5 ч
Набор: LEGO Education SPIKE Prime (45678)
Тип занятия: занятие открытия новых знаний

Это сокращённый конспект. Полный — с ходом урока по минутам, вопросами педагога, протоколом испытаний и критериями приёмки — в программе «Инженерное бюро ПРАЙМ» для SPIKE Prime: 36 занятий, 72 часа.

Задача от заказчика

Кукольный театр заказывает подъёмник декораций. Если во время спектакля пропадёт электричество, декорация не должна упасть на сцену. И механизм должен работать тихо, чтобы зритель его не слышал.

Чему научатся дети

собирать ременную и червячную передачи
объяснять, почему проскальзывание ремня защищает мотор
понимать, что такое самоторможение и где оно нужно
выбирать передачу под требования заказа

Что понадобится

набор SPIKE Prime — один на пару
шкивы и ремни разных размеров
червячная передача
груз 200 г
инженерный дневник, разворот 5

План занятия

Заказ от «заказчика» — 5 мин
Инженерный совет: гипотезы — 7 мин
Техническая справка — 8 мин
Сборка — 20 мин
Программирование — 15 мин
Перерыв — 10 мин
Испытание по протоколу — 15 мин
Инженерный вызов — 10 мин
Приёмка и рефлексия — 7 мин
Разборка и уборка — 3 мин

Сборка. Два узла: (а) ременной привод барабана, (б) червячный привод того же барабана. Режим: по фотографии, с самостоятельным подбором шкивов.

Программа. Программа «поднять груз — остановиться — отключить питание мотора» (блок «остановить мотор» с режимом свободного вращения).

Что рассказать на теории

Ременная передача: два шкива и ремень, передаёт движение на расстояние, работает тихо, при перегрузке проскальзывает — защищает мотор.
Направление вращения шкивов совпадает; при перекрёстном ремне — меняется.
Червячная передача: i очень велико (одна нитка червяка = один зуб), поворот возможен только от червяка к колесу.
Самоторможение — свойство передачи не проворачиваться под нагрузкой со стороны ведомого звена. Применяется в лифтах, лебёдках, домкратах.
Червячная передача передаёт движение между перекрещивающимися осями.

Испытание

Гипотеза: «После отключения мотора груз останется на месте только в одной из двух передач». Серия — 2 испытания. В протокол записывают: тип передачи; груз удержан после отключения? (да/нет); смещение груза за 10 с, см; уровень шума (тихо/шумно).

Вопросы на повторение

Удержит ли груз обычная зубчатая передача, если выключить мотор?
Как правило, нет: груз раскрутит шестерни в обратную сторону и опустится. Это стоит проверить опытом.

Проскальзывание ремня — это дефект?
Не всегда. При перегрузке ремень проскальзывает и спасает мотор.

Почему червячную передачу не провернуть со стороны колеса?
Из-за самоторможения: вращение передаётся только от червяка к колесу. Поэтому её ставят в лифты, лебёдки и домкраты.

Инженерный вызов

Для тех, кто справился быстрее: соберите комбинированный привод: ремень между мотором и червяком. Объясните заказчику, какие два требования вы удовлетворили одновременно.

Линия поддержки: собирает и испытывает один узел — червячный, отвечает на вопрос про удержание груза.
Базовая линия: собирает и сравнивает оба узла, заполняет таблицу.
Линия вызова: выполняет вызов; определяет опытным путём, при каком грузе ремень начинает проскальзывать, и предлагает, как это использовать.

Итог урока

Червячная передача обладает самоторможением и подходит для подъёмных механизмов; ременная тише и защищает мотор, но груз не удержит.

Что в полном комплекте

Программа ДООП «Инженерное бюро ПРАЙМ» (DOCX и PDF, 135 страниц): паспорт, учебный план, результаты по ФГОС, аттестация и 36 конспектов занятий
Инженерный дневник ученика (75 страниц, 36 разворотов): заказ, гипотеза, протокол испытаний, вывод, самооценка
Альбом эталонных узлов (12 узлов) и 12 кинематических схем в PNG

Другие занятия раздела «Отдел механики»: Зубчатая передача · Передаточное отношение · Преобразование движения · Рычаг и центр тяжести · Прочность и жёсткость · Разводной мост.

{{title}}