Zub za zubem

Základní škola Ostrava-Hrabůvka, A. Kučery 20
Žáci se budou aktivně podílet na tvorbě výukových pomůcek v podobě ozubených kol. Uvědomí si závislosti poměru ozubení, dozví se, jaký vliv má tvar a počet jednotlivých zubů.
Easy
Medium-term
10–14 yrs
Verified by Prusa Team
Suitable printers: Prusa MINI / MINI+Prusa MK3/S/S+
0
3
0
74
updated January 2, 2022

Summary

PDF
Žáci se budou aktivně podílet na tvorbě výukových pomůcek v podobě ozubených kol. Uvědomí si závislosti poměru ozubení, dozví se, jaký vliv má tvar a počet jednotlivých zubů.

The focus of the target group

Cílovou skupinou jsou žáci 2. stupně ZŠ, nicméně vytištěné produkty budou sloužit jako výukové pomůcky i na 1. stupni ZŠ.

Necessary knowledge and skills

Pro potřeby tohoto projektu nepotřebují žáci žádné předchozí konkrétní znalosti a vědomosti, projekt má sloužit jako náhrada vyučovacího bloku o jednoduchých strojích. Modely pro tisk budou připravené a žáci jen vyberou ten, o kterém se budou domnívat, že je ten nejvhodnější a za pomoci vyučujícího jej na 3D tiskárně vytisknou.

Project objectives

Cílem projektu je rozvíjení několika klíčových kompetencí žáků. 
Východiskem je rozvoj kompetence k učení, neboť problematika ozubených kol je zahrnuta v učivu matematiky 6. ročníku (učivo o dělitelnosti přirozených čísel) a v 9. ročníku (řešení slovních úloh pomocí rovnic). Problematika jednoduchých strojů je rovněž zahrnuta v učivu fyziky. Při rozvíjení této kompetence se žáci budou seznamovat se softwarem zabývajícím se 3D objekty, vybraný software se také naučí ovládat tak, aby jej dále mohli využívat v dalších fázích projektu. 

Rozvíjeny budou také schopnosti využití znalosti anglického jazyka (nápověda k softwaru v anglickém jazyce, webové stránky s 3D problematikou). V rámci projektu bude samozřejmostí rozvoj digitálních kompetencí – práce s IT technikou a se softwarem.


Další rozvíjenou kompetencí je kompetence k řešení problému – žáci objeví závislost poměru ozubení a rychlosti otáčení jednotlivých komponent, zjistí, jakou roli hraje tvar a objeví existenci nestandardních převodů, například krokového. Při případném pokračování v projektové činnosti je pak možno za pomoci jednoduchých elektromotorků začít se stavbou hodinových strojků, jednoduchých orlojů a podobných strojů. 


Dojde také významně k rozvíjení kompetencí komunikativních a sociálně-personálních, kdy budou nejen komunikovat a spolupracovat na návrzích jednotlivých převodů, ale také například obhajovat své teorie navržených strojů.

 
V neposlední řadě se projekt bude dotýkat a prohlubovat také kompetence pracovní, neboť žáci budou své teorie uvádět do praxe pomocí prostředků ICT a 3D tiskárny.

Required equipment

PC (notebook) pro žáka – běžné vybavení počítačové učebny, Microsoft 3D Builder, 3D tiskárna Original Prusa i3 MK3S+, SD karta, ovládací PC s potřebným programovým vybavením (PrusaSlicer 2.3.1, PronterFace)

POTŘEBNÉ SOUBORY A DOKUMENTY:
Soubor s vygenerovaným projektem ozubeného kola z webu https://geargenerator.com/, soubor s vybraným netradičním strojem ze stránek GrabCAD, https://www.thingiverse.com nebo importem modelu do prostředí 3D Builderu., webová stránka s nápovědou k programu 3D Builder, vytištěná nápověda k ovládání programu 3D Builder, prezentace s řešením slovních úloh (ozubená kola), dotazníkový formulář MS Forms.

 

3D modeling

Project time schedule

a) čas nutný k přípravě projektu: 10 hodin
b) čas strávený se žáky: 15 hodin
c) čas tisku a finalizace vytištěného předmětu: 18 hodin
d) čas vyhodnocení projektu: 2 hodiny
 

Workflow

Projekt je rozdělen do čtyř nezávislých fází:

1) Teorie převodů pomocí soustavy ozubených kol

Wikipedie nám říká, že Ozubené kolo je disk, který má po obvodu tvarově definované ozubení, které zapadá do jiného ozubeného kola s odpovídajícím ozubením a přenáší tak mechanickou energii mezi hřídelemi nebo otočnými součástkami stroje. Takto zabírající kola nazýváme ozubeným soukolím. Ozubené kolo je základní konstrukční součástí převodovek a dalších strojů.

reálná pomůcka používaná při výuce fyziky

Následuje diskuse na téma “K čemu to je dobré?”

  • Přenos točivé síly
  • Změna síly
  • Změna směru
  • Změna typu pohybu

Vyučující následně doplní použití z reálného života – zde nejlépe uvést přehazovačku na jízdním kole, protože je tento stroj žákům nejbližší.

Následuje teorie výpočtu rychlosti otáčení, tzv, převodový poměr, vypočítaný jako poměr zubů zapojených ozubených kol se zmíněním přehazovačky a konkrétním popisem systému, včetně (nepřímé) úměry síly.

Téma k diskusi: K čemu je možné použít následující typy strojů?

Téma k diskusi? Jak funguje hodinový strojek, jehož minutová ručička se neposouvá kontinuálně?

Maltský kříž: Malta's cross

Název: Video s názvem: Malta's cross

Pozn. Velmi obsáhlý text o teorii ozubených kol lze nalézt na stránkách https://www.thomasnet.com/articles/machinery-tools-supplies/understanding-gears/

Pozn. Diferenciál je velmi pěkně popsán na stránkách https://www.tec-science.com/mechanical-power-transmission/planetary-gear/how-does-a-differential-gear-work/

 

2) Tvorba a tisk ozubeného kola

Žáci se v programu 3D Builder pokusí vymodelovat ozubené kolo podle svých představ. Poté vyučující předvede generování modelu na webové stránce https://geargenerator.com/. Žáci si uvědomí výhodnost používání cíleně zaměřených programů, jeho rychlost a jednoduchost. Následně se pokusí vygenerovat dříve vytvořené ozubené kolo, a to připraví k tisku na 3D tiskárně. Výsledný model zašlou mailem vyučujícímu, který je postupně vytiskne.

Po vytištění a potřebných mechanických úpravách si žáci vyzkoušejí ozubená kola skládat do jednotlivých strojů. Zjistí, že ne všechna kola společně fungují a společně s vyučujícím si popíší důvody. Jednat se bude převážně o sklon zubů, případně jejich tvar. Zvídavější žáci mohou upozornit na nestandardní (nešpičatý) tvar zubů, který vyučující popíše jako nejefektivnější řešení z důvodu přenosu síly (viz animace na wikipedii: Ozubené kolo – Wikipedie (wikipedia.org)).

3) Tisk a ověření funkčnosti nestandardního stroje

Žákům jsou představeny návrhy nekulatých ozubených kol. Po diskusi o jejich využití je vybrán model k tisku, ten vytištěn, a nakonec je ověřena jeho funkčnost.

Název: Vkládá se obrázek...   

Název: Vkládá se obrázek...

Další nestandardní stroje: Non-circular Gears - Gearify 2014 Compilation

 

4) Vyhodnocení projektu

V rámci závěrečné diskuse bude společně se žáky připomenut a rozebrán celý průběh projektu – přípravy, tisku a finalizace 3D ozubeného převodu. V rámci této diskuse budou zdůrazněny možnosti, které 3D tisk přináší. Součástí tohoto vyhodnocení bude také závěrečný dotazník pro žáky, ve kterém žáci shrnou přínos, který jim celý projekt přinesl.

Authors

Mgr. Martin Ott, Mgr. Lukáš Noskievič, žáci 9. ročníku

Model origin

The author hasn't provided the model origin yet.

License