close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Муниципальный этап Всероссийского конкурса научно – технического
творчества молодежи «НТТМ – 2013»
номинация моделирование и конструирование
Модель карусели
на основе конструктора
ПервоРобот LEGO WeDо
Автор: Громов Александр Николаевич, 10 лет,
ученик 4 А класса МБОУ Маршальская СОШ
Научный руководитель:
Воронкова Татьяна Николаевна,
учитель физики и информатики
МБОУ Маршальская СОШ
2013 год
Введение
Детство - это самая запоминающаяся пора. Когда мы вырастаем, мы
вспоминаем о нем. Вспоминаем о том, с кем дружили, куда ходили гулять со
двора, в какие игры играли. Прятки, догонялки, пятнашки и песочные дворцы
из маленького ведерка.
Но больше всего запоминается катание на разных каруселях летом. Но
для этого необходимо ехать в город, ведь в нашем поселке нет карусели. И у
меня возникла идея создать такую карусель, на которой я хотел бы прокатиться
вместе со своими друзьями.
Одна из любимых детских игрушек – конструктор ЛЕГО. Мы строим из
него дома и замки, машины и самолёты, целые лего-города! Но как сделать так,
чтобы наши машинки бежали, самолёты – летели, а игрушки – вращались,
двигались, издавали звуки? Я решил понять это, изучая механизмы движения
на основе конструктора ПервоРобот LEGO WeDо.
Идея проекта: создать модель карусели, на которой можно было бы
прокатиться с друзьями.
Целью моей работы является изготовление модели карусели, с помощью
которой можно наблюдать и изучать процесс передачи
движения и
преобразования энергии, вращения механизма.
Задачи:
1. Придумать модель карусели
2. Изучить различные виды каруселей.
3. Пользуясь деталями конструктора собрать и испытать простейшие
механизмы движения: мотор и ось, систему зубчатых колёс, ременную
передачу, червячную зубчатую передачу движения.
4. Исследовать способы изменения скорости и направления вращения.
5. Собрать, запрограммировать и испытать действующие модель карусели
на основе изученных механизмов движения.
6. Рассказать о том, что собирая модели из конструктора, человек развивает
пространственное воображение.
Методы:
Составление плана с проекта, работа с источниками информации: поиск, отбор,
анализ литературы, презентация проекта.
Этапы работы над проектом:
Начинание: разработка и сбор моделей; изучение литературы; предположение
темы, уточнение цели, формулировка проблемы.
Планирование: постановка задач, составление плана работы.
Исследование:
сбор
и
уточнение
информации,
рассмотрение
плана
деятельности при разработке модели.
Представление проекта: проведение мероприятий по созданию презентации,
оформлению проекта, представление проекта на школьной конференции.
Основная часть
Карусель (от фр. carrousel, итал.
carosello) — аттракцион, представляющий
собой
вращающуюся
платформу,
на
которой установлены (либо подвешены к
крыше, либо прикреплены к центральной
стойке) сиденья, сделанные чаще всего в
виде лошадок, автомобильчиков и других
животных или транспортных средств.
В Средние века каруселями (слово
тогда имело мужской род) называли рыцарские турниры. Позднее, в XVIII веке,
для подготовки к турнирам, вместо схваток с реальными соперниками, стали
использовать
вращающуюся
платформу,
прообраз
современной
развлекательной карусели, которая тогда же появилась на городских ярмарках.
В России первый карусель был построен 16 июня 1766 года перед Зимним
дворцом. Карусель состоял из четырёх кадрилей: Славянской, Римской,
Индийской, Турецкой. Второй раз карусель была построена на том же месте, в
том же году 11 июля.
Карусель
движение
как
электрическим),
может
приводиться
двигателем
так
и
в
(обычно
силами
самих
крутящихся, которые перед тем как сесть на
карусель, раскручивают её. Такие карусели,
которые
нужно
раскручивать
самим
катающимся,
часто
устанавливают на детских игровых площадках.
Карусели
постоянно
эволюционировали.
Начиная от простых вращающихся конструкций
(таких как площадочная карусель), к цепочным
каруселям («Цирк», «Сказка», «Тропикана») и до
каруселей со сложным движением с помощью гидравлики (как мини-джет
«Таити»).
Кроме аттракционов, каруселями часто называют другие механизмы,
имеющие сходное поведение — например, в автоматизированных линиях по
разливу напитков, упаковке сыпучих веществ или производству печатной
продукции.
Основные механизмы.
Название
Мотор и ось
Зубчатые колеса
Промежуточное
зубчатое колесо
Схема
Основные детали
Описание принципа работы
Чтобы мотор приводил в
движение предмет, вставим в
мотор ось, а на ось наденем наше
колесо. Энергия компьютера
передаётся на мотор. Мотор
включается и вращает ось, а,
значит, и колесо на оси. С
помощью программы можно
изменить направление движения
мотора. Можно задать ему
скорость.
Но мотор один, а что если я захочу
заставить вращаться несколько
предметов? Тогда для передачи
движения можно использовать
систему зубчатых колёс. Для этого
установлю на оси зубчатые колёса
так, чтобы одно цеплялось
зубьями за другое. Ведущее
зубчатое колесо будет работать от
мотора. Ведомое сцеплено с
ведущим, которое заставляет его
вращаться. А, значит, и приводит в
движение ось, вставленную в него.
Теперь вращаются 2 колеса. Такая
передача движения называется
зубчатой. Но заметьте: вращаются
они в противоположные стороны и
с одинаковой скоростью.
Как же заставить их вращаться в
одном направлении? Для этого
установил между ними
промежуточное зубчатое колесо
так, чтобы оно сцеплялось с
обоими крайними колёсами. Оно
работает как холостое и
используется только для
изменения направления движения.
Мы могу регулировать скорость
Понижающая
зубчатая
передача
Повышающая
зубчатая
передача
Шкивы и ремни
Перекрестная
ременная
передача
движения колёс, направление их
вращения: по часовой стрелке или
против. Теперь большие зубчатые
колёса будут вращаться в одном
направлении, но с одинаковой
скоростью, ведь они одного
диаметра.
А что же сделать, чтобы заставить
наши колёса вращаться с разной
скоростью? Как увеличить
скорость вращения второго
колеса? Надо поставить вместо
него колесо меньшего размера.
Теперь видно, что большое
зубчатое колесо вращается
медленнее – у него 24 зуба, а
маленькое – быстрее, ведь у него
зубьев всего 8. Значит за один
оборот большого колеса
маленькое повернётся 3 раза.
Скорость увеличилась!
Можно и снизить скорость
вращения, поменяв местами
большое и малое зубчатые колёса.
Вместо зубчатых колёс в своей
конструкции я попытался
использовать шкивы и ремни.
Первый шкив будет вращаться от
мотора – он ведущий. Второй
шкив, надетый на другую ось, сам
вращаться не может. Соединим их
ремнём и включим мотор.
Шкив, насаженный на ось мотора,
начинает вращаться. Он вращает
ремень. Ремень вращает второй
шкив. Заметьте, вращаются они с
одинаковой скоростью, потому
что они одинакового диаметра, и в
одном направлении. С помощью
программы можно менять
направление движения по часовой
стрелке и против. Можно менять и
скорость вращения шкивов, как
это было с зубчатыми колёсами.
Такая передача движения
называется ременной.
Чтобы заставить шкивы вращаться
в разных направлениях, надо
перекрестить ремень.
Перекрёстная ременная передача
заставит шкивы вращаться в
противоположных направлениях.
Снижение
скорости
Увеличение
скорости
Коронное
зубчатое колесо
Червячная
зубчатая
передача
Если поставить шкивы разных
размеров, то тогда они будут
вращаться с разной скоростью.
Можно добиться повышения
скорости, а можно наоборот – её
снижения.
Чтобы изменить угол вращения,
можно использовать коронное
зубчатое колесо. Оно ставится под
углом 90 градусов к обычному
зубчатому колесу и сцепляется с
ним для передачи движения.
Рассмотрим ещё один способ
передачи движения. Это червячная
зубчатая передача. Конструирую
коробку передач: вставляю внутрь
прозрачного корпуса червячное и
зубчатое колесо так, чтобы они
были в зацеплении. Одеваем её на
ось мотора. Теперь
перпендикулярно вставляю
вторую ось и надеваю на неё
колёса. Червячное колесо
вращается гораздо быстрее
зубчатого. Оно снижает скорость
зубчатого колеса и меняет
направление оси вращения.
Обратите внимание, что оси
вращения червячного и зубчатого
колеса взаимно перпендикулярны.
Экспериментальная часть
Изучив различные литературные и Интернет – источники я определился
на модели, которую хочу собрать. Далее я проработал основные механизмы и
принцип их работы и начал свой проект (рис. 1).
Необходимый
материал:
2
набора
конструктора Перворобот Lego WeDo, 1
зубчатое
колесо
из
набора
Lego
Mindstorms NXT.
Начинаю собирать модель с соединения
трех платформ вместе. На них креплю
мотор с осью. На ось крепиться колесо
рис. 1 Начало работы
(рис.2). Большой шкив на оси мотора
вращается.
Ремень
Шкив
вращает
вращает
второй,
ремень.
маленький
шкив.
Дальше
я
экспериментировал
с
различного вида передачами, подбирал
необходимое
соотношение
зубчатых
колес, методом подбора, проб, я получил
рис. 2 Мотор соединяю с осью.
следующую комбинацию (рис. 3).
Для того чтобы моя карусель вращалась
я
использую
коронных
комбинацию
зубчатых
колес.
из
двух
Такие
скошенные зубья позволяют зубчатым
колёсам передавать движение под углом
90° (рис. 4).
рис. 3 Комбинация зубчатых колес
Дальше собираю верхнюю часть модели,
которая крутиться. Сажаю на сиденье лего - человечков и в путь (рис. 5).
Поехали!!!
рис. 4 Коронные зубчатые колеса
Я
написал
программу
рис. 5 Верхняя часть модели
в
прилагаемом
к
конструктору
программном
обеспечении. По этой программе моя карусель в течение некоторого времени
вращается, потом останавливается, чтобы катающиеся вышли, а новые
желающие прокатиться сели. Все повторяется.
Заключение
В начале работы была поставлена цель: изготовление модели карусели, с
помощью которой можно наблюдать и изучать процесс передачи движения и
преобразования энергии, вращения механизма.
С поставленной целью я справился, выполняя поочередно поставленные
задачи.
Выводы:
1. Изучил историю и различные виды и модели каруселей для детей.
2. Разработал и собрал из конструктора Lego модель карусели.
3. Составил программу в прилагаемом к конструктору программном
обеспечении.
4. Проверил работоспособность своей модели.
Использованные источники информации
1. http://mindstorms.lego.com/support/updates/
2.
http://myrobot.ru/
3.
http://www.robotclub.ru/
4.
http://schaburovo-school.narod.ru/p49aa1.html
5.
http://legorobotososh.ksdk.ru
6. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/60e127f6-e0de-4d20-a897-
cff464856b49/Sapunov.Karusel.htm
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Карусель
8. http://ru.wiktionary.org/wiki/карусель
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа