060508 Elbilstävlingen Tilläggsuppdrag till Magneter och Motorer och Rörelse och Konstruktion Av: Pauliina Kanto NO-lärare och NTA-utbildare, Håbo kommun 1
Inledning Dessa tilläggsuppdrag passar utmärkt att arbeta med efter att man avslutat Magneter och motorer eller Rörelse och konstruktion. Eleverna bygger en elmotor, som de sedan bygger in i ett fordon som de konstruerat i kartong eller plast, alternativt i ett standardfordon från Rörelse och konstruktion. Elmotorn bygger eleverna efter en given instruktion och de lär sig att använda vanligt förekommande redskap. Bilen bygger eleverna mer fritt. De gör en egen skiss, ritning och funderar ut hur konstruktion ska vara uppbyggd för att fungera bäst. Bilen och elmotorn ska sedan sättas ihop så att bilen blir så snabb som möjligt. Mål från kursplanen i teknik Efter att ha arbetat med dessa tilläggsuppdrag skall eleverna; kunna använda vanliga förekommande redskap och tekniska hjälpmedel och beskriva deras funktioner. kunna göra en teknisk konstruktion med hjälp av en egen skiss, ritning eller liknande stöd och beskriva hur konstruktionen är uppbyggd och fungerar. Arbetssätt Detta tilläggsuppdrag kan göras på många olika sätt och fungerar bra för åldrarna 6-9. Här kommer några förslag på upplägg: Samarbete mellan åldersgränser eller klasser Elever i år 8-9 bygger en elmotor var (Uppdrag 1-3). Bilen bygger elever i år 6-7 i grupper som läraren sätter ihop (Uppdrag 4-5). Till dessa grupper kopplas sedan eleverna från år 8-9, så att alla bilar får en elmotor. Hela gruppen behöver träffas vid något tillfälle för att gemensamt göra alla slutjusteringar. När alla bilar är klara ordnas den stora tävlingsdagen och alla bilar tävlar mot varandra. Enskilt arbete Eleven gör alla uppdrag själv. Passar bäst för år 8-9. Pararbete Alla uppdrag görs i par. Material Använd den leverantör som ni brukar ha till teknikmateriel. Om ni saknar leverantör så hittar du det mesta hos Peros teknik. www.peros.se. Källor I uppdrag 1-3 beskrivs hur man gör en elmotor. Idén till denna är hämtad från Peros teknik. Denna beskrivning är dock omarbetad. 2
Innehåll s.4-5 Uppdrag 1 Börja bygg elmotorn. s.6-7 Uppdrag 2 Bygg en bottenplatta till elmotorn s.8 Uppdrag 3 Testa elmotorn s.9 Uppdrag 4 A (Magneter och motorer) Göra en ritning på en bil s.10 Uppdrag 4 B (Rörelse och konstruktion) Göra ritning på en bil av K`nex s.11 Uppdrag 5 A (Magneter och Motorer) Bygg bilen s.12 Uppdrag 5 B (Rörelse och konstruktion) Bygg bilen i K`nex s.13 Så fungerar elmotorn. 3
Uppdrag 1 - Börja bygga elmotor Du börjar med att bygga en elmotor som ska driva bilen. Den består av en rotor och en bottenplatta och drivs med ett 4,5volts-batteri. För att elmotorn ska bli så snabb och bra som möjligt är det viktigt att du följer beskrivningen och är noggrann. Så här ser den färdiga elmotorn ut. Tidsåtgång Ca.4 lektioner. Ni behöver 1 st. rundstav furu diameter 12 längd 77 mm 2 st. poppnitar 3,2 x 6 1 st. skruv M6x35 1 st. mutter M6 lite el-tejp 8-10 m lackisolerad koppartråd diameter 0,3 2 st. koppartejp 12x16 mm Sandpapper Lödtråd Verktyg Såg Drillborr eller maskinborr, borr 1,5 mm och 5,5 mm. Hammare Kombinationstång Avbitartång Lödtång 4
Konstruera en rotor 1. Såga ut en rundstav som är 77mm lång. Markera centrum på furustavens ändar och borra sedan ca 7 mm djupa hål på vardera sidan, med en 1,5 mm borr. 2. Hämta 2 poppnitar. De ska användas till lager och axel. Lager Axel Ta en kombinationstång och håll fast på den del som kommer att användas som lager (se pil). Slå ett slag med hammaren på tången och lagret lossnar. Spika fast axlarna i rundstavens hål och se till att de sitter helt rakt. Detta ser du bäst om du rullar staven på ett bord. Om de inte sitter helt rakt börjar du med att föröka böja till dem. Lyckas inte detta får du börja om från början vid Punkt 1. 3. Såga av ändarna på poppnitarna så att de blir helt släta. Eventuellt behöver du fila dem. 4. Borra ett hål med en 5,5 mm borr genom hela rundstaven, 18 mm från rundstavens ena ände. 18 mm 5. Skruva i en M6x35-skruv i hålet. Se till att lika mycket sticker ut på båda sidorna. Skruva på en M6-mutter på skruven, ända in till rundstaven. Ta en hammare och slå sönder gängorna ute på skruvens ände. Skruva tillbaka muttern ut till änden och den sitter nu fast där, eftersom gängorna är skadade. 6. Sätt lite el-tejp över gängorna på skruven så att de inte skadar koppartråden som ska lindas på. Linda koppartråd runt skruven. Linda först ena sidan full och gå sedan över till andra sidan utan att byta varv. Det är viktigt att hela tiden linda åt samma håll. Se även till att tråden inte går av och att du har ca 8 cm fri tråd kvar på båda ändarna när du är klar. Avisolera ändarna av tråden genom att putsa dem med sandpapper. Tråden får så en ljusare färg och kan då leda strömmen. Sätt fast koppartejpbitarna 25 mm från stavens ena ände. Se till att det är ett litet avstånd mellan de två tejpbitarna. Löd fast tråden med en liten lödning på tejpen. 7. Rotorn är nu klar. 5
Uppdrag 2 - Bygg en bottenplatta till elmotorn Du tillverkar en bottenplatta till din rotor. Den görs av bl.a. en spånskiva och glasspinnar. När bottenplattan är klar och rotorn är fäst i den så är din elmotor färdig. 1 st. Spånskiva 87x54x12 2 st. magneter 20x10x5 2 st. glasspinnar 19x152 1 st. bronsplåt 8x150x0,1 8 st. skruvar 2,7x10 TKS 1 st. liten gummisnodd 2 st. ledningstrådar ca. 8 cm Verktyg Drillborr eller maskinborr. Liten såg. Hammare Syl Skruvmejsel Limpistol Konstruera en bottenplatta till elmotorn 1. Såga och borra glaspinnar enligt bilden. Gör två av varje. Tänk på att glaspinnarna lätt spricker. Borra och såga försiktigt Längd 47 mm. Nedre hål 3mm.Övre hål 3,3 mm 6
2. Sätt fast lagren från poppnitarna i det övre hålet genom att limma. Skruva fast den ena glaspinnen mitt på bottenplattans kortsida. Trä igenom axeln på rotorn i båda lagren och sätt fast den andra glaspinnen på bottenplattan. Se till att rotorn kan rotera fritt. Justera annars genom att lossa på glasspinnens ena skruv. 3. Ta fram två magneter och sätt ihop dem. Placera sedan de två glasspinnar som är kvar på var sin sida av magneterna. 2 magneter Glasspinne, runda sidan upp. 4. Limma fast magneterna på glasspinnarna. Sätt fast dem på vardera långsidan av bottenplattan där skruven på rotorn är. 5. Klipp ut 2 st. bronsplåtar som är 7,5 x 8 mm. Bocka dem enligt bilden och du har tillverkat två borstar till din elmotor. 6. Denna ände ska fästas i bottenplattan. Slå ett hål genom bronsplåten med en syl och skruva fast båda borsten på vardera sidan av rotorn där koppartejpen är. Skruva även fast en bit ledningstråd i samma skruv som du kopplar till batteriet. 7. Upptill på borsten fäster du en liten gummisnodd för att borsten ska omsluta rotorn. Gummisnodden kan lindas fler varv men få ej bli så spänd så att borsten får kontakt med varandra. 8. Elmotorn är nu klar. 7
Uppdrag 3 - Testa elmotorn Din elmotor är nu klar för att testas för första gången. Elmotorn kan startas då ett batteri kopplas till ledningstrådarna och rotorn är placerad i horisontellt läge. Om fel uppstår är det dags för felsökning. Din elmotor 4,5 volt batteri Testa och justera 1. Placera rotorn i horisontellt läge. 2. Ta fram ett 4,5 volts batteri och koppla den till ledningstråden. Se efter så att borsten inte få kontakt med varandra då batteriet kortsluts. 3. Elmotorn startar nu automatiskt. Grattis! Börja på nästa uppdrag. 4. Om elmotorn inte startar kan detta beror på flera saker. Undersök följande: A) Går det ström genom elmotorn. Ta ett järnföremål och se efter om skruven på rotorn blir en magnet. Om detta ej sker så kommer strömmen inte fram. Kontrollera att så att koppartråden är ordentligt avisolerad och har bra kontakt med koppartejpen. Är tråden hel? Kontrollera kontakten mellan borsten, ledningstråden och rotorn. B) Är magneterna rättvända. Nord mot Syd. C) Kan rotorn rotera fritt. Justera glasspinnar och borsten. Om rotorn är skev kan det hjälpa att ta bort lagren (på poppnitarna). D) Prova med ett nytt 4,5 volts batteri.. 8
Uppdrag 4A (Magneter och motorer) - Gör en ritning på en bil Hur kan man konstruera en bil? Vad behövs för att en bil ska rulla? I detta uppdrag ska du fundera hur din bil ska se ut och vilket material som du ska använda. Ritpapper och blyertspenna. Fundera, rita och diskutera 1. Fundera på vilken typ av bil du vill bygga. (buss, lastbil, personbil m.m.) 2. För att din bil ska bli riktigt snabb är det viktigt att du har bra hjul. Här nedan kommer två förslag på hur ni kan bygga dem; A) På bilen fäster man två parallella sugrör. I dessa trär man sedan en blompinne som man fäster hjulen på. Vid ett av hjulen fäster man även en remskiva som kopplas ihop med motorn med en gummisnodd. Sugrör Trähjul Blompinne B) Ta en aluminiumburkar och limma fast en pappskiva i vardera änden. Trä en blompinne genom burken så att den sticker ut på båda sidor. Hjulen fäster man sedan i karossens nedre i ett par hål. Fäst en remskiva på ena hjulaxeln som kopplas ihop med motorn med en gummisnodd. Aluminiumburk Blompinne 3. Fundera på var elmotorn ska sitta. Den färdiga elmotorn är ca 90x55x60. Den måste placeras så gummisnodden fritt kan rotera hjulparen. 4. Gör en ritning över bilen på ritpapper där alla detaljer finns med. Hemuppdrag Leta efter återvinningsmaterial hemma som du kan använda till bilen. Ta med detta till nästa gång. 9
Uppdrag 5 A (Magneter och motorer) - Bygg bilen Nu är det dags att bygga karossen. Tänk på att göra den lätt och stabil. Du behöver Återvinningsmaterial Remskiva ca 2 mm och en motorremskiva Gummisnodd Limpistol och limstavar. Sax. Brytbladskniv och underlägg. Fundera och konstruera 1. Bygg din kaross och sätt fast hjulen. 2. Prova så att den rullar bra. Ändra och justera. 3. Prova ut var elmotorn ska sitta för att den ska driva hjulen bäst. Limma fast elmotorn. 4. Fundera var batteriet ska sitta. Gör en praktisk hållare som gör att det är lätt att starta bilen och även att byta batteri. 5. Provkör bilen 10
Uppdrag 4 B (Rörelse och konstruktion) - Gör en ritning på en bil I detta uppdrag ska du utveckla ett standardfordon så att en elmotor kan driva den. Lägg till och ändra i konstruktionen så att elmotor och batteri kan fästas på den. Ritpapper och blyertspenna. Fundera, rita och diskutera 1. Ta fram ritningen över standarfordonet. 2. Fundera hur elmotorn ska placeras och hur drivningen ska fungera. 3. Fundera hur du kan placera batteriet. 4. Hur kan du utveckla standardfordonet för en roligare design. 5. Rita en skiss över ditt fordon. Här är ett exempel på hur du kan göra ett standardfordon. 11
Uppdrag 5 B (Rörelse och konstruktion) - Bygg bilen K`nex Din elmotor 4,5volts-batteri smal lång gummisnodd Fundera och konstruera 1. Bygg din bil efter din ritning. 2. Se till att bilen rullar bra. Detta är mycket viktigt då den färdiga bilen går snabbare om det är lite friktion. Justera vid behov. 3. Sätt fast din elmotor och batteriet. Se till att de sitter stabilt. 4. Koppla på gummisnodden på remskivorna. Den ska vara lagom spänd, om det blir för hårt så orkar inte motorn driva. 5. Provkör. 12
Så fungerar elmotorn I en elmotor omvandlas elektrisk energi till rörelseenergi. Rörelseenergin kan sedan användas för attt driva till exempel en bil framåt. Nord Syd (Bild på elmotorn sedd från ena kortsidan) Nord Syd 1 Elmotorn ställs i horisontellt läge och kopplas till ett batteri. Strömmen går igenom batteriet och spolen blir en magnet. Syd Nord 2 Magneten får en sydände och en nordände. De dras till magneternas motsatta poler. 3 Spolen är nu i vertikalt läge. I detta läge har koppartejpen som leder strömmen till spolen fått kontakt med motsatt borst vilket leder till att strömmen byter riktning. Nord Nord syd Syd 4 När strömmen byter riktning så byter också spolens poler plats. 5 Spolen vill nu bort från magneterna och går upp horisontelltläge och dras sedan till motsatta poler på magneterna. 6 Spolen är återigen i vertikalt läge. I detta läge har koppartejpen som leder strömmen till spolen fått kontakt med motsatt borst vilket leder till att strömmen byter riktning igen. 7 Osv. 13