Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: установка досліду
Машинний елемент «зубчасте колесо» - це колесо з рівномірно розподіленими по обводу зубцями. Два або більше зчеплених між собою зубчастих коліс утворюють зубчасту передачу. Зубчасті колеса мають різний розмір і різне число зубців, розташованих так, щоб працювати з певним відношенням швидкостей і обертальних моментів.
Зубчасті передачі застосовують у безлічі пристроїв, щоб забезпечити точне і стабільне передавання сили. Приклад - зубчасті передачі в транспортних засобах: вони передають обертальний момент двигуна на ведучі колеса і створюють різні швидкості та обертальні моменти.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учням потрібні попередні знання про «зубчасті передачі».
Принцип
На одноступеневій передачі слід продемонструвати будову і принцип дії зубчастої передачі.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
На цьому досліді учні мають на прикладі докладніше зрозуміти, як працюють зубчасті передачі, а також де їх застосовують і як їх конструюють.
Завдання
Учні мають звернути увагу на напрямок обертання коліс і сформулювати щодо цього спостереження.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Перетворення частоти обертання й обертального моменту відбувається в передачі завдяки розташуванню зубчастих коліс або шківів різного розміру.
Зміну частоти обертання від ведучого до веденого зубчастого колеса описує так зване передавальне число i. Означують його так:
= частота обертання ведучого колеса
= частота обертання веденого колеса
Якщо передавальне число i дорівнює 2, це конкретно означає, що ведуче колесо обертається вдвічі швидше за ведене.
Теорія (2/2)
Передавальне число можна визначити також через відношення чисел зубців:
= число зубців ведучого колеса
= число зубців веденого колеса
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Вал на магнітному тримачі | 02151-04 | 2 |
| 3 | Зубчасте колесо, Z = 20, m = 2 | 02350-13 | 1 |
| 4 | Зубчасте колесо, Z = 40, m = 2 | 02351-03 | 1 |
| 5 | Ступінчасте колесо | 02360-00 | 1 |
| 6 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 7 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання та виконання
Рис. 2
- Викрути вали з різьбових отворів, насади на кожен по зубчастому колесу і міцно закрути вали; розмісти магнітні тримачі на демонстраційній дошці так, щоб зубці зубчастих коліс входили одні в одні; позначки на зубчастих колесах мають бути одна над одною (рис. 2)
- Настроми корбу на велике зубчасте колесо і зроби нею один оберт; стеж при цьому за рухом обох позначок, а також за напрямком обертання коліс.
- Замалюй напрямки обертання маркером на дошці (рис. 2) і сформулюй висновок зі спостережень.
- Настроми корбу на мале зубчасте колесо і виконай обертання - також у протилежному напрямку - та запиши спостереження.
Протокол
Спостереження
Мале зубчасте колесо робить за той самий час удвічі більше обертів, ніж велике. Напрямки обертання коліс протилежні.
Якщо ж велике зубчасте колесо приводиться в рух малим, то велике за той самий час робить удвічі менше обертів, причому напрямок обертання завжди протилежний.
Опрацювання результатів (1/3)
Зубчасті передачі слугують для передавання сили, а також для передавання далі й перетворення обертальних рухів.
Передавання сили відбувається без прослизання через пару зубчастих коліс, зчеплених за формою, причому кроки T зубчастих коліс (відстані від точки одного зубця до тієї самої точки сусіднього зубця) мають бути однакові.
Для передавання сили визначальним є передавальне число i:
де
= частота обертання ведучого зубчастого колеса, а
= частота обертання веденого зубчастого колеса.
Опрацювання результатів (2/3)
Якщо N - число обертів зубчастого колеса за час t, то справджується:
і, отже,
Колові швидкості зубчастих коліс через відсутність прослизання мають бути однакові:
.
Якщо і - числа зубців, то звідси випливає:
,
.
Опрацювання результатів (3/3)
Отже, передавальне число можна визначити як частку від ділення числа зубців веденого зубчастого колеса на число зубців ведучого. У виконаному досліді і , тобто відношення Отже, менше колесо обертається вдвічі швидше за велике, незалежно від того, веде воно чи його ведуть. Передавальне число в досліді мало спершу значення 1/2, а потім 2/1.
Зауваження
Обертальний момент, який можна передати зубчастою передачею, завдяки зчепленню за формою значно більший за той, що передається пасовою передачею.
Технічні застосування зубчастих передач, які учням загалом мають бути відомі, - це, наприклад, коробки передач в автомобілях або передачі в механічних годинниках.
Завдання
Питання
У зубчастій передачі числа зубців коліс становлять і .
Обчисли, скільки обертів за секунду робить велике колесо (), якщо мале () обертається 5 разів за секунду.
Питання