臺式電風扇搖頭裝置設計教案?一、教學目標1.知識與技能目標學生能夠理解臺式電風扇搖頭裝置的工作原理和結構組成。掌握齒輪傳動、曲柄搖桿機構等機械傳動原理在搖頭裝置中的應用。學會運用機械設計的基本方法，進行搖頭裝置的方案設計、結構設計和計算分析。能夠使用繪圖軟件繪制搖頭裝置的二維和三維圖紙。2.過程與方法目標通過觀察實物、分析資料和小組討論，培養學生的觀察能力、分析能力和團隊協作能力。在設計過程中，引導學生運用所學的機械知識，進行創新思維和工程實踐，提高解決實際問題的能力。經歷從方案設計到詳細設計的全過程，使學生了解機械設計的一般流程，積累設計經驗。3.情感態度與價值觀目標激發學生對機械設計的興趣和熱情，培養學生的創新精神和工匠精神。使學生認識到機械設計在實際生活中的重要性，增強學生的工程意識和責任感。通過小組合作學習，培養學生的團隊合作精神和溝通能力，讓學生體驗成功的喜悅，增強自信心。二、教學重難點1.教學重點臺式電風扇搖頭裝置的工作原理和結構分析。齒輪傳動和曲柄搖桿機構的設計與計算。搖頭裝置的整體設計方案和結構設計。2.教學難點如何引導學生進行創新設計，提出獨特的搖頭裝置設計方案。解決設計過程中遇到的各種實際問題，如機構的運動精度、可靠性等。使學生能夠準確運用機械設計的理論知識，進行合理的設計計算和優化。三、教學方法1.講授法：講解臺式電風扇搖頭裝置的基本概念、工作原理、機械傳動知識等，使學生系統地掌握相關理論知識。2.演示法：通過實物演示、動畫演示等方式，直觀地展示搖頭裝置的結構和工作過程，幫助學生更好地理解。3.討論法：組織學生進行小組討論，針對設計方案、遇到的問題等進行交流和探討，激發學生的思維，培養團隊協作能力。4.實踐法：安排學生進行實際設計和制作，讓學生在實踐中運用所學知識，提高動手能力和解決實際問題的能力。四、教學過程（一）課程導入（5分鐘）1.展示一臺普通的臺式電風扇，提問學生：電風扇是如何實現搖頭功能的？引導學生觀察電風扇搖頭時的現象，思考其背后的機械原理。2.播放一段臺式電風扇搖頭裝置工作的動畫視頻，更加直觀地展示搖頭裝置的運動過程，激發學生的學習興趣，引出本節課的主題臺式電風扇搖頭裝置設計。（二）知識講解（20分鐘）1.介紹臺式電風扇搖頭裝置的作用和基本要求作用：使風扇的送風范圍更廣，滿足人們不同的使用需求。基本要求：實現平穩、可靠的搖頭運動，搖頭角度符合設計要求，結構簡單、緊湊，成本較低等。2.分析搖頭裝置的工作原理結合實物和動畫，講解搖頭裝置通常由電機、減速機構、傳動機構和搖頭機構組成。電機提供動力，減速機構降低電機轉速并增大扭矩，傳動機構將動力傳遞給搖頭機構，搖頭機構實現風扇搖頭的運動。重點分析搖頭機構的工作原理，一般采用曲柄搖桿機構。講解曲柄搖桿機構的基本概念、組成部分（曲柄、搖桿、連桿等）以及各部分的運動特點，通過簡單的圖形和示例，讓學生理解曲柄搖桿機構如何將電機的圓周運動轉化為風扇的往復擺動。3.講解齒輪傳動知識介紹齒輪傳動在搖頭裝置中的應用，通常用于減速和傳遞動力。講解齒輪的基本參數（模數、齒數、壓力角等）和齒輪傳動的特點（傳動效率高、傳動比準確、結構緊湊等）。通過公式和實例，講解齒輪傳動比的計算方法：$i=\frac{n_1}{n_2}=\frac{z_2}{z_1}$，其中$i$為傳動比，$n_1$、$n_2$分別為主動輪和從動輪的轉速，$z_1$、$z_2$分別為主動輪和從動輪的齒數。4.介紹其他相關知識如軸承的選擇與應用，在搖頭裝置中，軸承起到支撐和減少摩擦的作用，根據受力情況和轉速要求合理選擇軸承類型（如滾動軸承）。材料的選擇，講解制作搖頭裝置各零件所需材料的性能要求，如電機外殼一般選用鑄鐵，齒輪可選用中碳鋼等，并說明選擇材料的依據。（三）方案設計（25分鐘）1.布置任務將學生分成小組，每組45人。要求各小組根據所學知識，設計一種臺式電風扇搖頭裝置的方案，包括整體結構、傳動方式、主要零件的選型等。2.小組討論各小組圍繞任務展開討論，鼓勵學生積極思考，提出不同的設計思路和創新點。教師巡視各小組，參與討論，適時給予指導和啟發，引導學生從不同角度考慮問題，如如何提高搖頭的平穩性、如何簡化結構、如何降低成本等。3.方案匯報每個小組推選一名代表，向全班匯報本小組的設計方案。匯報內容包括方案的整體思路、傳動機構的選擇（如齒輪傳動、帶傳動等）、搖頭機構的具體設計（曲柄搖桿機構的尺寸確定等）、主要零件的選型及理由等。其他小組認真傾聽，并可以提出問題和建議，進行互動交流。教師對各小組的方案進行點評，肯定優點，指出不足之處，并引導學生進一步完善設計方案。（四）詳細設計（30分鐘）1.確定設計參數根據一般臺式電風扇的搖頭要求，確定設計的主要參數，如搖頭角度（通常為左右各45°60°）、轉速（電機轉速和風扇搖頭轉速）、扭矩等。2.進行結構設計各小組根據選定的方案，進行搖頭裝置的詳細結構設計。繪制二維草圖，標注各零件的尺寸、公差、表面粗糙度等技術要求。在設計過程中，教師提醒學生注意各零件之間的配合關系、運動精度要求以及整體結構的合理性。運用所學的機械制圖知識，確保圖紙的規范性和準確性。例如，視圖選擇要合理，尺寸標注要清晰，公差配合要符合國家標準等。3.計算分析對搖頭裝置中的關鍵零件進行計算分析，如齒輪的強度計算、曲柄搖桿機構的運動學和動力學計算等。以齒輪強度計算為例，講解計算方法和步驟：確定齒輪的受力情況，根據齒輪傳動的工作條件和載荷性質，計算齒輪所受的圓周力$F_t$、徑向力$F_r$和軸向力$F_a$（對于斜齒輪）。計算齒根彎曲疲勞強度，通過公式$\sigma_{F}=\frac{2KT}{bmnY_FY_S}$進行計算，其中$K$為載荷系數，$T$為轉矩，$b$為齒寬，$m$為模數，$n$為齒輪轉速，$Y_F$和$Y_S$為齒形系數和應力校正系數。根據計算結果，判斷齒輪的強度是否滿足要求，若不滿足，則調整齒輪參數（如模數、齒數等），重新計算，直至滿足強度要求。對于曲柄搖桿機構，進行運動學分析，計算搖桿的擺動角度、角速度、角加速度等運動參數，以及動力學分析，計算各構件所受的力，為零件的設計和校核提供依據。（五）三維建模與虛擬裝配（30分鐘）1.三維建模學生使用三維繪圖軟件（如SolidWorks、ProE等），根據二維草圖創建搖頭裝置各零件的三維模型。在建模過程中，教師指導學生掌握軟件的基本操作方法，如拉伸、旋轉、掃描等特征操作的運用，以及如何進行零件的布爾運算、添加倒角、圓角等細節處理，確保模型的準確性和完整性。2.虛擬裝配將創建好的各零件三維模型進行虛擬裝配，模擬搖頭裝置的實際裝配過程。在裝配過程中，學生需要確定各零件之間的裝配關系（如配合關系、連接方式等），運用軟件的裝配約束功能，將零件準確地裝配在一起，形成搖頭裝置的整體三維裝配模型。通過虛擬裝配，學生可以直觀地檢查設計的結構是否合理，各零件之間是否存在干涉現象等。若發現問題，及時返回二維設計階段進行修改，然后重新進行三維建模和虛擬裝配，直至裝配模型符合設計要求。3.裝配體動畫制作利用三維繪圖軟件的動畫制作功能，為搖頭裝置的裝配模型添加動畫效果，展示其工作過程。設置電機的轉動、曲柄搖桿機構的運動等，使學生能夠更加生動形象地觀察到搖頭裝置的運動原理和工作過程，進一步加深對設計的理解。（六）設計總結與評價（20分鐘）1.設計總結各小組對本次臺式電風扇搖頭裝置設計進行總結，回顧設計過程，包括遇到的問題及解決方法、設計的優點和不足之處等。教師對整個課程內容進行總結，強調機械設計的重要性和一般流程，再次梳理臺式電風扇搖頭裝置的工作原理、設計要點以及相關機械知識的應用，幫助學生鞏固所學內容。2.設計評價學生進行自我評價，反思自己在設計過程中的表現，如知識掌握情況、團隊協作能力、創新思維能力等，明確自己的優點和改進方向。小組之間進行互評，各小組對其他小組的設計方案進行評價，從方案的創新性、合理性、可行性、結構復雜性、成本等方面進行打分，并給出評價意見和建議。教師進行綜合評價，根據各小組的設計方案、匯報情況、三維建模與虛擬裝配成果以及學生的自我評價和小組互評結果，對學生的設計進行全面評價，評選出優秀設計作品，并給予表揚和獎勵。同時，針對存在的普遍問題進行集中講解和指導，幫助學生進一步提高設計水平。（七）課后作業（5分鐘）1.根據本次設計的經驗和收獲，撰寫設計總結報告，內容包括設計任務、設計方案、設計計算過程、設計結果分析、心得體會等，要求字數不少于1500字。2.思考如何對現有臺式電風扇搖頭裝置進行改進和優化，提出至少兩種改進方案，并簡單說明思路和理由。五、教學資源1.臺式電風扇實物模型2.搖頭裝置工作原理的動畫視頻3.相關的機械設計教材、參考資料4.三維繪圖軟件（如SolidWorks、ProE等）及計算機設備六、教學反思通過本次課程教學，學生對臺式電風扇搖頭裝置的設計有了較為全面的認識和實踐體驗，達到了預期的教學目標。在教學過程中，采用多種教學方法相結合，充分調動了學生的學習積極性和主動性，培養了學生的團隊協作能力、創新思維能力和工程實踐能力。在教學內容方面，注重理論與實踐的結合，從知識講解到方案設計、詳細設計，再到三維建模與虛擬裝配，逐步引導學生深入掌握搖頭裝置的設計方法和流程。通過實際操作，學生能夠更好地理解和運用所學的機械知識，解決設計過程中遇到的各種問題。然而，在教學過程中也發現了一些不