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目录 1

第1章 绪论 1

1.1 机械基础实验的内涵及意义 1

1.2 机械基础实验课程的体系和内容 1

1.2.1 基本实验 1

1.2.2 综合性、设计型、创新性实验 2

1.2.3 虚拟实验 3

1.2.4 课外科技实践 3

1.3 机械基础实验课程的要求 4

第2章 测量误差分析与实验数据处理 6

2.1 误差的基本性质 6

2.1.1 真值与误差 6

2.1.2 误差的分类 6

2.1.3 精度、准确度、精密度和精确度 7

2.2 随机误差的估计与处理 7

2.2.1 算术平均值与真值 7

2.2.3 测量列的算术平均值的标准差 8

2.2.2 测量列中单次测量的标准差 8

2.2.4 最大误差法计算标准差 9

2.2.5 随机误差的其他分布 10

2.3 系统误差的发现与排除 10

2.3.1 系统误差的发现 10

2.3.2 系统误差的排除 12

2.4 疏失误差的判别与剔除 13

2.4.1 3σ准则（莱以特准则） 14

2.4.2 格拉布斯准则 14

2.5 测量结果的表示 15

2.5.1 有效数字的概念 15

2.5.2 有效数字计算准则 16

2.5.3 直接测量结果的表示 16

2.5.4 间接测量与误差分析 17

2.6 实验数据处理 19

2.6.1 实验数据的一般处理步骤 19

2.6.3 实验数据列表 20

2.6.2 实验数据图示 20

2.6.4 经验公式与回归分析 21

第3章 常用传感器简介 28

3.1 常用传感器分类 29

3.2 电阻应变式传感器 29

3.2.1 电阻应变片的结构、特点和分类 29

3.2.2 金属电阻应变片的工作原理 30

3.2.3 电阻应变片的测量电路 30

3.2.4 半导体应变片 31

3.2.5 电阻应变式传感器的应用 31

3.3 电感式传感器 33

3.3.1 自感式电感传感器 34

3.3.2 互感式差动变压器 34

3.3.3 电感式传感器的应用 35

3.3.4 电涡流式传感器 36

3.4 电容式传感器 37

3.4.1 电容式传感器的工作原理 37

3.4.2 电容式传感器的应用 38

3.5 磁电式传感器 39

3.5.1 恒定磁通式传感器 39

3.5.2 变磁通式传感器 40

3.5.3 磁电式传感器的应用 41

3.6 压电式传感器 42

3.6.1 压电式传感器的工作原理 42

3.6.2 压电式传感器的应用 42

3.7 光电式传感器 44

3.7.1 模拟式光电传感器 44

3.7.2 数字式光电传感器 45

3.8 传感器选择原则 46

第4章 实验设计 48

4.1 机械系统设计与实验设计的区别 48

4.2 机械系统中的实验项目 48

4.3 实验设计的内容和步骤 49

4.4.1 用普通台秤设计能粗略测出排球击地时对地的冲击力的实验（示例一） 50

4.4 实验设计示例 50

4.4.3 金属带式无级变速器摩擦系数和传动效率的实验研究（示例三） 51

4.4.2 用简单器材设计在失重条件下测量物体质量的实验（示例二） 51

第5章 基本实验 58

5.1 机构及零部件认知实验 58

5.1.1 实验目的 58

5.1.2 实验场所 58

5.1.3 实验内容 58

5.1.4 实验报告 58

5.1.5 思考题 58

5.2 机械的结构分析与创新认识实验 59

5.2.1 实验目的 59

5.2.2 实验设备及使用工具 59

5.2.3 实验内容 59

5.2.4 机械结构的分析步骤 59

5.2.6 实验报告 60

5.2.7 思考题 60

5.2.5 实验准备 60

附：各机械中主机构的位移线图 61

5.3 金相组织系列实验 62

5.3.1 实验目的 62

5.3.2 实验仪器、材料 62

5.3.3 实验内容 63

5.3.4 金相试样的制备 63

5.3.5 铁碳合金平衡组织 65

5.3.6 焊接件的宏观及微观组织 66

5.3.7 思考题 67

附：金相显微镜的使用规程 68

5.4 刚性转子动平衡实验 69

5.4.1 实验目的 69

5.4.2 实验设备及工具 69

5.4.3 刚性转子动平衡的基本原理 69

5.4.4 动平衡试验机的结构 70

5.4.5 硬支承动平衡机操作方法 71

5.4.8 实验报告 72

5.4.6 实验内容与要求 72

5.4.7 注意事项 72

5.4.9 思考题 73

附：确定转子平衡精度等级的方法 73

5.5 带、齿轮传动实验 73

5.5.1 实验目的 73

5.5.2 实验设备 74

5.5.3 实验内容 74

5.5.4 带传动效率及滑动率测定实验一（普通带传动实验台） 74

5.5.5 带传动效率及滑动率测定实验二（DCS-Ⅱ型微机控制带传动实验台） 77

5.5.6 齿轮传动效率测定实验一（普通齿轮传动实验台） 80

5.5.7 齿轮传动效率测定实验二（CLS-Ⅱ型微机控制齿轮传动实验台） 81

5.5.8 实验报告 84

5.5.9 思考题 84

6.1 摩擦学综合实验 85

6.1.1 润滑油运动粘度测定实验 85

第6章 综合性、设计型、创新性实验 85

6.1.2 流体动压润滑实验 86

6.1.3 润滑剂承载能力测定实验 90

6.1.4 摩擦磨损实验 92

6.1.5 摩擦学实验项目的综合 93

6.1.6 思考题 94

6.2.4 机械零件的典型失效形式 95

6.2.3 实验设备及材料 95

6.2.2 实验内容 95

6.2.1 实验目的 95

6.2 典型机械零件的失效分析 95

6.2.5 机械零件失效分析的一般方法和步骤 99

6.2.6 实验报告 99

6.2.7 思考题 99

6.3 机构改进创新设计实验 99

6.3.1 实验目的 99

6.3.6 思考题 100

6.3.5 注意事项 100

6.3.2 实验内容 100

6.3.3 实验要求 100

6.3.4 实验报告 100

6.4 机构组合创新设计实验 101

6.4.1 实验目的 101

6.4.2 实验器材 101

6.4.3 实验要求 109

6.4.4 实验准备 109

6.5.1 实验目的 110

6.5.2 实验设备 110

6.4.6 思考题 110

6.5 凸轮机构运动参数测试实验 110

6.4.5 实验报告 110

6.5.3 测试原理 112

6.5.4 实验准备 112

6.5.5 盘形凸轮机构实验步骤 112

6.5.6 圆柱凸轮机构实验步骤 113

6.6.3 实验内容 114

6.6.2 实验设备及工具 114

6.6.4 串联机器人的数据文件及操作方法 114

6.5.7 实验报告 114

6.6.1 实验目的 114

6.6 教学机器人与平面机构运动控制实验 114

6.5.8 思考题 114

6.6.5 并联机器人的数据文件及操作方法 115

6.6.6 平面六杆机器人的数据文件及操作方法 115

6.6.7 摆动从动件盘形凸轮机构的数据文件及操作方法 116

6.6.8 直动从动件盘形凸轮机构的数据文件及操作方法 116

6.6.9 实验报告 117

6.6.10 控制软件的维护和使用异常的处理方法 117

6.6.11 注意事项 117

6.6.12 思考题 118

附：各机器人与平面机构控制软件所包含的文件 118

6.7.2 实验设备 119

6.7 机械传动性能综合测试实验 119

6.7.1 实验目的 119

6.7.3 实验原理 120

6.7.4 实验准备 121

6.7.5 操作方法 122

6.7.6 实验报告 122

6.7.7 思考题 122

6.8 “慧鱼”机电一体化系统设计实验 123

6.8.1 实验目的 123

6.8.2 实验器材 123

6.8.3 实验准备 123

6.8.4 实验内容 123

6.9 开链式三自由度机器人运动控制与仿真实验 124

6.9.1 实验目的 124

6.9.2 实验设备及软件 124

6.8.6 思考题 124

6.8.5 实验报告 124

6.9.3 实验内容 125

6.9.4 开链式三自由度机器人模型的结构组成 125

6.9.5 开链式三自由度机器人模型的控制原理 125

6.9.6 实验步骤与操作方法 126

6.9.10 思考题 132

6.9.9 注意事项 132

6.9.8 实验报告 132

6.9.7 实验要求 132

6.10 焊接工艺实验 133

6.10.1 实验目的 133

6.10.2 实验原理 133

6.10.3 仪器设备和材料 135

6.10.4 实验步骤 135

6.10.5 思考题 136

6.11.4 实验原理——钢的热处理工艺 137

6.11.3 实验设备和材料 137

6.11.2 实验内容 137

6.11 碳钢的热处理方法与硬度测定 137

6.11.1 实验目的 137

6.11.5 实验步骤 138

6.11.6 热处理操作注意事项 139

6.11.7 实验报告 139

6.11.8 思考题 139

第7章 虚拟实验 141

7.1 机构设计虚拟实验 141

7.1.1 实验目的 141

7.1.2 实验内容 142

7.1.3 刚体导引机构设计（两个位置） 142

7.1.4 刚体导引机构设计（四个位置） 143

7.1.5 函数生成机构设计 143

7.1.6 连杆机构结构设计及运动仿真 144

7.1.7 凸轮机构设计 145

7.1.9 齿轮机构设计 146

7.1.8 范成法切制齿轮 146

7.1.10 组合机构设计 147

7.1.11 实验报告 148

7.1.12 思考题 148

7.2 机构动力学性能仿真实验 148

7.2.1 实验目的 148

7.2.2 实验设备及软件 149

7.2.3 实验内容 149

7.2.4 机构动力学性能仿真软件的使用方法 149

7.2.5 实验要求 154

7.2.6 实验报告 154

7.2.7 思考题 154

7.3 减速器装拆虚拟实验 155

7.3.1 实验目的 155

7.3.2 实验内容 155

7.3.4 摆线针轮减速器造型与装配 156

7.3.3 圆柱齿轮减速器设计与装配 156

7.3.5 实验报告 157

7.3.6 思考题 157

7.4 ADAMS实用练习 157

7.4.1 ADAMS软件功能 157

7.4.2 实验目的 157

7.4.6 思考题 158

7.4.5 实验报告 158

7.4.4 操作方法与要求 158

7.4.3 实验内容 158

第8章 课外科技实践 159

8.1 摩擦学实验研究 159

8.1.1 目的与意义 159

8.1.2 项目管理办法 159

8.1.3 实验条件和研究内容 159

8.1.4 项目的技术规范和验收标准 160

8.2.4 研究内容 161

8.2.3 实验器材 161

8.2 “慧鱼”创意设计与制作 161

8.2.2 项目管理办法 161

8.2.1 实验目的 161

8.2.5 项目验收标准 162

8.3 机械基础虚拟实验课件研制 162

8.3.1 目的与要求 162

8.3.2 项目管理办法 162

8.3.3 项目的技术规范和验收标准 162

8.4 课外科技制作与机械设计竞赛 163

8.4.1 目的 163

8.4.2 竞赛项目管理办法 163

8.4.3 竞赛的主要内容 163

8.4.4 竞赛形式及规则 164

8.4.5 评奖办法 164

附录 “机械基础实验报告”样式 165

主要参考文献 166