齿轮传动作为各种工业生产设备的核心装置被企业大量应用。齿轮的润滑与密封性能，对于延长传动装置使用寿命、节能减排、保护环境都有重要意义。由于实验成本较高、安全性难以保障等问题的限制，当前高校的机械设计课程中并未开展有关齿轮传动装置润滑与密封的实验教学，难以满足当前机械工业发展趋势对人才培养的多样化需求。因此，结合中国制造业、钢铁冶金业的绿色化发展方向与新工科发展要求，建设机械设计课程“齿轮传动装置的润滑与密封设计虚拟仿真实验”，对于提升机械类专业学生的创新设计能力和实践能力具有重要意义。

　　探索促进机械类专业学生的实践与创新能力培养的新方法，开发教学新模式是新工科背景下高校教学改革的发展方向[1]。虚拟仿真实验教学已成为专业教学体系的重要组成部分[2]。将虚拟仿真、虚拟样机等先进技术应用于机械类实验教学中，向学生直观展示机械结构和工作原理，允许学生进行创新性自主实验，实质性推进知识与能力并重的复合型创新人才培养进程[3-6]。因此，掌握齿轮传动装置常用的润滑与密封方式及其结构特点，能熟练掌握其运用原则和方法并通过虚拟仿真实验进行强化，是培养“大国工匠”必备的基本技能之一[7-9]。

　　综上所述，我校以单级直齿圆柱齿轮减速器为载体，将齿轮传动装置的润滑与密封基本知识与虚拟仿真技术深度结合，构建交互式、立体式、可视化的三维沉浸式虚拟实验教学系统。教学过程中对给定工况的传动装置进行润滑和密封装置的全流程设计，并通过虚拟仿真呈现其设计结果，使学生能够将知识运用到实验设计中，培养学生的实践能力和工程创新能力。

　　1 齿轮传动装置润滑与密封原理

　　2 实验教学设计

　　3 虚拟仿真实验教学系统

　　4 虚拟仿真实验教学实例

　　5 结语

　　齿轮传动是机械设计中必不可少的传动部件。基于操作的可行性和便捷性，学生通过该虚拟仿真实验，可以有效地了解传动装置的润滑和密封方式及工作原理，避免在实际操作中因失误而造成损失，有效解决了实体实验教学成本高、周期长、过程烦琐等问题，完善了虚实结合的实践教学体系，取得了良好的教学效果。本虚拟仿真教学平台可应用于选修机械设计课程的机械类及近机类专业学生的实验操作训练，有助于夯实学生对传动零件润滑与密封知识的运用能力、设计能力和实践能力。

　　截至目前，本实验系统已在本校的两届学生试用，覆盖学生约1 000人。尤其是在新型冠状病毒肺炎疫情期间，为学生提供虚拟实验资源，受到了学生的好评，中国教育报以《“空中实验室”破解实践教学难题》为题目进行了专门报道。本实验系统集趣味性和学习性于一体，除本校以外，已有全国48所院校的5 000余名学生在共享平台使用本虚拟仿真实验教学系统。

　　参考文献

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　　[3] 董振,唐治宏.虚拟样机技术在机械创新设计虚拟仿真实验教学中的应用[J].教育观察(上半月),2018,7(3):76-79.

　　[4] 茅乐,唐伟峰,宋岩,等.机械设计基础实验教学体系分析与研究[J].机械设计,2018,35(S2):290-292.

　　[5] 徐小兵,张锦洲.机械类专业虚拟仿真实验体系的研究与实践[J].教育科学(全文版),2019(10):273.

　　[6] 刘军,施晓秋,金可仲.面向地方院校工程教育类专业的虚拟仿真实验教学中心建设[J].中国大学教学,2017(1):74-78.

　　[7] 李秀红,李文辉.新工科背景下机械类专业基础课程改革研究[J].教育理论与实践,2019,39(3):38-40.

　　[8] 王荣先,张莉洁,张旦闻.齿轮传动综合实验系统设计及教学实践[J].实验室研究与探索,2019,38(7):39-41,72.

　　[9] 陈修龙,蔡京成,马腾.虚拟设计仿真技术在“机械设计基础”课程设计中的应用[J].实验技术与管理,2019,36(4):125-129.

　　[10] 倪乐波,戚鹏,遇丽娜,等.Unity 3D产品虚拟展示技术的研究与应用[J].数字技术与应用,2010(9):54-55.

　　[11] 狄海廷,李耀翔,辛颖.虚拟仿真实验室资源共享模式[J].实验室研究与探索,2015,34(12):148-151.

李贵1,2 徐春明1,2 王兴东1,2 吴昌林3 陈清奎4

1.武汉科技大学机械国家级实验教学示范中心　2.武汉科技大学机械自动化学院

3.华中科技大学机械科学与工程学院　4.山东建筑大学机电工程学院