یاطاقان خود را بگیرید

ساخت مصالح (برای هر تیم)

مواد مورد نیاز برای فعالیتهای 1 ، 2 ، 3

• درب ظرف (از مایونز یا ظرف مشابه)
• 25 تیله با اندازه یکسان (بزرگتر از عمق درب استفاده شده)
• کتاب
• بخش فرش یا فرش 

مواد مورد نیاز برای چالش

• 100 مداد
• با کف دست زدن
• 25 نوار لاستیکی

مواد آزمایش

• میز یا میز کوچک
• بخش فرش یا فرش

مواد

• میز یا میز کوچک
• بخش فرش یا فرش

روند

تیم ها با نشان دادن چگونگی حرکت میز و میز 10 فوت تنها با انگشت اشاره خود ، طرح های خود را آزمایش می کنند.

چالش طراحی

شما گروهی از مهندسین هستید که برای طراحی یک سیستم با استفاده از غلتک برای حرکت یکی از میزهای کلاس درس یا میز 10 فوتی کار می کنند. نیروی اعمال شده برای حرکت میز یا میز را به آنچه می توانید با استفاده از انگشت اشاره خود فشار دهید محدود کنید.

ضوابط

• باید میز یا میز 10 فوت را حرکت دهید.
• برای جابجایی میز یا میز فقط از انگشت اشاره خود استفاده کنید.

محدودیت ها

• فقط می تواند تا 100 مداد ، نوار و 25 نوار لاستیکی استفاده کند
• فقط از موادی که در اختیار شما قرار گرفته استفاده کنید.

1. کلاس را به تیم های 3-4 نفره تقسیم کنید.
2. کاربرگ Getting your Bearings ، و همچنین چند ورق کاغذ برای طراحی طرح ها را به دست آورید.
3. موضوعات را در بخش مفاهیم زمینه بحث کنید. از دانش آموزان بخواهید هنگام حرکت درب (قسمت باز شده) شیشه را روی سطوح مختلف حرکت دهند: اصطکاک را احساس کنید ، روی میز ، کف کاشی ، تکه فرش. از دانش آموزان بخواهید ماشین های متفاوتی را که شامل بلبرینگ یا بلبرینگ هستند ، پیشنهاد دهند.
4. فرایند طراحی مهندسی ، چالش طراحی ، معیارها ، محدودیت ها و مواد را مرور کنید.
5. مواد هر تیم را تهیه کنید.
6. به دانش آموزان آموزش دهید که 3 فعالیت و سپس یک چالش را تکمیل کنند.
   فعالیت 1: دانش آموزان سعی می کنند درپوش ارائه شده را روی چندین سطح - کتاب ، رومیزی ، کف ، فرش حرکت دهند.
   فعالیت 2: دانش آموزان تیله هایی را به اندازه کافی در در ظرف قرار می دهند تا تقریباً فضا را با تیله پر کنند (نباید آن را بیش از حد پر کنند تا تیله ها نتوانند آزادانه حرکت کنند). در مرحله بعد ، آنها باید از یک کتاب برای برگرداندن درب استفاده کنند ، و سپس سعی کنید درپوش را با "توپ" های مرمری حرکت دهید.
   فعالیت 3: دانش آموزان انواع مختلفی را امتحان می کنند که در آن کتاب یا وزن دیگری روی درب (با و بدون تیله) قرار می گیرد.
7. توضیح دهید که برای چالش ، دانش آموزان باید سیستمی را با استفاده از غلتک طراحی کنند تا یکی از میزهای کلاس یا میز را به ارتفاع 10 فوت حرکت دهد. آنها باید نیروی اعمال شده برای حرکت میز یا میز را به آنچه می توانند با استفاده از انگشت اشاره خود فشار دهند محدود کنند.
8. مدت زمان لازم برای طراحی و ساخت را اعلام کنید (1 ساعت توصیه می شود).
9. برای اطمینان از به موقع بودن خود از تایمر یا کرونومتر آنلاین (ویژگی شمارش معکوس) استفاده کنید. (www.online-stopwatch.com/ تمام صفحه-ساعت-توقف). به دانشجویان مرتباً «چک زمان» بدهید تا آنها در انجام وظایف خود باقی بمانند. اگر آنها در تلاش هستند ، سالاتی بپرسید که سریعتر آنها را به راه حلی برساند.
10. دانش آموزان ملاقات کرده و طرحی را برای سیستم غلتک خود طراحی می کنند. آنها در مورد مواد مورد نیاز خود توافق می کنند ، طرح خود را می نویسند/ترسیم می کنند و طرح خود را به کلاس ارائه می دهند.
11. تیم ها طرح های خود را می سازند.
12. تیم ها با نشان دادن چگونگی حرکت میز و میز 10 فوت تنها با انگشت اشاره خود ، طرح های خود را آزمایش می کنند.
13. به عنوان کلاس ، درباره س refالات انعکاس دانش آموز بحث کنید.
14. برای کسب مطالب بیشتر در مورد موضوع ، به بخش "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.

اختیاری برای دانش آموزان بزرگتر

در تیم ها کار کنید تا بررسی کنید که آیا اشکال دیگر یاتاقان ها نسبت به طرح های کنونی یا رول برتری دارند یا خیر. چرا و چرا نه؟

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. فعالیت 1:
   - تفاوت اصطکاک در حرکت دادن درب روی سطوح مختلف چه بود؟
   - کدام سطح بیشترین اصطکاک را نشان می دهد؟ چرا؟
2. فعالیت 2:
   - اصطکاکی که با نورد تیله ها تجربه کردید چه تفاوتی داشت
   زیر درپوش؟
   - آیا سنگ مرمر روی همه سطوح کمک کرد؟ فقط بعضی ها؟
   - در حال حاضر کدام سطح ، بیشترین اصطکاک را به نمایش گذاشته است؟ چرا؟
3. فعالیت 3:
   - آیا پایه سنگ مرمر امکان حرکت راحت تر را هنگام اضافه کردن وزنه فراهم می کند؟
   - آیا می توانید به برنامه ای برای دستگاهی مانند این فکر کنید؟
   - چه کسی نیاز به جابجایی اقلام با وزنه های سنگین دارد؟ این چگونه می تواند کمک کند؟
   - سه ماشین مختلف را که بلبرینگ یا غلتک دارند ، لیست کنید.
4. چالش:
   - آیا برای طراحی طراحی کرده اید؟ چرا و چرا نه؟
   - برای تجدید نظر در برنامه خود چه راهکاری را باید تجدید نظر کنید؟
   - آیا توانستید میز و میز را تنها با استفاده از نیروی یک انگشت اشاره حرکت دهید؟

این درس را می توان در کمتر از 1 دوره کلاس برای دانش آموزان مسن انجام داد. با این حال ، برای کمک به دانش آموزان از احساس عجله و تضمین موفقیت دانش آموزان (به ویژه برای دانش آموزان جوان) ، این درس را به دو دوره تقسیم کنید و به دانشجویان فرصت بیشتری برای طوفان فکری ، آزمایش ایده ها و نهایی کردن طرح آنها دهید. تست و تست را در دوره کلاس بعدی انجام دهید.

اصطکاک چیست؟

بلبرینگ چگونه کمک می کند؟ 

اصطکاک

اصطکاک اصطلاحی است که میزان مقاومت دو جسم را بر روی دیگری جابجا می کند. هرچه اصطکاک بیشتر باشد ، حرکت هموار برای دو جسم دشوارتر می شود. با اصطکاک کمتر ، اجسام به راحتی و هموار در برابر یکدیگر حرکت می کنند. به عنوان مثال ، یک تکه لاستیک اصطکاک بیشتری نسبت به یک کتاب درسی صاف بر فرش دارد. در ماشین آلات ، قطعات به یکدیگر می مالند و افزایش اصطکاک می تواند قطعات را سریعتر فرسوده کند.

بلبرینگ

اصطلاح بلبرینگ گاهی به معنی مجموعه بلبرینگ است که از بلبرینگ های کروی به عنوان عناصر نورد استفاده می کند. همچنین به معنی یک توپ جداگانه برای مجموعه بلبرینگ است. بلبرینگ از مواد مختلفی از جمله سرامیک ، فلزات ، فولاد ضد زنگ و سایر مواد ترکیبی ساخته شده است. آنها به کاهش اصطکاک کمک می کنند که باعث می شود ماشین ها بیشتر کار کنند. آنها همچنین می توانند به دستگاه اجازه دهند بی سر و صدا کار کند. بلبرینگ ها بر اساس یک اصل ساده طراحی شده اند - اینکه اجسام راحت تر از لغزش حرکت می کنند. وقتی دو جسم روی هم می لغزند ، مانند کتاب روی میز یا شیشه روی فرش ، اصطکاک بین سطوح باعث کند شدن حرکت می شود. اگر اجسام بتوانند بر روی یکدیگر بچرخند ، مقدار مساحت سطح تماس محدود شده و اصطکاک کاهش می یابد.

بلبرینگ های عنصر نورد

یاتاقان عنصر نورد بلبرینگ است که با قرار دادن عناصر گرد بین دو قطعه ، بار را حمل می کند. حرکت نسبی قطعات باعث می شود که عناصر گرد با کمی لغزش (غلت بزنند). در تصویر می بینید که چگونه توپ ها بین قسمت های گرد قرار گرفته اند. یکی از قدیمی ترین و شناخته شده ترین یاطاقان های عنصر نورد مجموعه ای از چوب ها است که روی زمین قرار گرفته و یک بلوک سنگی بزرگ در بالا قرار دارد. با کشیده شدن سنگ ، چوب ها با اصطکاک کشویی کمی در امتداد زمین می چرخند. با بیرون آمدن هر چوب از پشت ، به جلو منتقل می شود و بلاک روی آن می چرخد. شما می توانید با قرار دادن چندین خودکار یا مداد روی میز و قرار دادن دست روی آنها ، از چنین بلبرینگ تقلید کنید.

دوچرخه بدون بلبرینگ؟ غلطک بدون رولبرینگ؟

دوچرخه نمونه ای عالی از دستگاهی است که از بلبرینگ برای کاهش اصطکاک استفاده می کند. بلبرینگ ها را می توان در پدال ها ، در قسمت جلو و عقب چرخ ها و لوله ای که دسته فرمان به آن وصل شده است ، پیدا کرد. و اسکیت بردها و تیغه های غلتکی شامل بلبرینگ نیز می شوند! فراتر از این نمونه ها ، بلبرینگ ها عنصر مهم طراحی دکل های حفاری نفت ، هواپیماها و خودروها هستند. غلتک در غلتک استفاده می شود!

تاریخچه بلبرینگ - تکامل محصول  

تاریخچه

یک نمونه اولیه از بلبرینگ چوبی که از میز گردان پشتیبانی می کرد ، از بقایای یک کشتی رومی در دریاچه نیمی ایتالیا بازیابی شد. تاریخ تخریب این کشتی به 40 سال قبل از میلاد مسیح برمی گردد. گفته می شود لئوناردو داوینچی نوعی بلبرینگ را در حدود سال 1500 توصیف کرده است. یکی از مسائل مربوط به بلبرینگ این است که آنها می توانند به یکدیگر بمالند و باعث اصطکاک اضافی می شوند ، اما با قرار دادن توپ ها در قفس می توان از این امر جلوگیری کرد. به بلبرینگ اسیر یا قفس شده در ابتدا توسط گالیله در دهه 1600 توصیف شد.

ابداع

هنری تیمکن ، بیننده قرن نوزدهم و مبتکر در تولید واگن ، در سال 19 ثبت نام نورد مخروطی را انجام داد. او مشاغل را بر اساس حل یک مشکل فنی مهم و قدیمی طراحی کرد: اصطکاک ، نیرویی که مانع حرکت اجسام در تماس با یکدیگر. تیمکن اظهار داشت: "کسی که بتواند چیزی را طراحی کند که اصطکاک را به طور اساسی کاهش دهد ،" به چیزی با ارزش واقعی برای جهان دست می یابد. " سال بعد ، او شرکت Timken را برای تولید نوآوری خود تأسیس کرد.

طراحی و بهبود محصول

زمانی که هنری کار توسعه خود را آغاز کرد ، یاتاقان غالب ، بلبرینگ ساده یا اصطکاکی بود که از زمان های قدیم با تغییرات کمی مورد استفاده قرار می گرفت. این در اصل یک آستر فلزی در سوراخ اطراف یک محور دوار بود ، که کار اصلی کاهش اصطکاک بسته به روانکاری بود. هنری آزمایش با بلبرینگ را شروع کرد اما آنها به سرعت از سایش شکست خوردند. وی به این نتیجه رسید که یاطاقان های غلتکی نوید بیشتری را برای خودروها مانند خودروها می دهد ، زیرا وزن بار- بسیار بیشتر از دوچرخه- می تواند در تمام طول غلتک ها حمل شود ، برخلاف تک. نقطه تماس روی هر توپ در بلبرینگ. هنری غلتک های مستقیم را امتحان کرد اما روی مخروطی نشست ، که به یاتاقان ها اجازه می داد نیروها را از هر جهت حفظ کنند. از سال 1899 ، شرکت Timken بیش از شش میلیارد بلبرینگ تولید کرده است و در حال حاضر انواع مختلف بلبرینگ تولید می کند.

صنایع و برنامه های کاربردی

بلبرینگ در اکثر صنایع از جمله حمل و نقل ، هوافضا ، تولید ، کشاورزی و ورزش/سرگرمی استفاده می شود. نمونه هایی از یاطاقان توپ یا غلتک مورد استفاده در چرخ های فرود هواپیما ، توربین های بادی ، ماهواره ها و آسیاب های نورد را خواهید یافت. بلبرینگ های مینیاتوری را می توان در کاربردهای پزشکی مانند تجهیزات دندانپزشکی یافت.

اتصال به اینترنت

• انجمن تولیدکنندگان بلبرینگ آمریکا - Timeline Timeline

خواندن توصیه می شود

• تیمکن: از میسوری تا مریخ - یک قرن رهبری در تولید (شابک: 0875848877)
• دوچرخه سواری ، توسط دیوید گوردون ویلسون (شابک: 0262731541)
• توپ و غلتک: نظریه ، طراحی و کاربرد (شابک: 0471984523)

فعالیت نوشتن

یک مقاله یا یک پاراگراف بنویسید که در آن سه ماشین مختلف که از بلبرینگ یا غلتک استفاده می کنند توصیف شود. استفاده از بلبرینگ چگونه باعث بهبود دستگاه می شود؟

تراز به چهارچوب برنامه درسی

توجه داشته باشید: برنامه های درسی در این مجموعه با یک یا چند مجموعه از استانداردهای زیر مطابقت دارد:

• S. استانداردهای آموزش علوم (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. استانداردهای علمی نسل بعدی (http://www.nextgenscience.org/)
• استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. اصول و معیارهای شورای ملی معلمان ریاضیات برای ریاضیات مدرسه (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. استانداردهای هسته هسته ای مشترک برای ریاضیات (http://www.corestandards.org/Math)
• استانداردهای علوم کامپیوتر K-12 انجمن معلمان علوم کامپیوتر (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس K-4 (سنین 4-9)

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• خصوصیات اشیا and و مواد
• موقعیت و حرکت اشیا

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم به عنوان یک تلاش انسانی

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 5-8 (سن 10-14)

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• خصوصیات و تغییر خصوصیات در ماده
• حرکات و نیروها
• انتقال انرژی

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم به عنوان یک تلاش انسانی
• تاریخ علم

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 9-12 (سن 14-18)

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• حرکات و نیروها
• فعل و انفعالات انرژی و ماده

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 9-12 (سن 14-18)

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم و فناوری در چالش های محلی ، ملی و جهانی

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• دیدگاه های تاریخی

استانداردهای علمی نسل بعدی - نمرات 2-5 (سنین 7-11)

ماده و فعل و انفعالات آن

• 2-PS1-2. داده های بدست آمده از آزمایش مواد مختلف را تجزیه و تحلیل کنید تا مشخص شود کدام مواد دارای خصوصیاتی هستند که برای هدف مورد نظر مناسب ترند.

حرکت و پایداری: نیروها و فعل و انفعالات

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• 3-PS2-1. برای ارائه شواهدی از تأثیرات نیروهای متعادل و نامتعادل در حرکت یک جسم ، تحقیق و برنامه ریزی کنید.

طراحی مهندسی

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• 3-5-ETS1-1. یک مسئله ساده طراحی را منعکس کننده یک نیاز یا خواسته تعریف کنید که شامل معیارهای مشخص شده برای موفقیت و محدودیت در مواد ، زمان یا هزینه باشد.
• 3-5-ETS1-2. تولید و مقایسه چندین راه حل ممکن برای یک مسئله بر اساس میزان مناسب بودن هریک از معیارها و محدودیت های مسئله.

استانداردهای علمی نسل بعدی - نمرات 6-8 (سنین 11-14)

طراحی مهندسی

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• MS-ETS1-2 ارزیابی راه حل های طراحی با استفاده از یک فرایند سیستماتیک برای تعیین میزان مطابقت آنها با معیارها و محدودیت های مسئله.

استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار

فناوری و جامعه

• استاندارد 6: دانش آموزان درک درستی از نقش جامعه در توسعه و استفاده از فناوری خواهند داشت.
• استاندارد 7: دانش آموزان درک درستی از تأثیر فناوری بر تاریخ خواهند داشت.

طرح

• استاندارد 8: دانش آموزان درک درستی از ویژگی های طراحی پیدا می کنند.

استاندارد 9: دانش آموزان درک مهندسی را توسعه می دهند

گام اول:

برای اطلاع از یاتاقان ها و تاریخچه و تکامل بلبرینگ و رولبرینگ ، برگه های مرجع دانش آموزان را مطالعه کنید.

گام دوم:

در گروه های 3-4 نفره کار کنید ، سعی کنید درپوش ارائه شده را روی چندین سطح-کتاب ، رومیزی ، کف ، فرش حرکت دهید.

سوال:

1. تفاوت اصطکاک در حرکت دادن درب روی سطوح مختلف چه بود؟ کدام سطح بیشترین اصطکاک را دارد؟ چرا؟

گام سوم:

سنگ مرمر را به اندازه کافی در در ظرف قرار دهید تا تقریباً فضا را با تیله پر کنید (بیش از حد پر نکنید تا تیله ها نتوانند آزادانه حرکت کنند). برای برگرداندن درپوش از یک کتاب استفاده کنید و حالا سعی کنید درپوش را با "توپ" های مرمری حرکت دهید و با حرکت درب اصطکاک در سطوحی که قبلاً امتحان شده است کمک کند.

سوالات:

1. فرق اصطکاکی که با تیله ها زیر غلاف غلتیدید چه تفاوتی داشت؟

2. آیا سنگ مرمر روی همه سطوح کمک کرد؟ فقط بعضی ها؟ در صورت وجود ، کدام سطح بیشترین اصطکاک را دارد؟ چرا؟

گام چهارم:

انواع مختلفی را که یک کتاب یا وزن دیگر در بالای درب (با و بدون تیله) قرار داده شده است ، امتحان کنید.

سوالات:

1. آیا هنگام اضافه کردن وزنه ، پایه مرمر اجازه حرکت راحت تر را می دهد؟

2. آیا می توانید به برنامه ای برای دستگاهی مانند این فکر کنید؟ چه کسی نیاز به جابجایی اقلام با وزنه سنگین دارد؟ این چگونه می تواند کمک کند؟

3. سه ماشین مختلف را که بلبرینگ یا غلتک دارند ، لیست کنید.

1: _____________ 2. ______________ 3 ._____________

کاربرگ دانشجویی اختیاری:
شما مهندس هستید! حل مشکل با بلبرینگ غلتکی

دستورالعمل ها

شما مهندس هستید! به صورت تیمی کار کنید و طرحی را با استفاده از غلتک برای جابجایی یکی از میزهای کلاس یا میز خود در ارتفاع 10 پا با استفاده از مواد ارائه شده طراحی کنید. چالش: نیروی اعمال شده برای حرکت میز یا میز را به آنچه می توانید با استفاده از انگشت اشاره خود فشار دهید محدود کنید. ممکن است تا 100 مداد ، نوار چسب استفاده کنید.

مواد

یک مجموعه مواد برای هر گروه از دانش آموزان:

• 100 مداد
• نوار
• باند لاستیکی
• بخش فرش یا فرش

گام اول:

در زیر یک تصویر نشان دهید که راه حل برنامه ریزی شده شما را نشان می دهد.

گام دوم:

برنامه خود را امتحان کنید! ببینید آیا می توانید میز را فقط با استفاده از دستگاه جابجا کنید - مهندسان دائماً در مقیاس های مختلف کار می کنند!

سوالات:

1. آیا برای طراحی کار برنامه ریزی کرده اید؟ چرا و چرا نه؟

2. برای تجدید نظر در برنامه خود چه راهکاری را باید تجدید نظر کنید؟

3. آیا توانستید میز و میز را تنها با استفاده از نیروی یک انگشت اشاره حرکت دهید؟