【課程思政案例】《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》定軸輪系及其傳動(dòng)比

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一一5.2定軸輪系及其傳動(dòng)比一、課程及案例簡(jiǎn)介本課程共64學(xué)時(shí)，4學(xué)分。其中課堂講授58學(xué)時(shí)，實(shí)踐課6學(xué)時(shí)。課程適用于機(jī)器人工程專業(yè)、機(jī)械電子工程專業(yè)以及機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。通過演示常見的鐘表運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生思考定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算的問題。以一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算公式引出整個(gè)輪系傳動(dòng)比計(jì)算過程的步步推導(dǎo)，最后以鐘表的分針、秒針和時(shí)針的傳動(dòng)比為例，驗(yàn)證定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式的嚴(yán)謹(jǐn)性。在課程中巧妙融入思政教學(xué)元素，借瑞士品牌手表的精細(xì)程度內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，為將來打造國(guó)產(chǎn)品牌貢獻(xiàn)自己的一份力量，培養(yǎng)學(xué)生的民族情懷、養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)極致的工匠精神。二、結(jié)合章節(jié)“定軸輪系及其傳動(dòng)比”為《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五章第二節(jié)知識(shí)點(diǎn)。機(jī)械手表是生活中常見一種機(jī)械產(chǎn)品，其內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要為定軸輪系。一款好的機(jī)械手表，其機(jī)芯里面的零件多達(dá)700多個(gè)，齒輪齒形誤差小于0.01mm。傳動(dòng)輪系的軸、孔公差為0.006~0.008mm，制作時(shí)候要用50倍的投影儀器套圖檢驗(yàn)。對(duì)于擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)的調(diào)整精度，需要控制在一根頭發(fā)絲直徑1/14。本案例的思想政治教育主要從工匠精神和民族情懷兩方面進(jìn)行導(dǎo)入。三、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)和能力目標(biāo)1）熟練掌握從單級(jí)齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算到多級(jí)齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算；2）拆解廢舊機(jī)械手表，觀察手表內(nèi)部齒輪結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)原理，會(huì)應(yīng)用已學(xué)知識(shí)計(jì)算手表的分針、秒針及時(shí)針的傳動(dòng)比；（二）素質(zhì)目標(biāo)1）通過播放手表指針的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，引出定軸輪系的概念及其傳動(dòng)特點(diǎn)，提高學(xué)生對(duì)日常生活中定軸輪系應(yīng)用的觀察力，了解輪系的特點(diǎn)與分類，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的使命感。2）通過推導(dǎo)定軸輪系的傳動(dòng)比公式，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到單級(jí)齒輪與多級(jí)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算的不同，培養(yǎng)學(xué)生具體問題具體分析的思維。要保證定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算的正確性，一定遵循正確的計(jì)算方法和準(zhǔn)則。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格要求自己，遵守高等學(xué)校學(xué)生行為準(zhǔn)則；為學(xué)、做人做事也應(yīng)該有正確的準(zhǔn)則，否則會(huì)偏離社會(huì)主義核心價(jià)值觀，危害社會(huì)！四、案例意義該案例反映了兩方面的思政元素，其意義如下：思政元素1：中國(guó)人自主研發(fā)的手表與瑞士、日本、德國(guó)等國(guó)家品牌手表還有相當(dāng)大的一段差距，主要體現(xiàn)在制造精度不高、部分零部件靠進(jìn)口、技術(shù)積累不夠等方面。未來打造自己的國(guó)產(chǎn)品牌，還需要當(dāng)代大學(xué)生們共同努力，刻苦學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)?！懊褡迩閼选笨此聘粘Ｉ罹嚯x遙遠(yuǎn)，卻能直指我們內(nèi)心的最深處。思政元素2：工匠們打造工藝品的過程中，不斷琢磨自己的產(chǎn)品，將每一件產(chǎn)品當(dāng)成藝術(shù)精品一樣去對(duì)待，將一項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮到極致，把品質(zhì)從99%提高到99.99%。因此，要樹立“工匠精神”，對(duì)工作執(zhí)著，對(duì)所做的事情和生產(chǎn)的產(chǎn)品一絲不茍、精益求精、精雕細(xì)琢的精神理念。五、教學(xué)實(shí)施過程（一）新課導(dǎo)入復(fù)習(xí)輪系的分類，并觀察手表中的輪系屬于定軸輪系類。提問：手表里的時(shí)針走一圈，分針走了12圈，秒針走了720圈，那么由時(shí)針到秒針是如何實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的？時(shí)針把運(yùn)動(dòng)傳到秒針時(shí)，其轉(zhuǎn)速大小有何變化？具體比值如何確定？ 定軸輪系的傳動(dòng)比（二）新課講解1、定軸輪系的傳動(dòng)比概念展示定軸輪系模型，引導(dǎo)學(xué)生思考一個(gè)問題：給定一個(gè)輸入，輪系輸出端的齒輪轉(zhuǎn)速將是多少？輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)向關(guān)系又如何確定？這就是前面“齒輪機(jī)構(gòu)”這一章所學(xué)習(xí)的傳動(dòng)比的計(jì)算問題。說到傳動(dòng)比，首先通過一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比定義寫出計(jì)算公式，接下來教師提出問題：定軸輪系的傳動(dòng)比公式是否就是輸入軸的轉(zhuǎn)速與輸出軸的轉(zhuǎn)速之比？還是輸入端齒輪和輸出端齒輪齒數(shù)的反比呢？注意：第一問的寫法是沒有問題，符合齒輪傳動(dòng)比的定義，但如果按照后面這種寫法，意味著定軸輪系的傳動(dòng)比就只與首末兩輪的齒數(shù)有關(guān)，而與其他齒輪齒數(shù)無關(guān)，這顯然是不對(duì)的。接下來具體分析典型案例。2、知識(shí)分解給出一個(gè)典型的定軸輪系(下圖1所示)：已知輪系中各輪齒數(shù)，求傳動(dòng)比取。輸出端圖1定軸輪系輸入端(1)傳動(dòng)比大小的計(jì)算：我們先找出輪系從輸入端到輸出端的傳動(dòng)路線：】-2=2—3=3'-4。如果知道了每一對(duì)互相嚙合的齒輪副的傳動(dòng)比，那總的傳動(dòng)比大小就非常清楚了。輪系中各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比如下：叫4.fi?Zi_fl?.Z4?----?----?%~---嗎Zlfi?Z1fl? ?O輪系的總傳動(dòng)比等于各級(jí)齒輪副傳動(dòng)比的連乘積，即:?4=-= fi?fi?ffi?fi?^?2?-?4_??z?zl??'_???z]z2z3T=所有從動(dòng)輪齒數(shù)的乘積一所有主動(dòng)輪齒數(shù)的乘積(I)由于齒輪3和齒輪3,屬于一對(duì)同軸齒輪（也叫雙聯(lián)齒輪），因此，幽=地，。經(jīng)過推導(dǎo)得出輪系的總傳動(dòng)比還等于輪系中所有從動(dòng)齒輪齒數(shù)的連乘積與所有主動(dòng)齒輪齒數(shù)的連乘積之比。至U此，問題還沒講完，輸入端與輸出端轉(zhuǎn)向關(guān)系如何確定呢？（2）輸入端與輸出端轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定（重難點(diǎn)內(nèi)容）輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)向關(guān)系，與各對(duì)嚙合齒輪的位置相關(guān)。I）對(duì)于一對(duì)平行軸圓柱齒輪：外嚙合：轉(zhuǎn)向相反，傳動(dòng)比結(jié)果為負(fù)值；內(nèi)嚙合：轉(zhuǎn)向相同，傳動(dòng)比結(jié)果為正值。II）對(duì)于一對(duì)非平行軸圓錐齒輪：只能用箭頭表示回轉(zhuǎn)方向，箭頭應(yīng)同時(shí)指向或同時(shí)背離嚙合點(diǎn)。（口訣：頭對(duì)頭、尾對(duì)尾）（3）確定傳動(dòng)比以最終的結(jié)果輸入端輸出端上圖中，通過從輸入端到輸出端對(duì)各對(duì)齒輪依次標(biāo)注轉(zhuǎn)動(dòng)方向箭頭，得：I%=江（T,→）zιz2zr （2）式（2）括號(hào)中的箭頭表示輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)向關(guān)系。根據(jù)上式，可得定軸輪系傳動(dòng)比的一般公式如下：_二/二輪倒輪k所有從動(dòng)輪齒數(shù)連乘積一或一輪倒輪k所有主動(dòng)輪齒哨限（3）3、注意輸入端與輸出端轉(zhuǎn)向關(guān)系的判定：（難點(diǎn)內(nèi)容）①對(duì)于平行軸的定軸輪系，若末輪的回轉(zhuǎn)方向與首輪一致；則傳動(dòng)比結(jié)果為“+”，若末輪的回轉(zhuǎn)方向與首輪相反，則傳動(dòng)比結(jié)果為“－”。此判斷方法，只適用于平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)的輪系。②對(duì)于非平行軸的定軸輪系（即含有圓錐齒輪副），不能使用±來確定首末兩輪的回轉(zhuǎn)方向，只能用標(biāo)注箭頭的方法來確定。4、惰輪及其作用（重點(diǎn)內(nèi)容）根據(jù)我們的觀察，定軸輪系中齒輪2既是齒輪1、2中的從動(dòng)輪，輸入端輸出端又是齒輪2、3中的主動(dòng)輪，在齒輪傳動(dòng)中具有雙重身份，因此，在計(jì)算傳動(dòng)比的時(shí)候，其齒數(shù)既做分子又做分母，可以消掉。這樣的齒輪叫做惰輪。那么是不是就說明惰輪不起作用，可以拿掉呢？答案是不可以。惰輪雖然不改變?cè)擙X輪副的傳動(dòng)比大小，但可以改變齒輪副中從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)方向。（三）學(xué)習(xí)總結(jié)（四）課程思政融入思政元素1：中國(guó)人自主研發(fā)的手表與瑞士、日本、德國(guó)等國(guó)家品牌手表還有相當(dāng)大的一段差距，主要體現(xiàn)在制造精度不高、部分零部件靠進(jìn)口、技術(shù)積累不夠等方面。未來打造自己的國(guó)產(chǎn)品牌，還需要當(dāng)代大學(xué)生們共同努力，刻苦學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。思政元素2：工匠們打造工藝品的過程中，不斷琢磨自己的產(chǎn)品，將每一件產(chǎn)品當(dāng)成藝術(shù)精品一樣去對(duì)待，將一項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮到極致，把品質(zhì)從99%提高到99.99%。因此，要樹立“工匠精神”，對(duì)工作執(zhí)著，對(duì)所做的事情和生產(chǎn)的產(chǎn)品一絲不茍、精益求精、精雕細(xì)琢的精神理念。六、教學(xué)考核評(píng)價(jià)（1）從學(xué)生角度考核教學(xué)過程：學(xué)會(huì)了哪三個(gè)知識(shí)點(diǎn)？學(xué)到了哪兩種方法？最大的一個(gè)收獲是什么？（2）從教師角度考核教學(xué)過程：是否善于啟發(fā)學(xué)生思考和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性？是否通過理論和實(shí)際案例相結(jié)合，并且融入課程思政元素，不僅對(duì)學(xué)生傳授了專