⚙️ Механические передачи

🎯 Ситуация
Инженер Макс создал робота для доставки пиццы. Мотор работает отлично, но…

😰 Проблема № 1
Робот едет слишком БЫСТРО - не может остановиться у двери!

😰 Проблема № 2
Робот слишком СЛАБЫЙ - не может подняться в горку с пиццей!

🧠 МОЗГОВОЙ ШТУРМ!
Как помочь роботу? Что можно изменить в конструкции?
Время: 2 минуты на размышления

🚲 Транспорт

• Велосипед - цепь и звездочки
• Автомобиль - коробка передач
• Часы - множество шестеренок

🏠 Бытовая техника

• Миксер - редуктор
• Дрель - сверло вращается
• Мясорубка - ручка и шнек

🎮 Игрушки

• Заводные машинки
• Конструкторы Lego
• Радиоуправляемые модели

📊 Быстрый опрос:
Что общего у всех этих механизмов?

A) Все работают от электричества
B) Все передают движение от одной части к другой
C) Все сделаны из металла
D) Все очень сложные

⚗️ Физическая гипотеза
Может быть, можно изменить скорость вращения без изменения мощности мотора?
Скорость ≈ Сила?

🛠️ Инженерная гипотеза
Возможно, нужно добавить промежуточные детали между мотором и колесами?
Мотор → ??? → Колеса

🧮 Математическая гипотеза
Наверное, есть формула, которая связывает размеры деталей и результат?
Результат = f(размеры)

👥 ОБСУЖДАЕМ В ПАРАХ
Какая гипотеза кажется наиболее правдоподобной? Почему?
Готовьтесь поделиться мнением!

🎯 Миссия лаборатории
Изучить, как машины передают движение от одной части к другой и при этом могут изменять скорость и силу!

📖 Определение
Механическая передача - это устройство, которое передает вращательное движение от одного вала к другому, изменяя при этом скорость вращения и крутящий момент.

🎭 Простыми словами:
Это как переводчик между моторчиком и колесами робота - помогает им “договориться” о том, как быстро и с какой силой крутиться!

🦷 Зубчатая передача
⚙️ ⚙️

✨ Особенности:

• 💪 Точная передача движения
• 🚫 Нет проскальзывания
• 🔧 Компактная конструкция
• ⚡ Высокий КПД

🌍 Где встречается: Часы, автомобильные коробки передач, роботы

🔗 Ременная передача
⭕━━━⭕

✨ Особенности:

• 🤫 Тихая работа
• 📏 Большие расстояния
• 🛡️ Защита от перегрузки
• 💸 Недорогая

🌍 Где встречается: Вентиляторы, стиральные машины, генераторы

⛓️ Цепная передача
🌟⛓️🌟

✨ Особенности:

• 💪 Высокая прочность
• 🚫 Нет проскальзывания
• 📏 Средние расстояния
• 🌧️ Работа в любых условиях

🌍 Где встречается: Велосипеды, мотоциклы, конвейеры

📐 Передаточное число

🎭 Что это означает на практике:

🐌 Если i > 1 (редуктор)
Скорость уменьшается, сила увеличивается
Пример: i = 3, значит в 3 раза медленнее, но в 3 раза сильнее

🏃 Если i < 1 (мультипликатор)
Скорость увеличивается, сила уменьшается
Пример: i = 0.5, значит в 2 раза быстрее, но в 2 раза слабее

🧮 БЫСТРАЯ ЗАДАЧКА!
Большая шестерня: 20 зубьев, маленькая: 10 зубьев
Какое передаточное число? Что произойдет со скоростью?
Считаем вместе!

⚡ Закон сохранения энергии
Главное правило: Энергия не исчезает!

🎭 Простыми словами: Если хочешь больше силы - получишь меньше скорости!

🌪️ Трение в механизмах

• 🦷 Зубчатые: трение качения (мало потерь)
• 🔗 Ременные: трение скольжения (средние потери)
• ⛓️ Цепные: комбинированное трение

💪 Передача усилия
Механическая передача работает как рычаг:

• Короткое плечо → большая сила, маленькое перемещение
• Длинное плечо → маленькая сила, большое перемещение

🎯 Миссия мастерской
Собрать 3 вида механических передач, измерить их параметры и понять, как они меняют движение!

⚠️ Правила безопасной работы

• 👀 Аккуратно обращаемся с мелкими деталями
• 🤝 Работаем в парах, помогаем друг другу
• 🧹 Следим за порядком на рабочем месте

🧰 Наш инструментарий

🔧 Детали конструктора:

• Шестерни разных размеров
• Оси и втулки
• Рамочные детали
• Резиновые кольца (ремни)

📐 Измерительные инструменты:

• Линейка
• Транспортир
• Секундомер
• Рабочие листы

🟢 Уровень “Начинающий инженер”

🎯 Задача: Собрать простую зубчатую передачу из двух шестерен по готовой схеме

📋 Что делаем:

1. Берем шестерню на 8 зубьев (ведущая)
2. Берем шестерню на 24 зуба (ведомая)
3. Соединяем их так, чтобы зубья зацеплялись
4. Считаем передаточное число
5. Проверяем, как меняется скорость

🎯 Ожидаемый результат: Рабочая передача с передаточным числом i = 3

📋 Помощь: Пошаговая инструкция, видеогид, помощь учителя

🟡 Уровень “Опытный конструктор”

🎯 Задача: Собрать зубчатую передачу и создать ременную передачу, сравнить их характеристики

📋 Что делаем:

1. Собираем зубчатую передачу (любые шестерни)
2. Собираем ременную передачу с разными шкивами
3. Измеряем диаметры и считаем передаточные числа
4. Сравниваем скорости вращения
5. Заполняем таблицу сравнения

🎯 Ожидаемый результат: Две работающие передачи + анализ различий

💡 Помощь: Подсказки по расчетам, таблица для заполнения

🔴 Уровень “Инженер-исследователь”

🎯 Задача: Создать сложную передачу (многоступенчатую) и решить задачу робота-доставщика

📋 Что делаем:

1. Проектируем передачу из 3-4 шестерен
2. Рассчитываем общее передаточное число
3. Собираем и тестируем механизм
4. Подбираем передачу для решения задачи робота
5. Создаем презентацию решения

🎯 Ожидаемый результат: Инновационное техническое решение + обоснование выбора

🚀 Помощь: Творческие вызовы, дополнительные исследования

🔬 Эксперимент “Скорость vs Сила”
Исследуем, как передаточное число влияет на скорость и силу вращения

Шаги эксперимента:

1. Подготовка: Собираем одинаковые передачи с разными передаточными числами
2. Измерение скорости: Крутим ведущую шестерню с одинаковой скоростью, считаем обороты ведомой
3. Проверка силы: Пробуем остановить ведомую шестерню - где сопротивление больше?
4. Анализ: Заполняем таблицу результатов и делаем выводы

📋 Таблица результатов

👥 РАБОТАЕМ В КОМАНДАХ!
Один крутит, другой считает, третий записывает
Меняемся ролями каждые 5 минут!

🤖 Вспоминаем проблему

• 🏃‍♂️ Робот едет слишком быстро → Нужен редуктор (i > 1)
• 💪 Робот слишком слабый для подъема → Нужна большая сила (i > 1)

🎯 Задача 1: Контроль скорости

Дано: Мотор вращается со скоростью 100 об/мин
Нужно: Колеса должны вращаться со скоростью 25 об/мин
Вопрос: Какое передаточное число нужно?

Решение:

Ответ: Нужна передача с i = 4 (редуктор)

🎯 Задача 2: Увеличение силы

Дано: Мотор создает момент 2 Н·м
Нужно: На колесах момент 10 Н·м
Вопрос: Какую передачу выбрать?

Решение:

Ответ: Нужна передача с i = 5 (сильный редуктор)

🎯 Инженерный вызов
Миссия: Спроектировать идеального робота-доставщика!

📋 Технические требования:

• 🏃 Максимальная скорость: 30 см/с
• 💪 Способность поднимать грузы до 500 г
• 🎯 Точная остановка (± 2 см)
• 🔋 Экономичное энергопотребление

🔄 Процесс проектирования

1. Анализ: Какие передачи нужны для каждого режима работы?
2. Расчет: Вычисляем передаточные числа для разных ситуаций
3. Выбор: Выбираем оптимальную схему передач
4. Проверка: Тестируем решение на модели

🟢 Простое решение
Идея: Одна зубчатая передача с переключением

• Быстрый режим: i = 1 (прямая связь)
• Силовой режим: i = 5 (через редуктор)
• ✅ Просто ❌ Ручное переключение

🟡 Умное решение
Идея: Многоступенчатая передача

• 1-я ступень: i = 2 (средняя скорость)
• 2-я ступень: i = 2.5 (большая сила)
• Общее: i = 5
• ✅ Плавно ❌ Сложнее

🔴 Инновационное решение
Идея: Комбинированная передача

• Зубчатая + ременная
• Автоматическое изменение передачи
• Адаптация под нагрузку
• ✅ Идеально ❌ Очень сложно

📋 Формат инженерной презентации

1️⃣ Проблема (30 сек)

• Какую проблему робота решали?
• Почему это важно?

2️⃣ Решение (1 мин)

• Какую передачу выбрали и почему?
• Какое передаточное число получили?

3️⃣ Демонстрация (30 сек)

• Показ работающей модели
• Объяснение принципа работы

📊 Критерии оценки инженерного решения

🔧 Техническое качество

• Работает идеально / Работает с недочетами / Частично работает

🧮 Математическая точность

• Расчеты верны / Мелкие ошибки / Серьезные ошибки

💡 Креативность

• Оригинальное решение / Есть новизна / Стандартное решение

🗣️ Качество объяснения

• Понятно и грамотно / В целом понятно / Нуждается в улучшении

🎯 Специальные номинации

• ⚡ “Максимальная эффективность” - Лучшее соотношение простоты и функциональности
• 🎯 “Математическая точность” - Самые точные расчеты и измерения
• 🚀 “Инженерный прорыв” - Самое креативное и неожиданное решение
• 🤝 “Командная синергия” - Лучшая организация совместной работы
• ⚗️ “Мастер физики” - Глубокое понимание физических принципов
• 🔮 “Взгляд в будущее” - Решение с наибольшим потенциалом развития

👥 Инженерная экспертиза
Каждая команда выступает в роли экспертной комиссии:

• 🔍 Техническая экспертиза - оцениваем качество сборки
• 🧮 Математическая проверка - проверяем расчеты
• 💭 Конструктивные вопросы - задаем один технический вопрос

🔄 Цикл инженерного мышления

❓ ПРОБЛЕМА
Что мы хотели решить?
“Робот не мог… потому что…”

🔍 ИССЛЕДОВАНИЕ
Что изучили? Какие принципы открыли?
“Я понял, что механические передачи…”

💡 РЕШЕНИЕ
Как применили знания?
“Мы выбрали передачу с i=… потому что…”

🚀 РАЗВИТИЕ
Что можно улучшить? Где еще применить?
“В будущем я хочу создать…”

🔬 Научные навыки

• Наблюдение за механизмами
• Выдвижение гипотез
• Проведение экспериментов
• Анализ результатов

🛠️ Технологические навыки

• Сборка механизмов
• Использование инструментов
• Отладка конструкций
• Техническое творчество

⚙️ Инженерные навыки

• Решение технических задач
• Проектирование систем
• Оптимизация решений
• Системное мышление

🧮 Математические навыки

• Вычисление отношений
• Работа с формулами
• Анализ зависимостей
• Практические расчеты

💡 Мои открытия сегодня

⚗️ Физические открытия
Что нового я понял о работе механизмов? Какие физические законы увидел в действии?

🧮 Математические прозрения
Как математика помогла решить инженерную задачу? Где еще можно использовать эти формулы?

🛠️ Инженерные инсайты
Какие принципы конструирования открыл? Что нового понял о создании машин?

🌍 Связи с реальным миром
Где в жизни теперь буду замечать механические передачи? Как это изменило мой взгляд на технику?

🔧 Хочу создать
Какой механизм или робота мечтаю построить?

📚 Хочу изучить
Какие новые технологии интересуют?

👨‍💼 Профессия мечты
Какой инженерной специальностью заинтересовался?

🗣️ ДЕЛИМСЯ ОТКРЫТИЯМИ!
Расскажите соседу самое интересное открытие
Каждое открытие уникально и ценно!

📁 Создаем портфолио инженера

🔧 Техническая документация

• 📸 Фото собранных механизмов с подписями
• 📐 Схемы или чертежи конструкций
• 🧮 Расчеты передаточных чисел
• 📊 Таблица сравнения типов передач

🔍 Исследовательская работа

• 🌍 Найти 5 примеров механических передач в быту
• 📱 Сфотографировать или зарисовать
• ⚙️ Определить тип передачи и ее назначение
• 🧮 Попытаться оценить передаточное число

💡 Творческий проект

• 🤖 Придумать улучшение для робота-доставщика
• 🎨 Создать эскиз нового механизма
• 📝 Написать техническое описание
• 🎬 Подготовить презентацию идеи (по желанию)

🟢 Базовый уровень “Наблюдатель”

📋 Основное задание:

• Найти и сфотографировать 3 механизма дома
• Определить, какой тип передачи используется
• Объяснить, зачем нужна эта передача

🧮 Математическая задача: Решить 3 простые задачи на расчет передаточного числа

⏰ Время выполнения: 30-40 минут

🟡 Стандартный уровень “Исследователь”

📋 Основное задание:

• Исследовать механизмы в 5 различных устройствах
• Создать сравнительную таблицу типов передач
• Измерить диаметры шкивов/шестерен (где возможно)

🧮 Математическая задача: Решить 5 задач разной сложности + придумать свою задачу

⏰ Время выполнения: 45-60 минут

🔴 Продвинутый уровень “Изобретатель”

📋 Основное задание:

• Провести мини-исследование одного сложного механизма
• Создать техническую документацию
• Предложить улучшения конструкции

🧮 Проектная задача: Спроектировать многоступенчатую передачу для конкретной задачи

⏰ Время выполнения: 60+ минут (проектная работа)

💻 Полезные ресурсы

🎮 Симулятор механизмов
Виртуальный конструктор для экспериментов с передачами

• ✅ Зубчатые передачи
• ✅ Расчет передаточных чисел
• ✅ 3D визуализация

🧮 Калькулятор передач
Онлайн-инструмент для быстрых расчетов

• ✅ Автоматические расчеты
• ✅ Разные типы передач
• ✅ Проверка домашних заданий

🎥 Обучающие видео
Коллекция видео о механизмах в реальном мире

• ✅ Производственные процессы
• ✅ Разборка механизмов
• ✅ Инженерные решения

🎯 Следующий урок: “Датчики и управление роботами”

🔍 Что будем изучать:

• Типы датчиков в робототехнике
• Принципы обратной связи
• Программирование простых алгоритмов

🛠️ Что будем делать:

• Подключать датчики к роботу
• Программировать реакции на сигналы
• Создавать “умного” робота

📋 Подготовка к следующему уроку

• Выполнить домашнее задание
• Принести проекты роботов
• Повторить основы программирования
• Подготовить вопросы о датчиках