台式电风扇摇头装置设计教案

台式电风扇摇头装置设计教案一、教学目标1.知识与技能目标学生能够理解台式电风扇摇头装置的工作原理和结构组成。掌握齿轮传动、曲柄摇杆机构等机械传动原理在摇头装置中的应用。学会运用机械设计的基本方法，进行摇头装置的方案设计、结构设计和计算分析。能够使用绘图软件绘制摇头装置的二维和三维图纸。2.过程与方法目标通过观察实物、分析资料和小组讨论，培养学生的观察能力、分析能力和团队协作能力。在设计过程中，引导学生运用所学的机械知识，进行创新思维和工程实践，提高解决实际问题的能力。经历从方案设计到详细设计的全过程，使学生了解机械设计的一般流程，积累设计经验。3.情感态度与价值观目标激发学生对机械设计的兴趣和热情，培养学生的创新精神和工匠精神。使学生认识到机械设计在实际生活中的重要性，增强学生的工程意识和责任感。通过小组合作学习，培养学生的团队合作精神和沟通能力，让学生体验成功的喜悦，增强自信心。二、教学重难点1.教学重点台式电风扇摇头装置的工作原理和结构分析。齿轮传动和曲柄摇杆机构的设计与计算。摇头装置的整体设计方案和结构设计。2.教学难点如何引导学生进行创新设计，提出独特的摇头装置设计方案。解决设计过程中遇到的各种实际问题，如机构的运动精度、可靠性等。使学生能够准确运用机械设计的理论知识，进行合理的设计计算和优化。三、教学方法1.讲授法：讲解台式电风扇摇头装置的基本概念、工作原理、机械传动知识等，使学生系统地掌握相关理论知识。2.演示法：通过实物演示、动画演示等方式，直观地展示摇头装置的结构和工作过程，帮助学生更好地理解。3.讨论法：组织学生进行小组讨论，针对设计方案、遇到的问题等进行交流和探讨，激发学生的思维，培养团队协作能力。4.实践法：安排学生进行实际设计和制作，让学生在实践中运用所学知识，提高动手能力和解决实际问题的能力。四、教学过程（一）课程导入（5分钟）1.展示一台普通的台式电风扇，提问学生：电风扇是如何实现摇头功能的？引导学生观察电风扇摇头时的现象，思考其背后的机械原理。2.播放一段台式电风扇摇头装置工作的动画视频，更加直观地展示摇头装置的运动过程，激发学生的学习兴趣，引出本节课的主题台式电风扇摇头装置设计。（二）知识讲解（20分钟）1.介绍台式电风扇摇头装置的作用和基本要求作用：使风扇的送风范围更广，满足人们不同的使用需求。基本要求：实现平稳、可靠的摇头运动，摇头角度符合设计要求，结构简单、紧凑，成本较低等。2.分析摇头装置的工作原理结合实物和动画，讲解摇头装置通常由电机、减速机构、传动机构和摇头机构组成。电机提供动力，减速机构降低电机转速并增大扭矩，传动机构将动力传递给摇头机构，摇头机构实现风扇摇头的运动。重点分析摇头机构的工作原理，一般采用曲柄摇杆机构。讲解曲柄摇杆机构的基本概念、组成部分（曲柄、摇杆、连杆等）以及各部分的运动特点，通过简单的图形和示例，让学生理解曲柄摇杆机构如何将电机的圆周运动转化为风扇的往复摆动。3.讲解齿轮传动知识介绍齿轮传动在摇头装置中的应用，通常用于减速和传递动力。讲解齿轮的基本参数（模数、齿数、压力角等）和齿轮传动的特点（传动效率高、传动比准确、结构紧凑等）。通过公式和实例，讲解齿轮传动比的计算方法：$i=\frac{n_1}{n_2}=\frac{z_2}{z_1}$，其中$i$为传动比，$n_1$、$n_2$分别为主动轮和从动轮的转速，$z_1$、$z_2$分别为主动轮和从动轮的齿数。4.介绍其他相关知识如轴承的选择与应用，在摇头装置中，轴承起到支撑和减少摩擦的作用，根据受力情况和转速要求合理选择轴承类型（如滚动轴承）。材料的选择，讲解制作摇头装置各零件所需材料的性能要求，如电机外壳一般选用铸铁，齿轮可选用中碳钢等，并说明选择材料的依据。（三）方案设计（25分钟）1.布置任务将学生分成小组，每组45人。要求各小组根据所学知识，设计一种台式电风扇摇头装置的方案，包括整体结构、传动方式、主要零件的选型等。2.小组讨论各小组围绕任务展开讨论，鼓励学生积极思考，提出不同的设计思路和创新点。教师巡视各小组，参与讨论，适时给予指导和启发，引导学生从不同角度考虑问题，如如何提高摇头的平稳性、如何简化结构、如何降低成本等。3.方案汇报每个小组推选一名代表，向全班汇报本小组的设计方案。汇报内容包括方案的整体思路、传动机构的选择（如齿轮传动、带传动等）、摇头机构的具体设计（曲柄摇杆机构的尺寸确定等）、主要零件的选型及理由等。其他小组认真倾听，并可以提出问题和建议，进行互动交流。教师对各小组的方案进行点评，肯定优点，指出不足之处，并引导学生进一步完善设计方案。（四）详细设计（30分钟）1.确定设计参数根据一般台式电风扇的摇头要求，确定设计的主要参数，如摇头角度（通常为左右各45°60°）、转速（电机转速和风扇摇头转速）、扭矩等。2.进行结构设计各小组根据选定的方案，进行摇头装置的详细结构设计。绘制二维草图，标注各零件的尺寸、公差、表面粗糙度等技术要求。在设计过程中，教师提醒学生注意各零件之间的配合关系、运动精度要求以及整体结构的合理性。运用所学的机械制图知识，确保图纸的规范性和准确性。例如，视图选择要合理，尺寸标注要清晰，公差配合要符合国家标准等。3.计算分析对摇头装置中的关键零件进行计算分析，如齿轮的强度计算、曲柄摇杆机构的运动学和动力学计算等。以齿轮强度计算为例，讲解计算方法和步骤：确定齿轮的受力情况，根据齿轮传动的工作条件和载荷性质，计算齿轮所受的圆周力$F_t$、径向力$F_r$和轴向力$F_a$（对于斜齿轮）。计算齿根弯曲疲劳强度，通过公式$\sigma_{F}=\frac{2KT}{bmnY_FY_S}$进行计算，其中$K$为载荷系数，$T$为转矩，$b$为齿宽，$m$为模数，$n$为齿轮转速，$Y_F$和$Y_S$为齿形系数和应力校正系数。根据计算结果，判断齿轮的强度是否满足要求，若不满足，则调整齿轮参数（如模数、齿数等），重新计算，直至满足强度要求。对于曲柄摇杆机构，进行运动学分析，计算摇杆的摆动角度、角速度、角加速度等运动参数，以及动力学分析，计算各构件所受的力，为零件的设计和校核提供依据。（五）三维建模与虚拟装配（30分钟）1.三维建模学生使用三维绘图软件（如SolidWorks、ProE等），根据二维草图创建摇头装置各零件的三维模型。在建模过程中，教师指导学生掌握软件的基本操作方法，如拉伸、旋转、扫描等特征操作的运用，以及如何进行零件的布尔运算、添加倒角、圆角等细节处理，确保模型的准确性和完整性。2.虚拟装配将创建好的各零件三维模型进行虚拟装配，模拟摇头装置的实际装配过程。在装配过程中，学生需要确定各零件之间的装配关系（如配合关系、连接方式等），运用软件的装配约束功能，将零件准确地装配在一起，形成摇头装置的整体三维装配模型。通过虚拟装配，学生可以直观地检查设计的结构是否合理，各零件之间是否存在干涉现象等。若发现问题，及时返回二维设计阶段进行修改，然后重新进行三维建模和虚拟装配，直至装配模型符合设计要求。3.装配体动画制作利用三维绘图软件的动画制作功能，为摇头装置的装配模型添加动画效果，展示其工作过程。设置电机的转动、曲柄摇杆机构的运动等，使学生能够更加生动形象地观察到摇头装置的运动原理和工作过程，进一步加深对设计的理解。（六）设计总结与评价（20分钟）1.设计总结各小组对本次台式电风扇摇头装置设计进行总结，回顾设计过程，包括遇到的问题及解决方法、设计的优点和不足之处等。教师对整个课程内容进行总结，强调机械设计的重要性和一般流程，再次梳理台式电风扇摇头装置的工作原理、设计要点以及相关机械知识的应用，帮助学生巩固所学内容。2.设计评价学生进行自我评价，反思自己在设计过程中的表现，如知识掌握情况、团队协作能力、创新思维能力等，明确自己的优点和改进方向。小组之间进行互评，各小组对其他小组的设计方案进行评价，从方案的创新性、合理性、可行性、结构复杂性、成本等方面进行打分，并给出评价意见和建议。教师进行综合评价，根据各小组的设计方案、汇报情况、三维建模与虚拟装配成果以及学生的自我评价和小组互评结果，对学生的设计进行全面评价，评选出优秀设计作品，并给予表扬和奖励。同时，针对存在的普遍问题进行集中讲解和指导，帮助学生进一步提高设计水平。（七）课后作业（5分钟）1.根据本次设计的经验和收获，撰写设计总结报告，内容包括设计任务、设计方案、设计计算过程、设计结果分析、心得体会等，要求字数不少于1500字。2.思考如何对现有台式电风扇摇头装置进行改进和优化，提出至少两种改进方案，并简单说明思路和理由。五、教学资源1.台式电风扇实物模型2.摇头装置工作原理的动画视频3.相关的机械设计教材、参考资料4.三维绘图软件（如SolidWorks、ProE等）及计算机设备六、教学反思通过本次课程教学，学生对台式电风扇摇头装置的设计有了较为全面的认识和实践体验，达到了预期的教学目标。在教学过程中，采用多种教学方法相结合，充分调动了学生的学习积极性和主动性，培养了学生的团队协作能力、创新思维能力和工程实践能力。在教学内容方面，注重理论与实践的结合，从知识讲解到方案设计、详细设计，再到三维建模与虚拟装配，逐步引导学生深入掌握摇头装置的设计方法和流程。通过实际操作，学生能够更好地理解和运用所学的机械知识，解决设计过程中遇到的各种问题。然而，在教学过程中也发现了一些不