“楔鍵聯(lián)接簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算”的教學(xué)設(shè)計(jì)

張益

摘要：對(duì)“楔鍵聯(lián)接簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算”的教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出教學(xué)中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);教學(xué)設(shè)計(jì);楔鍵;強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：G424? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0147-02

“楔鍵聯(lián)接簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算”是機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的難點(diǎn)內(nèi)容，歷年的教學(xué)中，很多學(xué)生對(duì)這一內(nèi)容感到有一定難度。“楔鍵聯(lián)接簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算”部分主要介紹了楔鍵在工作時(shí)，視鍵軸為一體時(shí)的受力分析情況和楔鍵聯(lián)接的簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件的導(dǎo)出過程。

1教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

1.1教學(xué)內(nèi)容難于理解的原因分析

教學(xué)內(nèi)容為所用機(jī)械設(shè)計(jì)教材“聯(lián)接”部分“鍵聯(lián)接”章節(jié)中的“楔鍵聯(lián)接簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算”。因其在分析問題時(shí)將鍵和軸視為一體進(jìn)行受力分析，并在計(jì)算取值過程中依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)估算和取值，這樣，一些學(xué)生可能對(duì)強(qiáng)度條件計(jì)算式的導(dǎo)出感覺上不好理解。教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的理解障礙，針對(duì)性地講清簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算為何如此分析問題，都在哪里進(jìn)行了簡(jiǎn)化，以幫助學(xué)生理解。

1.2教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)所確定的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生們的具體情況，制定本節(jié)課如下的教學(xué)目標(biāo)：

1）知識(shí)目標(biāo)：掌握楔鍵聯(lián)接的簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件，會(huì)運(yùn)用該強(qiáng)度條件解決校核楔鍵強(qiáng)度和確定最大傳遞轉(zhuǎn)矩等問題。

2）能力目標(biāo)：通過對(duì)實(shí)際例題的講解，培養(yǎng)學(xué)生研究問題和解決問題的能力。

2教學(xué)方法和教學(xué)手段

針對(duì)一些學(xué)生可能對(duì)強(qiáng)度條件計(jì)算式的導(dǎo)出感覺上不好理解的問題，可考慮使用多媒體教學(xué)課件，演示將鍵和軸視為一體進(jìn)行受力分析的情況，并講清楚為何在計(jì)算時(shí)依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算和取值。與此同時(shí)，在板書上進(jìn)行公式的推導(dǎo)，得出楔鍵聯(lián)接的簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算公式。

3 教學(xué)過程

3.1復(fù)習(xí)與新內(nèi)容引入

首先，復(fù)習(xí)機(jī)械聯(lián)接的作用與分類;進(jìn)而復(fù)習(xí)“鍵聯(lián)接”，這種重要的機(jī)械聯(lián)接類型，復(fù)習(xí)內(nèi)容包括鍵聯(lián)接的作用與分類和平鍵聯(lián)接與半圓鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。這樣，就自然地引入本次課的教學(xué)內(nèi)容，即“楔鍵聯(lián)接簡(jiǎn)化強(qiáng)度計(jì)算”問題。

之后，提出楔鍵聯(lián)接和平鍵聯(lián)接與半圓鍵聯(lián)接的區(qū)別，即平鍵和半圓鍵的工作面是側(cè)面，而楔鍵的工作面是與輪轂和軸相楔緊的上下兩面。然后進(jìn)一步對(duì)楔鍵聯(lián)接的失效形式進(jìn)行分析，得出因楔鍵聯(lián)接也屬于靜聯(lián)接，所以其主要失效形式是上下工作面的壓潰的結(jié)論。進(jìn)而進(jìn)入本次課的難點(diǎn)部分，即楔鍵聯(lián)接的簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件的導(dǎo)出過程。

3.2課程難點(diǎn)的教學(xué)過程

本次課程的難點(diǎn)是楔鍵聯(lián)接的簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算式的推導(dǎo)過程。簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算式的推導(dǎo)以楔鍵工作時(shí)的受力分析為基礎(chǔ)，這里為了分析問題的方便，做出一定的簡(jiǎn)化，即把楔鍵和軸視為一體進(jìn)行受力分析，同時(shí)將下方圓柱面上的徑向分布力，用通過軸心豎直向上的集中力代替。工作時(shí)，楔鍵上表面的分布力的作用情況，與只楔緊而未工作時(shí)相比也發(fā)生了變化。在計(jì)算時(shí)，假設(shè)壓力沿鍵長(zhǎng)方向是均勻分布的，沿鍵寬方向?yàn)槿切畏植迹娇拷D(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)方向沿鍵寬方向的分布力值越大。這時(shí)，作用在楔鍵上表面的豎直向下的壓力合力不再通過軸心，這里還要取壓力合力在水平方向上，向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)方向偏移了鍵寬的六分之一長(zhǎng)，及取楔鍵上表面到軸心的徑向長(zhǎng)度約等于軸的半徑值。在經(jīng)過上述的分析與取值后，楔鍵工作面上的壓力合力可以用簡(jiǎn)單的力矩平衡方程求得，其合力計(jì)算式為[F=6Tb+6fd]。

在求得楔鍵工作面上的壓力合力后，計(jì)算工作面上的擠壓應(yīng)力就是相對(duì)簡(jiǎn)單和容易的了。這里，可以看出楔鍵工作時(shí)的受力分析是突破課程難點(diǎn)的關(guān)鍵，學(xué)生理解上的難處主要是力的等效替換和近似取值的確定問題。所以在力的等效替換的講解上要耐心細(xì)致，多留時(shí)間給學(xué)生們?nèi)ソ邮芎屠斫狻Ｔ谝恍┙迫≈祮栴}上，要給學(xué)生們講清楚，這些取值是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，并且是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的，已達(dá)到幫助學(xué)生理解與掌握的目的。

在上述教學(xué)過程進(jìn)行后，學(xué)生們基本認(rèn)同并接受受力分析的結(jié)果后，則可給出工作面上的擠壓應(yīng)力的計(jì)算式，因?yàn)楣ぷ髅嫔系膲毫Τ嗜切谓孛娣植迹蕦⒐ぷ髅婷娣e取一半代入，則擠壓應(yīng)力的計(jì)算式[σp=2Fbl]。

聯(lián)立上述兩式，就可以得出我們需要的楔鍵聯(lián)接的簡(jiǎn)化擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算式。強(qiáng)度條件要求擠壓應(yīng)力[σp]小于等于許用擠壓應(yīng)力[[σp]]。

3.3 課程總結(jié)

對(duì)課堂所講內(nèi)容進(jìn)行歸納和總結(jié)，并對(duì)受力分析和推導(dǎo)計(jì)算的思路進(jìn)行梳理，之后，以例題幫助學(xué)生理解，并布置作業(yè)。

4教學(xué)經(jīng)驗(yàn)反思

教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意板書的各功能區(qū)要分明，結(jié)論與推理過程的書寫應(yīng)分區(qū)進(jìn)行。還有要注重多媒體教學(xué)課件的使用，但不應(yīng)使課件占主導(dǎo)地位，多媒體教學(xué)課件應(yīng)該是幫助學(xué)生理解的工具。

另外，通過一堂課的講解，學(xué)生們的掌握程度必然有限，今后應(yīng)再安排習(xí)題課教學(xué)環(huán)節(jié)，通過對(duì)具體習(xí)題的講解，幫助學(xué)生加深理解，鞏固知識(shí)。

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