机械工程基础实验教案.docx
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机械工程基础实验教案
北方工业大学
课程教案
课程名称
机械工程基础实验
课程性质
专业必修课
开课年度
2006年至2007年
开课学期
秋季√春季
授课班级
机电05A-123456
主讲教师
高德文
课程所属学院（部门）
机电学院
课程所属系（教研室）
机械系
课程第1讲
第1周
日期：
2007.1.
地点：
4教401
第1章
绪论
第1章尺寸公差与配合
第9节绪论
第10节基本术语及定义
教学重点:
1．线性尺寸精度；
2．形状和位置精度的设计
教学难点:
形状和位置精度及公差原则的应用
讲授主要内容:
1．几何量包括长度、角度、几何形状、相互位置和表面粗糙度等几何参数。
2．几何量精度是指这些几何参数的精度。
3．几何量精度设计的主要任务是要使机械产品能够满足几何参数互换性的要求。
4．本次课主要论述几何量的基本概念，有关几何量精度的基本术语和定义，长度即线性尺寸精度。
简述角度尺寸精度。
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、动画演示与讲述
布置作业
教学后记
课程第2讲
第2周
日期：
2007.1.
地点：
四教401
第1章
第1章尺寸公差与配合
第9节1、孔和轴的尺寸：
尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸
第10节2、偏差与公差尺寸3、公差带图4、加工误差与公差的关系。
教学重点:
1．孔和轴的尺寸概念。
2．偏差与公差。
教学难点:
1．实体尺寸；
2．公差带图。
讲授主要内容:
1．关尺寸的概念
（1）最大实体尺寸（MMS）：
对应于孔或轴的最大材料量（实体大小）的那个极限尺寸，即：
轴的最大极限尺寸dmax；孔的最小极限尺寸Dmin。
（2）最小实体尺寸（LMS）：
对应于孔或轴的最小材料量（实体大小）的那个极限尺寸，即：
轴的最小极限尺寸dmin；孔的最大极限尺寸Dmax。
2．公差与极限偏差
（1）两者区别
（2）两者联系
3．尺寸公差带图
（1）尺寸公差带：
由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。
公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。
大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。
（2）基本偏差：
标准中表列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。
一般为靠近零线的那个极限偏差。
（3）标准公差：
标准中表列的，用确定公差带大小的任一公差。
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板画图、动画演示与讲述
布置作业
预习实验尺寸误差测量
教学后记
课程第3讲
第3周
日期：
2007.3.6
地点：
四教401
第2章
表面粗糙度
第9节表面粗糙度的基本概念
第10节表面粗糙度的评定、选用及标注
教学重点:
1．掌握，表面粗糙度的评定、选用、标注及测量
2．表面粗糙度的评定、选用及标注。
3．表面粗糙度的测量
教学难点:
1。
表面粗糙度的评定、选用
讲授主要内容:
1．表面粗糙度的基本术语
（1）轮廓算术平均偏差Ｒa
在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值。
（2）微观不平十点高度Ｒz
（3）轮廓最大高度Ｒy
2．表面粗糙度（参数值）的选择
n表面粗糙度参数值的选择原则是：
在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。
3．表面粗糙度的符号
在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：
a为基本符号，表示表面可以用任何方法获得；b表示表面是用去除材料的方法获得的；c表示表面是用不去除材料的方法获得的。
4．表面度的测量
（1）比较法：
将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。
（2）光切法：
利用光切原理，用双管显微镜测量。
常用于测量Rz为0.5～60μm。
（3）干涉法：
利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。
可测量Rz和Ry值。
（4）印模法：
利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。
适用于笨重零件及内表面。
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板作图与讲述
布置作业
预习实验表面粗糙度测量
教学后记
课程第4讲
第4周
日期：
2007.3.13
地点：
四教401
第3章
形状和位置公差及检测
第9节形位误差和形位公差的基本概念。
第10节形位公差的标注及公差带的分析。
教学重点:
1．形位公差的标注，公差带四要素分析。
教学难点:
1．形位公差的标注；
2．形位公差带四要素分析。
讲授主要内容:
1。
形位公差的要素，形位公差的项目及符号，形位公差的标注，形位公差带的概述。
2．形位公差的标注及公差带的分析
（1）形位公差的要素
a．按结构特征分：
轮廓要素、中心要素；
b．按存在状态分：
实际要素、理想要素；
c．按所处地位分：
被测要素、基准要素；
d．按功能关系分：
单一要素、关联要素
（2）形位公差的标注
（3）形位公差标注的含义
（4）形位公差带分析
3．形状误差
（1）直线度：
直线度公差用于控制直线和轴线的形状误差，根据零件的功能要求，直线度可以分为在给定平面内，在给定方向上和在任意方向上三种情况。
（2）平面度：
平面度公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。
（3）圆度：
圆度公差带是垂直于轴线的任一正截面上半径差为公差值t的两同心圆之间的区域。
（4）圆柱度：
圆柱度公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板画图、动画演示与讲述
布置作业
预习实验形位误差测量
教学后记
课程第5讲
第5周
日期：
2007.3.20
地点：
四教401
第3章
形状和位置公差及检测
第9节位置误差
（1）
第10节位置误差
（2）
教学重点:
1．定向公差：
（1）、平行度
（2）、垂直度（3）、倾斜度
2．定位公差：
（1）、同轴度
（2）、对称度（3）、位置度
3．跳动公差：
（1）、圆跳动公差
（2）、全跳动公差
教学难点:
1．被测实际要素与其理想要素进行比较
2．定向误差、定位误差
讲授主要内容:
1．定向公差
（1）、平行度n平行度公差带是距离为公差值t，且平行于基准平面（或直线或轴线）的两平行平面（或轴线）之间的区域。
（2）、垂直度n距离为公差值t，且垂直于基准平面（或直径、轴线）的两平行平面（或直线）之间的区域。
（3）、倾斜度倾斜度公差带是直径为公差值t，且与基准平面成理论正确角度的圆柱面内的区域。
2．定位公差
（1）、同轴度：
直径为公差值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。
（2）、对称度：
对称度用于控制被测要素中心平面（或轴线）对基准中心平面（或轴线）的共面（或共线）性误差。
（3）、位置度：
位置度常用于控制孔组的位置误差。
3．跳动公差：
（1）、圆跳动公差：
公差带是在垂直于基准轴线的任一测量平面内半径差为公差值t，且圆心在基准轴线上的两同心圆。
（2）、全跳动公差：
径向全跳动的公差带是半径差为公差值t，且与基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板作图、动画演示与讲述
布置作业
P76第8题、P77第10题
教学后记
课程第6讲
第6周
日期：
2007.3.27
地点：
四教401
第3章
公差原则
（一）
第9节公差原则的定义，有关作用尺寸、边界和实效状态的基本概念，独立原则。
第10节包容要求、最大实体要求、涵义及应用。
教学重点:
1．包容要求涵义及应用
2．最大实体要求的涵义及应用。
教学难点:
1．包容要求、最大实体要求．
讲授主要内容:
1．有关定义、符号
（1）局部实际尺寸（Da、da）：
实际要素的任意正截面上，两对应点间的距离。
（2）体外（体内）作用尺寸：
在被测要素的给定长度上，与实际内表面（孔）体外相接的最大理想面，或与实际外表面（轴）体外相接的最小理想面的直径或宽度。
（3）最大实体状态（MMC）：
实际要素在给定长度上具有最大实体时的状态。
最大实体尺寸（MMS）：
实际要素在最大实体状态下的极限尺寸。
（4）边界：
由设计给定的具有理想形状的极限包容面。
（5）最大实体边界：
尺寸为最大实体尺寸的边界。
2．最大实体实效状态
（1）MMVC：
图样上给定的被测要素的最大实体尺寸（MMS）和该要素轴线、中心平面的定向或定位形位公差所形成的综合极限状态。
（2）MMVS：
最大实体实效状态下的体外作用尺寸。
MMVS=MMS±t形·位
其中：
对外表面取“+”；对内表面取“-”；最大实体实效边界：
尺寸为最大实体实效尺寸的边界。
3．独立原则
（1）定义图样上给定的每一个尺寸和形状、位置要求均是独立的，应分别满足要求
（2）标注：
不需加注任何符号。
（3）应用：
应用较多，在有配合要求或虽无配合要求，但有功能要求的几何要素都可采用。
（4）测量：
应用独立原则时，形位误差的数值一般用通用量具测量
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板画图、模型演示、动画演示与讲述
布置作业
P78第16题A、B。
教学后记
课程第7讲
第7周
日期：
2007.4.3
地点：
四教401
第4章
公差原则
（二）
第9节包容要求、最大实体要求
第10节可逆要求
教学重点:
1．包容要求的。
2．最大实体要求。
3．可逆要求。
教学难点:
1．最大实体要求。
2．可逆要求。
讲授主要内容:
1．包容要求
n定义：
实际要素应遵守最大实体边界，其局部实际尺寸不得超过最小实体尺寸。
n标注：
在单一要素尺寸极限偏差或公差带代号之后加注符号“○”，
n应用：
适用于单一要素。
主要用于需要严格保证配合性质的场合。
n边界：
最大实体边界。
n测量：
可采用光滑极限量规（专用量具）
2．最大实体要求
n定义：
控制被测要素的实际轮廓处于其最大实体实效边界之内的一种公差要求。
当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其形位误差值超出其给出的公差值，即形位误差值能得到补偿。
n标注：
应用于被测要素时，在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号“M”；应用于基准要素时，应在形位公差框格内的基准字母代号后标注符号“M”。
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板画图、动画演示与讲述
布置作业
P78第16题C、D
教学后记
课程第8讲
第8周
日期：
2007.4.10
地点：
第二实验楼215
第章
实验一尺寸测量
第9节实验1-1用立式光学计测量轴径
第10节实验1-2用内径百分表测量孔径
教学重点:
1．了解立式光学计的测量原理。
2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。
3．熟悉内径百分表及内径的测量方法。
4．加深对内尺寸测量特点的了解。
教学难点:
立式光学计的测量原理
讲授主要内容:
1．立式光学计是一种精度较高、结构简单的常用光学仪器。
常用来检定5等、6等量块、光滑极限量规及测量相应精度的零件。
考虑到测量误差的存在，为保证不误收废品，应先根据被测轴径公差的大小，查表得到相应的安全裕度A，然后确定其验收极限。
若全部实际尺寸都在验收极限范围内，则可判此轴径合格，即：
Es-A≥Ea≥Ei+A
式中：
Es——零件的上偏差Ei——零件的下偏差
Ea——局部实际尺寸A——安全裕度
2．内径百分表是用相对法测量孔径的通用量具，适用于测量一般精度的深孔零件，其原理如图所示。
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
课程第9讲
第9周
日期：
2007.4.17
地点：
第二实验楼215
第章
实验二形位误差的测量
第9节
第10节
教学重点:
1．掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。
2．加深对直线度误差含义的理解。
3．掌握直线度误差的评定方法。
教学难点:
直线度误差的评定方法。
讲授主要内容:
1、量出零件被测表面总长，将总长分为若干等分段（一般为6～12段）确定每一段的长度（跨距）L，并按L调整可调桥板两圆柱的中心距。
2、将水平仪放于桥板上，然后将桥板从首点依次放在各等分点位置上进行测量。
到终点后，自终点再进行一次回测，回测时桥板不能调头，同一测点两次读过的平均值为该点的测量数据。
如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应查明原因并加以消除后重测。
测量时要注意每次移动桥板都要将后支点放在原来前支点处（桥板首尾衔接），测量过程中不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置。
3、从合象水平仪读数时，先从合像水平仪的侧面视窗处读得百位数，，再从其上端读数鼓轮处读得十位和个位数。
从框式水平仪读数时，待气泡稳定后，从气泡边缘所在刻线读出气泡偏离的格数。
4、把测得的值依次填入实验报告中，并用计算法按最小条件进行数据处理，求出被测表面的直线度误差。
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
课程第10讲
第10周
日期：
2007.4.24
地点：
第二实验楼215
第章
实验三、表面粗糙度的测量
第9节
第10节
教学重点:
1．了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。
2．学会使用双管显微镜。
3．加深对微观不平度十点高度的Rz理解。
4．学会Ra的测量原理和方法。
教学难点:
双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。
讲授主要内容:
⑴根据被测工件表面粗糙度的要求，选取合适的物镜组。
⑵把工件安放在工作台上，并使被测量面的切削痕迹与光带方向垂直，当测量圆柱工件时，应将工件放在V型工作台上。
⑶用手托住双管显微镜横臂，松开螺钉，然后缓慢转动螺母，使横臂上下移动，直到目镜中观察到绿色光带和轮廓表面不平的图象为止，再将螺钉紧固。
⑷细调整：
缓慢转动手轮进行细调，使图象清晰，而且位置在视场中央，同时调整光源镜头调节环，使光带最狭，图象清晰。
⑸松开固定目镜的螺钉，转动整个目镜，使目镜中“+”字线中的一根线与波纹轮廓方向一致，然后，锁紧此螺钉。
⑹旋转目镜千分尺刻度转筒，从目镜中观察，使“+”字线的水平线与光带的波峰（或波谷）相切，然后在目镜千分尺上记下读数，继续转动目镜千分尺转筒，使“+”字线的同一根线与光带的同一边缘上的波谷（或波峰）相切，记下第二个读数。
⑺按规定的粗糙度等级选定基本长度1，利用工作台千分尺在被测轮廓上沿测量方向量取长度l，在l长度内，选择五个最高点和五个最低点，记下10个读数h1、h2、h3、……h10。
由公式
Rz=
1
×
（h1+h3+h5+h7+h9）–（h2+h4+h6+h8+h10）
2V
5
即可计算出RZ值。
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
课程第11讲
第12周
日期：
2007.5.8
地点：
四教401
第4章
齿轮传动公差
第9节实验1-1用立式光学计测量轴径
第10节实验1-2用内径百分表测量孔径
教学重点:
1．了解渐开线圆柱齿轮传动的精度要求。
2．了解齿轮误差产生的原因及误差特性。
3．了解圆柱齿轮传动精度的评定指标。
教学难点:
圆柱齿轮传动精度的评定指标。
讲授主要内容:
1．渐开线圆柱齿轮传动精度要求
（1）运动精度：
是指传递运动的准确性。
为了保证齿轮传动的运动精度，应限制齿轮一转中最大转角误差△i∑。
（2）运动平稳性精度：
要求齿轮运转平稳，没有冲击、振动和噪声。
要限制一齿距角范围内转角误差的最大值iR。
（3）接触精度：
要求齿轮在接触过程中，载荷分布要均匀，接触良好，以免引起应力集中，造成局部磨损，影响齿轮的使用寿命。
（4）齿侧间隙：
在齿轮传动过程中，非接触面一定要有合理的间隙。
一方面为了贮存润滑油，一方面为了补偿齿轮的制造和变形误差。
2．渐开线圆柱齿轮的制造误差
（1）影响误差因素，主要包括齿轮的加工误差和齿轮副的安装误差。
（2）按误差相对于齿轮的方向特征，可分为径向误差、切向误差和轴向误差；
（3）齿轮为圆周分度零件，其误差具有周期性，按误差在齿轮一转中是否多次出现，即在齿轮一转中出现的周期或频率，可分为以齿轮一转为周期的长周期误差，或低频误差，它主要影响传递运动的准确性；以齿轮一齿为周期短周期误差，或高频误差，它主要影响工作平稳性。
3．运动精度的评定指标
（1）切向综合误差（ΔFi′）
（2）齿距累积误差（ΔFp）及K个齿距累积误差（ΔFpk）
（3）齿圈径向跳动（△Fr）（4）径向综合误差（△Fi〞）（5）公法线长度变动（△Fw）。
本次课主体教学方式、方法：
多媒体课件演示、黑板画图、模型演示、动画演示与讲述
布置作业
预习齿轮误差实验报告
教学后记
课程第12讲
第13周
日期：
2007.5.15
地点：
第二实验楼215
第章
实验四齿轮的测量
第9节
第10节
教学重点:
1．用公法线千分尺测量齿轮公法线长度变动量
2．在齿轮跳动检查仪上测量齿圈径向跳动（ΔFr）。
3．齿距偏差和齿距累积误差测量
教学难点:
1.公法线长度变动量
2.齿距偏差和齿距累积误差测量
讲授主要内容:
1.用公法线千分尺测量齿轮公法线长度变动量
（1）.根据齿轮的已知参数求出跨齿数n和公法线长度W。
（2）．根据所得的公法线长度选择测量范围相适应的公法线千分尺，并用标准棒校对零线。
（3）．逐次测量所有的公法线实际长度，记入表中。
（4）．找出最大值Wmax与最小值Wmin，
则：
ΔFW=Wmax-Wmin。
2．在齿轮跳动检查仪上测量齿圈径向跳动（ΔFr）。
（1）．根据模数m，确定测量棒直径d=1.68m。
（2）．将被测齿轮套在测量心轴上，心轴装在仪器的顶尖间，调整好百分表的测量位置。
（3）．测量时，每测一齿，须抬起百分表测量杆，将测量棒换位，依次逐步测量一圈，将测得的数值记入报告中。
（4）．取其跳动量的最大最小两个数值，两数之差即为ΔFr。
3．齿距偏差和齿距累积误差测量
（1）调整固定量爪位置
（2）调整基准齿距
（3）逐个测量齿距
逐齿测量各个齿距相对于基准齿距的偏差ΔPi（对每个齿距测量两次，取两次指示表示值的平均值），列表记录指示表的示值（测完所有的齿距后，复查指示表示值零位）。
（4）处理测量数据
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
课程第13讲
第14周
日期：
2007.5.22
地点：
第二实验楼115
第章
实验五、机构认知实验
第9节
第10节
教学重点:
1.了解机器的组成原理，加深对机器总体感性认识
2.了解机器的常用机构的结构、类型、特点及应用。
3.了解机器的运动原理和分析方法，使学生对机器总体感性认识上升为理性认识。
教学难点:
1.机器的运动原理和分析方法
2.
讲授主要内容:
（一）机器
观察实物模型和机构，使学生认识到机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。
（二）平面四杆机构
四杆机构分成三大类：
即铰链四杆机构、单移动副机构、双移动副机构。
（三）凸轮机构
凸轮机构主要有三部分组成，即：
凸轮、从动件及机架。
凸轮有特定的廓线、从动件由凸轮廓线控制。
（四）齿轮机构
根据轮齿的形状齿轮分为：
直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。
根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：
平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。
（五）周转轮系
通过观察各种周转轮系的动态模型演示，了解定轴轮系及周转轮系含义。
周转轮系又分为行星轮系和差动轮系，注意区分它们的异同点。
差动轮系将一个运动分解为两个运动或将两个运动合成为一个运动的原理。
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
课程第14讲
第15周
日期：
2007.5.29
地点：
第二实验楼211、216
第章
实验六机械运动参数测定
实验八机械传动方案设计实验
第9节
第10节
教学重点:
1、了解位移、速度、加速度的测定方法；角位移、角速度、角加速度的测定方法；转速及回转不均匀率的测定方法。
2、通过比较理论运动线图与实测线图的差异，增加对速度、角速度、特别是对加速度、角加速度的感性认识。
3．了解机械传动方案设计方法
教学难点:
机械传动方案设计方法
讲授主要内容:
1．在实验机构的运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比）0～5V电平的两路脉冲，接入测试仪数字量通道由计数器计数。
也可采用模拟传感器，将滑快位移转换为电压值，接入测试仪模拟通道，通过A/D转换口转变为数字量。
速度和加速度计算机构的速度和加速度数值由位移经数值微分和数字滤波得到。
与传统的RC电路测量法、或分别采用位移、速度、加速度测量仪器的系统相比较，具有测试系统简单、性能稳定可靠、附加相位差小、动态响应好等优点。
2．机械传动系统方案设计的基本步骡
（1）．选定机械的工作原理和机械传动方案
（2）．确定传动系统主要性能参数
（3）．选择机构类型、确定各构件运动和几何参数
（4）、机械的力分析计算
（5）．各执行构件间的运动协调配合
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
课程第15讲
第16周
日期：
2007.6.5
地点：
第二实验楼211
第章
实验七机械产品拆装实验
第9节
第10节
教学重点:
1．了解轴系部件结构知识；
2．了解机械结构设计的基本要求，培养结构设计能力和创新意识。
3．学习机械产品拆装方法
教学难点:
轴系部件结构
讲授主要内容:
（1）拆卸减速机传动系统；
（2）对传动系统中部件的工作原理进行分析，根据结构分析画出结构图；
（3）对轴系部件的加工工艺、安装工艺和润滑油路进行分析，并提出改进意见；
（4）组装传动系统。
（5）在拆卸过程中，一面拆卸一面对所拆卸的零部件结构和工作原理进行分析，并进行记录。
为便于安装，在拆卸时应对零部件进行编号并画出必要的结构简图；
（6）拆卸、分析完成后对减速机进行组装并恢复原样。
本次课主体教学方式、方法：
演示与讲述
布置作业
实验报告
教学后记
升级会员 