【课程思政案例】《机械设计基础》定轴轮系及其传动比

《机械设计基础》一一5.2定轴轮系及其传动比一、课程及案例简介本课程共64学时，4学分。其中课堂讲授58学时，实践课6学时。课程适用于机器人工程专业、机械电子工程专业以及机械设计制造及其自动化专业。通过演示常见的钟表运转动画，引导学生思考定轴轮系传动比计算的问题。以一对齿轮的传动比计算公式引出整个轮系传动比计算过程的步步推导，最后以钟表的分针、秒针和时针的传动比为例，验证定轴轮系传动比计算公式的严谨性。在课程中巧妙融入思政教学元素，借瑞士品牌手表的精细程度内容，鼓励学生努力学习专业知识，为将来打造国产品牌贡献自己的一份力量，培养学生的民族情怀、养成严谨极致的工匠精神。二、结合章节“定轴轮系及其传动比”为《机械设计基础》第五章第二节知识点。机械手表是生活中常见一种机械产品，其内部传动机构主要为定轴轮系。一款好的机械手表，其机芯里面的零件多达700多个，齿轮齿形误差小于0.01mm。传动轮系的轴、孔公差为0.006~0.008mm，制作时候要用50倍的投影仪器套图检验。对于擒纵调速机构的调整精度，需要控制在一根头发丝直径1/14。本案例的思想政治教育主要从工匠精神和民族情怀两方面进行导入。三、教学目标（一）知识和能力目标1）熟练掌握从单级齿轮传动比的计算到多级齿轮传动比的计算；2）拆解废旧机械手表，观察手表内部齿轮结构及其运动原理，会应用已学知识计算手表的分针、秒针及时针的传动比；（二）素质目标1）通过播放手表指针的运动动画，引出定轴轮系的概念及其传动特点，提高学生对日常生活中定轴轮系应用的观察力，了解轮系的特点与分类，激发学生专业学习的使命感。2）通过推导定轴轮系的传动比公式，使学生认识到单级齿轮与多级齿轮传动比计算的不同，培养学生具体问题具体分析的思维。要保证定轴轮系传动比计算的正确性，一定遵循正确的计算方法和准则。同时引导学生严格要求自己，遵守高等学校学生行为准则；为学、做人做事也应该有正确的准则，否则会偏离社会主义核心价值观，危害社会！四、案例意义该案例反映了两方面的思政元素，其意义如下：思政元素1：中国人自主研发的手表与瑞士、日本、德国等国家品牌手表还有相当大的一段差距，主要体现在制造精度不高、部分零部件靠进口、技术积累不够等方面。未来打造自己的国产品牌，还需要当代大学生们共同努力，刻苦学习专业知识。“民族情怀”看似跟日常生活距离遥远，却能直指我们内心的最深处。思政元素2：工匠们打造工艺品的过程中，不断琢磨自己的产品，将每一件产品当成艺术精品一样去对待，将一项技术发挥到极致，把品质从99%提高到99.99%。因此，要树立“工匠精神”，对工作执着，对所做的事情和生产的产品一丝不苟、精益求精、精雕细琢的精神理念。五、教学实施过程（一）新课导入复习轮系的分类，并观察手表中的轮系属于定轴轮系类。提问：手表里的时针走一圈，分针走了12圈，秒针走了720圈，那么由时针到秒针是如何实现传动的？时针把运动传到秒针时，其转速大小有何变化？具体比值如何确定？ 定轴轮系的传动比（二）新课讲解1、定轴轮系的传动比概念展示定轴轮系模型，引导学生思考一个问题：给定一个输入，轮系输出端的齿轮转速将是多少？输入端和输出端的转向关系又如何确定？这就是前面“齿轮机构”这一章所学习的传动比的计算问题。说到传动比，首先通过一对齿轮的传动比定义写出计算公式，接下来教师提出问题：定轴轮系的传动比公式是否就是输入轴的转速与输出轴的转速之比？还是输入端齿轮和输出端齿轮齿数的反比呢？注意：第一问的写法是没有问题，符合齿轮传动比的定义，但如果按照后面这种写法，意味着定轴轮系的传动比就只与首末两轮的齿数有关，而与其他齿轮齿数无关，这显然是不对的。接下来具体分析典型案例。2、知识分解给出一个典型的定轴轮系(下图1所示)：已知轮系中各轮齿数，求传动比取。输出端图1定轴轮系输入端(1)传动比大小的计算：我们先找出轮系从输入端到输出端的传动路线：】-2=2—3=3'-4。如果知道了每一对互相啮合的齿轮副的传动比，那总的传动比大小就非常清楚了。轮系中各对齿轮的传动比如下：叫4.fi⅞Zi_fl⅞.Z4¾----⅛----⅛%~---吗Zlfi⅞Z1fl¾ ¾O轮系的总传动比等于各级齿轮副传动比的连乘积，即:⅞4=-= fi⅜fi⅞ffi⅛fi¾^⅞2⅛-⅛4_¾¾z⅛zl¾¾'_¾¾¾z]z2z3T=所有从动轮齿数的乘积一所有主动轮齿数的乘积(I)由于齿轮3和齿轮3,属于一对同轴齿轮（也叫双联齿轮），因此，幽=地，。经过推导得出轮系的总传动比还等于轮系中所有从动齿轮齿数的连乘积与所有主动齿轮齿数的连乘积之比。至U此，问题还没讲完，输入端与输出端转向关系如何确定呢？（2）输入端与输出端转向关系的确定（重难点内容）输入端与输出端的转向关系，与各对啮合齿轮的位置相关。I）对于一对平行轴圆柱齿轮：外啮合：转向相反，传动比结果为负值；内啮合：转向相同，传动比结果为正值。II）对于一对非平行轴圆锥齿轮：只能用箭头表示回转方向，箭头应同时指向或同时背离啮合点。（口诀：头对头、尾对尾）（3）确定传动比以最终的结果输入端输出端上图中，通过从输入端到输出端对各对齿轮依次标注转动方向箭头，得：I%=江（T,→）zιz2zr （2）式（2）括号中的箭头表示输入端与输出端的转向关系。根据上式，可得定轴轮系传动比的一般公式如下：_二/二轮倒轮k所有从动轮齿数连乘积一或一轮倒轮k所有主动轮齿哨限（3）3、注意输入端与输出端转向关系的判定：（难点内容）①对于平行轴的定轴轮系，若末轮的回转方向与首轮一致；则传动比结果为“+”，若末轮的回转方向与首轮相反，则传动比结果为“－”。此判断方法，只适用于平行轴圆柱齿轮传动的轮系。②对于非平行轴的定轴轮系（即含有圆锥齿轮副），不能使用±来确定首末两轮的回转方向，只能用标注箭头的方法来确定。4、惰轮及其作用（重点内容）根据我们的观察，定轴轮系中齿轮2既是齿轮1、2中的从动轮，输入端输出端又是齿轮2、3中的主动轮，在齿轮传动中具有双重身份，因此，在计算传动比的时候，其齿数既做分子又做分母，可以消掉。这样的齿轮叫做惰轮。那么是不是就说明惰轮不起作用，可以拿掉呢？答案是不可以。惰轮虽然不改变该齿轮副的传动比大小，但可以改变齿轮副中从动轮的回转方向。（三）学习总结（四）课程思政融入思政元素1：中国人自主研发的手表与瑞士、日本、德国等国家品牌手表还有相当大的一段差距，主要体现在制造精度不高、部分零部件靠进口、技术积累不够等方面。未来打造自己的国产品牌，还需要当代大学生们共同努力，刻苦学习专业知识。思政元素2：工匠们打造工艺品的过程中，不断琢磨自己的产品，将每一件产品当成艺术精品一样去对待，将一项技术发挥到极致，把品质从99%提高到99.99%。因此，要树立“工匠精神”，对工作执着，对所做的事情和生产的产品一丝不苟、精益求精、精雕细琢的精神理念。六、教学考核评价（1）从学生角度考核教学过程：学会了哪三个知识点？学到了哪两种方法？最大的一个收获是什么？（2）从教师角度考核教学过程：是否善于启发学生思考和调动学生的学习积极性？是否通过理论和实际案例相结合，并且融入课程思政元素，不仅对学生传授了专