9.7 蜗杆传动（教案）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

《机械基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务9.7 蜗杆传动 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 职高学生在之前的课程中已学习过齿轮传动，对机械传动有一定基础，但对蜗杆传动的特殊结构和工作原理较陌生。他们在实习中可能见过蜗杆、蜗轮实物，却对其组成和类型区分不清，对传动比计算、转向判别等抽象内容接受较慢。学生动手能力较强，对与实际设备（如卷扬机、减速器）相关的知识兴趣更高，而对几何尺寸计算、啮合条件等理论知识易感到枯燥。学习中可能混淆蜗杆类型的特点，对转向判别方法掌握不牢固，需结合实物观察和操作演示降低理解难度，多联系实习中接触的设备案例，提升学习针对性。 背景分析 蜗杆传动是机械传动中实现交错轴间动力传递的重要方式，广泛应用于机床进给机构、起重设备（如卷扬机）、汽车转向器、减速器等领域，是职高机械类专业学生从事设备维修、装配等工作需掌握的核心内容。相较于齿轮传动，它能实现大传动比、结构紧凑的传动，在需要减速增力的场景中不可替代。学生在实习中接触的多种设备都依赖蜗杆传动完成精准或重载操作，但对其工作原理、参数设计等缺乏系统认识。学习这些知识，能帮助学生理解设备传动结构，分析蜗杆传动故障，为后续从事机械维修、工艺设计等岗位工作提供必要的理论支撑，与职业岗位技能需求紧密相关。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养观察机械传动结构的能力，树立理论联系实际的意识，为后续分析蜗杆传动设备故障、进行简单维修奠定基础。 能说出蜗杆传动的组成及普通圆柱蜗杆的主要类型（如阿基米德蜗杆）；记住蜗杆传动的传动比计算公式并能简单计算；理解蜗杆传动的正确啮合条件；列举蜗杆传动的主要特点及基本参数。 能根据蜗杆转向用右手（或左手）定则判别蜗轮回转方向；能结合参数计算蜗杆或蜗轮的分度圆直径等基本几何尺寸；能举例说明蜗杆传动在常见设备中的应用。 学习任务 描述 了解蜗杆传动的组成及类型和传动比。 掌握蜗杆传动回转方向的判别方法，了解蜗杆传动的应用特点。 掌握蜗杆传动几何尺寸的计算方法。熟悉蜗杆传动的正确啮合条件。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 蜗杆传动的组成及类型 教学难点 蜗杆与蜗轮回转方向的判别 教学难点突破方法 用“右手定则”（右旋蜗杆）或“左手定则”（左旋蜗杆）结合实物模型演示，让学生手握蜗杆模拟转向，四指弯曲方向与蜗杆旋向一致，拇指指向为蜗轮节点速度方向，从而确定转向，再通过练习题强化操作 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：朱明松，第2版；机械工业出版社。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 任务引入：了解蜗杆传动的组成及类型和传动比。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 1.蜗杆传动的组成 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮、机架等组成，是利用蜗杆副传递运动和动力的一种机械传动装置，如图9-52所示。 (1)蜗杆。与蜗轮啮合组成交错轴齿轮副，且只有一个或几个螺旋齿的齿轮称为蜗杆。在蜗杆传动中，蜗杆通常为主动件，使机构做减速运动。 (2)蜗轮。与蜗杆组成交错轴齿轮副且轮齿沿着齿宽方向呈内凹弧形的齿轮称为蜗轮。在蜗杆传动中，蜗轮通常为从动件。若为非自锁蜗杆传动，则蜗轮也可以作为主动件，使机构做增速传动。 (3)蜗杆副。由蜗杆及与其配对的蜗轮组成的交错轴齿轮副称为蜗杆副。蜗杆与蜗轮的轴线在空间互相垂直交错成 90°。 2.蜗杆的类型 蜗杆的类型很多，根据外形不同，有圆柱蜗杆、环面蜗杆、锥蜗杆等；根据齿形不同，普通圆柱蜗杆有阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆等。 (1)渐开线蜗杆 齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆，其端面齿廓为渐开线，轴平面和法向平面内的齿形为曲线。 (2)法向直廓蜗杆 在垂直于齿线的法向平面内的齿廓为直线的蜗杆。 (3)阿基米德蜗杆(图9-53) 齿面为阿基米德螺旋面的圆柱蜗杆称为阿基米德蜗杆，其端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向截面为齿条形直线齿廓(故又称轴向直廓蜗杆)，法向齿廓为曲线。生产实际中阿基米德蜗杆的加工方法与车削梯形螺纹的方法类似，其加工测量方便，应用最广，本书主要介绍阿基米德蜗杆。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 1.蜗杆(或蜗轮)旋向的判别 蜗杆(或蜗轮)旋向的判别采用右手定则：伸出右手，掌心朝着自己，四指指向与蜗F(或蜗轮)的轴线方向一致，则大拇指指向与蜗杆(或蜗轮)螺旋线上升方向一致的为;旋，反之为左旋，如图 9-54 所示。 2.蜗轮回转方向的判别 蜗杆传动时，蜗轮的回转方向不仅与蜗杆的回转方向有关，而且与蜗杆轮齿的螺旋方向有。蜗轮回转方向的判定方法如下:蜗杆(或蜗轮)左旋时用左手，右旋时用右手，半握拳曲四指，指向与蜗杆的回转方向一致，蜗轮回转方向与大拇指指向相反，如图 9-55 所示。 主要讲解蜗杆传动回转方向的判别。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 1)传动比大且准确。根据i12 = n1/n2 = z2/z1 可知，由于蜗杆的头数一般为1~4，因此可以在轮齿数不大的情况下获得较大的单级传动比，最大可达1000。 2)承载能力大。蜗杆传动为线接触，且同时进人啮合的轮齿对数较多，因此其承载能力大。 3)传动平稳，振动、冲击和噪声均很小。这是由于蜗杆传动同时进入啮合的轮齿对数较多，且啮合时轮齿为逐渐进入和逐渐退出。 4)具有自锁性能。当蜗杆的导程角小于材料的当量摩擦角时、便会发生自锁现象。此时只能由蜗杆带动蜗轮传动，而不能由蜗轮带动蜗杆传动。如图9-56所示的手动起重机(俗称手动葫芦)即为蜗杆自锁原理的应用实例。 5)传动效率低。由于蜗杆和蜗轮啮合时轮齿间的相对滑动速度较大，传动中的摩擦、磨损大，因此传动效率很低。具有自锁性能的蜗杆传动，其效率一般不超过50%。而且由于摩擦中产生大量的热量，因此蜗杆传动对润滑和冷却有特别的要求。 6)蜗轮材料昂贵。为了减小摩擦，提高蜗杆传动的效率和使用寿命，蜗杆采用钢件蜗轮则常采用价格昂贵的减摩材料，如锡青铜等。 7)不能任意互换啮合。在蜗杆副中，由于蜗轮的轮齿呈凹圆弧形包围着蜗杆，所以切制蜗轮的蜗轮滚刀，其参数必须与工作蜗杆的参数完全相同，即不仅要求模数、压力角相同，滚刀与蜗杆的分度圆直径、螺旋线头数、导程角也都要求相同。因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换啮合的。 教师根据课本内容讲解蜗杆传动的特点。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 1.中平面(中间平面) 通过蜗杆轴线且与蜗轮轴线垂直的平面称为中平面，如图9-57所示。为了便于加工规定中平面内的参数为标准值。 中平面内的蜗杆传动相当于标准齿条与标准渐开线齿轮相合。 2.模数 m 蜗杆传动的模数系列与齿轮传动的模数系列有所不同，蜗杆的模数系列见表9-5。蜗杆的标准模数指轴向模数，以mx表示;蜗轮的标准模数指端面模数，用mt表示。蜗杆与蜗轮正确啮合时，蜗杆的轴向模数必须与蜗轮的端面模数相等，且为标准值，即 mx=mt=m。 3.压力角 蜗杆的压力角是指轴向压力角，用αx表示;蜗轮的压力角是指端面压力角，用αt表示。蜗杆与蜗轮正确啮合时，蜗杆的轴向压力角必须等于蜗轮的端面压力角，且为标准值即 αx =αt=20°。 4.蜗杆的直径系数q 5.蜗杆的导程角 γ 教师讲解蜗杆传动的基本参数，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：蜗杆传动的传动比如何计算？与齿轮传动比有何不同？ 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 这节课我们认识了蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，常见的是阿基米德蜗杆。记住了传动比i=z₂/z₁（z₁为蜗杆头数，z₂为蜗轮齿数），不是直径比。判别转向可用左右手定则：右旋蜗杆用右手，四指跟蜗杆转向一致，拇指指向就是蜗轮节点运动方向。它的特点是传动比大、结构紧凑，有自锁性但效率低。基本参数要记模数m、压力角α、蜗杆头数z₁等，正确啮合得满足m、α相等，螺旋线方向相同。几何尺寸计算跟这些参数相关，比如蜗杆分度圆直径d₁=m×q（q为直径系数）。课后多看看实习设备里的蜗杆传动，巩固这些知识。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） （1）如何用定则判别蜗杆传动的回转方向？ （2）蜗杆与蜗轮的正确啮合条件是什么？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课通过实物展示蜗杆和蜗轮，学生对其组成及类型掌握较好。但回转方向判别时，部分学生对左右手定则的应用仍混淆，需增加分组操作环节，让学生亲手转动蜗杆模型，结合定则判断蜗轮回向。传动比计算虽简单，但仍有学生误记为直径比，需通过对比齿轮传动比公式强化记忆。几何尺寸计算中，直径系数q与分度圆直径的关系较抽象，可补充具体参数的实例计算，让学生在练习中理解。后续应多结合实习中见过的蜗杆传动设备，如减速器，引导学生分析其参数和啮合条件，增强理论与实践的结合。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$