课程名称：机械原理       适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工

                          程、机器人工程

开课学院：机械工程学院    主讲教师：申屠留芳

课程简介：

本章带领学生探索轮系知识，从定轴轮系到周转轮系和复合轮系，借助视频、动画动态演示行星轮自转与公转特性；以“反转法”为核心，拆解传动比计算原理，深化轮系结构与运动关联理解。结合高铁、航空发动机等工程实例，让学生体会轮系在大国重器中的关键价值，涵养家国情怀、创新思维与工匠精神，实现技术研习与精神成长同频共进。

一、章节名称

周转轮系的设计

二、章节教学目标

1. 知识目标

（1）识别周转轮系核心构成，阐述各构件运动特征。

（2）掌握周转轮系传动比计算方法，理解“反转法”原理，能推导公式、判断转向。

（3）明确行星轮系设计关键条件，知悉其对运行的意义。

（4）了解周转轮系在我国自主装备中的应用及技术突破。

2. 思政目标

（1）家国情怀：通过国产高铁、航空发动机周转轮系自主研发案例，凸显“核心技术自主可控”战略意义，增强民族自信与科技报国信念。

（2）工匠精神：结合传动比设计计算，强调“差之毫厘，谬以千里”的工程道理，培养严谨细致、精益求精的态度。

（3）创新思维：探究周转轮系从需求到设计的过程，理解工程智慧，鼓励探索新设计思路。

（4）协作意识：通过分组拆解、参数分析等活动，培养团队协作与沟通能力，体会集体智慧的作用。

三、案例设计与内容

以“高铁驰骋背后的‘动力核心’—周转轮系”为切入点，播放高铁运行视频，聚焦高铁增速箱内部，用三维动画演示周转轮系工作过程（行星轮随系杆运动，实现低转速向高转速转化），提出问题：“该齿轮组合如何实现‘小空间大能量’传动？我国自主研发的周转轮系体现了怎样的技术创新与家国情怀？”引出本课主题。

图1 高铁传动系统图

1. 周转轮系的“运动密码”——解析独特运动特性

讲解周转轮系组成（中心轮、行星轮、系杆），结合实物模型与动画，展示各构件连接关系及行星轮“自转+公转”运动状态。

图2 周转轮系模型及简图

重点阐述“反转法”原理：给轮系加与系杆转速大小相等、方向相反的公共转速，将其转化为定轴轮系，再推导传动比。通过例题演示计算方法，强调公式符号意义与转向判断。

   （a）周转轮系                        （b）转化轮系

图3 周转轮系的反转法原理图

                                               （1）

一般公式：

                                                 （2）

小结：反转变定轴，转速用相对，注意正负号，转向计算定，三轴平行才可用公式。

2. 周转轮系的“设计密码”——攻克关键设计条件

明确行星轮系设计四大关键条件：

（1）传动比条件（实现给定传动比）；

（2）同心条件（三构件回转轴共线）；

（3）装配条件（均布安装使受力均匀）；

（4）邻接条件（防止行星轮干涉）。

结合实例说明不满足条件的危害，以高铁增速箱为例，分析设计中如何平衡条件，介绍我国工程师在材料、工艺上的创新，满足高速重载需求。

   图4 NGW型AGV行星齿轮减速器         图5 时速200公里城际动车组齿轮传动系统

图6 国产380A齿轮箱

介绍我国工程师在材料选择、加工工艺等方面的创新，以满足周转轮系在高速、重载环境下的工作要求（图7、图8）。

图7 制造精品                    图8 精益车间

3. 周转轮系的“创新密码”——从功能到情怀的升华

探究功能创新：分析“少齿差周转轮系”通过齿数设计实现小空间大传动比，对比传统齿轮传动凸显其优势。

举例1：双排外啮合行星轮系（z1＝100、z2＝101、z2、＝100、z3＝99），计算传动比iH1；(iH1=10000)

举例2：国产涡轮螺旋桨发动机主减速器（右部差动轮系、左部定轴轮系），说明其小体积（0.5m左右）传递大功率（2850kW）的特点。

融入思政：讲述我国高铁周转轮系从技术引进到自主创新的历程，让学生体会到“科技强国”的重要性，以及工程师们的责任与担当，引导学生思考如何为机械制造事业贡献力量。

图9 例1-双排外啮合行星轮系       图10 例2-螺旋浆发动机主减速器传动简图     

4. 周转轮系的“协作密码”——团队与技术的协同

分组开展三项活动：

（1）分析汽车后桥差速器原理及转弯时轮速差异实现方式（图11）；

（a）汽车后桥差速器示意图              （b）汽车转弯示意图

图11 汽车后桥差速器及汽车转弯示意图

（2）解析机械手手腕运动（图12）；

图12 机械手手腕运动示意图

（3）研究土豆挖掘机运动特点（图13）。

图13 土豆挖掘机运动示意图

进阶任务：分析隧道掘进机齿轮传动（图14），已知齿数求刀盘最外点A线速度。活动中要求学生分工（结构分析、参数计算、成本分析），小组讨论整合方案。最后各小组展示方案，教师点评协作效果、方案合理性与创新性，深化知识理解与协作意识。

图14 隧道掘进机齿轮传动系统

四、教学效果与反思

1. 教学效果

知识掌握：多数学生能识别轮系构件、理解运动特性、运用“反转法”计算传动比，掌握设计关键条件，可解决简单工程问题。

思政认同：学生在听闻高铁周转轮系自主研发故事时，民族自豪感显著增强；计算参数时主动核对，践行工匠精神。

能力提升：小组活动中，学生协作、沟通与问题解决能力得到锻炼，能积极参与讨论并提出见解。

2. 反思

优势：案例紧扣知识点，知识与思政有机融合；动态教学与小组探究激发学习兴趣，提升教学效果。

不足：部分学生对“反转法”理解不透彻，传动比计算易出错；个别学生在小组中参与度低。