Урок «Зубчатая передача» по LEGO SPIKE Prime: зацепление и направление вращения

Курс: «Инженерное бюро ПРАЙМ», занятие 3 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, лабораторная работа

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

Музей науки заказывает механизм для интерактивного стенда. Посетитель крутит ручку вправо — стрелка на другом конце тоже должна вращаться вправо. Между ручкой и стрелкой нужно не меньше трёх колёс, чтобы работу передачи было видно.

Чему научатся дети

различать ведущее и ведомое колесо, объяснять, что такое зацепление
предсказывать направление вращения последнего колеса по числу колёс в цепочке
понимать, зачем инженеру промежуточное («паразитное») колесо
проверять догадку серией опытов, а не спором

Что понадобится

набор SPIKE Prime — один на пару
набор зубчатых колёс разного размера
маркеры для пометки колёс
инженерный дневник, разворот 3

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. Сборка стенда «Цепочка зацеплений»: балка-основание, мотор, ряд из 2, 3, 4 и 5 колёс. Режим: по фотографии базового узла, наращивание — самостоятельно.

Программа. Программа медленного вращения мотора (мощность 20 %) для наблюдения, с реверсом по нажатию кнопки хаба.

Что рассказать на теории

Зубчатое колесо передаёт движение и усилие соседнему колесу через зацепление зубьев.
Соседние колёса всегда вращаются в противоположных направлениях.
Промежуточное («паразитное») колесо меняет направление, но не меняет передаточное отношение крайних колёс.
Правило чётности: при чётном числе колёс крайние вращаются в разные стороны, при нечётном — в одну.
Реальный аналог: коробка передач заднего хода автомобиля — именно паразитное колесо.

Испытание

Гипотеза: «Направление вращения последнего колеса зависит от общего числа колёс в цепочке». Серия — 4 испытания. В протокол записывают: число колёс в цепочке; направление ведущего; направление последнего; совпадают? (да/нет).

Вопросы на повторение

Почему соседние колёса крутятся в разные стороны?
В точке касания зуб ведущего колеса толкает зуб ведомого, и ведомое поворачивается в обратную сторону.

Сколько колёс поставить, чтобы стрелка вращалась туда же, куда ручка?
Нечётное число — три или пять. Размер колёс на направление не влияет.

Зачем колесо, которое не меняет скорость?
Чтобы развернуть направление вращения или перенести движение дальше, не меняя передаточное отношение.

Инженерный вызов

Для тех, кто справился быстрее: соберите передачу из 6 колёс, у которой крайние вращаются в одну сторону. Правило чётности нарушать нельзя — ищите другое решение (подсказка: передача не обязана быть прямой цепочкой).

Линия поддержки: работает с цепочками из 2 и 3 колёс, помечает направление стрелками на дневнике.
Базовая линия: проводит все 4 опыта, формулирует правило чётности своими словами.
Линия вызова: выполняет вызов через ответвление или коническую пару, объясняет решение группе.

Итог урока

Направление вращения крайнего колеса определяется чётностью числа колёс в передаче; размер колёс на направление не влияет.

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»: Передаточное отношение · Ременная и червячная передачи · Преобразование движения · Рычаг и центр тяжести · Прочность и жёсткость · Разводной мост.

{{title}}