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螺旋传动教学设计

一、课程基本信息

本教学设计针对中职或高职机械类专业核心课程《机械设计基础》中的螺旋传动章节，建议课时为2课时（90分钟）。课程旨在通过理论与实践相结合的教学方式，使学生系统掌握螺旋传动的工作原理、类型特点及工程应用，培养其分析和解决实际机械传动问题的能力。

二、教学目标

（一）知识目标

1.理解螺旋传动的定义、组成及运动转换关系

2.掌握螺纹的主要参数及几何尺寸计算方法

3.熟悉螺旋传动的基本类型及典型应用场景

4.理解螺旋传动的受力分析方法及效率计算原理

（二）能力目标

1.能正确识别常用螺纹的类型并分析其结构特点

2.具备根据工作条件合理选用螺旋传动类型的能力

3.能对简单螺旋传动进行受力分析和效率估算

4.初步形成机械传动系统的方案设计思维

（三）素质目标

1.培养严谨细致的工程思维习惯

2.提升机械系统分析的逻辑推理能力

3.激发技术创新意识和工程实践热情

三、教学重点与难点

（一）教学重点

1.螺纹的主要参数及几何关系

2.螺旋传动的运动特性与受力分析

3.滑动螺旋与滚动螺旋的性能比较

（二）教学难点

1.螺纹升角与摩擦角的关系分析

2.螺旋传动效率计算模型的建立

3.自锁条件在工程实践中的应用判断

四、教学对象分析

授课对象为具备机械制图、金属材料等先修知识的机械类专业学生，已掌握基本机械零件的认知方法，但对传动系统的动力学分析能力尚显不足。学生普遍对具象化的机械结构兴趣浓厚，而对抽象的力学模型构建存在畏难情绪，教学中需强化直观教学手段的运用。

五、教学方法与手段

（一）教学方法

1.情境教学法：通过机床进给机构、千斤顶等典型应用案例导入课题

2.问题导向法：设置为什么丝杠螺母能实现精准定位等驱动性问题

3.案例分析法：对比分析普通车床与加工中心的螺旋传动差异

4.实验演示法：通过螺纹升角测量实验验证自锁条件

（二）教学手段

1.多媒体资源：三维动画演示滚珠丝杠的运动轨迹

2.实物教具：展示梯形螺纹、矩形螺纹、滚珠丝杠副等实物样品

3.虚拟仿真：利用机械系统动力学仿真软件模拟不同螺旋副的运动特性

4.互动平台：通过课堂答题器实时监测学生知识掌握情况

六、教学过程设计

（一）课程导入（10分钟）

1.工程案例展示：播放万吨水压机的螺旋传动机构工作视频，引导学生观察螺旋传动如何将旋转运动转化为直线运动

2.概念辨析：对比汽车传动轴（纯旋转）与台钻进给机构（旋转+直线）的运动差异，引出螺旋传动的定义

3.学习任务布置：分发某型号机床进给系统技术手册节选，要求学生带着问题进入新课学习

（二）新课讲授（60分钟）

模块一：螺纹的形成与参数（15分钟）

1.螺纹形成演示：利用教具演示三角形纸片绕圆柱体形成螺旋线的过程，建立螺纹线的空间概念

2.参数解析：结合实物模型讲解大径、小径、螺距、导程、升角等关键参数，重点区分单线螺纹与多线螺纹的导程计算

3.分组测量活动：每组发放不同规格的螺栓样品，使用游标卡尺测量螺纹参数并绘制参数关系简图

模块二：螺旋传动类型与应用（20分钟）

1.分类讨论：引导学生根据摩擦性质将螺旋传动分为滑动式、滚动式和静压式三类，列表对比各类传动的摩擦系数与效率范围

2.典型结构分析：以机床进给系统为例，分析滚珠丝杠副的循环方式（内循环与外循环）及其对传动精度的影响

3.工程应用研讨：展示千斤顶（自锁要求）、精密工作台（高精度要求）、压力机（大载荷要求）等应用场景，组织学生讨论不同场景下螺旋传动类型的选择依据

模块三：工作原理与受力分析（25分钟）

1.运动学分析：通过动画演示推导螺母移动速度计算公式v=nP，强调导程P与螺距p的区别

2.力学模型构建：将螺旋副抽象为斜面滑块模型，分析轴向载荷、圆周力与摩擦力的关系

3.自锁条件探究：设计探究性实验，让学生通过改变斜面倾角（模拟螺纹升角）观察滑块下滑情况，归纳出自锁条件α≤φ

4.效率特性分析：结合摩擦系数曲线，讲解螺旋传动效率随升角变化的规律，重点分析高效区与自锁区的分界点

（三）巩固练习（15分钟）

1.案例分析题：给定某螺旋千斤顶的螺纹参数（大径36mm，螺距6mm，单线），计算当手柄转动10圈时的上升高度；若手柄长度为300mm，需施加多大圆周力才能顶起5000N的重物（摩擦系数取0.15）

2.设计辨析题：展示某学生设计的螺旋传动方案（要求高效传动却采用了三角形螺纹），引导学生指出设计缺陷并提出改进建议

3.快速抢答：通过答题器开展螺纹类型识别、参数计算等快速问答，实时统计正确率

（四）课堂小结（5分钟）

1.知识梳理：采用思维导图形式回顾螺旋传动的核心知识点

2.重点强调：再次强调螺纹升角对传动性能的决定性影响，以及滑动螺旋与滚动螺旋的