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机械设计课程中齿轮设计计算教学初探

机械设计课程是机械类专业的专业基础课，这门课涉及的相关课程知识较多，概念抽象，公式繁杂，学起来不太容易。特别是齿轮设计计算部分，计算公式中参数繁多，计算时要查阅大量图标，并按一定条件代入公式计算，教师通过教学真正让学生领会其内容有一定困难。本人经过多年探索，在对这部分内容教学时，运用了不同的教学方法和手段，从中总结出了一些经验，下面就谈谈这方面的情况。
　　
　　（一）对教学的探索过程
　　
　　1.初期的教学过程。对这部分内容初次教学时，本人认为给学生把所有的内容讲透讲清楚，把所有知识点的来龙去脉介绍给学生，学生就能掌握好。

结果由于讲的内容多，没有突出重点，方法不当，学生学习该内容没有达到教学大纲要求的目标。学生不能用所学知识进行设计计算，不会查取参数，各公式在什么样条件下运用心里没有底。在讲例题过程中，我不得不把所学内容再讲一遍，虽然是结合例题又一次讲解，但效果还是不好。
　　2.寻求方法和总结经验的过程。初期的教学过程中，我虽然经历了很多失败，但没有气馁，而是向有经验的教师请教，向他们学习教学方法，多听他们的课，吸取他们的经验。同时查阅有关资料，学习其他学校教师在机械设计课程教学方面的案例，另外对本课程教学大纲及课程内容进一步深入研究，找出各节课的重难点及达到的目标。通过学习教学方法和研究课程内容，使自己在教学过程中的思路清晰了，所讲的内容学生也容易掌握了。但我并没有以取得这么一点成绩感到满足，而是在教学过程中进一步探索和研究，在对齿轮设计计算内容的每一次教学中都有目的地采用不同的教学手段，并从中总结出一些好的教学方法，取得了一定的教学效果。
　　
　　（二）通过探索总结出的教学方法
　　
　　1.对公式正确说明。齿轮设计计算部分公式很多而复杂，有些公式来自其它课程中，由于学生知识面有限，所以学起来不好理解。针对这种情况，我采取了对公式推导和来源进行淡化处理，而对公式里的参数重点讲解。比如，齿面接触应力计算公式怎么推导出来的，不要求重点讲解，而是让学生知道该公式来自弹性力学，用于两圆柱体承受正压力时，求两圆柱体接触处的最大应力，因此也可以通过该公式求两齿轮齿面接触处的应力。学生明白为什么要用这个公式后，对公式里的各参数要进行详细说明，特别是公式用于齿轮计算时，一些参数的变化要重点说明，比如载荷系数、齿宽系数、传动比、材料系数、节点啮合系数等。除了齿面接触应力公式外，还有很多其他公式，同样，这些公式的推导不是重点，但对这些公式的用法、公式里的参数也要详细说明，使学生切实掌握。
　　2.正确使用公式。学生了解公式后，要学会正确使用公式，特别是一些公式的使用场合，使用时有什么条件，使用中要注意些什么等内容必须讲清楚。比如，齿面接触强度计算公式和齿根弯曲疲劳强度计算公式适用场合是不一样的，在不同条件下用不同方法计算。闭式软齿面齿轮传动主要失效形式是齿面疲劳点蚀，设计计算时应按齿面接触强度计算公式进行计算，按齿根弯曲疲劳强度计算公式进行校核；闭式硬齿面齿轮传动主要失效形式是齿根疲劳折断，设计计算时应按齿根弯曲疲劳强度计算公式进行计算，按齿面接触强度计算公式进行校核。让学生掌握这个原则，在实际设计计算中，要根据材料热处理情况判别软硬齿面，从而正确使用公式进行设计计算。其它公式也是一样，在搞清楚使用场合，附加条件的情况下应用于实际计算中。
　　3.正确选用参数。齿轮设计计算公式中使用的参数很多，除了掌握参数意义外，还要正确选用参数。因此在教学中让学生重点掌握选取参数的方法，对于每一种参数都要举例说明参数应怎样选取，特别是通过图表选取参数的方法要详细讲解。比如，齿面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限查取时，必须注意齿轮所用的材料是什么，根据所用材料来查图和查曲线，要防止查取的图形或曲线不对，而得出错误的取值；又如，查取齿形系数时要注意标准齿轮和变位齿轮，一般是按标准齿轮查图选取，如果是变位齿轮，要注意变位系数，按变位系数曲线查取；再如，动载荷系数和载荷分布系数，查取时要注意齿轮精度和齿轮的布置情况，要按对应的曲线查取；学生只有学会了参数的选取方法，才能正确选取参数并套入计算公式进行设计计算。
　　4.通过实例进行巩固训练。通过以上教学过程，学生虽然初步掌握了设计计算方法，但不通过实例进行强化训练，在实际设计计算中，就达不到运用自如的目的。因此，必须通过实例进行设计计算过程的说明，在实例讲解过程中，必须使用互动式教学模式，要让学生参与进来，让学生动脑思考，把所学理论内容用于实际设计中，而教师不要讲的太多，只给学生起引导的作用。通过学生动手设计计算，可以提高学生设计计算的熟练程度，也进一步巩固学生学到的设计计算知识，同时也可以提高学生的学习热情，培养学生敢于应对挑战的能力和创新能力。
　　5.在实践中得到运用和强化。学生所学的知识如果不和实践紧密结合，学生会认为所学知识没有多大用处，会使学生失去学习的热情，而机械设计课程为学生创造了这个平台，就是学了这门课后有一个课程设计的过程。机械零件课程设计是机械设计课程非常重要的实践性环节，学生通过课程设计，达到理论与实践相结合的目的。课程设计中，齿轮设计计算也是很重要的部分，学生为了完成课程设计任务，会再一次运用所学的齿轮设计计算知识。如果学生在学习齿轮设计计算内容时又不清楚的地方，那么在课程设计中，通过教师指导，同学之间的讨论，会得到解决。另外，通过理论与实践相结合，使学生所学的齿轮设计计算知识进一步得到强化。同时也能使学生认识到自己所学的知识是有用的，只有掌握好了这些知识，才能运用它对机械零部件进行设计计算，才能成为一名设计工作者，从而进一步激励学生努力学习专业知识。
　　以上是本人在多年教学过程中的初步探索，通过应用，使学生学习热情提高了，学生参与教学的互动性明显增长，学习的主动性也有了显著提高，掌握的齿轮设计计算知识比较牢固，能把所学的齿轮设计计算知识较熟练地运用于实际设计计算中。
　　
　　参考文献：
　　[1]季明善.主编机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2005.
　　[2]何元庚.机械原理与机械零件[M].北京：高等教育出版社，1988.
　　[3]杨黎明.机械原理及机械零件[M].北京：高等教育出版社，1983.