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齿轮的运动仿真

教学设计

课程名称：《计算机辅助设计与制造》

课程类型：专业核心课

所属专业：机械制造及自动化

所属专业类：机械设计制造类

授课教师：史诺

职称：讲师

适用对象：高职机械设计制造类专业学生

二〇一四年六月

《齿轮的运动仿真》教学方案设计

（一）教学背景分析

教学内容分析：

齿轮机构用于传递空间任意两轴之间的运动和动力，它是现代机械中应用最广泛的一种传动机构，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长，以及工作安全可靠等优点。学生通过对齿轮运动仿真的学习能够快速方便地明白齿轮的作用、啮合的基本条件、运动方式等关键知识点，激发想象力。

学生情况分析：

优点：好奇心较强，有较强的动手能力。

缺点：自制力弱，自主学习能力较差，遇到困难问题易放弃。

教学方式与教学手段：

通过“任务导入—相关知识—任务实施—任务总结”的过程，采用视频演示与理论讲授相结合，启发式提问与引导相结合的方法，让学生经历完整的任务过程。

技术准备：

1.二级减速器运动仿真视频

2.齿轮的实物图片

3.应用Pro/E建立的直齿轮模型

（二）教学目标

能力目标：

1.掌握齿轮的工作原理

2.能够独立完成齿轮的建模及运动仿真

教学重点：

1.齿轮啮合的基本定律

2.进行运动仿真的工作流程

教学难点：

1.销钉连接的定义

2.齿轮运动副的定义

教学时数：

15分钟左右

（三）教学过程与教学资源：

具体教学过程:

教学内容

学生活动

教学资源

教学意图

任务导入

听讲+观看视频

二级减速器的运动仿真视频

明确学习目的

相关知识

思考

齿轮传动的图片

掌握齿轮啮合定律

任务实施

思考+记录

齿轮运动仿真的操作

能够完成齿轮的建模、仿真

任务总结

记录

运动仿真的流程图

领悟运动仿真的方法

《齿轮的运动仿真》教案

一、任务导入：

在进行机械设计时，按传统的方法,一般先进行概念设计,然后依据设计图纸生产物理样机,对样机进行试验,发现问题后进行改进与优化,直到满意为止,但是这种方法有很大的弊端，因为物理样机的生产需要大量经费,并且需要多轮反复,周期较长，而且在某些情况下物理样机试验有一定的危险性。所以，设计者往往希望在制造之前就想知道方案是否可行，这就需要借助于虚拟的手段在电脑中模拟现实机构的运动，以图形方式显示真实工程条件下机构的运动特性,从而修改并优化设计方案。这种方法称为机构的运动仿真，对于提高设计效率、降低成本有很大的作用。

放映二级减速器的运动仿真视频

二级减速器就是通过分布在3根轴上的两对齿轮啮合传动来达到减速的效果。因为能量守恒，输出输入的功率是不变的，所以在减速器减速的同时，可以达到增加扭矩的作用。

二、相关知识：

1.齿轮的应用

齿轮机构用于传递空间任意两轴之间的运动和动力，它是现代机械中应用最广泛的一种传动机构，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长，以及工作安全可靠等优点。

2.齿轮啮合的基本定律

在啮合传动的任一瞬间，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点。

渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件可以表述为：

a.两齿轮的模数相等；

b.两齿轮的压力角相同。

三、任务实施

1.中心距的计算：

2.新建一个组件，单位选择mmms_designs

3.新建两条基准轴，而且基准轴位于同一平面内，相距40mm，即中心距离

4.插入齿轮1、2，定义销钉连接，

销钉仅有一个旋转自由度，使用“轴对齐”和“平移”两个约束来限制其他5个自由度。

5.将齿轮位置调整为刚好啮合

6.单击应用程序下的机构，进入机构模式

7.定义伺服电机

伺服电动机能够为机构提供驱动。通过伺服电动机可以实现旋转及平移运动，并且能以函数的方式定义运动轮廓。

8.定义齿轮副

使用齿轮运动副可以控制两个连接轴之间的速度关系。齿轮运动副通过两个元件进行定义，彼此间可以无需相互接触。

9.单击机构分析，单机运行

四、任务总结

参考文献：

[1]林清安.PRO/E零件设计基础入门[M].北京:电子工业出版社,2009.6.

[2]胡仁喜.PRO/E机械设计完全实例教程[M].北京化学工业出版社,2010.6.

[3]赵淳.PRO/EWildfire5.0实用教程[M].北京:清华北京大学出版社,2011.8.

[4]杜白石.PRO/EngineerWildfire三维机械设计基础教程[M].陕西:西北农林科技大学,2010