总结
这种陀螺玩具的顶部有四个滚珠轴承,滚珠在内部斜道上滚动,当陀螺速度减慢时,滚珠会被引导至中心位置。这样一来,陀螺就能持续运转更久,因为它只需较小的动力就能抵消扭矩带来的阻力。
打印设置
打印机:
达芬奇Jr 1.0版
木筏:
不要
支持者:
不要
分辨率:
越多越好
填充部分:
10%,不过越多越好
注意事项:
需要四个3/8英寸的钢球轴承。
印后加工
组装:
打印完成后,将主轴牢固地插入中心孔中。可能需要轻敲使其就位,但只要主轴稳固且垂直居中即可,即便没有完全插入也没关系。
将四个 3/8 英寸的钢球轴承(每个一个)安装到斜坡腔内。
尽情旋转,尽情享受吧。
我的设计过程
设计指南及切割技巧助您轻松完成裁剪工作:
由于切片效果不佳,导致几次打印失败后,终于找到了制作这款模型的最佳方法。
先画一个你想要的任意大小的圆形。
将圆形向上拉至1/2英寸的高度。如果程序生成的光盘有两面,请删除其中一面,因为你用不到它。其余操作需从光盘内部视角进行(便于透视和操作)。
将四个可删除的矩形(宽度必须为1/2英寸,最大长度可根据需求调整)排列成十字形图案,且矩形边角不得相接(边角相接会导致切割错误)。之所以称其为"可删除的",是因为SketchUp软件往往无法将矩形与圆形分离。若直接点击删除矩形,整个圆盘面会随之消失。
删除矩形,只保留四个孔洞。
还是从内部开始,从矩形的外边缘向上(朝着开口方向)画线,到1/2英寸处。内边缘的线条长度将根据你想要的坡度来确定。我的设计是1/2英寸的上升高度,对应1.25英寸的延伸距离。物理公式可以帮助确定最佳坡度,但我这次是凭猜测做的:-/
将每个矩形上的所有线条连接起来,以完成球室的搭建。
在中心位置制作一个方形区域,用于安装主轴。将这个方形向上推,使其距离表面1英寸。我的这个方形对角线长度是半英寸。
将一条线从脸部中心画到顶部支点的位置。画得宽一些没关系,之后可以调整。
以圆心为支点,分别向非面圆的每个顶点绘制一条线。如果你的程序能生成完美无缝的圆形,那么你可以随意绘制任意数量的等间距半径线,但至少要绘制八条。
调整好半径后,抓住支点,将其拖动至距离斜坡最近的位置,同时确保斜坡不会突出。我的设置是距离平面圆1又1/4英寸。
把我的主轴从.SKP或.STL文件中复制出来,用于你的模型。设计这个东西可真是费了不少劲。简单说一下制作步骤:圆形部分的锥形边缘尺寸与顶部孔洞相同(对角线长度为半英寸),而窄端的对角线长度则为3/8英寸。
用麻绳进行的可选旋转技巧:
将一段麻线对折,标记出中间位置。将其放置在纺锤顶部的凹槽中。然后将麻线绕在纺锤上。此时,可能需要有人将麻线固定在纺锤顶部,并在你相对紧绷地握住麻线两端时,帮助转动纺锤。
准备好后,均匀拉动麻绳的两端,同时稍微向上提起。麻绳会自动从纺锤上松开,让顶部继续旋转。
项目名称:Power Top
项目名称:
带滚珠轴承的动力顶,助力在挥杆速度降低时保持球的旋转力量。
概述与背景:
让我着迷的是这样一个现象:滑冰者将手臂更紧地贴向身体时,他们的旋转速度会随之加快。在此我就不展开详细讲解了,简单来说,这与扭矩力及其与旋转运动的关系密切相关。
这种顶部设计可以有两种选择:一种是设置更陡的坡度,迫使球以超出速度极限的速度更快地汇聚到中心位置;另一种是设置较缓的坡度,避免扭矩力被过度抵消,从而充分发挥其作用。
目标:
了解坡度、速度、向心力和扭矩之间的关系。
见证这些力量在发挥作用的过程。
观众们:
任何对物理学及其相关数学知识感兴趣的人士,欢迎加入我们!
应该说适合六年级及以上学生,年龄在11岁及以上比较合适。
科目:
数学,
物理学,
工程学。
学习的技能(标准):
斜坡,
向心力,
扭矩力,
能量公式。
课程/活动:
准备一块黑板以及所有参考资料,以便在讨论计算正确坡度所需的公式时提供帮助。
至少需要一台电脑和 3D CAD 软件,用于设计合适的上衣设计图。
完成设计后,用3D打印机打印出顶部结构。
将滚珠轴承装入顶部位置。
一个平坦的水平面,用于旋转陀螺。
一段麻绳,用来帮助旋转陀螺。
时长:
约一周时间,具体时长取决于能否使用计算机,以及设计工作是以班级、小组还是个人形式完成的。
准备工作:
观看一位滑冰选手旋转的视频片段。
讨论一下手臂如何用来增加/降低球旋转速度的科学原理。
讨论一下科学领域中的数学问题。
利用数学知识来设计顶部斜坡的坡度参数。
参考文献:
任何物理公式资源。
评分标准与评估方式:
项目的最终成果应该是制造出一款上衣,要么能比初始旋转速度更快,要么能持续旋转的时间明显长于没有安装滚珠轴承的情况下。
评分和评估可以依据陀螺旋转的时长来进行。为了确保公平性,教师应当亲自操作陀螺并记录其旋转时长,同时要充分考虑学生初始旋转力度的差异,避免因力量不均衡导致的评分偏差。
讲义及相关资料:
没有。
Model Source
