Mekanik: dişli mekanizmasını kur

Şimdiye kadar robotun bir yerden bir yere gidiyordu. Bu modülde robotun artık bir iş yapacak: bir mekanizmayı hareket ettirecek. Bunun için kutundaki üçüncü motoru ve ilk kez kullanacağın dişli mekanizmasını kuracaksın. Dişli mekanizması, motorun dönüşünü alıp bir yükü çeviren ya da taşıyan üst sistemdir.

Bu dersin sonunda robotunun şasisine sağlam oturmuş, motoruyla eşlenmiş ve elle denediğinde düzgün hareket eden bir mekanizman olacak. Mekanikte geçiştirilen her diş boşluğu, sonraki derslerde takılma ve güç kaybı olarak sana geri döner, o yüzden acele etme.

Kanca: iki dişliyi çevir (8 dk)

Mekanizma parçalarını eline al. İki dişli göreceksin: biri küçük (az dişli), biri büyük (çok dişli). Onları henüz vidalamadan, dişleri birbirine değecek şekilde masaya tut ve şu iki denemeyi yap:

1. Küçük dişliyi parmağınla çevir. Büyük dişliye ne oluyor? Küçük dişli hızlı dönerken büyük dişli nasıl dönüyor?
2. Şimdi büyük dişliyi çevirmeyi dene. Aynı kolaylıkta mı dönüyor, yoksa parmağına daha çok mu yükleniyor?

İşte sana bu dersin sorusu:

Cevabı şimdi söylemeyeceğim. Mekanizmayı kurarken bu farkı elinle defalarca hissedeceksin ve dersin sonunda soruya kendi cümlenle cevap vereceksin.

Sınıfça konuş (2 dk): Küçük dişli bir tam tur atarken büyük dişli tam bir tur atıyor mu, yoksa daha mı az dönüyor? Bir tahmin yaz. Sonra: sence hangisi daha ağır bir yükü kaldırabilir, küçüğü mü büyüğü mü çeviren? Tahminlerini bir kenara not et, dersin sonunda onlara döneceğiz.

Kur ve keşfet (20 dk)

Şimdi mekanizmayı şasine kuracaksın. Aşağıdaki montaj videosunu aç; sessiz ve altyazılıdır, istediğin adımda duraklat ve kendi hızında ilerle. Öğretmenin sınıfta dolaşıp takıldığın yerde yanına gelecek.

Adımları izle, ama her adımda önce tahmin et, sonra dene ve gözle.

1. Mekanizma gövdesini yerleştir. Basılı mekanizma gövdesini şasinin üstündeki yuvasına oturt. Gövde şasiye sağlam basmazsa, dişliler dönerken tüm mekanizma titrer. Vidaları önce hepsini gevşek tak, sonra çaprazlama sık; tek vidayı sonuna kadar sıkarsan gövde yamuk oturur.
2. Küçük dişliyi motor miline geçir. Üçüncü motorun mili küçük dişliye geçer. Dişliyi mile bastırırken zorlama; düz gelmezse açıyı düzelt. Küçük dişli mile boşluksuz oturmalı, yoksa motor döndüğünde dişli milde kayar ve mekanizma hareket etmez.
3. Büyük dişliyi kenetle (dene-gör). Büyük dişliyi, dişleri küçük dişliye değecek şekilde kendi miline tak. Burada bir denge var: Tahmin et: dişliler birbirine çok gevşek durursa ne olur, çok sıkışırsa ne olur? Şimdi dene. Çok gevşekse dişler birbirini kaçırıp "tık tık" atlar; çok sıkışırsa dönerken zorlanır ve sürtünür. Doğru ayarda dişler birbirine tam geçer ve mekanizma pürüzsüz döner. Bu diş boşluğunu parmağınla çevirerek bul.
4. Üçüncü motoru sabitle. Motoru kendi yuvasına yerleştir ve mili mekanizmanın kavrama parçasına oturt. Motoru da çaprazlama vidalarla sabitle. Motor yuvada oynarsa, dişliler yük altında birbirinden ayrılıp diş atlar.
5. Mekanizmayı elle çevir. Motor henüz kablolu değil; mekanizmayı motorun milinden ya da dişlisinden elinle çevir. Baştan sona pürüzsüz gitmeli. Bir yerde takılıyor ya da "tık" atlıyorsa, o noktada dişli boşluğuna ve gövde sağlamlığına geri dön.

Takıldıysan: Aşağıdaki tabloda kurulumda en sık karşılaşılan durumlar var. Kendi mekanizmanda bir sorun görürsen önce buraya bak.

Bu adımların sonunda elinle çevirdiğinde pürüzsüz hareket eden, motoruyla eşlenmiş bir mekanizman olacak. Motoru kablolamayı bir sonraki derse, elektroniğe bırakıyoruz.

Şimdi kavram: çevrim oranı (7 dk)

Az önce kanca bölümünde ve 3. adımda bir fark hissettin: küçük dişliyi çevirmek kolaydı ve büyük dişli yavaş döndü; büyük dişliyi çevirmek ise zordu. Modül 02'de motorun içindeki redüktörü ve torku öğrenmiştin: redüktör hızı düşürüp döndürme kuvvetini, yani torku artırıyordu. İşte iki dişli birbirine kenetlendiğinde de tam olarak bu olur. Bu takasın bir adı var: çevrim oranı.

Çevrim oranı, bir dişlinin kaç dişi olduğuyla ilgilidir. Diyelim küçük dişlinin 10 dişi, büyük dişlinin 30 dişi var. Küçük dişli bir tam tur atarken, dişler birebir kenetlendiği için, aynı sayıda diş büyük dişliyi de iter. Ama büyük dişlinin 3 katı dişi olduğundan, o yalnızca üçte bir tur atar. Yani:

• Büyük dişli 3 kat yavaş döner.
• Karşılığında 3 kat güçlü döner (torku 3 kat artar).

Burada 30 bölü 10, yani 3'e 1, bu mekanizmanın çevrim oranıdır. Küçükten büyüğe geçince hız düşer, tork artar. Kimse bedavaya güç vermez: her kazandığın tork, kaybettiğin hızdan gelir. Bu, redüktörün yaptığı takasın aynısıdır; sadece bu kez takası gözünle görebildiğin, dişlerini sayabildiğin iki dişli yapıyor.

Bu yüzden robotuna bir iş yaptıracaksan, o işin hıza mı yoksa güce mi ihtiyacı olduğuna göre dişli seçersin. Ağır bir yükü çeviren mekanizma güç ister, o yüzden büyük dişliyi çıkışa koyarsın. Bunu bir sonraki bölümde kendi elinle sınayacaksın.

Uygulama: farklı dişli kombinasyonu (15 dk)

Şimdi çevrim oranını bir sayı olarak değil, parmağının hissettiği bir fark olarak keşfedeceksin. Mekanizmayı bozmana gerek yok; dişlileri elinle deneyerek gözlem yap.

Önce dişlilerin dişlerini say (ya da öğretmeninin verdiği diş sayılarını kullan) ve çevrim oranını yaz: büyük dişlinin diş sayısını küçük dişlininkine böl. Sonra şu denemeleri yap ve tabloyu doldur:

1. Küçüğü çevir, büyüğü izle. Küçük dişliyi bir tam tur çevir. Büyük dişli kaç tur attı, tam tur mu, yarım mı, daha az mı? Ne kadar kolay döndü?
2. Büyüğü çevir, küçüğü izle. Şimdi büyük dişliyi bir tam tur çevir. Küçük dişli kaç tur attı? Parmağına ne kadar yüklendi?
3. Yük koyup dene. Mekanizmanın hareket ettirdiği parçaya hafifçe parmağınla direnç ver (uçta zorlama, sadece hafifçe tut). Küçük dişliden çevirince mi yoksa büyük dişliden çevirince mi yükü daha kolay yendin?

Tabloyu doldurunca göreceksin: küçükten çevirdiğinde büyük dişli yavaş ama güçlü, büyükten çevirdiğinde küçük dişli hızlı ama güçsüz döner. Diş sayıları arasındaki oran, bu hız ile güç takasının ne kadar sert olduğunu belirler. Oran ne kadar büyükse, tork o kadar artar ama hız o kadar düşer.

Pekiştir ve kontrol et (6 dk)

Kendini kontrol et. Aşağıdakilerin hepsine "evet" diyebiliyor musun?

• Mekanizma gövdesi şasiye sağlam oturuyor, titremiyor.
• İki dişli birbirine tam kenetleniyor; diş atlamıyor ve sıkışmıyor.
• Küçük dişli motor miline boşluksuz oturuyor.
• Mekanizmayı elle çevirdiğinde baştan sona pürüzsüz gidiyor.
• Mekanizmanın çevrim oranını (büyük dişli ÷ küçük dişli) bir sayı olarak yazabiliyorsun.

Şimdi dersin başındaki soruya dön: küçük dişliyi çevirince büyük dişli neden yavaş ama güçlü döner? Cevabını çevrim oranı ve tork kelimelerini kullanarak bir arkadaşına anlat. Başında yazdığın tahminle karşılaştır: hangi dişlinin daha güçlü olduğu konusundaki tahminin doğru muydu?

Günlük hayat bağı: Bisikletin dişlileri, saatin çarkları, bir el mikserinin içindeki dişli kutusu; hepsi aynı takası kullanır. Bir vinç ağır yükü yavaş ama güçlü kaldırır, çünkü içinde büyük bir çevrim oranı vardır. Senin robotunun mekanizması da işini yapmak için tam olarak bu takastan güç alıyor.

Erken bitirdiysen (ek görev)

• Oranı hesapla ve sına: Dişlilerin dişlerini tek tek say ve çevrim oranını bir kesir olarak yaz. Sonra küçük dişliyi tam 3 tur çevir ve büyük dişlinin kaç tur attığını say. Hesabın tuttu mu? Bir cümleyle neden tuttuğunu ya da tutmadığını yaz.
• Ters düşün: Robotunun mekanizmasının daha hızlı (ama daha güçsüz) çalışmasını isteseydin, hangi dişliyi motor miline, hangisini çıkışa koyardın? Cevabını dişlilerin yerini kafanda değiştirerek gerekçelendir.