1、乐高第3课 齿轮传动风扇 教学案第3课 齿轮传动风扇教学案一、提出问题当夏天到来时，天气很热，我们经常会打开电风扇来解热，电风扇可以说是我们在夏天里的“小伙伴”，现在就让我们动手来制作一个风扇吧！二、联想 如图3-1和图3-2所示， 想一想生活中的风扇是什么样子的?风扇都有什么特点呢?图3-1风扇1图3-2风扇2三、要求：风扇制作1. 风扇有扇叶并且可以转动 2. 利用齿轮传动加快扇叶转动3. 稳定的放在桌面上四、构建技能牌：齿轮齿轮的作用：齿轮是依靠齿的啮合来传递动力的零件，通过齿轮的传动还可以改变输出的扭矩和角速度，或者是改变运动的方向。 扭矩：扭矩是齿轮转动时切向的力，我们可以理解为齿轮
2、发生转动的力。例如，当我们喝饮料时，我们要使用一定的力去把瓶盖拧开。 角速度：是物体转动的速度。单位是弧度每秒。例如，这节课我们将制作的风扇，它转动的角速度就非常快。齿轮的传动：乐高机器人套装中提供了很多种齿轮，这节课我们先来认识一下直齿轮。如图3-3所示,乐高直齿轮从左到右分别为40齿，24齿，16齿和8齿共4种类型。图3-3乐高直齿轮 机器人可以通过这些齿轮的传动来改变扭矩，改变角速度或改变方向。一般来说，乐高的齿轮在搭建的时候通常要与梁来进行配合，将齿轮用轴与梁进行连接，你可能会有这样的担心，齿轮会不会与梁有接触而产生摩擦呢?不过，当你使用的时候，你会发现乐高的齿轮能够与梁配合的非常好，
3、完全不用担心会产生摩擦或阻力的问题。下面我们来看几组齿轮传动的例子。例18齿齿轮传动40齿齿轮，如图3-4所示。图3-4 8齿传动40齿例2图3-5 40齿传动8齿40齿齿轮传动8齿齿轮，如图3-5所示。例340齿齿轮传动24齿齿轮传动8齿齿轮，如图3-6所示。图3-6 3个齿轮传动例4 24齿齿轮传动8齿齿轮传动24齿齿轮，如图3-7所示。图3-7 3个齿轮传动 齿数，扭矩和角速度的关系 齿数（n）与扭矩（T）成正比 T1n2=T2n1 齿数（n）与角速度（T）成反比 n1w1=n2w2 我们以例1的8齿传动40齿为例，由于齿数与扭矩成正比关系，因此传动后40齿这根轴输出的扭矩是8齿的5倍；
4、由于齿数与角速度成反比，因此传动后40齿这根轴输出的角速度是8齿的1/5。 请你写出例2，例3，例4中扭矩和角速度的变化。 例2中输出扭矩的变化_，输出角速度的变化_。 例3中输出扭矩的变化_，输出角速度的变化_。例4中输出扭矩的变化_，输出角速度的变化_。 大家可以看到，齿轮的传动可以改变物体运动的速度，下面我们来制作一个风扇，在风扇的制作中就会应用到齿轮传动的技术。1. 制作扇叶制作一个有3个扇叶的风扇，如图3-8所示。图3-8 扇叶2. 齿轮转动为了加快扇叶的转速，我们应当用大齿轮带动小齿轮，使角速度加快。在图3-9中，我们利用手柄带动40齿大齿轮转动， 然后，40齿齿轮再传动8齿齿轮，
5、使其的转速增加5倍。风扇的齿轮传动如图3-10所示。图3-9 大齿轮图3-10齿轮传动3. 底盘制作如图3-11所示，底盘的制作利用两根方梁和两根弯梁来完成，中间留出的位置是要固定风扇的那根梁，这样利用几根梁就可以完成底盘与风扇的固定，既简单，又坚固。图3-11 底盘 风扇制作完成效果图，如图3-12所示。图3-12 手摇风扇 风扇制作完成了，让我们摇动手柄，看一看风扇的转动效果吧！五、优化与改进 同学们知道风扇的转速是非常快的，上面制作的风扇是用40齿齿轮传动8齿齿轮，转速增加了5倍，但是还能不能更快呢?请你利用齿轮的传动，让风扇转动的速度更快一些。 齿轮传动的改进，如图3-13所示。图3-
6、13多齿轮传动 我们可以看到方梁的两面都有齿轮，传动从40齿大齿轮依次传动给8齿齿轮，然后同轴的另一侧40齿齿轮，又传递给8齿齿轮，可以看到最终传动的速度会更快。改进后的风扇效果图：如图3-14和图3-15所示，这是最终改进后的风扇，风扇的转速很快，但是它的扭矩却很小。图3-14 改进后的风扇侧面图3-15改进后的风扇背面六、实践与讨论 改进后的风扇转速增加了多少倍？_ 改进后的风扇扭矩减小了多少倍？_ 减速电机为什么会减速呢？_七、拓展 刚才我们利用齿轮传动，提高转速制作了风扇，那么齿轮传动也可以起到减速的作用，下面我们就来制作一个停车场栏杆器，如图3-16所示。 要求：1、 栏杆器固定在桌
7、面上2、 栏杆缓慢升起和落下图3-16 生活中的栏杆器 (1) 底座的制作：如图3-17所示。图3-17 底座 用4根梁和3个双销连接件完成的底座。(2)栏杆的制作： 如图3-18所示。图3-18 栏杆 在栏杆器的制作中，注意结点的连接。为了方便轴连接到这个结点，特意使用了一个中心带轴连接的绿色块与梁拼接到一起。这样就可以使用轴直接插入到结点中，从而能够带动整根梁的开启和关闭。(3)齿轮的传动：如图3-19所示。图3-19齿轮传动齿轮的传动利用8齿带动40齿。这里的技巧是齿轮要贴紧圆梁，轴的两端要用轴套固定，防止齿轮在传动的时候脱齿。将栏杆安装到底盘上，我们来看一下安装完成后的效果，如图3-2
8、0所示。图3-20 完成的栏杆器制作完成后，当我们调试的时候会发现栏杆在下降的时候会碰触到地面，当上升时候会向后倒过去，这与我们在停车场见到的栏杆不一样，我们还需要再改进一下。加入长销来限制栏杆的抬起和落下，如图3-21和图3-22所示。图3-21 加入长销侧面图图3-22加入长销底面图看一下我们最后制作完成后的效果，如图3-23和图3-24所示。图3-23 栏杆器抬起图3-24 栏杆器落下 八、作业：想一想，制作完成后的停车场栏杆器，它的扭矩的变化是什么?看一看，栏杆升降的速度是加快了还是减慢了，为什么?风扇搭建图1. 风扇转动轴零件2. 轴与齿轮连接3. 与轴连接器连接4. 扇叶制作所需乐
9、高零件5. 扇叶制作6. 扇叶与轴连接器相连7. 扇叶侧面8. 手柄搭建所需乐高零件9. 手柄与梁连接10. 将扇叶与红色方梁连接11. 底座的制作12. 底座与扇叶连接13. 风扇背面14. 加入齿轮传动，加快风扇转动15. 另一侧连接手柄16. 齿轮传动17. 转速更快的风扇18. 风扇背面19. 风扇侧面栏杆器搭建图1. 制作栏杆所需要乐高零件2. 栏杆器3. 每两根圆梁通过双销连接4. 利用双销将前面两排圆梁连接5. 制作手柄6. 将手柄连接到底盘上7. 底盘背面图8. 将栏杆连接到底盘，抬起栏杆器9. 放下栏杆器10. 长销，用来限制栏杆放下的位置11. 将长销固定在底盘上12. 长销连接侧面图13. 制作完成后的栏杆器
