3.1.1 认识轴（教案）《产品设计基础 增材制造》上好课（高教版）

《产品设计基础增材制造》（高教版）教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 3.1.1 认识轴 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 二、设计意图 学情分析 授课对象为相关专业学生，已具备机械制图、工程材料等基础课程知识，对机械零件有初步认知，但缺乏对轴类零件系统的结构设计和参数选用能力，逻辑思维和实践应用能力有待提升 背景分析 轴是机械传动系统中的核心零件，承担着传递运动和动力、支撑回转零件的重要作用，其设计合理性直接影响机械产品的性能、寿命和可靠性。在增材制造技术日益普及的背景下，轴的设计与传统制造方式相比有了新的思路和要求，本次课程结合增材制造特点，系统讲解轴的相关知识，为学生后续专业学习和工程实践奠定基础 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 1. 培养对机械设计学科的兴趣和探索精神； 2. 树立严谨的工程设计态度和创新意识； 3. 增强团队协作和沟通表达能力 1. 掌握轴的基本功能、常见分类及典型应用场景； 2. 理解轴的结构组成（轴头、轴颈、轴身、轴环、轴肩）及各部分作用；3. 熟知轴径选用的原则、标准直径系列及确定方法； 4. 明确轴结构设计的基本要求和合理性判断依据； 5. 了解增材制造技术对轴设计的影响 1. 能准确识别不同类型轴的结构特点及应用场景； 2. 能根据设计要求合理选用轴径并按标准系列圆整； 3. 能对阶梯轴结构设计的合理性进行分析并提出改进方案； 4. 具备初步的轴结构设计能力，能结合增材制造特点进行简单轴的设计； 5. 能清晰表达设计思路和结果，完成相关技术文档的撰写 学习任务 描述 1. 通过案例分析和理论学习，掌握轴的功能、分类及应用；2. 观察轴的结构示意图和实物模型，理解各组成部分的作用；3. 练习轴径的计算、选用及圆整方法；4. 分组对典型阶梯轴结构进行合理性分析，提出改进方案；5. 结合增材制造技术，完成简单轴的结构设计并撰写设计说明 教学资源 准备 1. 教材：《产品设计基础增材制造》（高教版）； 2. 教具：轴类零件实物、阶梯轴模型、轴承、齿轮等配套零件； 3. 多媒体资源：教学课件（含结构示意图、动画、案例视频）、标准直径系列表格、增材制造工艺视频 4. 工具 5. 参考资料 教学重点 1. 轴的结构组成及各部分作用； 2. 轴径选用的原则、标准系列及确定方法； 3. 轴结构设计的基本要求； 4. 阶梯轴结构设计合理性分析方法 教学难点 1. 轴径确定方法的实际应用（强度计算、经验估算）； 2. 阶梯轴结构合理性分析及改进方案的提出； 3. 增材制造技术与轴设计的结合应用 教学难点突破方法 1. 采用 “理论 + 案例” 教学模式，结合典型工程案例讲解轴径计算和结构分析方法；2. 提供实物观察和模型拆解实践，增强学生直观认知；3. 设计分组讨论和实践任务，通过协作学习攻克难点；4. 利用动画和仿真软件演示轴的受力和运动情况，辅助理解 三、教学策略 教法 讲授法、直观演示法、任务驱动法、提问引导法。 学法 观察法、合作探究法、练习法、总结归纳法。 四、教学资源 教材工具材料 《产品设计基础增材制造》，主编：崔陵、沈薇薇；高等教育出版社出版。 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 新课导入（2分钟） [引入主题]（2分钟） 1. 播放机械设备运行视频，聚焦轴类零件的工作状态；2. 提问：“轴在机械中扮演什么角色？不同设备中的轴有什么差异？”3. 引出本节课主题：轴的功能、分类及应用、轴的结构、轴径的选用、轴结构的基本要求 1. 播放视频，引导学生观察；2. 提出问题，组织学生简要讨论；3. 总结学生回答，明确本节课学习目标和重点 1. 观看视频，观察轴的工作状态；2. 思考并回答教师问题；3. 明确本节课学习内容和要求。 1. 通过直观的视频和问题，激发学生学习兴趣；2. 引导学生回顾已有知识，为新课学习做好铺垫；3. 明确学习目标，让学生有针对性地进行学习 探索 新知（20分钟） 一、轴的功能、分类及应用 1. 轴的功能：传递运动和动力、支撑回转零件（齿轮、带轮等）2. 轴的分类：（1）按承受载荷：心轴、传动轴、转轴；（2）按结构形状：阶梯轴、光轴；（3）按材料：钢轴、铸铁轴、有色金属轴 3. 典型应用场景：减速器轴、带式输送机卷筒轴、机床主轴等二、轴的结构组成 1. 轴头：与零件轮毂配合的轴段；2. 轴颈：与轴承配合的部分；3. 轴身：连接轴头与轴颈的非配合部分；4. 轴环：轴向尺寸小、径向尺寸大的轴身；5. 轴肩：阶梯轴中直径突变的垂直环面部分 1. 讲解轴径选用原则和标准直径系列，展示标准表格；2. 结合例题，详细讲解强度计算和经验估算方法，带领学生完成简单计算练习；3. 强调计算结果的圆整要求，结合标准系列进行示范；4. 系统讲解轴结构的三项基本要求，结合案例分析满足要求的设计要点。 1. 听讲并记录公式和标准系列；2. 跟随教师完成计算练习，掌握轴径确定和圆整方法；3. 理解轴结构设计的基本要求，结合案例分析要点 1. 让学生系统掌握轴的基础理论知识，建立清晰的知识框架；2. 通过实物和模型观察，增强直观认知，突破抽象概念理解难点；3. 互动提问激发学生主动思考，提高课堂参与度 学 习 新 知（20分钟） 三、轴径的选用 1. 选用原则：符合标准直径系列、匹配轴承内径、满足强度要求、兼顾经济性 2. 标准直径系列：米制轴标准直径（2mm、3mm、4mm……100mm 等）3. 轴径确定方法：（1）强度计算：公式 dmin​=A3nP​​（说明各参数含义），计算后按标准圆整；（2）经验估算：高速轴 ～（d0​ 为电动机轴直径），低速轴 ～（a 为齿轮副中心距），估算后圆整四、轴结构的基本要求 1. 固定要求：轴向和周向固定牢固可靠；2. 加工要求：便于加工，减少应力集中；3. 装拆要求：便于零件安装和拆卸 五、阶梯轴结构设计合理性分析 1. 常见不合理问题：轴肩设计不当、过渡结构缺失、配合段设计不合理、装拆空间不足等；2. 合理性分析方法：对照设计要求和标准，逐一检查结构要点；3. 改进原则：满足固定、加工、装拆要求，降低应力集中，遵循标准系列六、增材制造对轴设计的影响 1. 增材制造工艺特点：复杂结构成型能力强、材料利用率高；2. 设计优化方向：一体化设计、轻量化结构（如镂空、晶格结构）、减少装配环节 1. 结合课件和实物，讲解轴的功能、分类及应用，展示不同类型轴的实物和图片；2. 利用阶梯轴模型，拆解讲解各结构组成部分，明确其位置和作用；3. 提问引导学生思考不同结构部分的设计目的 1. 分组讨论案例，分析阶梯轴结构的不合理之处；2. 学习合理性分析方法和改进原则；3. 观看视频，了解增材制造工艺，分析其对轴设计的优化作用 1. 让学生掌握轴径选用的核心方法，提升计算和应用能力；2. 明确轴结构设计的基本准则，为后续结构分析和设计奠定基础；3. 通过例题练习，巩固理论知识，突破轴径计算难点4. 培养学生结构分析和问题解决能力，掌握阶梯轴改进方法；5. 引入增材制造技术，拓宽学生设计思路，适应行业发展趋势；6. 通过分组讨论，增强团队协作和沟通能力 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 1. 梳理本节课核心知识：轴的功能分类、结构组成、轴径选用、结构要求、合理性分析、增材制造应用；2. 强调重点和难点内容，回顾关键公式和设计原则；3. 总结学生学习表现，肯定优点，指出需要改进的地方；4. 布置下节课预习内容和课后作业 布置下节课任务（1分钟） 布置下节课任务（1分钟） 1. 预习：增材制造轴的设计流程和工艺要求；2. 准备：分组收集增材制造轴的工程案例，分析其设计特点 布 置 作业（1分钟） 1. 基础作业：完成 3 道轴径计算习题（分别采用强度计算和经验估算方法），要求写出计算过程并按标准圆整； 2. 实践作业：选取某一不合理阶梯轴案例，进行合理性分析并绘制改进后的结构示意图（手绘或 CAD 绘制）； 3. 拓展作业：结合增材制造技术，设计一款简单轴的结构，撰写设计说明（含功能要求、结构设计、材料选择、工艺考虑） 板书 设计 1、 轴的功能与分类 1. 功能：传递运动 / 动力、支撑回转零件 2. 分类：按载荷（心轴、传动轴、转轴）；按形状（阶梯轴、光轴） 2、 轴的结构组成轴头、轴颈、轴身、轴环、轴肩（标注示意图） 3、 轴径的选用 1. 标准系列：2mm、3mm……100mm 2. 确定方法 3. 原则：标准圆整、匹配轴承、满足强度 4、 轴结构的基本要求 1. 固定牢固（轴向 + 周向） 2. 便于加工（减少应力集中） 3. 便于装拆五、阶梯轴结构分析与改进 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本次课程围绕轴的核心知识展开，通过实物演示、案例分析和分组讨论，将抽象理论具象化，有效提升了学生课堂参与度。课程设计贴合工程实际，融入增材制造前沿内容，兼顾基础与拓展，符合学生认知规律。 但存在部分不足：轴径计算练习时间不足，部分学生对工况系数选取理解不深；小组讨论中部分学生自主分析能力欠缺。 后续需优化时间分配，增加针对性习题训练；设计问题引导清单，深化讨论效果；补充增材制造工艺基础，助力学生将设计与工艺结合，提升课程实用性与教学质量。 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 学科网（北京）股份有限公司 $