《机械基础实验》教学大纲

课程编号： 041257，041258 学分： 1.0 学时：34 实验学时：34

大纲执笔人：奚鹰 大纲审核人：李小江

一、课程性质与目的

课程性质：专业基础实验课（C1）。

机械基础实验是一门技术基础实验课。在高等工科学校本科机械设计制造及其自动化专业教学计划中，它是一门主要课程。本课程要求学生应先修完机械制图、理论力学、材料力学等先修课程；同时要求学生选修机械基础实验（上）时与机械原理、工程材料等课程同学期平行进行选修；选修机械基础实验（下）时与机械设计、互换性与技术测量等课程平行进行选修。

机械基础实验是机械基础系列课程教学中重要的实践性环节，它是深化感性认识、理解抽象概念、运用基础理论的主要方法，是培养学生综合设计与创新能力、实验动手能力、分析和解决问题能力的重要途径。

机械基础实验由基础型实验、基本技能型实验、综合创新型实验三个模块构成。

二、课程面向专业

机械设计制造及其自动化专业,车辆工程(汽车)，车辆工程(轨道交通)。

三、实验基本要求

通过机械学陈列室、机械设计陈列室的实物、模型、图片、录像、多媒体的展示，学生了解与认识常用机构、典型机械零部件的组成结构、材料、工艺等，获得创新思维的启迪。

了解零部件测绘的方法和步骤，并且会熟练掌握常用量具的使用，用图纸正确表达出。

了解与认识典型机械部件如减速器的结构、功能和装配关系。

掌握测绘典型机构运动简图的基本技能。

了解机构运动参数测试原理。

了解机械性能参数测试方法。

了解金相试样制备的全过程，学会碳钢试样的磨制、抛光和浸蚀等操作。

了解观察和识别铁碳合金，了解碳钢的基本热处理工艺过程；掌握其中一种热处理工艺的操作方法。

了解长度尺寸、形位误差、表面粗糙度、齿轮等测量方法。

参与综合型、设计型、研究型、提高型实验项目1～2个。

四、实验教学基本内容

（一）基础型实验

通过陈列室的实物、模型、图片、录像、多媒体的展示，机械零部件的装拆，使学生获得机械零部件的组成结构、材料、工艺等的感性认识，获得创新思维的启迪。

1、工程图形及计算机绘图认识

（1）平面立体及其截交线

（2）回转体及其截交线

（3）组合体及组合体构形设计

能手工绘制出3～5个模型的工程图形並用Auto CAD绘图。

2、零件测绘的方法和步骤

（1）轴类零件

（2）盘类零件

（3）叉架类零件

（4）箱体类零件

掌握直尺、游标尺、千分尺、内外卡尺、螺纹卡规、铜棒、拉拔器等的使用方法，具体测绘2～4个零件，並用Auto CAD绘图。

3、机械部件装拆和测绘实验

（1）球阀部件

（2）齿轮泵部件

（3）减速器部件

利用直尺、游标尺、千分尺、内外卡尺、螺纹卡规、铜棒、拉拔器等工具，对上述1个部件进行装拆，并进行结构测绘，并用Auto CAD绘图。

4、机构现场教学

（1）机构现场教学：机构陈列室（各种典型机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间隙运动机构、轮系、组合机构、空间机构等）。

（2）机构创新展示：机构创新展示陈列室（各种创新、小发明等）。

（3）现代化多媒体教学手段：新颖、典型机械、机构、加工工艺的认识、常用机构、机器人展示，了解各种金工加工设备、加工过程、加工方法、热处理方法、工艺（包括新工艺）和设备。

（4）要求：在本课程中，至少对现有的各种创新，小发明中的一个进行改革设计，或有一件小发明或小创新。

5、机械设计现场教学

（1）典型机械结构现场教学：单级圆柱齿轮减速器、双级圆柱齿轮减速器、单级锥齿轮减速器、圆锥圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器、分流式双级圆柱齿轮减速器、同轴式圆柱齿轮减速器、行星齿轮的减速器、摆线针轮减速器、谐波齿轮的减速器、推杆减速器、少齿差减速器。

（2）支承零、部件现场教学：各种类型的轴、轴承实物、轴上零件的轴向固定和周向固定实物，轴瓦和轴承实物，轴承、轴、轴瓦失效实物。

（3）联接及其它零部件现场教学：各种类型的螺纹联接实物，各种类型的螺栓、螺母及垫圈实物，螺纹联接的失效实物。各种类型的键、销实物，各种类型的键、销失效实物，各种类型的焊接、铆接实物，各种类型的弹簧和弹簧失效实物，各种联轴器、离合器实物模型。

（4）机械传统现场教学：各种齿轮、齿轮加工工具、蜗轮蜗杆、带、带轮、链条、链轮、螺旋传动的零部件实物及各种失效零件实物；各种材质的齿轮（包括钢、铸钢、铸铁、铝合金、铜合金、夹布胶木和尼龙等材质）；各种类型的齿轮受力分析模型。

（5）多媒体及CAI软件教学，介绍典型机械零部件的结构等。

（二）基本技能型实验

6、机构运动简图测绘实验

（1）典型机构（连杆机构、齿轮机构、凸轮机构等）

（2）典型机器（如牛头刨床、缝纫机、包糖机、破碎机、插齿机、发动机、走刀箱、绞绳机、油泵等）。要求测绘4～6个典型机构和对典型机器中测绘两种典型机构並绘出其机构运动简图。

7、渐开线齿轮范成原理实验

掌握用范成法切制渐开线齿轮的基本原理，观察渐开线齿廓的形成过程。了解渐开线齿廓产生根切的原因和避免产生根切的方法。分析比较标准齿轮和变位移距齿轮的异同点。

8、运动参数测试

了解机构运动参数测试机构综合实验系统，了解该实验综合应用多学科（包括机械学、传感技术、数据采集和信号分析技术）知识，解决机械性能测试问题，学会机构运动参数（线位移、角位移、转速、加速度等）测试分析。

9、传动实验

了解带传动实验台组成和工作原理，学会带传动测试方法，掌握加载和读取数据，观察带传动的弹性滑动打滑现象。绘制带传动滑差率曲线和效率曲线。

10、螺栓组受力实验分析

观察螺栓组受力分析实验装置的工作原理和加载方式。了解应力分析实验方法，学会仪器调零和读数。绘制螺栓组受力分布图。

11、机械传动效率测定实验

了解机械传动效率实验台的构造和加载方式。学会加载方法和读取加载扭矩，绘制效率曲线图。

12、回转体或机构动、静平衡实验

了解平衡机的工作原理及转子动、静平衡的基本方法。

13、液体动压轴承实验

了解液体动压轴承实验台和工作原理，观察轴承转动对流体动压润滑承载能力的影响，学会实验台操作方法和读取油膜压力数值，绘制油膜压力分布图形。

14、金相显微镜的使用及金相试样的制备

了解金相显微镜的光学原理及基本结构，熟悉各主要操作部件的相互位置和作用，学会正确使用金相显微镜；了解金相试样制备的全过程，学会碳钢试样的磨制、抛光和浸蚀等操作。

15、铁碳合金平衡组织观察

观察和识别铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的各种显微组织 ，分析理解铁碳合金成分、组织与性能之间的相互关系，学会估算样品的含碳量、绘制碳钢的三种典型金相图。

16、碳钢的热处理

了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺过程；掌握其中一种热处理工艺的操作方法，学会分析加热温度、冷却条件对钢的硬度的影响。

17、金属材料的硬度试验

了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围，了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法；学会用洛氏硬度试验机测定试样的硬度值。

18、碳钢热处理后的显微组织观察

观察和研究碳钢经不同热处理工艺后的显微组织特点，了解不同热处理工艺对钢组织和性能的影响。

19、显微硬度测试

了解显微硬度测试的基本原理及应用范围；了解显微硬度计的主要结构及操作方法；学会显微硬度值的确定方法。

20、焊接接头的组织与性能实验

观察Q235钢焊接接头热影响区域的组织结构，利用显微硬度计测定不同区域的硬度值，通过实验了解焊接缝及热影响区域的性能变化。

21、长度尺寸测量

了解立式光学计的结构、测量原理和使用方法, 学会量块的正确使用和维护, 练习用相对测量法进行测量；了解卧式测长仪的结构及测量原理，学会用内测钩测量内径的方法, 通过测量数据的处理, 加深对尺寸误差的理解。

22、形位误差测量

了解光学自准直仪或合像水平仪的原理、结构及操作方法，掌握直线度误差的测量与数据处理；了解圆度仪的结构和工作原理, 掌握在圆度仪上测量圆度误差的方法，学会用最小区域法评定圆度误差值。

23、表面粗糙度测量

了解光切显微镜的结构及测量原理, 练习用光切法测量表面粗糙度, 加深对微观不平度十点高度Rz的理解；了解电动轮廓仪的结构和工作原理，学会正确操作和使用该仪器, 加深对轮廓算术平均偏差Ra实际含义的理解。

24、螺纹测量

了解工具显微镜的结构、工作原理和操作方法，学会用大型或小型工具显微镜测量外螺纹的牙型半角、螺距和中径。

25、齿轮测量

学会用相对法测量齿轮的齿距误差，掌握其数据处理方法，正确理解齿距偏差和齿距累积误差的实际含义及其对齿轮传动精度的影响；学会在跳动仪上测量齿轮的齿圈径向跳动量，理解其对齿轮传动精度的影响；加深对公法线长度变动ΔFW与公法线平均长度偏差ΔEW的理解，学会用公法线千分尺对齿轮的公法线长度进行测量并掌握数据处理的方法。

（三）综合创新型实验

26、自行车变速轴的拆装和结构分析

了解和熟悉自行车变速轴的原理和结构，加深巩固行星齿轮机构的理论和计算方法。

27、综合测量实验

提供给学生的轴系零部件，要求学生测量轴系零部件的尺寸与硬度，最终作出手工绘制的零件图及Auto CAD绘制的部件图。

28、机构创新设计实验

了解机构创新设计实验平台的组成及拼装原理，独立完成一些基本机构创新设计。

29、机构创意组合及运动参数分析实验

为学生提供可以自己设计并自己拼装能实现不同运动要求的机构传动实验平台，同时配备了检测系统和数据处理软件，学生可通过机构运动参数变化曲线，了解不同机构的运动规律。

30、机械系统性能研究综合实验

提供给学生机械系统性能研究的实验平台，通过该实验平台，学生可以对组成系统的各组成部分性能参数的变化进行检测和分析，让学生加深对机械系统性能研究和分析。

31、机械系统传动方案设计综合实验

提供给学生组成机械系统传动的基本的软、硬件条件的实验平台，如电机、带传动、数种减速器、链传动、转矩转速传感器、磁粉器、联轴器、微机等。学生可根据自己要求，在一定范围内独立设计出不同的机械系统传动方案并完成该系统传动方案综合实验装置系统的组装及调试，进行机械效率等项目测试与分析。

32、机电一体化创新实验

提供给学生机械设计基本元件与微机，给出设计目标（题目）：工业小车、翻包机、绘图仪等，要求学生独立思考，独立动手，独立设计组装实验装置并与微机连接，调试成功。

*33、机构仿真设计

利用UG 软件和虚拟技术进行机构创新设计，培养学生创新意识，加强计算机应用能力训练。

34、典型零件选材、热处理及分析实验

根据典型零件的结构形状、尺寸及力学性能指标要求，进行正确选材；制订合理的热处理工艺规范；选择热处理加热设备和检验仪器；独立完成热处理、硬度测试、金相试样制备、组织观察与性能分析等过程。

*35、机械结构创新设计

要求学生利用UG软件，在虚拟环境下进行三维机械结构创新设计。

36、三维测量实验

多功能测量仪（QM-353）是通过传感器，利用直接接触测量原理，测量被测物体，测量范围：300×500×300，测量精度：E=（3+4L/1000）μm，了解测量几何基本元素、平面距离、角度、形状误差、位置误差等方法。

37、非接触三维测量实验

非接触图像测量机（QS250Z）是通过一个彩色CCD成像系统，可得到高清晰的图像，测量范围：200×250×100，测量精度：E =（4+5L/1000）μm，利用非接触测量原理，了解测量薄型几何基本元素、平面距离、角度、形状误差、位置误差等方法。

38、插齿机机构分析与测绘

运用机构运动简图测绘的方法，去分析与测绘复杂机构运动简图的基本技能训练。

五、实验内容和主要仪器设备与器材配置

注：1．教师在安排教学实验任务时，从上述实验项目中选取若干个，共占课内34学时，适当辅以课外学时，列入实验教学进度表。

2．学生可以在序号000502020029~0005020037中的9个实验中任选1-2项目。

3．上述大纲制定的目的在于保证教学基本内容和重点内容的落实。列为带*内容则根据具体情况选讲或安排自学。

4．在保证教学基本内容情况下，讲授顺序任课教师可作适当安排。

5．上表中实验时数如2+2的含义为：前2为课内时数，后2为课外时数。

六、实验预习和实验报告的要求、考核方式

（一）实验预习

每次实验课之前，学生都要根据机械基础实验教程，预习实验项目内容、要求、操作规程与方法。

实验报告的要求

每次实验课后，学生都要根据教师要求完成相应实验报告，并及时交作业。

（三）考核方式

实验考核按本课程的“‘机械基础实验’ 课程考核方法”进行（详见附件）。

七、学时分配

八、教材、实验指导书与主要参考书

课程教材及实验指导书：

1．机械基础实验教程．

2．机械基础实验报告．