Fern gesteuertes Schaufelrad-Boot-Lasers chneid projekt mit Laser Maker

In diesem STEAM-Robotik-und Mechanismus projekt entwerfen und bauen die Schüler mit Laser Maker ein fern gesteuertes Schaufelrad boot. Die Lektion verbindet Schaufelrad antriebe, vertikales Zahnrad getriebe, schwimmendes Struktur design, Einst eck-und Zapfen montage, laser geschnittene Schaufelräder, fern gesteuerte Komponenten, Verkabelung und praktische Tests.

1. Lektion Übersicht

1.1 Projekt ziel

Die Schüler entwerfen ein Schaufelrad boot mit Kabine, Rumpf, Schaufelrad system, Getriebe, Wellen hülsen und schwimmender Unterstützung. Sie werden die Teile in Laser Maker erstellen, die Struktur laser schneiden, die mechanischen und elektronischen Komponenten zusammenbauen und testen, ob die Schaufelräder das Modell auf Wasser bewegen können.

1.2 Empfohlene Verwendung im Klassen zimmer

2. Lernziele

2.1 Was die Schüler lernen werden

2.2 STEAM Skills entwickelt

2.3 Ver antwort liche Herstellung

Die Schüler sollten das Boot nur unter Anleitung des Lehrers oder des Labor leiters testen. Halten Sie elektronische Komponenten so trocken wie möglich, überprüfen Sie die Verkabelung vor dem Start und entfernen Sie das Modell sofort aus dem Wasser, wenn die Struktur instabil wird oder die Elektronik freigelegt wird.

3. Real-World-Kontext: Wie sich ein Schaufelrad boot bewegt

Ein Schaufelrad boot bewegt sich anders als ein herkömmliches Propeller boot. Anstatt einen Propeller zu verwenden, verfügt er über Schaufelrad geräte mit Schaufel blättern an den Seiten des Rumpfes. Wenn der Motor die Schaufel räder antreibt, rühren die Klingen das Wasser und drücken das Boot nach vorne.

In dieser Lektion lernen die Schüler ein echtes Schaufelrad boot und erstellen dann ein fern gesteuertes Wasser kreuzfahrt modell. Da das Modell in der Nähe von Wasser arbeitet, verwendet das Design ein vertikales Getriebe, um den Motor weiter von der Wasser oberfläche zu halten und gleichzeitig die Bewegung auf die Schaufelrad welle zu übertragen.

4. Material-und Teile planung

4.1 Material liste

Vor der Modellierung des Schaufelrad boots sollten die Schüler die im Projekt verwendeten Fernsteuerung komponenten, Struktur materialien, schwimmendes Stütz material, Wellen material und Hardware identifizieren.

4.2 Liste der strukturellen Teile

Die laser geschnittene Struktur ist in vier Hauptgruppen unterteilt: Kabine, Rumpf, Schaufelrad und Wellen hülsen.

5. Unterrichts verfahren

5.1 Entwerfen Sie die Zahnrad montage

Die Kabine enthält die Getriebe baugruppe, den Motor und die Empfänger platine. Um eine Fehl anpassung zwischen dem Getriebe system und den Kabinen abmessungen zu vermeiden, sollten die Schüler zuerst die Getriebe baugruppe entwerfen und dann die Kabine um sie herum einstellen.

Bei diesem Modell ist ein Zahnrad als Fahrer getriebe auf der TT-Motorwelle montiert. Ein weiteres Zahnrad ist als angetriebenes Zahnrad an der Schaltrad getriebe welle montiert. Die beiden Zahnräder greifen vertikal ineinander, sodass der Motor die Bewegung auf die Schaufelrad welle übertragen kann.

Verwenden Sie das Modular Gear Tool in Laser Maker. Im Quell workflow wird das Modul auf 4, der Wellen durchmesser auf 4mm und die Zahn zahl auf 16 eingestellt. Nach Bestätigung der Einstellungen werden zwei gleich große Zahnräder generiert.

Ein Gang ist mit dem TT-Motor verbunden, sodass das Standard-Mittel loch ersetzt werden muss. Löschen Sie das N20-Wellenloch im linken Gang, wählen Sie dann die TT-Loch-Grafik aus Mechanical Parts und platzieren Sie es im Getriebe zentrum.

5.2 Erzeugen und Ändern der Kabine

Die Kabine ist eine Kastens truktur, die den Übertragungs mechanismus und die Leiterplatte hält. Verwenden Sie das Werkzeug Rechteckige Box in Laser Maker. Im Quell workflow werden die Länge, Breite und Höhe der Box auf 100mm, 80mm und 80mm und die Nut größe auf 20mm eingestellt.

Nachdem Sie die Box generiert haben, bewegen Sie die Eingabe aufforderung beschriftungen auf die richtigen sechs Flächen. Fügen Sie dann die 2.0 Control Board-Grafik in der Mitte des linken Bedienfelds hinzu und fügen Sie die TT Motor-Grafik zum oberen Bedienfeld hinzu.

Die Zahnrad baugruppe erfordert eine genaue Ausrichtung. Das Motorwellen loch, das Wellen loch an der Frontplatte und das Wellen loch an der Rückwand müssen so ausrichten, dass die Zahnräder korrekt ineinander greifen können und die Schaufelrad welle durch die Kabine verlaufen kann.

Bewegen Sie die fertige Zahnrad grafik als Ausrichtung referenz auf die Vorder-und Rückseite. Passen Sie ihre Positionen so an, dass die Wellen löcher ausgerichtet sind. Die Zahnrad umrisse können als temporäre Führungen verwendet und später entfernt werden.

Bewegen und drehen Sie die TT-Motor grafik nach Bedarf, damit das Wellen loch mit den Getriebe zentren in Ordnung ist. Verwenden Sie vertikale Führungs linien, um zu überprüfen, ob sich das Loch der TT-Motorwelle und die Löcher der vorderen und hinteren Platte auf derselben Achse befinden.

Löschen Sie nach Abschluss der Ausrichtung die temporären Zahnrad umrisse und behalten Sie nur die Wellen löcher bei. Gruppieren Sie die TT-Motor grafik nicht und löschen Sie unnötige Motor umrisse, während die erforderlichen Montage-und Wellen loch informationen erhalten bleiben.

5.3 Erstellen Sie Kabinen-zu-Deck-Einst eck-und Tenon-Funktionen

Die Kabine ist auf dem Deck mit Einst eck-und Zapfen fugen installiert. Die Bodenplatte wird modifiziert, sodass nur die Einst eck schnitts telle verbleibt. Im Quell workflow wird die Bodenplatte mit 106,4mm x 86,4mm gemessen.

Da das Panel 3-mm-Zungen an der horizontalen und vertikalen Seite hat, ergibt das Subtrahieren von 6mm von der Breite und Höhe die innere Rechteck größe. Zeichnen Sie ein Rechteck mit einer Breite von 99,61mm und einer Höhe von 79,52mm, richten Sie es in der Mitte der Bodenplatte aus und verwenden Sie die Differenz, um die Einst eck struktur zu erstellen.

Für eine engere Passform können die passenden Zehnen manuell eingestellt werden. Der Quell workflow stellt fest, dass bei einem Einst eck von 20x3mm ein Zapfen von 20,6x3mm dazu beitragen kann, die Passform zu verbessern, wenn eine Laser kompensation in Betracht gezogen wird.

Kopieren Sie zwei horizontale Einst eck stücke, ändern Sie die Größe auf 20,6mm Breite und 6mm Höhe, richten Sie sie an der Platten kante aus und verwandeln Sie den ursprünglichen Einst eck bereich mit Union in Zapfen. Wiederholen Sie den Vorgang für die hinteren, linken, rechten und unteren Platten gelenke.

5.4 Zeichne das Gunwale und das schwimmende Deck

Der Gunwale stützt die Kabine oben und verbindet sich mit dem KT-Board darunter, damit das Boot schwimmen kann. Da die Schaufelräder auf beiden Seiten platziert sind, ist der Gunwale als „ I “-Form mit breiteren Enden und einer schmaleren Mitte gestaltet.

Verwenden Sie das Rechteck werkzeug, um ein großes Rechteck zu zeichnen, das 100mm breit und 280mm hoch ist, und zeichnen Sie dann zwei kleinere Rechtecke, die 160mm breit und 50mm hoch sind. Richten Sie die kleineren Rechtecke oben und unten am größeren Rechteck aus.

Um die KT-Platte zu befestigen, ohne sie mit Schrauben zu bohren, verwendet das Design ein Clip-System. Passende Einschnitte werden in das Gunwale-und KT-Brett gelegt, dann verbinden U-förmige Clips sie miteinander.

Zeichnen Sie vier 10x3mm große Einst eck rechtecke auf den I-förmigen Gunwale. Verwenden Sie symmetrische Platzierungs-und Führungs linien, um die Löcher ausgerichtet zu halten, und verwenden Sie dann den Unterschied, um die Einschnitt zu erzeugen.

Als nächstes zeichnen Sie die U-förmigen Clips. Beginnen Sie mit einem 20x20mm großen Rechteck und platzieren Sie ein 10x9mm großes Rechteck auf der linken Seite. Richten Sie die Rechtecke aus und verwenden Sie dann die Differenz, um die Clip form zu erstellen. Verwenden Sie Rechteckiges Array, um vier identische Clips zu generieren.

Verwenden Sie Führungs linien, um die Mitte des Bootes zu finden. Drehen Sie die Kabinen grafik um 90 Grad und platzieren Sie sie in der Nähe des Decks, damit die Kabinen zenen, Decks ch ichten und Schaufelrad wellen löcher um die Mittellinie ausgerichtet werden können.

5.5 Ziehen Sie die Rad drehscheiben

Das Schaufelrad ist die Antriebs vorrichtung des Modells. Jede Seite des Bootes hat ein Schaufelrad. Um die Struktur zu stärken, verwendet jedes Schaufelrad zwei rotierende Scheiben und vier Paddel blätter, die mit Einst eck-und Zapfen gelenken verbunden sind.

Platzieren Sie die beiden Zahnräder in der Nähe einer Seite des Decks, um die Ausrichtung der Welle zu überprüfen. Zeichnen Sie dann einen 100-mm-Kreis mit einem 4-mm-Mittelloch für die rotierende Scheibe und richten Sie ihn an der Mittellinie der Kabinen-und Decks welle aus.

Zeichnen Sie ein Rechteck von 3x8mm über dem Kreis, um einen Schaufelblatt-Einst eck schloss zu erstellen. Passen Sie es so an, dass es den Umriss der Scheibe schneidet, und erstellen Sie dann mit einem Circular Array vier Einst etze um die Scheibe mit einem 90-Grad-Schrittwinkel. Verwenden Sie den Unterschied, um die Einschnitt zu schneiden.

5.6 Zeichne die Paddel klingen

Die Paddel blätter sind orthogonal an den rotierenden Scheiben befestigt. Wenn der TT-Motor die Scheiben antreibt, rühren die Klingen das Wasser um und helfen, das Boot vorwärts oder rückwärts zu bewegen.

Zeichnen Sie ein Paddel blatt als ein Rechteck von 40mm x 50mm. Fügen Sie zwei 3mm x 8mm Einst eck rechtecke hinzu, verwenden Sie Differenz, um die Schlitze zu erstellen, und runden Sie die beiden unteren Ecken mit einem Radius von 10mm ab. Verwenden Sie dann das rechteckige Array, um acht Paddel klingen zu erstellen.

5.7 Zeichne die Schaft ärmel

Wellen hülsen helfen, die rotierenden Scheiben und Zahnräder in Position zu halten. Für die Schaufelrad welle verwendet der Quell workflow einen Außen durchmesser von 15mm und einen Innen durchmesser von 3,7mm für eine engere Passform um den 4-mm-Bambusstab.

Zeichnen Sie ringförmige Wellen hülsen für das Schaufelrad und ziehen Sie zusätzliche Wellen hülsen für die beiden Zahnräder. Die getriebe bezogenen Hülsen behalten den gleichen Außen durchmesser von 15mm bei, während die Mittel löcher entweder mit dem TT-Motorwellen loch oder dem 3,7-mm-Rundwellenloch übereinstimmen.

6. Laser-Verarbeitung

Überprüfen Sie nach Abschluss der Zeichnungen die Geschwindigkeit-und Leistungs einstellungen für die Verfolgung und das Schneiden. Verwenden Sie Simulate Fabrication, um den Prozess ablauf zu überprüfen, bevor Sie die Datei an den Lasers ch neider senden.

7. Verdrahtung und Montage

7.1 Schaltung Verdrahtung

Nachdem das Wasser kreuzfahrt modell zusammen gebaut ist, verbinden Sie die Schaltung gemäß dem Schaltplan. Die Fernbedienung, der Empfänger, der Batterie halter, die Batterien und der TT-Motor arbeiten zusammen, um das Schaufelrad system mit Strom zu versorgen.

7.2 Strukturelle Montage

Beginnen Sie, indem Sie die Empfänger platine und den TT-Motor mit M3-Schrauben und Muttern auf den Rumpf montieren. Installieren Sie das TT-kompatible Getriebe und die passende Wellen hülse auf der TT-Motorwelle.

Als nächstes installieren Sie das Rundloch getriebe, die Zahnrad hülse, den 4-mm-Bambusstab und die beiden perforierten Kabinen seitenteile. Führen Sie den Stock nacheinander durch die Verkleidung, das Zahnrad, die Zahnrad hülse und die gegenüber liegende Platte.

Verbinden Sie das Panel mit der Empfänger platine und dem TT-Motor mit der Wellens truktur. Fügen Sie die Hülsen der Schaufelrad welle und die verbleibende Rumpf platte hinzu. Führen Sie die Batterie durch das vor eingestellte Panel-Loch aus dem Rumpf heraus und schließen Sie dann den TT-Motor und die Stromkabel an die Schnitts tellen der Empfänger platine an.

Bauen Sie die Schaufelräder zusammen, indem Sie vier Schaufel blätter in die Kerben von zwei rotierenden Scheiben einführen. Wiederholen Sie den Vorgang für das zweite Schaufelrad. Legen Sie die Schaufelrad clips und Schaufelräder auf den freiliegenden Bambus stock auf beiden Seiten des Rumpfes. Stellen Sie die Wellen hülsen ein, um die Ausrichtung des Schaufelrads zu optimieren.

Bereiten Sie schließlich die Deck teile und das KT-Board vor. Legen Sie das Deck auf das KT-Brett und markieren Sie die Kerb positionen und Seiten öffnungen. Schneiden Sie das übers chüssige KT-Board-Material ab und verbinden Sie dann mit den Deck clips das Deck und das KT-Board. Befestigen Sie die Decks baugruppe mit den Einst eck-und Zapfen verbindungen am fertigen Rumpf abschnitt.

8. Testen, Debuggen und Verbessern

9. fertiges Projekt und Reflexion

Nach Design, Lasers ch neiden, Verkabelung, Montage und Wasser tests vervollständigen die Schüler ein fern gesteuertes Schaufelrad boot modell. Das Projekt bietet den Schülern praktische Erfahrungen mit vertikalem Getriebe, Schaufelrad antrieb, Auftriebs unterstützung, Wellen ausrichtung, Einst eck-und Zapfen konstruktion und digitaler Fertigung.

10. Verlängerung Herausforderung

In diesem Projekt verwendet das Schaufelrad boot auf beiden Seiten Schaufelräder und ein motor getriebenes Getriebes ystem. Als Erweiterungs herausforderung können die Schüler ein anderes Antriebs layout testen, z. B. mit einem einzigen Schaufelrad am Heck des Bootes.

Die Schüler können auch vergleichen, wie sich Paddel größe, Paddel nummer, Wellen ausrichtung, Zahnrad passen und schwimmendes Material auf die Bewegung und Stabilität des Modells auswirken.

11. Ausrüstung hinweis für Lehrer

Dieses Projekt eignet sich für Lasers ch neider im Klassen zimmer, die das Schneiden von Platten materialien für kleine Robotik-und Mechanismus projekte unterstützen. Für Schulen, Makers paces und STEAM-Labors für Anfänger können Projekte wie Schaufelrad boote, Getriebe modelle, Fernsteuerung strukturen und technische Aktivitäten zum Thema Wasser mit einem Lasers ch neider im Klassen zimmer wie demDonner Laser Bolt Serie.

Die Lehrer können das Maschinen-und Material-Setup basierend auf dem Unterrichts raum, der Projekt größe, der Materials tärke, den elektronischen Komponenten und der Testumgebung auswählen. Der gleiche LaserMaker-Workflow kann auch für andere CO2-Lasermaschinen angepasst werden, wenn die Schüler zu größeren Booten oder fort geschritten eren Mechanismus projekten übergehen.