βίδες mechanical science δραστηριοτήτων Τμήμα Γνώσεων Γνώριζες ότι;

Transcript

1 Τμήμα Γνώσεων Κοχλίες: Η βίδα Engino μπορεί να έχει δύο λειτουργίες, η μία συνδυασμός βίδας και περικοχλίου και η άλλη συνδυασμός οδοντοτροχού και κοχλία. Όπως έχεις δει από τα προηγούμενα πειράματα, με τη χρήση κοχλία μπορείς να μειώσεις την ταχύτητα κατά πολύ, για να αυξάνεις την δύναμη που παράγεται. Ο συνδυασμός κοχλία και οδοντωτού τροχού ονομάζεται μηχανισμός κοχλία και αυτό το στήσιμο, συγκρινόμενο με ένα συνηθισμένο κιβώτιο ταχυτήτων, χρειάζεται πολύ λιγότερο χώρο, αυξάνει την ροπή και επίσης αλλάζει την κατεύθυνση του περιστρεφόμενου άξονα 90 μοίρες. Μηχανισμός κοχλία σε γερανό Γνώριζες ότι; Το μηχανικό πλεονέκτημα, όπως ορίζεται στο προηγούμενο κεφάλαιο, είναι ο αριθμός με τον οποίο πολλαπλασιάζεται η δύναμη. Υπάρχει ακόμα ένας όρος που χρησιμοποιείται όταν μιλούμε για οδοντοτροχούς, ο λόγος οδοντοτροχού (Λ.Ο.). Ο Λ.Ο., εκφράζει την μείωση (ή αύξηση) της ταχύτητας του οδοντωτού τροχού σε σύγκριση με τον άξονα. Βασικά αυτό είναι το ίδιο με το μηχανικό πλεονέκτημα, αλλά ο όρος Λ.Ο. δίνει έμφαση στην ταχύτητα ενώ το μηχανικό πλεονέκτημα στη δύναμη. κοχλίας οδοντοτροχός Με μηχανισμό κοχλία η κίνηση μπορεί να αλλάξει κατά 90 μοίρες Ας εξετάσουμε το μηχανισμό κοχλία. Πόσες στροφές έκανε ο κοχλίας για να κάνει μια πλήρη περιστροφή ο οδοντωτός τροχός; Στη δραστηριότητα 1 πρέπει να έχεις βρει ότι ο οδοντοτροχός έχει 30 δόντια, και ότι ο κοχλίας πρέπει να κάνει 30 περιστροφές για να κάνει ο οδοντοτροχός μια. Αυτό σημαίνει ότι ο Λ.Ο. είναι 30:1 και η ταχύτητα μειώνεται 30 φορές. Και η δύναμη; Αν η ταχύτητα μειώνεται 30 φορές τότε η δύναμη αυξάνεται 30 φορές! Γενικά, για να κάνει μια περιστροφή ο οδοντοτροχός, ο κοχλίας πρέπει να κάνει όσες περιστροφές είναι τα δόντια του τροχού. Η εικόνα που ακολουθεί εξηγεί γιατί. Ο κοχλίας Engino, όταν ενωθεί με τον μεσαίο οδοντωτό τροχό, μειώνει τις rpm του άξονα 18 φορές! 17 απόσταση σπείρας (βήμα) Όταν εκραγεί το λάστιχο του αυτοκινήτου, αυτά τραβάει το τιμόνι και έτσι μπορεί να γίνει ατύχημα. Σήμερα, το υδραυλικό τιμόνι έχει μειώσει το κίνδυνο αυτό αφού ελέγχει τους τροχούς με υδραυλικά συστήματα. Στις αρχές του 0ού αιώνα, τα αυτοκίνητα σχεδιάζονταν με ένα κοχλία στο σύστημα ταχυτήτων ώστε το φαινόμενο αυτό να ελαχιστοποιείται, εξαιτίας τις δυνατότητας του κοχλία να αντιστέκεται στην κίνηση του οδοντοτροχού. Ακόμη μια παράξενη εφαρμογή του κοχλία είναι σαν ο μηχανισμός κουρδίσματος διαφόρων μουσικών οργάνων όπως κιθάρας, μπουζουκιού και άλλων. Η ικανότητα να μειώνει κατά πολύ την κίνηση επιτρέπει στους μουσικούς να ρυθμίσουν το όργανό τους. Πως; Μία μικρή κίνηση από τον μουσικό αλλάζει ελάχιστα την ένταση στη χορδή, επιτρέποντας ακρίβεια. Μηχανισμός κοχλία σε μια κιθάρα Παράδειγμα μηχανισμού κοχλία ο οποίος ανοίγει μια πύλη. Η θέση της πύλης δεν μπορεί να αλλάξει εξαιτίας του μηχανισμού αυτού. Μηχανισμός καστάνιας Στο μοντέλο περιστρεφόμενου γερανού, το φορτίο ανέβαινε τυλίγοντας τη χορδή σε ένα άξονα ενωμένο στον μεσαίο οδοντωτό τροχό Engino. Ο οδοντωτός τροχός μπορεί να γυρίσει για να ανεβεί το φορτίο, και ενώ γυρίζει ένα κόκκινο κομμάτι μπαίνει στα δόντια του, εμποδίζοντάς το να γυρίσει από την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτός είναι ο μηχανισμός καστάνιας, ο οποίος χρησιμοποιείται όταν θέλουμε κίνηση μόνο προς μια κατεύθυνση. Παρόμοιος με τον μηχανισμό κοχλία, ο οποίος κλειδώνει και δεν επιτρέπει αντίθετη κίνηση, ο μηχανισμός καστάνιας δουλεύει μόνο προς μια κατεύθυνση. Στα δεξιά μπορείτε να δείτε τα τρία στοιχεία του μηχανισμού αυτού: ο οδοντοτροχός, το ελατήριο και το νύχι. Το νύχι ανεβαίνει εύκολα τις ομαλές πλευρές των δοντιών, αλλά το ελατήριο το σπρώχνει στο κενό μεταξύ των δοντιών, έτσι δεν κινείται αντίθετα. μηχανισμός καστάνιας μέσα! η καστάνια κλειδώνει και η βίδα γυρίζει ΤΡΑΒΗΞΕ ελεύθερη περιστροφή χωρίς βίδωμα ΣΠΡΩΞΕ Οι μηχανισμοί κοχλία έχουν πολλές εφαρμογές στις οποίες θέλουμε να μειώσουμε την ταχύτητα, για παράδειγμα στα κιβώτια ταχυτήτων. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του μηχανισμού κοχλία είναι ότι κινείται μόνο προς μια κατεύθυνση, αυτή του κοχλία. Αν επιχειρήσεις να γυρίσεις τον οδοντοτροχό δεν θα κινείται. Αυτό μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο σε εφαρμογές όπου χρειαζόμαστε μια ασφαλή, μονόδρομη κίνηση (γερανούς, για να μην πέφτει το φορτίο). Από την άλλη όμως, το μειονέκτημα των μηχανισμών κοχλία είναι οι μεγάλη τριβή που υπάρχει, έτσι πρέπει να χρησιμοποιούνται λιπαντικά συνεχώς. νύχι που εφαρμόζει στο κενό μεταξύ των δοντιών, εμποδίζοντάς το να κινηθεί πίσω ελατήριο που σπρώχνει το νύχι πίσω στα δόντια οδοντοτροχός με ασύμμετρα δόκατεύθυνση ντια τα οποία επιτρεπτής έχουν πιο απότοκίνησης μη κλίση στη μία πλευρά για να παγιδεύουν το Ο μηχανισμός καστάνιας νύχι Όταν το δόντια κινηθούν στη αντίθετη (πίσω) κατεύθυνση, το νύχι θα μαγκώσει στο πρώτο δόντι που θα συναντήσει, σταματώντας έτσι οποιαδήποτε κίνηση προς εκείνη την κατεύθυνση. Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό, ιδιαίτερα στην ασφάλεια, καθώς όταν σηκώνουμε ένα βαρετό φορτίο θα έπεφτε αν δεν το κρατούσε η καστάνια. Είναι επίσης ένας πολύ χρήσιμος μηχανισμός σε πολλά εργαλεία, όπως στο κλειδί καστάνιας που παρουσιάσαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο και φαίνεται στην εικόνα στα αριστερά. Το κλειδί καστάνιας σε δράση Ο μηχανισμός καστάνιας μας επιτρέπει να γυρίζουμε μια βίδα σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση συνεχώς. Πως; Με το να σπρώχνουμε και να τραβούμε συνεχώς το κλειδί. Με κάθε τράβηγμα η καστάνια κλειδώνει και ασκεί δύναμη στη βίδα. Με κάθε σπρώξιμο η καστάνια ελευθερώνεται και γυρίζει μέχρι να είμαστε σε μια βολική θέση να τραβήξουμε. Ακόμη ένα έξυπνο χαρακτηριστικό του κλειδιού αυτού είναι ότι μπορείς να αντιστρέψεις την κατεύθυνση που κλειδώνει η καστάνια, και έτσι μπορείς να ξεβιδώσεις την βίδα, ασκώντας δύναμη τώρα όταν σπρώχνεις! Ένας μικρός μηχανισμός καστάνιας 18

2 Επανάληψη στους οδοντοτροχούς: Ο κοχλίας δεν μπορεί να δουλέψει από μόνος του! Απαιτεί και οδοντοτροχούς για να λειτουργήσει. Στο σετ Engino υπάρχει μια σειρά αυτών για να κτίσεις διάφορα μοντέλα και να μάθεις πως μπορούν να αλλάξουν την ταχύτητα, κατεύθυνση της κίνησης, ακόμη και τη δύναμη. Μπορείς να μάθεις περισσότερα στο Μηχανική Επιστήμη: Οδοντωτοί Τροχοί. Ας δούμε τους κύριους τύπους και τις εφαρμογές τους: Οδοντοτροχοί κορώνας Engino Μεταφορά κίνησης και δύναμης με οδοντοτροχούς Engino. Πρόσεξε ότι οι οδοντωτοί τροχοί περιστρέφονται αντίστροφα. Κωνικοί οδοντοτροχοί σε κιβώτιο ταχυτήτων αυτοκινήτου Κωνικοί οδοντοτροχοί σε μια μηχανή Που χρησιμοποιούμε οδοντοτροχοί; Οι οδοντοτροχοί βρίσκονται σχεδόν σε όλες τις μηχανές που έχουν κινούμενα μέρη. Υπάρχουν πολλοί τύποι, ανάλογα με την εφαρμογή. Τα χρησιμοποιούμε για να: Μεταφέρουμε κίνηση από ένα σημείο σε άλλο. Αντιστρέψουμε την κατεύθυνση περιστροφής. Αυξομειώσουμε την ταχύτητα περιστροφής. Αλλάξουμε τον άξονα περιστροφής. Αυξομειώσουμε τη δύναμη μιας μηχανής. Ένα σύνθετο κιβώτιο ταχυτήτων μοντέρνου αυτοκινήτου Φορητό σύστημα μουσικής Μια παλιά πύλη ορυχείου που ανοίγει με διπλό σύστημα οδοντωτού κανόνα Με τους οδοντοτροχούς, επειδή δεν γλιστρούν, μπορούμε να κρατήσουμε την περιστροφή δύο αξόνων συγχρονισμένη. Ο οδοντωτός τροχός που κινείται από ένα κινητήρα ή από το χέρι μας είναι ο κινητήριος (εισαγωγή). Ο οδοντωτός τροχός που είναι ενωμένος σε αυτό είναι ο κινούμενος (παραγωγή). Όταν ο κινητήριος είναι μεγαλύτερος, η ταχύτητα αυξάνεται και η ροπή μειώνεται. Το αντίθετο συμβαίνει όταν ο κινητήριος είναι μικρότερος. κινητήριο: μικρός οδοντωτός τροχός Ο αλυσωτός ιμάντας χρησιμοποιείται μαζί με ειδικούς οδοντοτροχούς με δόντια για αλυσίδα Κιβώτιο ταχυτήτων σε ρολόι Κιβώτιο ταχυτήτων Για να μειωθεί η ταχύτητα ο κινητήριος οδοντοτροχός πρέπει να είναι ο μικρότερος 19 Σύνθετος συρμός ατέρμονων οδοντοτροχών Σύστημα οδοντωτού κανόνα Engino Οι οδοντωτοί τροχοί μπορούν να μετατραπούν για να ενωθούν από απόσταση, όπως για παράδειγμα στα ποδήλατα, που τα πετάλια είναι μακριά από τον τροχό. Αυτού του τύπου οι οδοντοτροχοί ενώνονται με μια αλυσίδα η οποία μεταφέρει ροπή και περιστροφική κίνηση. Ο αλυσωτός ιμάντας χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές και είναι παρόμοιος με τον ιμάντα τροχαλίας, ακόμη μια απλή μηχανή που βρίσκεται στο Μηχανική Επιστήμη: Τροχαλίες. Κατασκευή Πρόκληση Ο μηχανισμός κοχλία είναι ο καλύτερος τρόπος να μειώσεις την ταχύτητα σε μεγάλο βαθμό χρησιμοποιώντας μόνο κομμάτια. Μπορούμε όμως να μειώσουμε την ταχύτητα ενός συστήματος αν χρησιμοποιήσουμε πολλούς οδοντοτροχούς. Δύο οδοντωτοί τροχοί διαφορετικού μεγέθους δημιουργούν ένα σύνθετο οδοντοτροχό. Στην εικόνα του ρολογιού, φαίνονται πολλοί σύνθετοι οδοντοτροχοί μαζί, δημιουργώντας έτσι ένα κιβώτιο ταχυτήτων. κινούμενο: μεγαλύτερος οδοντωτός τροχός Ακόμη ένα σύστημα οδοντοτροχών που είναι πολύ χρήσιμο στο να μετατρέπει την περιστροφική κίνηση σε γραμμική είναι το σύστημα οδοντωτού κανόνα. Αυτό αποτελείται από ένα επίπεδο οδοντοτροχό και ένα ατέρμονα οδοντοτροχό. Αυτό χρησιμοποιείται πολύ σε πύλες και τρυπάνια. Υπάρχει στο σετ σου. Οι γερανοί χρησιμοποιούνται σε εργοτάξια και οπουδήποτε υπάρχει η ανάγκη να σηκώσουμε και να μεταφέρουμε βαριά αντικείμενα. Μπορείς να κτίσεις ένα γερανό με τα κομμάτια Εngino σου το οποίο θα χρησιμοποιεί τον κοχλία σαν τον περιστρεφόμενο γερανό αλλά παρά να περιστρέφει το βραχίονα να τον ανεβοκατεβάζει; Αυτός ο γερανός δεν χρειάζεται να τυλίγει το σκοινί, αφού ο ίδιος ο βραχίονας θα σηκώνεται αφού μαζέψει το φορτίο. Δες την εικόνα στα δεξιά και προσπάθησε να κτίσεις το μοντέλο αυτό, κερδίζοντας βαθμούς αν το κάνεις σωστά. Πρόσεξε ότι αυτός ο γερανός χρησιμοποιεί τροχαλίες για να σηκώσει το φορτίο. Το μοντέλο σου πρέπει να χρησιμοποιεί κοχλία! Αν χρειάζεσαι βοήθεια, ακολούθα απλά τις οδηγίες στις σελίδες 7-8 στο εγχειρίδιο κατασκευής: Βίδες και Κοχλίες της Engino. Έλεγχος Γνώσεων Τύποι οδοντοτροχών: Ο οδοντοτροχός που χρησιμοποιείται με τον κοχλία ονομάζεται ατέρμονας οδοντοτροχός, όπως στην εικόνα στα αριστερά. Όμως, οι οδοντοτροχοί Engino έχουν δύο εφαρμογές: ενώνονται σαν ατέρμονες οδοντοτροχοί στο ίδιο επίπεδο αλλά επίσης ενώνονται και σε κάθετα επίπεδα, αλλάζοντας την κατεύθυνση περιστροφής 90 μοίρες. Αυτού του τύπου οι οδοντωτοί τροχοί ονομάζονται κορώνας εξαιτίας του σχήματός τους που είναι σαν κορώνα! Ένας πιο αποδοτικός τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε τα κωνικά γρανάζια, τα οποία είναι φτιαγμένα μόνο για αυτό το σκοπό. έλεγξε τι έχεις μάθει Τι είναι ο μηχανισμός κοχλία και τι πετυχαίνει; Ποιο είναι το μηχανικό πλεονέκτημα του κοχλία; Τι είναι ο μηχανισμός καστάνιας και που χρησιμοποιείται; Γερανός με βραχίονα ανύψωσης Ποιοι είναι οι κύριοι τύποι οδοντοτροχών; 0

3 Ώρα για το τελικό Τεστ Γνώσεων! Είμαι σίγουρος ότι έχεις διασκεδάσει με αυτό το και ότι είχες ένα ευχάριστο ταξίδι στον υπέροχο κόσμο των βιδών και κοχλιών! Πριν αποχαιρετιστούμε, ας ελέγξουμε τι έχεις μάθει κάνοντας όλα τα πειράματα και διαβάζοντας όλα αυτά για την μηχανική επιστήμη. Προσπάθησε να λύσεις τις ασκήσεις που ακολουθούν, γράφοντας τις απαντήσεις σου στο χώρο που σου δίνεται. Μπορείς να βρεις τις λύσεις στο τέλος του υ και για κάθε σωστή απάντηση θα παίρνεις τους βαθμούς που αναγράφονται. Πρόσθεσε τους βαθμούς σου (και των προηγούμενων ασκήσεων) και δες την βαθμολογία σου στην Μηχανική Επιστήμη, στο τομέα των βιδών και κοχλιών. Άσκηση 1 (α) Μπορείς να αναγνωρίσεις τα βασικά στοιχεία της βίδας; Συμπλήρωσε τη πιο κάτω εικόνα με τις λέξεις στο κουτί. (3.5 βαθμοί) σπείρα, κορυφή, κεφαλή, μήκος, βήμα, περικόχλιο, στέλεχος Άσκηση 3 Συμπλήρωσε το διάγραμμα με τις λέξεις στο κουτί. Γράψε επίσης κάτω από κάθε κουτί ποιος οδοντοτροχός είναι ο κινούμενος και ποιος ο κινητήριος. Μπορείς να δείξεις την κατεύθυνση της κίνησης με βέλη; ( βαθμοί) Άσκηση 4 Ένα κυκλικό πριόνι, παρόμοιο με αυτό στην εικόνα στα δεξιά, δουλεύει με τη βοήθεια μηχανισμού κοχλία, όπου ο κοχλίας περιστρέφει ένα οδοντοτροχό ο οποίος είναι συνδεδεμένος στην λεπίδα, για να κόψει ένα υλικό. α) Μπορείς να υπολογίσεις το λόγο οδοντοτροχών, αν το έχει 40 δόντια; ( βαθμοί) άξονας, κινητήριος, κοχλίας, οδοντοτροχός, κινούμενος β) Τι σημαίνει το αποτέλεσμά σου για την ταχύτητα του μηχανισμού κοχλία; ( βαθμοί) (β) Μπορείς να εξηγήσεις πως η βίδα και το περικόχλιο δουλεύουν μαζί; (0.5 βαθμός) Άσκηση 5 Συμπλήρωσε τις προτάσεις πιο κάτω με τις λέξεις από το κουτί. (3 βαθμοί) οδοντοτροχό, ακέφαλη, γραμμική, κύλινδρος, περιστροφική, περικόχλιο, περιστρέφει, συνδετήρας, επιφάνεια, κεκλιμένο επίπεδο, κοχλίας Η... είναι ένας... με ένα... τυλιγμένο γύρω από την... του. Είτε σαν... ή με..., η βίδα μετατρέπει... κίνηση σε.... Ο... είναι στην πραγματικότητα μια... βίδα που... ένα.... Άσκηση Γράψε τουλάχιστον 4 από τα κύρια εργαλεία που χρησιμοποιούνται για να σφίξουν. ( βαθμοί) Άσκηση 6 Η εικόνα στα δεξιά δείχνει ένα βίντσι το οποίο χρησιμοποιείται σε ένα εργοτάξια για να σηκώνει ή να κατεβάζει βαριά αντικείμενα. Σε ένα βίντσι, χρησιμοποιείται ένας συγκεκριμένος μηχανισμός για ασφάλεια, ο οποίος βρίσκεται επίσης και σε πλοία για να ανεβάζει και να κατεβάζει την άγκυρα και σε γερανούς. Μπορείς να αναγνωρίσεις τον μηχανισμό και να τον δείξεις στην εικόνα; Ποια είναι τα κύρια στοιχεία του και πως δουλεύει; (4 βαθμοί) 1

4 Άσκηση 7 Άσκηση 9 Το μήκος σπείρας της βίδας στα αριστερά είναι 80 mm ενώ το περικόχλιο μπορεί να ταξιδέψει μόνο 40 mm. Μπορεί να χρειαστείς μια υπολογιστική μηχανή. Η Τζένιφερ, ο Ματθαίος, ο Αντρέας και η Αγγέλα περιγράφουν τους τύπους των βιδών. Μπορείς να γράψεις δίπλα από κάθε κουτί το όνομα τις βίδας στην οποία αναφέρονται; ( βαθμοί) α) Μπορείς να υπολογίσεις το μηχανικό πλεονέκτημα χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες; (1 βαθμός) Έχει επίπεδη άκρη, δεν έχει κεφαλή και μερικές φορές χρησιμοποιείται με περικόχλιο. Περνά μέσα από μια σπειρωτή τρύπα ενός εξωτερικού αντικειμένου για να ασφαλιστεί σε ένα εσωτερικό αντικείμενο για να εμποδίσει την κίνηση. β) Τι σημαίνει το μηχανικό πλεονέκτημα σε σχέση με την κίνηση και τη δύναμη; (1 βαθμός) Βρίσκεται σε διάφορα μεγέθη και υλικά, ανάλογα με την επιφάνεια που θέλουμε να κάνουμε μια κυλινδρική τρύπα. γ) Ξέροντας το Μ.Π. που μόλις υπολόγισες και τη διάμετρο (Δ) της βίδας που είναι 5 mm, ποιο είναι το μέγεθος του βήματος; (1 βαθμός) Έχει μυτερή άκρη και μερικές φορές χρησιμοποιείται για να ασφαλίσει μια μεταλλική πλάκα σε ξύλο. Άσκηση 8 Μπορείς να αναγνωρίσεις ποιες από τις ακόλουθες εικόνες έχουν τα χαρακτηριστικά τις βίδας και ποια του κοχλία; Γράψε την απάντησή σου στο κουτί κάτω από κάθε εικόνα. (3 βαθμοί) Έχει επίπεδη άκρη και χρησιμοποιείται για να ασφαλίσει αντικείμενα μαζί τα οποία έχουν τρύπες για να περάσει από μέσα (με περικόχλιο). Άσκηση 10 Άνοιγμα μπουκάλας Κεφαλή κιθάρας Κυκλική σκάλα Κάτω υπάρχουν δύο σειρές: μια με εικόνες κεφαλών, η άλλη με το όνομα κάθε κεφαλής. Μπορείς να ενώσεις κάθε εικόνα με το όνομα της; (3 βαθμοί) Αυλακωτό κεφάλι Κινητήρας 3 Γλόμπος Σταυρωτό κεφάλι Κεφάλι βίδας Ρόμπερτσον Κεφάλι εξωτερικού εξαγώνου Τετράγωνο κεφάλι Κεφάλι εσωτερικού εξαγώνου Μεταφορά σταφυλιών 4

5 Σχόλια και Λύσεις Παρατηρήσεις & άλλες δραστηριότητες 1) ΜΗΚΟΣ ΒΙΔΑΣ = περίπου 60mm - ΜΗΚΟΣ ΣΠΕΙΡΑΣ/ΜΗΚΟΣ ΒΙΔΑΣ = 5 Τι είναι ακριβώς η βίδα; ) εισαγωγή Πείραμα 1 [1] βήμα, 3: Όταν ο στρόφαλος γυρίζει, οι σύνδεσμοι που είναι στην πλατφόρμα του μοντέλου ανεβαίνουν και έτσι ανεβαίνει και η πλατφόρμα. [] βήμα 3, 3: Η πλατφόρμα ανεβαίνει με πολύ λίγη δύναμη. [3] βήμα 4, 3: παραγωγή μοχλοί 3) ΒΗΜΑ (ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΔΟΝΤΙΩΝ) = 6 mm, ΠΕΡΙΜΕΤΡΟΣ = 300/10=30 mm 4) Ο λόγος της ΠΕΡΙΜΕΤΡΟΥ διά του ΒΗΜΑΤΟΣ είναι 30/6=5 και ο λόγος του ΜΗΚΟΥΣ ΣΠΕΙΡΑΣ/ΜΗΚΟΣ ΒΙΔΑΣ = 300/60=5, οι οποίοι είναι ακριβώς οι ίδιοι. Αυτό είναι λογικό, καθώς οι δύο λόγοι μετρούν το ίδιο πράγμα, ο ένας στην πλήρη κλίμακα της βίδας και ο άλλος απομονώνοντας την σπείρα της. Αυτό σημαίνει ότι η απόσταση που καλύπτει το περικόχλιο (παραγωγή) είναι περίπου 5 φορές μικρότερη από την απόσταση που εισάγεται, η οποία είναι το μήκος σπείρας. Άρα συμπεράνουμε ότι το μηχανικό πλεονέκτημα της βίδας είναι 5 το οποίο σημαίνει ότι η απόσταση που καλύπτεται από το περικόχλιο μειώνεται 5 φορές αλλά η δύναμη που ασκείται για να γυρίσει ο στρόφαλος αυξάνεται 5 φορές. Παρατηρήσεις & άλλες δραστηριότητες ( 4) 1) Τεστ Γνώσεων ( βαθμοί) περικόχλιο κοχλίας ) (α) Υπάρχουν τρεις τύποι κίνησης. Ο στρόφαλος κάνει περιστροφική κίνηση η οποία μετατρέπεται σε γραμμική από το μηχανισμό βίδας και περικοχλίου. Η πλατφόρμα, εξαιτίας των συνδέσμων παράλληλης κίνησης, κάνει γραμμική κίνηση αλλά κάθετα. (β) ΥΨΟΣ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ = 130 mm ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΠΕΡΙΚΟΧΛΙΟΥ = 65 mm ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΣ ΣΤΡΟΦΑΛΟΥ = 8 3) Αν προσπαθήσεις να σπρώξεις την πλατφόρμα, δεν θα τα καταφέρεις. Είναι αδύνατο να ανεβάσεις ή να κατεβάσεις την πλατφόρμα με το χέρι σου, και φαίνεται να δουλεύει μόνο σε μία κατεύθυνση, αυτή της βίδας. Τεστ Γνώσεων 1 ( βαθμοί) Ο μηχανισμός της βίδας και του περικοχλίου χρησιμοποιείται για να μετατρέπει την περιστροφική κίνηση σε γραμμική. Η βίδα σαν κεκλιμένο επίπεδο Πείραμα [1] βήμα, 10: Όταν γυρίζει ο στρόφαλος, η βίδα περνάει μέσα από το σταθερό περικόχλιο για να ανεβεί ή να κατεβεί η πλάκα. Σαν αποτέλεσμα, όπως στο Πείραμα 1, όταν σπρώχνεις την πλάκα με το χέρι σου δεν μετακινείται. [] βήμα 3, 10: Η ράβδος που βρίσκεται στο στόμα της πρέσας μπορεί να αφαιρεθεί εύκολα καθώς δεν είναι αρκετά ασφαλισμένη. [3] βήμα 4, 10: Με μια μικρή δύναμη, ο στρόφαλος περιστρέφεται λίγο, ασφαλίζοντας τη ράβδο στο στόμα της πρέσας, κάνοντας το πολύ δύσκολο να αφαιρέσεις τη ράβδο. Με άλλα λόγια, η δύναμη που ασκείται για να γυρίσει ο στρόφαλος λίγο, είναι πολύ λιγότερη από τη δύναμη που χρειάζεται για να αφαιρεθεί η ράβδος. [4] βήμα 5, 10: ΜΗΚΟΣ ΣΠΕΙΡΑΣ = γύρω στα 300 mm. 5 Αν η σπείρα είναι πυκνή, το περικόχλιο θα ταξιδέψει την ίδια απόσταση αλλά η βίδα πρέπει να περιστραφεί περισσότερες φορές. Το μήκος σπείρας της βίδας είναι μεγαλύτερο, που σημαίνει ότι η δύναμη που παράγεται είναι μεγαλύτερη από την εισαγωγή (και η απόσταση μικρότερη). Αυτό που κερδίζουμε σε δύναμη χάνουμε σε απόσταση. Τι είναι ακριβώς ο οδοντοτροχός; Πείραμα 3 [1] βήμα, 15: Όταν γυρίζει ο στρόφαλος, ο κοχλίας γυρίζει τον οδοντοτροχό, ο οποίος είναι ενωμένος με τον περιστρεφόμενο βραχίονα, και τον βλέπουμε να περιστρέφεται. [] βήμα 3, 15: Με το φορτίο να κρέμεται από τον γάντζο του γερανού, είναι λίγο πιο δύσκολο να περιστρέψουμε τον βραχίονα, αλλά αυτή η διαφορά είναι ασήμαντη. [3] βήμα 4, 15: ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΣ ΣΤΡΟΦΑΛΟΥ = 30 [4] βήμα 5, 15: ΔΟΝΤΙΑ ΜΕΓΑΛΟΥ ΟΔΟΝΤΟΤΡΟΧΟΥ = 30 Παρατηρήσεις & άλλες δραστηριότητες 1) Τα αποτελέσματα και στα δύο βήματα είναι τα ίδια. Αυτό σημαίνει ότι για να περιστραφεί πλήρως ο βραχίονας, ο μεγάλος οδοντοτροχός πρέπεί να μετακινηθεί 30 δόντια και ταυτόχρονα ο στρόφαλος να κάνει 30 περιστροφές. Γενικά, μια πλήρης περιστροφή του στροφάλου αντιστοιχεί σε κίνηση ενός δοντιού στον μεγάλο οδοντοτροχό. ) Όταν προσπαθείς να μετακινήσεις το βραχίονα άμεσα με το χέρι σου, θα νιώσεις μια αντίσταση και έτσι τίποτα δεν θα συμβεί. Ο οδοντοτροχός κλειδώνει και δεν επιτρέπει καμία κίνηση. Αυτό σημαίνει ότι το στήσιμο αυτό των οδοντοτροχών δουλεύει μόνο προς μια κατεύθυνση, αυτή της βίδας/κοχλία. 3) α. Αυτός ο μηχανισμός φαίνεται να επιτρέπει κίνηση μόνο προς μια κατεύθυνση, προς τα πάνω. Χρησιμοποιείται για ασφάλεια, για να μην πέφτει το φορτίο όταν σταματάμε να το σηκώνουμε. β. Όταν ο μεσαίος οδοντοτροχός γυρίζει, το φορτίο ανεβαίνει. Αν σταματήσουμε να γυρίζουμε την τροχαλία, το φορτίο κρέμεται στον αέρα, χωρίς να κινείται πάνω ή κάτω. γ. Αν μετακινήσεις το κόκκινο κομμάτι ενώ το φορτίο είναι στον γάντζο, θα παρατηρήσεις ότι το φορτίο αρχίζει να πέφτει. Τεστ Γνώσεων 3 ( βαθμοί) Για μια πλήρη περιστροφή του οδοντοτροχού 50 δοντιών, ο κοχλίας Engino θα περιστραφεί 50 φορές. Συνεπώς, για μισή περιστροφή του οδοντοτροχού, ο κοχλίας Engino θα πρέπει να κάνει 5 περιστροφές. 6

6 Ώρα για το τελικό τεστ γνώσεων! Άσκηση 1 (4 βαθμοί) Μπορείς να αναγνωρίσεις τα βασικά στοιχεία της βίδας; Συμπλήρωσε τη πιο κάτω εικόνα με τις λέξεις στο κουτί. Άσκηση 4 (4 βαθμοί) Ένα κυκλικό πριόνι, παρόμοιο με αυτό στην εικόνα στα δεξιά, δουλεύει με τη βοήθεια μηχανισμού κοχλία, όπου ο κοχλίας περιστρέφει ένα οδοντοτροχό ο οποίος είναι συνδεδεμένος στην λεπίδα, για να κόψει ένα υλικό. α) Μπορείς να υπολογίσεις το λόγο οδοντοτροχών, αν έχει 40 δόντια; στέλεχος κορυφή βήμα σπείρα, κορυφή, κεφαλή, μήκος, βήμα, περικόχλιο, στέλεχος Λ.Ο. Αριθμός δοντιών οδοντοτροχού 40 = = = 40 Αριθμός δοντιών κοχλία 1 κεφαλή σπείρα περικόχλιο β) Τι σημαίνει το αποτέλεσμά σου για την ταχύτητα του μηχανισμού κοχλία; Ο κοχλίας μειώνει την ταχύτητα του οδοντοτροχού 40 φορές, που σημαίνει ότι η λεπίδα θα κινείται με ταχύτητα 40 φορές λιγότερη του κινητήρα. Άσκηση 5 (3 βαθμοί) Συμπλήρωσε τις προτάσεις πιο κάτω με τις λέξεις από το κουτί. μήκος (α) Μπορείς να εξηγήσεις πως η βίδα και το περικόχλιο δουλεύουν μαζί; Η βίδα περιστρέφεται και κινείται μπροστά ή πίσω σε ένα περικόχλιο με εσωτερική σπείρα για να ασφαλίζει αντικείμενα μαζί. Η περιστροφική κίνηση της βίδας μετατρέπεται σε γραμμική όταν κινείται μέσα στο περικόχλιο. Άσκηση ( βαθμοί) Υπάρχουν πολλά εργαλεία για, τα κυριότερα είναι: (1) Κατσαβίδια, τα οποία χωρίζονται σε σταυρωτά και γραμμωτά. () Κλειδιά άλεν, τα οποία είναι εξάγωνα και χρησιμοποιούνται για με εσωτερική εξάγωνη κεφαλή. (3) Κλειδιά, τα οποία χρησιμοποιούνται για μεγαλύτερες με εξάγωνη κεφαλή και για περικόχλια. (4) Γαλλικά κλειδιά, τα οποία είναι κλειδιά με στόμα το οποίο προσαρμόζεται σε διάφορα μεγέθη βιδών και περικοχλίων Άλλη επιλογή...(5) Η καστάνια η οποία δουλεύει όπως ένα κλειδί αλλά επιτρέπει συνεχόμενο βίδωμα και παγιδεύει το κεφάλι της βίδας εντελώς. Άσκηση 3 ( βαθμοί) Συμπλήρωσε το διάγραμμα με τις λέξεις στο κουτί. Γράψε επίσης κάτω από κάθε κουτί ποιος οδοντοτροχός είναι ο κινούμενος και ποιος ο κινητήριος. Μπορείς να δείξεις την κατεύθυνση της κίνησης με βέλη; κοχλιας κινητήριο άξονας άξονας, κινητήριος, κοχλίας, οδοντοτροχός, κινούμενος Η βίδα είναι ένας κύλινδρος με ένα κεκλιμένο επίπεδο τυλιγμένο γύρω από την επιφάνειά του. Είτε σαν συνδετήρας ή με περικόχλιο, η βίδα μετατρέπει περιστροφική κίνηση σε γραμμική. Ο μηχανισμός κοχλία είναι στην πραγματικότητα μια ακέφαλη βίδα που περιστρέφει ένα οδοντοτροχό. Άσκηση 6 (4 βαθμοί) οδοντοτροχό, ακέφαλη, γραμμική, κύλινδρος, περιστοφική, περικόχλιο, περιστρέφει, συνδετήρας επιφάνεια, κεκλιμένο επίπεδο, κοχλίας Η εικόνα κάτω δείχνει ένα βίντσι το οποίο χρησιμοποιείται σε ένα εργοτάξια για να σηκώνει ή να κατεβάζει βαριά αντικείμενα. Σε ένα βίντσι, χρησιμοποιείται ένας συγκεκριμένος μηχανισμός για ασφάλεια, ο οποίος βρίσκεται επίσης και σε πλοία για να ανεβάζει και να κατεβάζει την άγκυρα και σε γερανούς. Μπορείς να αναγνωρίσεις τον μηχανισμό και να τον δείξεις στην εικόνα; Ποια είναι τα κύρια στοιχεία του και πως δουλεύει; Ο μηχανισμός που χρησιμοποιείται στο βίντσι ονομάζεται μηχανισμός καστάνιας και είναι κατάλληλος για μηχανές στις οποίες θέλουμε κίνηση μόνος προς μια κατεύθυνση γιατί κλειδώνει και δεν επιτρέπει κίνηση στην αντίθετη κατεύθυνση. Τα κύρια στοιχεία του είναι ο οδοντοτροχός, το νύχι και το ελατήριο. Το νύχι ανεβαίνει τις ομαλές πλευρές των δοντιών, με το ελατήριο να το σπρώχνει στο κενό μεταξύ των δοντιών καθώς περνά την κορυφή. Αν ο οδοντοτροχός κινηθεί στην αντίθετη μεριά, το νύχι θα πιαστεί και θα κλειδώσει τον μηχανισμό, εμποδίζοντας οποιαδήποτε κίνηση σε εκείνη την κατεύθυνση. οδοντοτροχός 7 κινούμενο 8

7 Άσκηση 7 (3 βαθμοί) Άσκηση 9 ( βαθμοί) α) Μπορείς να υπολογίσεις το μηχανικό πλεονέκτημα χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες; Η Τζένιφερ, ο Ματθαίος, ο Αντρέας και η Αγγέλα περιγράφουν τους τύπους των βιδών. Μπορείς να γράψεις δίπλα από κάθε κουτί το όνομα τις βίδας στην οποία αναφέρονται; Μήκος σπείρας της βίδας M.Π. = 80 = Απόσταση περικοχλίου => M.Π. = 7 Έχει επίπεδη άκρη, δεν έχει κεφαλή και μερικές φορές χρησιμοποιείται με περικόχλιο. Περνά μέσα από μια σπειρωτή τρύπα ενός εξωτερικού αντικειμένου για να ασφαλιστεί σε ένα εσωτερικό αντικείμενο για να εμποδίσει την κίνηση. 40 β) Τι σημαίνει το αποτέλεσμα για το Μ.Π. που βρήκες; Σημαίνει ότι η κίνηση εισαγωγής είναι 7 φορές μεγαλύτερη από την παραγωγή, αλλά παίρνουμε δύναμη 7 φορές μεγαλύτερη. Η δύναμή μας δηλαδή πολλαπλασιάζεται 7 φορές. γ) Ξέροντας το Μ.Π. που μόλις υπολόγισες και τη διάμετρο (Δ) της βίδας που είναι 5 mm, ποιο είναι το μέγεθος του βήματος; Ρυθμιστική βίδα Βρίσκεται σε διάφορα μεγέθη και υλικά, ανάλογα με την επιφάνεια που θέλουμε να κάνουμε μια κυλινδρική τρύπα. Αρίδα Πρώτα, χρειαζόμαστε την περίμετρο (Π) της βίδας: Π = x Δ = 3.14 x 5 => Π = mm Μετά, χρησιμοποιούμε τη δεύτερη μέθοδο για να υπολογίσουμε το M.Π.: Περίμετρος της βίδας M.Π. = Βήμα της βίδας => 7 = => Βήμα = Βήμα 7 => Βήμα της βίδας =.4 mm Έχει μυτερή άκρη και μερικές φορές χρησιμοποιείται για να ασφαλίσει μια μεταλλική πλάκα σε ξύλο. Άσκηση 8 (3 βαθμοί) Απλή βίδα Μπορείς να αναγνωρίσεις ποιες από τις ακόλουθες εικόνες έχουν τα χαρακτηριστικά τις βίδας και ποια του κοχλία; Γράψε την απάντησή σου στο κουτί κάτω από κάθε εικόνα. Βίδα με επίπεδη άκρη και περικόχλιο Έχει επίπεδη άκρη και χρησιμοποιείται για να ασφαλίσει αντικείμενα μαζί τα οποία έχουν τρύπες για να περάσει από μέσα (με περικόχλιο). Άσκηση 10 (3 βαθμοί) Άνοιγμα μπουκάλας Βίδα Κεφαλή κιθάρας Κοχλίας Κυκλική σκάλα Κάτω υπάρχουν δύο σειρές: μια με εικόνες κεφαλών, η άλλη με το όνομα κάθε κεφαλής. Μπορείς να ενώσεις κάθε εικόνα με το όνομα της; Βίδα Αυλακωτό κεφάλι Κινητήρας 9 Κοχλίας Γλόμπος Βίδα Σταυρωτό κεφάλι Κεφάλι βίδας Ρόμπερτσον Κεφάλι εξωτερικού εξαγώνου Τετράγωνο κεφάλι Κεφάλι εσωτερικού εξαγώνου Μεταφορά σταφυλιών Βίδα 30

8 Ώρα Βραβείου Ήρθε η ώρα να πάρεις τους βαθμούς σου για όλη προσπάθεια που έκανες να λύσεις τις ασκήσεις αυτού του υ! Έλεγξε αν είναι σωστές οι απαντήσεις σου και σημείωσε το αποτέλεσμα σου στον πίνακα δίπλα. Παίρνεις όλους τους πόντους αν η απάντηση σου είναι εντελώς σωστή και παρόμοια με την δική μας. Παίρνεις μερικούς από τους βαθμούς αν νομίζεις ότι βρήκες μέρος της απάντησης. Αν έχεις αμφιβολίες μπορείς πάντα να πεις σε ένα ενήλικα να ελέγξει τις απαντήσεις σου και να δει το αποτέλεσμά σου! Μετά, πρόσθεσε τα αποτελέσματά σου και γράψε το σύνολο σου κάτω δεξιά στον πίνακα. Ο βαθμός σου σαν Μηχανικός Επιστήμονας, στην κατηγορία των βιδών και κοχλιών είναι: Το Σύνολό σου Ο Βαθμός σου Αρχάριος Ερασιτέχνης Ειδικός Ιδιοφυΐα Άσκηση Βαθμολογία Τεστ Γνώσεων 1 Τεστ Γνώσεων Κατασκευή πρόκληση (σ. 14) Τεστ Γνώσεων 3 Κατασκευή πρόκληση (σ. 0) Τεστ: ασκ. 1 4 Τεστ: ασκ. Τεστ: ασκ. 3 Τεστ: ασκ. 4 4 Τεστ: ασκ. 5 3 Τεστ: ασκ. 6 4 Τεστ: ασκ. 7 3 Τεστ: ασκ. 8 3 Τεστ: ασκ. 9 Τεστ: ασκ ΣΥΝΟΛΟ 40 Αποτέλεσμα Το Σύσ τημα Η μηχανολογία είναι η τέχνη αναπροσαρμογής υλικών και δυνάμεων της φύσης. Η ENGINO χρησιμοποιεί την ίδια αρχή, τιμώντας αυτό το θεμελιώδης ανθρώπινο χαρακτηριστικό το οποίο μας επιτρέπει να πραγματοποιούμε εκπληκτικά τεχνολογικά έργα. Τα παιδιά μας έχουν αυτό το εκπληκτικό χάρισμα, και μέσα από το δημιουργικό παιχνίδι μαθαίνουν πως να το εκμεταλλευτούν. Το ENGINO TOY SYSTEM είναι ίσως το πιο προηγμένο τρισδιάστατο παιχνίδι κατασκευών στην αγορά σήμερα, προσφέροντας μοναδικές ευκαιρίες για δημιουργία σε μικρούς και μεγάλους. Το παιχνίδι αποτελείται από ένα σύστημα πολύπλευρων ράβδων και συνδέσμων, με μοναδική γεωμετρία, που επιτρέπει σύνδεση μέχρι και 6 πλευρών ταυτόχρονα! Στην ο υ σε συν σία, αυτός ο δ σ μπορε έσμους, οδη χεδιασμός μ ί να είν γώντα ς σε κα ετατρέπει τις αι πυκ χαρακ τη νέ τ ρ και γρή ριστικό επιτ ς, ή με μεγά ασκευές οι ο άβδους ρέπει σ ποίες λα ανο γορα, μικρότ α ίγ ερη πο πλά ή σύνθ τα παιδιά να ματα. Αυτό ετ κ ικιλία κ τ αι αριθ α μοντέλα χ τίζουν εύκολ ο ρησιμο α μό κομ ποιών ματιών τας. All Rig 31 hts Re Copyrig stored served. No p ht 010 Eng in a art ino electro retrieval sys of this public.net Ltd. ation m tem or nic, me tran ay cha withou t the p nical, photo smitted by a be reproduc rior pe ed, c o rmissio pying or o ny means, therwis ns of th e, e publi sher.