Skip to content
Graad 9 · Meganiese Stelsels & Beheer · Kwartaal 2 · Les 3

Gevorderde Ratstelsels

Verder as eenvoudige reguit ratte — kegelratte verander die draai-as, kam-en-ritsrat skep rotasie-beweging om in lineêre beweging, en wurmratte ruil spoed vir enorme krag.

Hersiening: reguit ratte

Reguit ratte is die eenvoudigste rattipe — plat, getande wiele wat op parallelle asse gemonteer is, wat inmekaar hak en in dieselfde vlak draai.

Kleiner aangedrewe rat = vinniger, swakker. Groter aangedrewe rat = stadiger, sterker.

Kegelratte

Kegelratte het skuins (koniese) tande, wat hulle toelaat om teen 'n hoek inmekaar te hak — wat mees algemeen die draai-as met 90° verander.

Werklike-wêreld voorbeeld: die differensiaal in 'n motor gebruik kegelratte om draaiing van die enjin se dryfas (wat van voor na agter draai) na die wielasse (wat van kant tot kant draai) oor te dra — 'n 90°-verandering in as.

Kam-en-ritsrat-stelsels

'n Kam-en-ritsrat-stelsel koppel 'n ronde rat (die ritsrat) met 'n plat getande staaf (die kam). Soos die ritsrat draai, stoot sy tande teen die kam se tande, wat rotasie-beweging in lineêre (reguitlyn) beweging omskep — of andersom.

Kam-en-ritsrat: rotasie-beweging ⇄ lineêre beweging.

Jy sal kam-en-ritsrat-stelsels vind in outomatiese skuifhekke ('n motor draai 'n ritsrat wat die hek langs 'n vaste kam aandryf) en in 'n motor se stuurkam (om die stuurwiel te draai, draai 'n ritsrat wat die kam links of regs skuif, wat die voorwiele draai).

Wurmrat-stelsels

'n Wurmrat-stelsel gebruik 'n skroefagtige "wurm" wat inmekaar hak met 'n getande wiel (die wurmwiel). Elke volle draai van die wurm laat die wurmwiel net een tand vorder, so 'n wurmrat lewer 'n enorme afname in spoed en, ooreenstemmend, 'n enorme toename in krag.

Wurmratte word gebruik in swaar masjinerie, motorhuisdeur-oopmakers, en kitaar-stemknoppe — enige plek waar 'n klein motor (of hand) stadig 'n groot draaikrag moet opwek. 'n Nuttige veiligheidskenmerk is dat die meeste wurmrat-stelsels selfsluitend is: die wurmwiel kan nie maklik die wurm agteruit draai nie, so die meganisme hou sy posisie sonder 'n aparte rem.

Vergelyking van ratstelsels

RatstelselVerandering in as?Hoof-effek
Reguit ratteNee (dieselfde vlak)Teenoormekaar-draaiing; ongelyke groottes ruil spoed vir krag
KegelratteJa — 90°Verander die rigting van aandrywing; ongelyke groottes ruil spoed vir krag
Kam-en-ritsratRotasie → lineêrSkep rotasie om in reguitlyn-beweging
WurmratJa — 90°Groot spoedafname, groot krag-toename, dikwels selfsluitend

Geïntegreerde stelsels: kombinasie van meganiese, elektriese en hidrouliese/pneumatiese stelsels

Werklike masjiene is selde net een tipe stelsel wat alleen werk — die meeste nuttige toestelle integreer twee of meer substelsels, elkeen wat die deel hanteer wat dit die beste doen. 'n Meganiese stelsel kan krag vermenigvuldig of beweging verander, maar iets moet dit aan- en afskakel, en iets moet in die eerste plek die dryfkrag verskaf.

Uitgewerkte voorbeeld — 'n elektriese motorkrik:
INSET: die gebruiker druk 'n elektriese skakelaar, wat stroom na 'n klein motor stuur → PROSES: die motor se vinnige, swak draaiing dryf 'n meganiese wurmrat aan, wat spoed vir 'n enorme toename in krag ruil (en selfsluit, sodat die krik nie kan terugsak nie) → UITSET: 'n skroefdraad draai en lig die motor op — veel meer krag as wat die klein motor alleen ooit kon lewer.

'n Masjien se beheertoestel — die deel wat 'n stelsel begin, stop of op sy plek hou — kan self meganies wees ('n kliet wat 'n tou vasklem, 'n sperrat en pal wat beweging net in een rigting toelaat) of elektries ('n eenvoudige skakelaar). Om die regte beheertoestel te kies, is deel van die ontwerp van die algehele stelsel, nie net 'n agterna-gedagte nie.

Ontwerptip: wanneer 'n scenario vra vir 'n toestel wat twee of meer van meganiese / elektriese / hidrouliese / pneumatiese stelsels kombineer, skets dit eers as inset → proses → uitset — dit maak dit duidelik watter substelsel watter taak doen.

Ratstelsel-verkenner

Kies 'n ratstelsel om 'n eenvoudige diagram te sien van hoe dit beweeg, sy tipiese spoed/krag-kompromie, en 'n werklike-wêreld voorbeeld.

Voorspel eers: Watter ratstelsel laat 'n motor iets teen 'n regte hoek tot sy eie as draai? Toets dit dan: Kies elke ratstelsel en vergelyk.
0/7
Gaan die verduidelikings hierbo na.
Beantwoord in jou oefeningboek.
Vraag 1 · (2 punte)
Wat is die doel van 'n tussenrat wat tussen twee reguit ratte geplaas word? Verander dit die finale spoed of krag?
Vraag 2 · (3 punte)
'n Klein reguit rat dryf 'n veel groter reguit rat aan. (a) Watter rat draai vinniger? (b) Watter rat lewer meer draaikrag? (c) Verduidelik waarom jy nie meer spoed ÉN meer krag terselfdertyd van hierdie stelsel kan kry nie.
Vraag 3 · (3 punte)
Verduidelik wat kegelratte aan die draai-as doen, en noem een werklike masjien wat kegelratte gebruik.
Vraag 4 · (3 punte)
Beskryf hoe 'n kam-en-ritsrat-stelsel werk, en noem twee werklike-wêreld toepassings.
Vraag 5 · (3 punte)
Verduidelik waarom 'n wurmrat-stelsel gebruik word waar 'n groot toename in krag benodig word, en waarom baie wurmrat-stelsels as "selfsluitend" beskryf word.
Vraag 6 · (5 punte)
'n Ontwerper wil 'n outomatiese troeteldier-voerder bou wat kos vrystel wanneer 'n skakelaar gedruk word. Teken 'n stelseldiagram (inset → proses → uitset) vir 'n toestel wat 'n elektriese stelsel met 'n meganiese stelsel kombineer om hierdie probleem op te los. Noem die beheertoestel wat jy sou gebruik om te keer dat die meganisme kos op die verkeerde tyd vrystel.