9665xx培训教育集团机械工程教师手册.docx
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9665xx培训教育集团机械工程教师手册
9665教师手册
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目录:
第一部分:
介绍
3
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介绍
欢迎使用xx教育部推出的机械工程套装。
这个套装为学生设计,帮助他们认识和理解物理概念(运动和力),动力学,生产流程,机械,气动力控制系统等。
这个套件可以单独使用,也可以与其它xx教育部产品合用。
使用机械工程套装,以两到三个学生来分组,利用机械原理和问题解决能力来完成所有主题。
这个套装非常强调流程工程学,所以学生潜心于选择和设计用在制作中的特殊流程。
活动适合于中学,它覆盖了自然科学,技术和物理学。
什么是机械工程:
机械工程是处理制造流程以及设计、制造、安装和操作发动机和机器的工程分支学科。
它注重力和运动的关系。
机械工程不再依赖“反复试验”过程来完成一个设计,今天,专业工程师利用了科学方法来研究、解决问题、设计产品。
机械工程由四个主要的功能。
第一包括理解和处理机械科学,包括动力学(力和运动的关系)的基本知识。
第二涉及到研究,设计和开发等一系列工作,以及综合上面的能力,对产品作出必要的修改,使它符合当前和未来的要求。
第三是产品的生产,包含了计划、操作和维护。
第四涉及到配合,这在管理、商议和在某些情况下的市场规划是必需的。
在这些功能中,场使用科学方法(“设计流程”),而不是传统的或凭直觉的方法(“反复试验”)。
机械工程不仅仅是利用机器来生产产品,而且包括开发具更高准确度和更复
杂的机器工具来生产机器。
在开发时,主要关注:
1.提高操作速度来提高生产速度。
2.提高准确度来提高产品的质量。
3.成本最小化。
这三种需求引致了复杂控制系统的发展。
最成功的机械产品是是机器的机械设计跟控制系统紧密合成一体。
在汽车发动机制造中的现代传输系统(传输带)是一个一系列复杂制造流程机械化的好例子。
开发工作是进一步掌握了自动生产机器后,使用计算机储存和处理大量的数据,用于使用少量通用机器工具来制造大量的部件。
机械工程覆盖三个主要领域:
1.物理—研究物质、能量、运动和力的科学。
2.运动学—一个机械学科分支,研究不考虑质量和力的作用时物体运动。
3.动力学(机械的动力)—一个机械学科分支,研究力对改变物体运动的作用。
4
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4.材料介绍:
机械工程套装产品编号:
9665。
包含xx部件。
搭建手册
6本搭建于册,包含了24个部件装配的每一步骤。
究计挑战手册
设计挑战于册包含了12个问题解决方案。
视频光盘
包含在9665套件中。
包含制造流程和打印、包装、组装、食物生产、收割等系统的视频片断。
机械工程活动手册
产品编号:
209665。
包含教师注意点范例解答和学生活动操作图。
机械和机构概念指南
产品编号:
2000042。
关于现实生活中机械和生产系统的信息。
有关机械的更多信息,请浏览:
5
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课程参考:
年龄:
11-14技术:
思考和制作技巧学习如何:
1.设计和制作机器,以及工作流程。
2.在设计项目中,想出好主意和方案。
3.在评估和优化机器性能时,使用问题解决知识。
技术:
认识和理解
学习关于:
1.机器及对它们对人类的重要性。
2.装配多种部件来制作实用系统的方法。
自然科学:
认识和理解
学习关于:
1.复合机器如何由多个简单机器组成。
2.机器元件的特性和功能。
3.物体如何运动及以不同方式相互影响。
4.力和旋转如何能令物体绕中心点转动。
5.非平衡力如何改变运动的速度和(或)方向,以及平衡力如何不使运动产生改变。
年龄:
14-18技术:
思考和制作技巧学习如何:
1.为建造一个系统的安排计划。
2.问题解决和维护系统的性能。
3.调查带有技术系统的机器人接口的应用。
4.在分析机器表现出的功能时应用问题解决技巧。
技术:
认识和理解
学习关于:
1.系统或子系统如何设计、使用,以及将它们组合起来达到不同的目的。
2.如何高质量制造产品。
物理:
认识和理解学习关于:
1.不同类型的运动,例如直线运动,旋转运动,摆动。
2.运动如何能出现在2维或3维空间。
3.物体质量越大,改变其运动所需要的力越大。
(阻止运动改变的特性称为惯性)
4.偏心运动以及如何将旋转运动变为往返运动。
5.衡量在机器中的机械优势。
6
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程动范围和顺序:
主题
机
械
原理
1
印刷和包装
1A,1B—直线运动
2个子机构
2个工作表
1C—旋转运动
1个子机构
1个工作表
2
原料的处理
2A,2B—2维运动
2个子机构
2个工作表
2C—3维运动
1个子机构
1个工作表
3
生产线流程
3A,3B,3C—偏心运动
3个子机构
一共3个工作表
3D,3E,3F—偏心运动+气动力
3个子机构
4
装配线流程
4A,4B—抓取
2个子机构
1个工作表
4C,4D—一个动力源多个运动
2个子机构
2个工作表
5
工作中的机器
5A,5B—关节运动
2个子机构
1个工作表
5C,5D—移动
2个子机构
1个工作表
6
机器的动力
6A,6B,6C—马达
3个子机构
1个工作表
6D—气动力
1个子机构
1个工作表
设计挑战
概念
挑战
物料计量和混合
饮料生产
物料处理的安全
化学工厂
机器输入/输出接口
弹子球游戏机
加工
蜡烛机床
物料分类和物料处理
垃圾处理
自动分配系统
药物分配机
包装
乒乓球包装
定时功能
纸张折叠机
定时和检测
CD印模机
装配线制造
汽车工厂
质量控制
车辆清洗
压模的物料计量和混合
塑料制造
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程动:
机械工程活工手册包含下面所描述的2种类型的活工。
1.研究活动
一系列的工作单,包含了为一个工作组(2-3个学生)准备的搭建课程和挑战活动,还附随为教师准备含有运动和力学关键物理概念的笔记。
首先,学生搭建类似的子机构并探索其中的物理概念。
然后应用他们所学的知识来解决“挑战”,改造己存在的子机构*来适应不同的标准。
每次活动通常在不超过两节课(一节课45分钟)完成。
1.搭建于册1—直线运动(2次活动),旋转运动(1次活动)
2.搭建于册2—2维运动(2次活动),3维运动(1次活动)
3.搭建于册3—偏心运动(3次活动)
4.搭建于册4—抓取(1次活动),多种运动(2次活动)
5.搭建于册5—关节运动(2次活动),移动(1次活动)
6.搭建于册6—马达(1次活动),气动力(1次活动)
*子机构是搭建模型的一部分,可以作为制作全动能模型的起点,或作为机械系统的一部分。
在每个子机构中的黄色部件用来识别运动的位置。
2.设计挑战
这部分包括了多个涉及广泛的制作项目,通常需要多个课时来完成,在很多制作项目中,需要多个套装。
学生应用前面活动所学到的概念来解决更难得问题,投入到更复杂的机械系统的设计中。
鼓励学生按照“设计流程”来工作,这个“设计流程”是今日机械工程重要的一部分。
当设计产品时,分成四个容易的步骤是很有帮助:
步骤1:
指出需要解决的问题。
步骤2:
思考研究与问题有关的信息。
步骤3:
构想问题的解决方案。
步骤4:
评估及测试方案,决定那些需要修改。
有12个挑战项目,每个场应用一个工程概念,可以按任意顺序来完成。
1.饮料生产(物料计量和混合)
2.化学工厂(物料处理的安全)
3.弹子球游戏机(机器输入/输出接口)
4.蜡烛机床(加工)
5.垃圾处理(物料分类和物料处理)
6.药物分配机(自动分配系统)
7.乒乓球包装(包装)
8.纸张折叠机(定时功能)
9.CD印模机(定时和检测)
10.汽车工厂(装配线制造)
11.车辆清洗(质量控制)
12.塑料制造(压模的物料计量和混合)
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评估建议:
教师评估:
评估学生使用机械工程套件(9665)有儿种途径。
包括:
1.观察学生工作。
2.查阅学生笔记。
3.检查学生的工作单。
4.与学生一起讨论。
5.学生课堂上合作。
6.将学生获得的与技能检查列表对比。
7.评估他们的调查报告。
8.学生陈述如何完成工作。
学生自我评估:
自我评估有助于发展自学能力。
通过保留笔记是一种学生评估自己学到什么的有效方法。
经常记录不但有助于增强书写技能,还促进提高课堂上的讨论。
在写完关于一个主题的东西后,学生往往对讨论和问题解决有更多准备。
书写促进了思考。
学生自我评估的一些建议:
1.我学到什么?
2.我学得多好?
3.我如何解决问题?
4.我怎样用其它方法解决问题?
5.我怎样优化我的方案吗?
6.为了使我的机械系统更有效,应该做什么样的修改?
7.在现实制造环境里,象这样的方案有多安全?
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学生页(预测验)
1齿轮用于
6
用于控制压缩气体的气流流到某一气
a)改变旋转方向
缸里的气动力部件称为:
b)提高或降低旋转速度
a)压缩器
c)提高转动的力
b)阀门
d)改变旋转运动的位置
c)管道
e)以上所有的
d)滑塞杆
e)端口
1.滑轮是(选择所有正确答案)
7
用于压缩气体的气缸的活塞杆通常连
a)有齿的轮子
接在:
b)用于改变转向、速度和力
a)齿轮
c)用于改变拉力的方向
b)轮子
d)产生直线运动的齿轮
c)滑轮
d)杠杆
e)卷轴
2.轮和轴可以:
8
支架和小齿轮机构用于:
a)减少摩擦
a)将旋转运动变为摆动
b)存储能量
b)将直线运动变为旋转运动
c)用作卷轴
c)将旋转运动变为直线运动
d)控制运动的方向
d)以上场不是
e)以上所有的
3.杠杆可用于(选择所有正确答案)
9
凸轮可用于:
a)改变力的方向
a)将转动的平面更改90度
b)提高力
b)将空气压入泵中
c)把物体联结起来
c)放大施加的力
d)用作制动器
d)将转动变为往返运动
4.以下哪一项最适直用作压缩空气
10
摆动是:
a)浆
a)在直线上运动
b)发生器
b)在弧线上往返运动
c)自行车气泵
c)在直线上往返运动
d)开关
d)存储能量
e)电风扇
10
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教师页(预测验答案)
1.齿轮用于
6.压缩气体的气流流到某一气缸里的气
f)改变旋转方向
动力部件称为:
g)提高或降低旋转速度
e)压缩器
h)提高转动的力
f)阀门
i)改变旋转运动的位置
g)管道
j)以上所有的
h)滑塞杆
i)端口
2.(选择所有正确答案)
7.体的气缸的活塞杆通常连接在:
a)有齿的轮子
a)齿轮
b)用于改变转向、速度和力
b)轮子
c)用于改变拉力的方向
c)滑轮
d)产生直线运动的齿轮
d)杠杆
e)卷轴
3.轮和轴可以:
8.支架和小齿轮机构用于:
a)减少摩擦
a)将旋转运动变为摆动
b)存储能量
b)将直线运工变为旋转运工
c)用作卷轴
c)将旋转运动变为直线运动
d)控制运动的方向
d)以上场不是
e)以上所有的
4.杠杆可用于(选择所有正确答案)
9.凸轮可用于:
a)改变力的方向
a)将转动的平面更改90度
b)提高力
b)将空气压入泵中
c)把物体联结起来
c)放大施加的力
d)用作制动器
d)将转工变为往返运工
5.以下哪一项最适直用作压缩空气
10.摆动是:
a)浆
e)在直线上运动
b)发生器
f)在弧线上往返运工
c)自行车气泵
g)在直线上往返运动
d)开关
h)存储能量
e)电风扇
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特殊部件介绍
xx马达:
xx马达是一个包含马达和齿轮箱的部件。
齿轮箱降低了高效率马达的转速,变为常用的350rpm
(空转状态)。
注意事项:
i.马达不防水
ii.不能超过最大电压9V
iii.马达不能处于失速状态,即电源不能使马达转动
xx电池箱:
xx电池箱使用6节AA电池,如果你使用可
充电电池,请不要让电池在电池箱内充电。
禁止将电池箱短路或将两个电池箱相连,如果
出现溢水,电池可能己被腐蚀。
在存放电池箱时,请断开所有的连线和马达。
重物意外腐到电池箱上可能开动马达,从而减少电池电量。
xx离合器齿轮
xx离合齿轮能在齿轮转动时保持其联接的轴
固定不动。
这部件能传递从2,5到5牛顿的力。
xx开关
当柱(barrel)转动时,将控制开和关
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气动部件:
在这一个套件里启动部件包括了xx气缸、xx阀门、xx气泵和xx管道。
在使用管道部件时,保证没有折弯,否则将影响气流。
小气缸和小气泵的技术参数:
*活塞直径5.84mm
*活塞杆直径3.2mm
*活塞行程16.7mm
*窜漏(指气缸和活塞之间运动时流体的渗漏)压力2.5to3bar
管道的内直径是2.0mm。
管道分成3种颜色,用于区分气体的流向。
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学生程动
目录:
直线运动1
直线运动2
旋转运动
2维运动。
1)
2维运动。
2)
3维运动周期运动往周运动摆动
抓取
一个动力源,多种动作。
1)一个动力源,多种动作。
2)由柄运动
移动
动力源—马达
动力源—气动力
教师笔记和范例答案
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有时需要按固定路径将一个物体从一个地方移到另一个地方。
传输带是一条皮带或链条的驱动机构,它有一个平坦的表面,可以以最短的路径移动物品。
1.按搭建于册1中第2-5页搭建机构1A。
提示:
你可以添加纸张或其张材料作为传输带中的皮带。
2.将一个xx积木放在传输带的皮带上:
a).当转动于柄时将出现什么?
b).什么是输入的运动?
c).什么是输出的运动?
3.什么简单的机构可用于将输入运动变成输出运动?
4.将4个轮载中的橡胶轮胎移去,对这个传输带的性能有什么影响?
5.研究一下将两个轮胎替换滑轮对传输带的影响。
当传输带在运行时压下皮带,
将发生什么?
6.当皮带出现情况时,传输带的功能有什么影响:
a).当皮带太松时
b).当皮带太紧时
7.有两种可以调整皮带松紧的方法。
一种是使用惰轮(idlerwheel)。
通过用于指压下或提高传输带的皮带来研究惰轮如何工作。
惰轮如何影响传输带中皮带的性能?
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挑战(水平1)
打滑将引发问题和降低生产线的速度。
更改己做好的机构,使传输带的皮带
以固定的速度转动,在皮带上的物体传输速度不大于5厘米每秒。
考虑:
1打滑的主要原因
2减少打滑的方法
3尝试一下比较可行的方法
一起讨论:
1你用到什么概念
2主要的问题是什么
3你如何解决这些问题
挑战(水平2)
易碎的药物箱必须运到飞机里,但是己做好的传输带不能调整成把这些箱子
从地面运到飞机里。
更改你的机构,提高到可以把这些箱子运到10厘米高。
将
4个箱子同时放在传输带的皮带上(不能堆在一起),不能让箱子打滑回腐,因为这样会造成损害。
考虑:
1箱子重量对传输带的皮带的影响
2如何防止箱子打滑回腐
3箱子到了最高处时如何能卸下
4传输带的皮带最佳速度是多少
一起讨论:
1你用到什么概念
2主要的问题是什么
3你如何解决这些问题
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很多机器需要精确控制运动,例如在车间里的磨床、车床,叉车,x-y绘图仪和水闸的门(在河流或沟渠中控制水流)。
这一类型的机械的控制动作可以在水平或垂直的平面上。
1.按搭建于册1中第6-9页搭建机构1B。
**先不要将马达与电池箱连接**
2.将构件放在平面上,于工移动连着马达的于臂,总结一下发生的现象。
观察齿轮如何附在齿条上,这个机构4齿条(rack)和副齿轮(pinion)。
一个齿条和副齿轮机构可以将输入运动变换为输出运动。
3.将马达与电池箱连接
a.从马达输入的运动是b.使用皮带将马达的转动传递到齿条和副齿轮中,当于臂到达移动的极限
儿秒后将出现什么情况?
c.使用齿轮来替换滑轮和皮带,将出现什么情况d.当于臂移到齿条两端的尽头,有什么安全的方法可以停止移动。
4.齿条和副齿轮机构水平或垂直使用。
请尝试一下。
a.可运载的最大重量是多少克?
b.当马达关闭时,将出现c.将机构倾斜,作推动器用。
机构如何工作?
d.这个机构可用作安全的提升设备吗?
给出你的理由。
e.还能在那里?
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挑战(水平1)
在提升马达时,为了给出足够的空间,你需要让于臂延长3厘米左右。
更改
你的设计,保证马达安全提升。
考虑:
1当提升重物时,延长臂如何影响重心
2延长于臂影响稳定性
3控制杆如何工作
4使装置平衡
一起讨论:
1你用到什么概念
2主要的问题是什么
3你如何解决这些问题
挑战(水平2)
一个xx马达需要存放在仓库的架子上,支架离地板有18厘米。
更改你的机构,把xx马达提升,安全放在架子上。
考虑:
1把xx马达提升并放在架子上所需要的准确高度
2高度如何影响稳定性
3如何将xx马达放置在架子上。
4你的机器操作安全性如何?
一起讨论:
1你用到什么概念
2主要的问题是什么
3你如何解决这些问题
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很多机器利用旋转运动,在报纸的印刷中,滚筒的旋转运动可以搬动原料。
打印机的工作与此类似。
1.按照搭建于册1中第10-15页搭建机构1C。
2.动灰色把柄时剪一些纸条“喂给”机构,a.当你转动把柄时将发生?
b.输入动作是什么?
c.输出动作是什么?
3.纸片如何被推动通过这个机构?
4.提高机构的顶端部分,尝试将纸条“喂给”机构。
陈述你的发现:
5.尝试通过橡胶带来操作机构。
a.发生了什么?
b.移去橡胶带,尝试操作机构
发生了什么?
c.橡胶带的作用是什么?
6.尝试“喂给”机构不同类型的纸张或其他扁平材料,如毯子、厚的卡片、棉
纸、纸板。
陈述你的发现:
7.尝试“喂给”机构一些厚的纸或同时“喂给”机构好儿张纸。
能通过机构的
最大厚度是多少。
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挑战(水平1)
现在,你的机构仅仅能处理薄纸,更改你的机构,让它能处理5mm厚、10cm长的纸,不会出现卡纸。
考虑:
1如何建成一个平滑的“喂给”系统?
2如何根据不同厚度的纸来调整进纸系统?
3如何使用滚轮夹紧更厚的纸?
一起讨论:
1你用到什么概念?
2主要的问题是什么?
3你如何解决这些问题?
挑战(水平2)
你的机构是印刷系统的一部分,但为印刷新书需要处理大尺寸的的纸,更改机构,使它能处理8cm*12cm的纸。
在纸张通过机器时不能将它弄皱,机构应由马达来驱动。
考虑:
1如何为宽的纸张建立一个平滑的“喂给”系统?
2为了保持纸张平整,需要多少个滚轮?
3纸张通过机构后,如何收集?
一起讨论:
1你用到什么概念?
2主要的问题是什么?
3你如何解决这些问题?
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2维运动
(1)
单凭肌肉的力量往往不足将重物提起,古人使用的杠杆是最早的机械之一,
很多现代的提升设备然而使用杠杆原理。
这次活动使用一个气动力的提升设备。
1.按照搭建于册2中第2-8页搭建机构2A。
2.注意黄色的双动作气缸的可用于移动机器。
用于指给蓝色的纸木块输入一个力,研究机器如何工作?
a.气动力活塞给出什么形式的运动?
b.产生的输出是什么类型?
c.产生的输出运动的方向是什么?
d.使用什么简单的机构可以将输入运动变为输出运动?
3.留意为什么灰色的平台总能与地面保持平行。
a.用什么简单的机理才能这样运动?
b.机构里什么部件使它能这样运动?
c.
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