Om u laers te kry

Boumateriaal (vir elke span)

Vereiste materiaal vir aktiwiteite 1, 2, 3

• Kruikdeksel (uit mayonnaise of soortgelyke houer)
• 25 albasters van dieselfde grootte (groter as diepte van die deksel gebruik)
• boek
• Gedeelte van mat of mat 

Vereiste materiaal vir die uitdaging

• 100 potlode
• tape
• 25 rekkies

Toetsmateriaal

• Lessenaar of tafeltjie
• Gedeelte van mat of mat

Materiale

• Lessenaar of tafeltjie
• Gedeelte van mat of mat

proses

Spanne toets hul ontwerpe deur te wys hoe hulle die lessenaar/tafel slegs 10 voet met hul wysvinger kan beweeg.

Design Challenge

U is 'n span ingenieurs wat saamwerk om 'n stelsel te ontwerp met rollagers om een ​​van u lessenaars of 'n tafel van 10 voet te skuif. Beperk die krag wat u uitoefen om die lessenaar of tafel te laat beweeg na wat u slegs met u wysvinger kan druk.

Kriteria

• Moet lessenaar of tafel 10 voet beweeg.
• Gebruik slegs u wysvinger om die lessenaar of tafel te beweeg.

beperkings

• Kan slegs tot 100 potlode, band en 25 rekkies gebruik
• Gebruik slegs die materiaal wat aan u verskaf word.

1. Verdeel klas in spanne van 3-4.
2. Deel die Getting your Bearings -werkblad uit, asook 'n paar velle papier om ontwerpe te skets.
3. Bespreek die onderwerpe in die afdeling Agtergrondbegrippe. Vra die studente om die sterkte van die wrywing te voel wanneer hulle probeer om die deksel (oop deel af) van die pot oor verskillende oppervlaktes te skuif: tafelblad, teëlvloer, mat. Vra studente om verskillende masjiene voor te stel wat kogellagers of rollagers bevat.
4. Hersien die proses van ingenieursontwerp, ontwerpuitdaging, kriteria, beperkings en materiale.
5. Voorsien elke span van hul materiaal.
6. Sê vir studente dat hulle drie aktiwiteite sal voltooi en dan 'n uitdaging.
   Aktiwiteit 1: Studente probeer om die deksel wat hulle voorsien, oor verskeie oppervlaktes te skuif - boek, tafelblad, vloer, mat.
   Aktiwiteit 2: Studente plaas net genoeg albasters in die deksel van die pot om die ruimte amper met albasters te vul (hulle moet dit nie te vol maak sodat die albasters nie vrylik kan beweeg nie). Vervolgens moet hulle 'n boek gebruik om die deksel om te draai, en dan die deksel met die marmer "balletjies" probeer skuif.
   Aktiwiteit 3: Studente probeer 'n variasie waar 'n boek of ander gewig bo -op die deksel geplaas word (met en sonder albasters).
7. Verduidelik dat studente vir die uitdaging 'n stelsel moet ontwerp wat rolrollers gebruik om een ​​van die lessenaars, of 'n tafel, 10 voet te beweeg. Hulle moet die krag beperk wat hulle toepas om die lessenaar of tafel te laat beweeg na wat hulle kan druk met slegs jou wysvinger.
8. Kondig die hoeveelheid tyd aan wat hulle moet ontwerp en bou (1 uur word aanbeveel).
9. Gebruik 'n timer of 'n aanlyn stophorlosie (aftelfunksie) om te verseker dat u betyds bly. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Gee studente gereelde "tydkontroles" sodat hulle aan die gang kan bly. As u sukkel, stel vrae wat hulle vinniger tot 'n oplossing sal lei.
10. Studente ontmoet en ontwikkel 'n plan vir hul rollagerstelsel. Hulle kom ooreen oor die materiaal wat hulle benodig, skryf/teken hul plan en stel hul plan voor aan die klas.
11. Spanne bou hul ontwerpe.
12. Spanne toets hul ontwerpe deur te wys hoe hulle die lessenaar/tafel slegs 10 voet met hul wysvinger kan beweeg.
13. Bespreek tydens die klas die student se refleksievrae.
14. Vir meer inligting oor die onderwerp, sien die afdeling "Dieper grawe".

Opsioneel vir ouer studente

Werk in spanne om te kyk of ander vorme van laers voordele kan hê bo die huidige kogel- of rolontwerpe. Hoekom of hoekom nie?

Student Reflection (ingenieursboek)

1. Aktiwiteit 1:
   - Wat was die verskil in wrywing wat die deksel oor verskillende oppervlaktes beweeg?
   - Watter oppervlak het die meeste wrywing getoon? Hoekom?
2. Aktiwiteit 2:
   - Wat was die verskil in die wrywing wat u ervaar het toe die albasters rol
   onder die deksel?
   - Het die albasters op alle oppervlaktes gehelp? Net sommige?
   - Watter oppervlak, indien enige, vertoon nou die meeste wrywing? Hoekom?
3. Aktiwiteit 3:
   - Laat die marmerbasis makliker beweeg as gewigte bygevoeg word?
   - Kan u aan 'n toepassing vir so 'n toestel dink?
   - Wie sal items met swaar gewigte moet skuif? Hoe sou dit help?
   - Noem drie verskillende masjiene wat kogellagers of rollagers bevat.
4. Uitdaging:
   - Het u ontwerpwerk beplan? Hoekom of hoekom nie?
   - Watter hersienings moes u aan u plan maak om dit 'n meer effektiewe oplossing te maak?
   - Kon u die lessenaar/tafel slegs met die krag van een wysvinger beweeg?

Die les kan binne 1 klasperiode vir ouer studente gedoen word. Om studente egter te help om gejaagd te voel en om studentesukses te verseker (veral vir jonger studente), moet u die les in twee periodes verdeel en sodoende studente meer tyd gee om te dink, idees te toets en hul ontwerp te finaliseer. Doen die toets en bespreking in die volgende klasperiode.

Wat is wrywing?

Hoe help kogellagers? 

wrywing

Wrywing is 'n term wat beskryf hoeveel weerstand daar is vir twee voorwerpe om oor 'n ander te beweeg. Hoe groter die wrywing, hoe moeiliker is dit vir die twee voorwerpe om glad te beweeg. Met minder wrywing beweeg voorwerpe maklik en glad teen mekaar. Byvoorbeeld, 'n stuk rubber sal groter wrywing hê wat oor 'n mat beweeg as wat 'n gladde handboek sou hê. In masjiene vryf dele teen mekaar en verhoogde wrywing kan dele vinniger verslyt.

Kogellagers

Die term kogellager beteken soms 'n laersamestelling wat sferiese laers as rolelemente gebruik. Dit beteken ook 'n individuele bal vir 'n laersamestelling. Kogellagers bestaan ​​uit baie verskillende materiale, insluitend keramiek, metale, vlekvrye staal en ander hibriede materiale. Dit help om wrywing te verminder, wat die masjiene langer laat werk. Hulle kan ook toelaat dat 'n masjien stiller werk. Laers is ontwerp op 'n eenvoudige beginsel - dat voorwerpe makliker rol as wat hulle gly. As twee voorwerpe teen mekaar gly, soos 'n boek op 'n tafel, of 'n pot op 'n mat, werk die wrywing tussen die oppervlaktes om die beweging te vertraag. As die voorwerpe eerder oor mekaar kan rol, is die hoeveelheid oppervlakte wat aanraak, beperk en die wrywing verminder.

Rollende element laers

'N Rolelementlaer is 'n laer wat 'n vrag dra deur ronde elemente tussen die twee stukke te plaas. Die relatiewe beweging van die stukke laat die ronde elemente rol (tuimel) met min gly. Op die foto kan u sien hoe die balle tussen die ronde dele omhul is. Een van die vroegste en bekendste laer-elemente is stelle hout wat op die grond gelê word met 'n groot klipblok bo-op. Terwyl die klip getrek word, rol die stompe met min glywrywing langs die grond. Terwyl elke stomp agter uitkom, word dit na die voorkant geskuif waar die blok daarna rol. U kan so 'n peil naboots deur verskeie penne of potlode op 'n tafel te plaas en u hand daarop te plaas.

Fietse sonder kogellagers? Achtbanke sonder rollagers?

Fietse is 'n goeie voorbeeld van 'n masjien wat kogellagers gebruik om wrywing te verminder. Kogellagers kan gevind word in die pedale, in die voor- en agternawe vir die wiele en die buis waar die stuur vasgemaak is. En skaatsplanke en rolblaaie bevat ook kogellagers! Behalwe hierdie voorbeelde, is kogellagers 'n belangrike ontwerpelement van oliebore, vliegtuie en motors. Rollagers word in rolbanke gebruik!

Kogellagergeskiedenis - produkontwikkeling  

Geskiedenis

'N Vroeë voorbeeld van 'n houtkogellager wat 'n draaitafel ondersteun, is uit die oorblyfsels van 'n Romeinse skip in die Nemi -meer, Italië, gehaal. Die wrak is gedateer tot 40 vC. Leonardo da Vinci het 'n tipe kogellager omstreeks 1500 beskryf. Een van die probleme met kogellagers is dat hulle teen mekaar kan vryf, wat ekstra wrywing kan veroorsaak, maar dit kan voorkom word deur die balle in 'n hok te sluit . Die vasgevangde of ingehokte kogellager is oorspronklik in die 1600's deur Galileo beskryf.

innovasie

Henry Timken, 'n 19de-eeuse visioenêr en innoveerder in die vervaardiging van waens, het 'n gepatenteerde rollager in 1898 gepatenteer. mekaar. "Die man wat iets kon bedink wat wrywing fundamenteel sou verminder," het Timken opgemerk, "sou iets van werklike waarde vir die wêreld bereik." Die jaar daarna stig hy The Timken Company om sy innovasie te produseer.

Produkontwerp en verbetering

Toe Henry met sy ontwikkelingswerk begin, was die dominante laer die "wrywing", wat sedert antieke tye met min verandering gebruik is. Dit was in wese 'n metaalvoering in die gat rondom 'n roterende as, met die belangrikste taak om wrywing te verminder, afhangend van smering. Henry het met kogellagers begin eksperimenteer, maar dit het vinnig misluk weens die dra. Hy het tot die gevolgtrekking gekom dat 'rollers' meer belofte vir voertuie, soos motors, inhou omdat die gewig van die vrag- soveel swaarder as op 'n fiets- oor die volledige lengte van die rollers gedra kon word, in teenstelling met die enkel kontakpunt op elke kogel in kogellagers. Henry het reguit rollers probeer, maar het besluit om af te neem, sodat laers kragte uit alle rigtings kon ondersteun. Sedert 1899 het The Timken Company meer as ses miljard laers vervaardig en vervaardig hulle nou verskillende laers.

Bedrywe en toepassings

Kogellagers word in die meeste nywerhede gebruik, insluitend vervoer, lugvaart, vervaardiging, landbou en sport/vermaak. U vind voorbeelde van kogel- of rollagers wat in vliegtuie, wiele, windturbines, satelliete en walsmeulens gebruik word. Miniatuur laers kan gevind word in mediese toepassings soos tandheelkundige toerusting.

Internet verbindings

• American Bearing Manufacturers Association - Bearing Timeline

Verder lees

• Timken: From Missouri to Mars - A Century of Leadership in Manufacturing (ISBN: 0875848877)
• Bicycling Science, deur David Gordon Wilson (ISBN: 0262731541)
• Kogellagers: teorie, ontwerp en toepassing (ISBN: 0471984523)

Skryfaktiwiteit

Skryf 'n opstel of paragraaf waarin drie verskillende masjiene beskryf word wat kogellagers of rollagers bevat. Hoe verbeter die gebruik van die laers die masjien?

Belyning by kurrikulumraamwerke

let wel: Lesplanne in hierdie reeks stem ooreen met een of meer van die volgende standaarde:

• S. Standaarde vir wetenskaponderwys (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Volgende generasie wetenskaplike standaarde (http://www.nextgenscience.org/)
• Internasionale Tegnologie-onderwysvereniging se standaarde vir tegnologiese geletterdheid (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Beginsels en standaarde vir skoolwiskunde van die Nasionale Raad vir Wiskunde-onderwysers (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Algemene kerntoestande vir wiskunde (http://www.corestandards.org/Math)
• Rekenaarwetenskaponderwysersvereniging K-12 Rekenaarwetenskapstandaarde (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nasionale Wetenskaplike Onderwysstandaarde Graad K-4 (ouderdomme 4-9)

INHOUDSTANDAARD B: Natuur- en Skeikunde

As gevolg van hul aktiwiteite, moet alle studente 'n begrip van ontwikkel

• Eienskappe van voorwerpe en materiale
• Posisie en beweging van voorwerpe

INHOUDSTANDAARD E: Wetenskap en Tegnologie

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente ontwikkel

• Vermoëns van tegnologiese ontwerp

INHOUDSTANDAARD G: Geskiedenis en aard van die wetenskap

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente begrip ontwikkel vir

• Wetenskap as menslike strewe

Nasionale Wetenskaplike Onderwysstandaarde Graad 5-8 (ouderdomme 10-14)

INHOUDSTANDAARD B: Natuur- en Skeikunde

As gevolg van hul aktiwiteite, moet alle studente 'n begrip van ontwikkel

• Eienskappe en veranderinge van eiendomme in materie
• Bewegings en kragte
• Oordrag van energie

INHOUDSTANDAARD E: Wetenskap en Tegnologie

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente ontwikkel

• Vermoëns van tegnologiese ontwerp

INHOUDSTANDAARD G: Geskiedenis en aard van die wetenskap

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente begrip ontwikkel vir

• Wetenskap as menslike strewe
• Geskiedenis van die wetenskap

Nasionale Wetenskaplike Onderwysstandaarde Graad 9-12 (ouderdomme 14-18)

INHOUDSTANDAARD B: Natuur- en Skeikunde

As gevolg van hul aktiwiteite moet alle studente begrip ontwikkel vir

• Bewegings en kragte
• Interaksies tussen energie en materie

INHOUDSTANDAARD E: Wetenskap en Tegnologie

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente ontwikkel

• Vermoëns van tegnologiese ontwerp
• Begrip oor wetenskap en tegnologie

Nasionale Wetenskaplike Onderwysstandaarde Graad 9-12 (ouderdomme 14-18)

INHOUDSTANDAARD F: Wetenskap in persoonlike en sosiale perspektiewe

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente begrip ontwikkel vir

• Wetenskap en tegnologie in plaaslike, nasionale en wêreldwye uitdagings

INHOUDSTANDAARD G: Geskiedenis en aard van die wetenskap

As gevolg van aktiwiteite moet alle studente begrip ontwikkel vir

• Historiese perspektiewe

Volgende generasie wetenskaplike standaarde - graad 2-5 (ouderdomme 7-11)

Materie en die interaksies daarvan

• 2-PS1-2. Analiseer data wat verkry word deur verskillende materiale te toets om vas te stel watter materiale die eienskappe het wat die beste geskik is vir 'n doel.

Beweging en stabiliteit: kragte en interaksies

Studente wat begrip toon, kan:

• 3-PS2-1. Beplan en voer 'n ondersoek om bewyse te lewer van die effekte van gebalanseerde en ongebalanseerde kragte op die beweging van 'n voorwerp.

Ingenieursontwerp

Studente wat begrip toon, kan:

• 3-5-ETS1-1 Definieer 'n eenvoudige ontwerpprobleem wat 'n behoefte of behoefte weerspieël wat spesifieke kriteria vir sukses en beperkings op materiaal, tyd of koste bevat.
• 3-5-ETS1-2.Genereer en vergelyk verskeie moontlike oplossings vir 'n probleem gebaseer op hoe goed elkeen waarskynlik aan die kriteria en beperkings van die probleem sal voldoen.

Volgende generasie wetenskaplike standaarde - graad 6-8 (ouderdomme 11-14)

Ingenieursontwerp

Studente wat begrip toon, kan:

• MS-ETS1-2 Evalueer mededingende ontwerpoplossings aan die hand van 'n sistematiese proses om te bepaal hoe goed dit aan die kriteria en beperkings van die probleem voldoen.

Standaarde vir tegnologiese geletterdheid - alle eeue

Tegnologie en samelewing

• Standaard 6: Studente sal 'n begrip ontwikkel van die rol van die samelewing in die ontwikkeling en gebruik van tegnologie.
• Standaard 7: Studente sal 'n begrip ontwikkel van die invloed van tegnologie op die geskiedenis.

ontwerp

• Standaard 8: Studente sal 'n begrip hê van die eienskappe van ontwerp.

Standerd 9: Studente sal 'n begrip van ingenieurswese ontwikkel

Stap een:

Lees die verwysingsblaaie vir studente om meer te wete te kom oor laers en die geskiedenis en evolusie van kogel- en rollagers.

Stap twee:

Werk in groepe van 3-4 studente en beweeg die deksel wat u ontvang, oor verskeie oppervlaktes-boek, tafelblad, vloer, mat.

Vraag:

1. Wat was die verskil in wrywing wat die deksel oor verskillende oppervlaktes beweeg? Watter oppervlak het die meeste wrywing getoon? Hoekom?

Stap drie:

Plaas net genoeg albasters in die deksel van die pot om die ruimte amper met albasters te vul (moenie te veel vul nie, sodat albasters nie vrylik kan beweeg nie). Gebruik 'n boek om die deksel om te draai, en probeer nou om die deksel met die marmer "balletjies" te skuif, wat hulp verleen met wrywing van dekselbewegings oor dieselfde oppervlaktes wat voorheen probeer is.

Vrae:

1. Wat was die verskil in die wrywing wat u ondervind het toe die albasters onder die deksel rol?

2. Het die albasters op alle oppervlaktes gehelp? Net sommige? Watter oppervlak, indien enige, vertoon nou die meeste wrywing? Hoekom?

Stap vier:

Probeer 'n variant waar 'n boek of ander gewig bo -op die deksel geplaas word (met en sonder albasters).

Vrae:

1. Laat die marmerbasis makliker beweeg as gewigte bygevoeg word?

2. Kan u aan 'n toepassing vir so 'n toestel dink? Wie sal items met swaar gewigte moet skuif? Hoe sou dit help?

3. Noem drie verskillende masjiene wat kogellagers of rollagers bevat.

1: _____________ 2. ______________ 3 ._____________

Opsionele studentewerkblad:
U is die ingenieur! Probleemoplossing met rollagers

instruksies

U is die ingenieur! Werk saam in 'n span en bedink 'n plan met rollagers om een ​​van u lessenaars in die klas, of 'n tafel, 10 voet te skuif met behulp van die materiaal wat voorsien word. Uitdaging: beperk die krag wat u uitoefen om die lessenaar of tafel te laat beweeg na wat u slegs met u wysvinger kan druk. U mag tot 100 potlode, plakband gebruik.

Materiale

Een stel materiaal vir elke groep studente:

• 100 potlode
• tape
• rekkies
• Gedeelte van mat of mat

Stap een:

Teken hieronder 'n illustrasie van u beplande oplossing.

Stap twee:

Probeer u plan! Kyk of u slegs die lessenaar kan skuif - ingenieurs werk die hele tyd op verskillende skale!

Vrae:

1. Het u ontwerpwerk beplan? Hoekom of hoekom nie?

2. Watter hersienings moes u aan u plan maak om dit 'n meer effektiewe oplossing te maak?

3. Kon u die lessenaar/tafel slegs met die krag van een wysvinger beweeg?