Шестерня и передача
редуктор
Это понятие впервые встречается на программе «Проектная инженерная база» — примерно 9-10 лет (3-4 класс).
Колесо с зубьями. Зубья цепляются за соседнюю шестерню и передают вращение; маленькая и большая шестерни крутятся с разной скоростью.
Звёздочки и цепь велосипеда: переключил на большую звёздочку сзади — крутить педали легче, но едешь медленнее.
Собрать из конструктора пару «маленькая крутит большую» и посчитать, сколько оборотов делает маленькая, пока большая делает один.
Механизм передачи вращения с вала на вал. Передаточное отношение равно отношению чисел зубьев: шестерня на 12 зубьев крутит шестерню на 36 — та вращается втрое медленнее, зато втрое сильнее. Так редуктор превращает быстрое, но слабое вращение мотора в медленное и сильное.
Собрать редуктор из двух пар шестерён 12 и 36 зубьев и показать: выход крутится в 9 раз медленнее, но остановить его пальцем гораздо труднее, чем вход.
Передаточное число i = z₂/z₁ = n₁/n₂: во сколько раз падают обороты, во столько растёт крутящий момент (за вычетом потерь на трение). Виды передач: зубчатая, ремённая, цепная, червячная — последняя даёт большое i в одной ступени и часто самотормозится. У многоступенчатого редуктора передаточные числа ступеней перемножаются.
Спроектировать и собрать редуктор с i = 27 из пар шестерён 12/36 и проверить: пока мотор делает 27 оборотов, выходной вал делает один.
Частое заблуждение
«Шестерни нужны только чтобы передать вращение дальше». Главное другое: пара разных шестерён меняет скорость и силу вращения — как переключение передач на велосипеде.