液压与气压传动电子教案-32.doc

聊城大学 汽车与交通工程学院 液压与气压传动电子教案电子教案（第一次课）本课程共32学时，其中讲授26学时，实验6学时 主讲教师：刘文婷章 节绪论课时2授课班级2009级汽服5班、2009级学分互认7班、2009级专科1班授课日期2011-2-22教学目的了解：传动的类型、液压与气压传动的现状及发展、传动工作介质的污染原因。知道：液压传动工作介质的性质、要求及选择。熟悉：液压传动系统的工作特点（包括优点和缺点）。掌握：液压传动和气压传动的概念及液压传动系统的工作原理、组成。教学重点液压传动系统的工作原理、组成。教学难点液压传动系统的工作原理教学手段讲授、多媒体、自学作业补充2个题主要参考书目及网络资源汽车液压与气压传动，齐晓杰编著，机械工业出版社，2005年。/yykj/onlinelearn/lesson/bysheji/ZSWJ/new/ch1.htm教学内容及过程组织教学并导入本堂（5分钟）一、传动类型：（10分钟）举例-挖掘机，说明机器的组成及传动部分在机器中的作用及能量在机器工作过程中输入、输出的转换形式。-引出问题什么是传动？传动的类型有哪些?请掌握两个基本概念。一部完整的机器由原动机、传动部分、控制部分和工作机构等组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机构即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀、车床的刀架等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围变化较宽，以及性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动部分，其作用是把原动机的输出功率经过变换后传递给工作机构。一切机械都有其相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。通过实例及具体概念说明传动部分的类型，并说明本课程的内容是液压和气压传动系统，它们的结构和工作原理有许多相似之处，由于液压传动系统在机械制造、汽车等方面应用很广，所以授课时限制，课堂上本课程以讲授液压传动部分为主。传动部分通常分为机械传动、电力传动、液体传动、气压传动以及复合传动等。1.机械传动是由齿轮、轴、丝杠螺母、曲柄连杆、带等传动件组成的传动。如齿轮、皮带等传动。动画演示2.电力传动是利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式即或利用电能来进行能量传递的工作方式。动画演示3.液体传动是以液体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动方式。按照工作原理不同，它可分为液压传动和液力传动两种形式。（1）液压传动主要是利用液体的压力能传递能量，又可称为容积式液压传动。动画演示（2）液力传动主要是利用液体的动能传递能量，如水泵等。动画演示4.气压传动是用气体作为工作介质利用气体的压力能进行能量传递的传动方式。动画演示二、液压传动系统的组成及工作原理：（40分钟）通过两个实例说明液压传动系统的组成及工作原理，讲解时注意重点让学生清楚系统能具体完成的动作、具体的工作油路等。1.液压传动系统的工作原理：例一：液压千斤顶 动画演示最简单的例子，通过动画演示工作过程，用于换轮胎等举升工作，生活中常见。工作过程：小活塞上提时，吸油，大活塞静止；小活塞下压时，压油，大活塞上移；多次提压小活塞，重物断续上升；打开放油阀，油流回油箱，大活塞下降。(引申举例)例二：驱动机床工作台的液压系统 动画演示通过动画演示机床工作台向左运动、向右运动、过载溢流、油缸停止油泵卸荷等工况下各元件的工作状态，让学生了解液压系统的工作原理、组成及各液压元件的作用。液压泵由电动机驱动连续运转，从油箱吸油，将具有压力能的油液输入管路，通过节流阀，再经换向阀进入液压缸左腔（或右腔），液压缸右腔（或左腔）的油液则经过换向阀后流回油箱，磨床工作台随液压缸中的活塞实现左右往复移动，当换向阀处于中位时，工作台停止运动。 结论：（1）液压与气压传动分别是以液体和气体作为工作介质进行能量传递和转换的；（2）液压与气压传动分别是以液体和气体的压力能来传递动力和运动的；（3）液压与气压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的。2.液压传动系统的组成：驱动机床工作台的液压传动系统半结构图用于讲解液压传动系统的组成及液压系统的图形符号很适合，该系统涵盖的液压元件种类比较全。从机床工作台液压系统的工作过程可以看出，一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：（1）能源装置(动力元件)：它是供给液压系统压力油，把原动机的机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。（2）控制调节装置(元件)：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节，以保证执行元件和工作机构按要求工作。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等各种阀类元件。（3）执行装置(元件)：它是把液压能转换成机械能以驱动工作机构的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。（4）辅助装置(元件)：上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，对保证系统正常工作是必不可少的。（5）工作介质：传递能量的流体，即液压油等。3.液压传动的图形符号：将磨床工作台的液压传动系统半结构图改画成用职能符号表示的液压系统图，体现液压系统图的特点，强调液压图形符号的特点。三、液压传动系统的优缺点及应用：（10分钟）1.优点：（1）在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。（2）液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，对速度的调节还可以在工作过程中进行。（3）液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。（4）液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。（5） 液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。（6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。2.缺点：（1）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。（2）液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、压力损失等），因此，传动效率相对低。（3）液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。（4）液压传动当出现故障时不易找出原因。3.应用：-应用举例结合专业说清：液压与气压传动，又称液压气动技术，是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化的发展，与微电子、计算机技术想结合，液压与气压传动进入一个新的发展阶段。液压传动在汽车上的应用举例：现代汽车的发展向着驾驶方便、运行平稳、乘用舒适、安全可靠、节能环保的方向发展，液压与气压传动的技术特点与之相适应，因此得到越来越多的应用。如：电控液力自动变速器、电控悬架装置、电控防抱死系统、液压或气压式转向助力装置、自卸汽车举升机构、发动机燃料供给、机械润滑系统等。略讲液压驱动风扇冷却系统工作原理-引申举例（科研课题）安排课下自学课本p5-p6了解液压与气压传动的现状与发展。四、液压传动工作介质的性质和选择：（15分钟）-重点介绍粘度和可压缩性目前，在液压系统中般使用石油基液压油作为工作介质，它是以精炼后的机械油为基料，按需要加入适当的添加剂而制成。液压油最重要的性质为粘性和可压缩性。1.种类：石油基液压油、难燃液压油。2.性能：（1）密度： =m/V kg/m3一般矿物油的密度为850950kg/m3（2）可压缩性：液体受压力后其容积发生变化的性质。称为液体的可压缩性。一般的中、低压液压系统，其液体的可压缩性很小。因而可以认为液体是不可压缩的。而在压力变化很大的高压系统中，就需要考虑液体可压缩性的影响。当液体中混入空气时，其可压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，因而在液压系统中应使油液中的空气含量减少到最低限度。（3）膨胀性：（3）粘性：粘性：反映流动时液体内摩擦力的大小，也反映出液体的流动性能。粘度：用来表示液体粘性。常用的液体粘度表示方法有三种，即：动力粘度、运动粘度和相对粘度。a.动力粘度:物理意义：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。b.运动粘度:=/,没有明确的物理意义，但它在工程实际中经常用到。我国液压油的牌号就是用它在温度为40时的运动粘度（厘斯）平均值来表示的。c.相对粘度（条件粘度）: 是按一定的测量条件制定的。 影响液体粘度的因素是：温度和压力。液压油粘度对温度的变化十分敏感，温度升高，粘度下降，液压油的粘度随温度变化的性质称为粘温特性。因此，一般高温应选择粘度大的液压油，以减少泄漏；低温应选择粘度小的液压油，以减小摩擦。3.对液压工作介质的要求-简单介绍p10。4.液压工作介质的选择-讲清要点：先选择液压油液类型，再选择液压油液的粘度（一般根据液压泵的要求来确定液压油液的粘度）p11。五、液压传动工作介质的污染原因及控制（5分钟）-简单介绍p14。六、本课程的学习要求：（10分钟）-主要提一些学习建议总结、布置作业（5分钟）课后体会1.引用实例，多媒体课件辅助教学，易于激发学生的学习兴趣，帮助学生尽快入门。2.时间紧张，可将驱动机床工作台的液压传动系统的工作过程简单些。电子教案（第二、三次课）本课程共32学时，其中讲授26学时，实验6学时 主讲教师：刘文婷章 节第一章 液压流体力学基础课时4授课班级2009级汽服5班、2009级学分互认7班、2009级专科1班授课日期2011-3-1/8教学目的了解：空穴现象与液压冲击。理解：液体在流动过程中的压力损失及其计算。掌握：液体静力学和动力学中的基本概念、计算方法。教学重点液体静力学和动力学中的基本概念、计算方法。教学难点液体在流动过程中的压力损失及其计算。教学手段讲授、多媒体、启发式、自学作业课下练习： P277:1-11-14 作业：1-7 又补充一题教学提示教学时提醒学生学习重点应放在对主要概念、主要结论的理解和应用上。主要参考书目及网络资源汽车液压与气压传动，齐晓杰编著，机械工业出版社，2005年。/yykj/onlinelearn/lesson/bysheji/ZSWJ/new/ch2.htm教学内容及过程复习上堂内容、组织教学并导入本堂（5分钟）要求学生理解基本概念、牢记公式并会应用。2.1 液体静力学（35分钟）首先讲清液体静止的概念，这是理解本节内容的条件。液体静止是指液体内部质点间没有相对运动。一、液体的压力： 1.静止液体压力概念：静压力是指静止液体单位面积上所受的内法向力，用p表示。计算：P=F/A （单位：Pa或MPa）换算：l MPa1106Pa液体静压力在物理学上称为压强，在工程应用中习惯称为压力。2.静止液体压力的重要性质：(1)液体压力沿内法线方向垂直于承压面。(2)静止液体内任一点所受到的各方向的静压力都相等。二、静止液体中的压力分布： 静力学基本方程描述了静止液体中的压力分布情况。1.静力学基本方程根据图2.1，列出静力学基本方程如以FG-液柱重力，则FG=ghA则根据受力分析有： 得出静力学基本方程 （23） 图2.1重力作用下的静止液体2. 静止液体压力分布有如下特点：简单讲解例2.1，根据公式（23）和例2.1的结果，得出静止液体压力分布有如下特点。静止液体内任一点的压力都由两部分组成：液面上的压力和该点以上液体的重力。在液压传动中，外加重物和液体重力引起的压力通常很小，可以忽略不计，从而可近似认为在整个液体内部的压力相等；静止液体内的压力p随液体深度h呈直线分布；距液面深度h相同的各点组成了等压面，这个等压面是水平面。三、压力表示方法和单位：1.压力表示方法：绝对压力、相对压力(表压力)。2.各种压力之间的关系（如右图）：(1)绝对压力大气压力+表压力(2)表压力绝对压力-大气压力(3)真空度大气压力-绝对压力3.压力单位：(1)标准计量单位：Pa（帕），1Pa=1N/m2，(2)工程上：MPa（兆帕），1MPa（兆帕）=106Pa4.计算：举个小例子。四、静止液体中的压力传递：帕斯卡原理（静压传递原理）表明了静止液体中压力的传递规律。可先根据右图得出帕斯卡原理（静压传递原理）的内容，在利用例2.4讲解应用。1.帕斯卡原理：密闭容器中的静止液体，当外加压力发生变化时，液体内任一点的压力将发生同样大小的变化。即施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。2.例2.4：已知：D、d、F2 ，求：F1 。解题思路：帕斯卡原理的应用。五、液体静压力作用在固体壁面上的力：液体与容器的固体表面相接触时产生相互作用力。1.当固体表面是平面时，若不计液体重力的作用，则作用在该平面上的力F等于静压力p与承压面积A的乘积，作用力的方向垂直指向该平面，即。2.当固体表面为曲面时，液体对曲面在某方向上的作用力等于液体压力和曲面在该方向上投影面积的乘积。即。2.2液体动力学（55分钟）液体动力学的主要内容是研究液体流动时速度和压力的变化规律。涉及到三个基本方程：流量连续性方程、伯努利方程和动量方程。前两个方程反映压力、流速与流量之间的关系，后一个方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。对液压流体力学我们只关心和研究平均作用力和运动之间的关系。一、基本概念：（理解）1. 理想液体、定常流动与非定常流动、一维流动（1）理想液体：指没有粘性、不可压缩的液体。（2）定常流动与非定常流动：如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。但只要有一个运动参数随时间而变化，则就是非定常流动或非恒定流动。（3）一维流动：当液体整个作线形流动时称为一维流动，此时要求液流截面上各点的速度矢量完全相同。在实际中，理想液体、定常流动和一维流动严格来讲是不存在的，建立这些概念完全出于研究复杂问题的方法，即先忽略次要因素，尽快找出主要规律。然后用实验验证方法对所得结论进行补充或修正。2.流线、流管、流束（1）流线：流线是流场中这样一些空间曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态。流线上每一质点的速度矢量与流线相切。在定常流动时，流线的形状不随时间变化；在非定常流动时，流线形状是随时间变化的。显然，流线之间不能相交。（2）流管：在流场中给出一条非流线的封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点做流线，由这些流线组成的表面称为流管。（3）流束：流管中的流线群称为流束。根据流线不会相交的性质，流管内外的流线均不会穿越流管。3.通流截面、流量和平均流速：（1）通流截面：在流束中与所有流线正交的截面称为通流截面。（2）流量：单位时间内流过某一通流截面的液体的体积称为流量。流量的单位是m3/s或L/min。 图2.6 液体流量和平均流速（3）平均流速：平均流速是通过整个通流截面的流量q与通流截面积A的比值。平均流速在工程中有实际应用价值。4.计算举例：题图所示的液压传动系统中，活塞和活塞杆的直径分别为D=0.1m,d0.05m，输入液压缸的流量q=8.33X10-4m3s，压力p=2105Pa。试求活塞带动工作台运动的速度v=？，所能克服的工作阻力R=？解：A=（D2-d2）/4=3.14（0.12-0.052）/4 =5.8910-3m2 v=q/A=8.33X10-45.8910-3 =0.141m/s R=pA =21055.8910-3二、液体流动基本方程：1.连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表现形式。重在理解结果。 图2.7 连续性方程推导液体在管道中作定常流动时 (忽略管道变形)，对不可压缩液体，流过各截面的体积流量是相等的(即液流是连续的)。因此在管道中流动的液体，其流速v和过流断面积A成反比。2.伯努利方程：是能量守恒定律在流体力学中的一种表现形式。 3.动量方程：是动量定律在流体力学中的具体应用，常用来计算液流对固体壁面的作用力总结、布置复习题（5分钟）复习上堂内容、组织教学并导入本堂（5分钟）2.3 液体流动时的压力损失（25分钟）首先弄清基本概念，再理解公式。一、基本概念1.种类：压力损失分为两类：沿程压力损失和局部压力损失 2.定义：（1）沿程压力损失：油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。 （2）局部压力损失：是油液流经局部障碍（如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。二、液体的流动状态液体的流动状态可用雷诺数来判断。英国物理学家雷诺通过大量实验，发现了液体在管路中流动时存在的两种流动状态-层流和紊流。雷诺实验表明，层流时液体质点互不干扰，液体沿管路轴线作线性或层状流动；紊流时液体质点相互干扰，运动杂乱无章，除了沿管路轴线运动以外还有剧烈的横向运动。三、压力损失的计算：（掌握计算方法，课下自学公式的推导过程。）先分别计算管路系统沿程压力损失和局部压力损失的大小，再计算系统的总压力损失。 讲解例2.8，使学生掌握计算方法。2.4空穴现象和液压冲击 （15分钟）了解空穴现象和液压冲击产生的原因及减少的措施。一、空穴现象：动画演示1.定义：流动的液体，如果压力低于其空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，从而导致液体中充满大量的气泡。，这种现象称为空穴现象。如果液体的压力进一步降低，低到饱和蒸气压时，液体本身将汽化，产生更多的蒸气泡，空穴现象将更加严重.2.空穴多发生在阀口和液压泵的入口处。因为阀口处液体的流速增大，压力将降低。如果液压泵吸油管太细，也会造成真空度过大，发生空穴现象。3.为减少空穴现象带来的危害，通常采取下列措施：（1）减小孔口或缝隙前后的压力降。一般希望相应的压力比p1/p23.5；（2）降低液压泵的吸油高度，适当加大吸油管直径。对于自吸能力差的液压泵要安装辅助泵供油； （3）管路要有良好的密封，防止空气进入。二、液压冲击：动画演示1.定义：在液压系统中，由于某种原因使液体压力突然产生很高的峰值，这种现象为液压冲击。 2.产生原因：液压冲击的产生多发生在阀门突然关闭或运动部件快速制动的场合。 3.减小压力冲击的措施： （1）尽量延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间； （2）在冲击区附近安装卸荷阀、蓄能器等缓冲装置； （3）正确设计阀口，限制管道流速及运动部件速度，使运动部件制动时速度变化比较平稳；（4）如果换向精度要求不高，可使液压缸两腔油路在换向阀回到中位时瞬时互通。总结本章内容、布置作业（5分钟）课后体会学生对本章的一些概念较生疏，需反复强调，精讲多练。 电子教案（第四、五次课）本课程共32学时，其中讲授26学时，实验6学时 主讲教师：刘文婷章 节第二章液压泵课时4授课班级2009级汽服5班、2009级学分互认7班、2009级专科1班授课日期2011-3-15/22教学目的了解：动力元件在系统中的作用、各类液压泵的性能比较及应用。理解：动力元件的典型结构。掌握：动力元件的工作原理；动力元件基本性能参数的基本含义、计算方法。教学重点动力元件的工作原理；动力元件基本性能参数的基本含义、计算方法。教学难点液压泵的输入功率、输出功率、效率的关系，液压泵的选用原则。教学手段讲授、多媒体、启发式、自学作业P280习题2-9；又补充一题主要参考书目及网络资源汽车液压与气压传动，齐晓杰编著，机械工业出版社，2005年。/yykj/onlinelearn/lesson/bysheji/ZSWJ/new/ch3.htm教学内容及过程复习上堂内容、组织教学、导入本堂并提出本章的学习建议（5分钟）1.工作原理方面：明确动力元件是依据什么原理工作的；2.基本性能方面：掌握性能参数的基本含义、计算和实验方法；3.典型结构方面：注意不同物理结构带来的特殊问题；4.在系统中的作用方面：清楚动力元件的能量转换性和能源性。3.1概述（40+20分钟）导入并讲解作用：用“液压和气压传动系统能量形态变化情况”图，讲解动力元件的作用。动力元件是指液压系统的液压泵和气压系统的气源装置，是能量转换元件。它们由电动机或柴油机驱动，把输入的机械能转换成油液或气体的压力能再输入到系统中去，为系统的执行元件提供动力。液压泵都是依靠密封容积的变化来工作的，故一般称为容积式液压泵。一、液压泵的工作原理 动画演示 由动画演示可知，液压泵是通过密封容积的变化来完成吸油和压油的，其排油量的大小取决于密封腔的容积变化值，因而又称为容积泵。强调工作必备条件。液压泵正常工作必备的条件是：(1)具有密封容积；(2)密封容积能交替变化；(3)吸压油腔要相互分开并且有良好的密封性。二、液压泵的种类和图形符号 液压泵种类很多，若按泵的结构形式，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵和凸轮转子泵等；若按泵的输出流量能否调节，可分为定量泵和变量泵；若按泵的额定压力的高低，又可分为低压泵、中压泵和高压泵。液压泵的图形符号如图所示。三、液压泵的性能参数讲清液压泵的基本性能参数，使学生掌握以下几点：1.压力：主要包括：液压泵的压力参数主要包括哪两种？液压泵的工作压力是如何变化的？（1）工作压力：指液压泵出口处的实际压力值。 工作压力值取决于液压泵输出到系统中的液体在流动过程中所受的阻力。阻力(负载)增大，则工作压力升高；反之则工作压力降低。（工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。）（2）额定压力：指液压泵在连续工作过程中允许达到的最高压力。额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。 最高允许压力：在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值。吸入压力：泵吸入口处的压力。由于液压传动的用途不同，液压系统所需要的压力也不同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级。但随科技的不断发展和对液压传动系统的要求的不断提高，压力分级也在不断变化。压力等级如表3.1所示。压力分级 低压 中压 中高压 高压 超高压 压力（MPa） 2.5 2.58 816 1632 32 总结本节内容（5分钟）复习上堂内容、组织教学、导入本堂并提出本章的学习建议（5分钟）本堂内容三、液压泵的性能参数（20分钟）2.排量和流量：主要包括：什么是液压泵的排量和流量？什么是流量损失？了解流量损失的影响因素。（1）排量V：指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。 可见，排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。排量的常用单位是（ml/r）。 （2）理论流量qt：指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积，即 （3）实际流量q：指单位时间内液压泵实际输出油液体积。 由于工作过程中泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏量q（泵的工作压力越高，泄漏量越大）， 使得泵的实际流量小于泵的理论流量，即 显然，当液压泵处于卸荷（非工作）状态时，这时输出的实际流量近似为理论流量。（4）额定流量qn：泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。（5）瞬时流量qin：泵在每一瞬时的流量，一般指泵瞬时理论(几何)流量。3.功率：（1）理论功率：（2）输入功率Pi驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油机给出，即 （3）输出功率po液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出口压差p的乘积。 当忽略能量转换及输送过程中的损失时，液压泵的输出功率应该等于输入功率，即泵的理论功率为 ：式中,液压泵转动的角速度；Tt液压泵的理论转矩。式中,液压泵转动的角速度；Tt液压泵的理论转矩。4效率实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。（1）容积损失：主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失的大小用容积效率表征，即 式中取泄漏量q=klp。这是因为液压泵工作构件之间的间隙很小，泄漏液体的流动状态可以看作是层流，即泄漏量和泵的工作压力p成正比。kl是液压泵的泄漏系数。（2）机械损失：指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机械损失的大小用机械效率表征，是泵所需要的理论转矩和实际转矩之比，即 式中，T是损失掉的转矩。（3）总效率：泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即 液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。 5.液压泵的性能曲线理解性能曲线液压泵的容积效率、机械效率、总效率、理论流量、实际流量和实际输入功率与工作压力的关系曲线如图所示。（1）液压泵在零压时： 实际流量等于理论流量，容积效率100；（2）总效率开始随压力p的增大很快上升，接近液压泵的额定压力时总效率最大，达到最大值后，又逐步降低。例题3.13.2齿轮泵（70分钟）结构特点及分类内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较，有：体积小，流量脉动小，噪声小，但加工困难，使用受到限制。 外啮合齿轮泵应用较广，本章着重介绍它的工作原理、结构特点和性能。一、结构及工作原理：动画演示1.结构：以实物解剖图片介绍外啮合齿轮泵的结构2.工作原理：用动画演示其结构组成及工作原理。为下一次课进行其结构分析奠定基础。吸油腔：轮齿脱离啮合密封容积增大局部真空吸油；齿轮的转动，把油液带到另一侧；压油腔：密封容积减小-压油。二、齿轮泵的流量和排量：根据泵的结构，讲解如何计算齿轮泵的流量、排量。并讲解例题3.21.排量：液压泵每转一周所排出的液体体积。 式中，D齿轮节圆直径；h齿轮齿高； B齿轮齿宽； Z齿轮齿数；m齿轮模数由于齿间容积比轮齿的体积稍大，所以通常修正为：2.流量q齿轮泵的实际流量为q是齿轮泵的平均流量，实际上，齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。设(qmax)sh 和(qmin)sh 分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率q：三、齿轮泵的结构特点：了解1.齿轮泵的泄漏及通道：动画演示（1）一部分液压油从压油腔流回吸油腔，没有输送到系统中去。（2）外啮合齿轮泵的泄漏途径：泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏： 10%-15%；齿面啮合处间隙的泄漏：很少；齿轮端面间隙的泄漏，70%-75%。 （3）减小端面泄漏是提高齿轮泵容积效率的主要途径。2.径向不平衡力：动画演示用齿轮泵受力分析图说明，产生径向不平衡力的原因、减小径向不平衡力的措施。原因：在压油腔和吸油腔之间存在着压差； 泵体内表面与齿轮齿顶之间存在着径向间隙。定义：液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不平衡力。减小的方法：缩小压油口的直径；增大泵体内表面与齿轮齿顶圆的间隙；开压力平衡槽。3.困油现象：动画演示用齿轮泵结构图说明，困油现象的定义、危害、产生的原因、如何消除。四、提高外啮合齿轮泵工作压力的措施关键：有效降低内部的端面泄漏。方法：采用端面间隙自动补偿装置。工作原理：把泵内压油腔的压力油引到轴套外侧或侧板上，从而自动补偿端面磨损和减小端面间隙。效果：齿轮泵额定压力可达1016MPa，容积效率不低于0.9。五、内啮合齿轮泵：（了解）动画演示种类：有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种。 用动画和实物图片分别演示和讲解。六、螺杆泵：（了解）动画演示总结、布置作业（5分钟）复习上堂内容、组织教学、导入本堂并提出本章的学习建议（5分钟）3.3叶片泵（50分钟）先简单介绍叶片泵的特点，再讲解叶片泵的分类，后导入本堂。一、双作用叶片泵1.组成：用实物结构图、动画等讲解，由定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等组成。定子内表面由两段长半径R圆弧、两段短半径r圆弧和四段过渡曲线八个部分组成。2.工作原理：动画演示用双作用叶片泵的原理图及二维动画，讲解双作用叶片泵的工作原理。密封容积形成：两叶片之间和转子的外圆柱面、定子内表面及前后配油盘形成。容积增大；容积减小。转子每转一周，每个密封工作腔吸油、压油各两次-双作用叶片泵。泵的两个吸油区是径向对称的，因而作用在转子上的径向液压力平衡-平衡式叶片泵。3.排量、流量的计算用平面彩图讲解双作用叶片泵的平均流量计算。排量 V=2(R2-r2)B （不考虑叶片厚度）式中： R、r分别为定子的大、小圆弧半径； B：定子宽度。 让学生思考考虑叶片厚度时排量的计算流量： 理论流量qt： qt=Vn=2(R2-r2)Bn实际流量q： q=qtpv=2(R2-r2)pv 式中：n为转速； pv：泵的容积效率4.双作用叶片泵的结构特点（了解）-用平面图和实物解剖图讲解考虑流量的脉动, 双作用叶片泵的叶片数均为4的倍数，一般为12或16片。配油盘： a) 封油区所对应的夹角必须等于或稍大于两个叶片之间的夹角. b) 叶片根部与高压油腔相通，保证叶片紧压在定子内表面上。 c) 在配油盘上开卸荷三角槽。定子工作表面（内）曲线要求: a) 叶片不发生脱空 ； b) 获得尽量大的理论排量； c) 减小冲击，以降低噪声，减少磨损 d) 提高叶片泵流量的均匀性，减小流量脉动。 常用定子的过渡曲线有：阿基米德曲线、等加速-等减速曲线、正弦曲线、高次曲线等。 叶片倾角： 叶片在转子中的安放应当有利于叶片的滑动，磨损要小。 倾角：叶片与径向半径的夹角。 通常将转子槽按旋转方向倾斜角。即：将叶片顺着转子转动方向前倾一个角度。液压泵的叶片倾角一般取为1014。二、单作用叶片泵1.结构：要点：（和双作用叶片泵对应讲解）定子内表面是圆形。转子与定子之间的偏心距e大小决定油泵流量大小。若e=0，则流量=0。(补)转子与定子之间的偏心距方向决定油泵的吸排方向。2.工作原理：动画演示用单作用叶片泵组装、运动三维动画演示单作用叶片泵的结构和工作原理。3.排量、流量的计算（主要课下学习、了解）4.特点：（了解）考虑流量脉动，单作用叶片泵的叶片数为奇数，一般为13或15片；改变偏心便可改变流量。偏心反向时，吸油压油方向也相反；由于转子受到不平衡的径向液压作用力，所以这种泵一般不宜用于高压。三、单作用变量叶片泵的工作原理用变换的平面图演示并讲解单作用叶片泵的变量原理。可达到生动直观的效果，使学生易于接受。3.4 柱塞泵（20分钟）先简单介绍原理、特点及应用，以导入本节，后用动画演示讲解轴向柱塞泵的结构及工作原理。 原理：依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的。特点：工作压力高；易于变量；流量范围大；存着在对油污染敏感和价格较昂贵等缺点. 种类：径向柱塞泵、轴向柱塞泵1.轴向柱塞泵：动画演示、平面图结构：配油盘4、柱塞3、缸体2、倾斜盘1等工作原理： 密封容积形成密封容积变化 吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体 底部的通油孔 种类：斜盘式、斜轴式2.径向柱塞泵 3.5各类液压泵的性能比较及应用（了解）（20分钟）液压泵的应用可以分为两大类：固定设备用液压装置： 如各类机床、液压机和轧钢机等；移动设备用液压装置： 如起重机、 车辆和各种工程机械等。液压泵的选用原则（补）根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。 1. 液压泵的类型选择 2. 液压泵的工作压力 3. 液压泵的流量 总结第三章、布置作业（5分钟）课后体会动力元件种类多、结构复杂，通过多媒体动画演示原理，典型元件展示等途径为学生提供直观认识的条件，解决教学过程中的难点问题。电子教案（第六次课）本课程共32学时，其中讲授26学时，实验6学时 主讲教师：刘文婷章 节第三章液压马达与液压缸课时2授课班级2009级汽服5班、2009级学分互认7班、2009级专科1班授课日期2011-3-29教学目的了解：执行元件在系统中的作用。理解：缸的设计计算。掌握：缸的基本性能参数的基本含义和计算方法；马达的主要性能参数的含义及计算。教学重点缸的基本性能参数的基本含义和计算方法。教学难点缸的设计计算教学手段讲授、多媒体、自学作业P280：3-1、3-2、3-4主要参考书目及网络资源汽车液压与气压传动，齐晓杰编著，机械工业出版社，2005年。/yykj/onlinelearn/lesson/bysheji/ZSWJ/new/ch4.htm教学内容及过程复习上堂内容、组织教学并导入本堂（5分钟）学习要求：掌握执行元件的工作原理、在系统中的作用；了解执行元件的基本性能、结构特点及设计过程。学习建议：工作原理方面：明确执行元件是依据什么原理工作的；基本性能方面：掌握性能参数的基本含义、计算；结构特点方面：注意不同物理结构带来的特殊问题；在系统中的作用方面：清楚执行元件的能量转换性和输出的运动方式。4.1 液压缸液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是流体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。液压缸的活塞能完成直线往复运动，输出的直线位移是有限的。了解液压缸的分类与特点重点讲解往复远动速度一、液压缸的分类（10分钟）用示意图讲解各种类型液压缸，给学生感性认识。按结构形式：活塞缸、柱塞缸、摆动缸按作用方式：单作用、双作用二、活塞式液压缸 （50分钟）1.种类： 根据其使用要求不同：双杆式、单杆式。 固定方式不同：缸筒固定、活塞杆固定。2.结构：主要由缸体、活塞、活塞杆等零件组成。3.双杆式活塞缸：动画演示（1）结构特点：活塞两端都有一根活塞杆伸出。（2）结构组成：主要由缸体4、活塞5、和两个活塞杆1等零件组成，活塞5和活塞杆1用开口销8连接。活塞杆1分别由导向套7和9导向，并用V型密封圈6密封，螺钉2用于V型密封圈的松紧。两个端盖3上开有进出油口。 （3）工作原理：当液压缸右腔进油、左腔回油时，活塞左移；反之，活塞右移。（4）运动范围缸体固定工作台往复运动范围约为活塞有效行程的三倍。活塞杆固定工作台往复运动的范围约为缸体有效行程的两倍。（5）结论：如两边活塞杆直径相同，则活塞两端的有效作用面积相同。若左右两端分别输入相同压力和流量的油液，则活塞上产生的推力和往返速度也相等。双杆式活塞缸常用于往返速度相同的场合，如用来驱动外圆磨床的工作台等。（6）速度推力特性：液压缸有效作用面积：A=A1=A2=（D2-d2）/4往复运动推力：F1=F2=pA=p（D2-d2）/4往复运动速度：v1=v2=q/A=4q/(D2-d2)4.单杆活塞式液压缸用彩图重点讲解单杆活塞式液压缸三种工况下的牵引力及速度计算。单活塞杆式液压缸，仅一端有活塞杆，两腔工作面积不等。A1=D2/4；A2=（D2-d2）/4；A3=d2/4当无杆腔进压力油、有杆腔回油时：F1=pA1=pD2/4；v1=q/A1=4q/D2活塞的运动速度较慢，能克服的负载较大，常被用于实现机床的工作进给。当有杆腔进压力油、无杆腔回油时：F2=pA2=p（D2-d2）/4 v2=q/A2=4q/(D2-d2)活塞的运动速度较快，能克服的负载较小，常被用于实现机床的快速退回。当左 右两腔同时进压力油时：形成差动连接，F3=pA3=pd2/4 v3=q/A3=4q/d2活塞实现快速进给，常用于快进。 三、柱塞式液压缸（10分钟）柱塞式液压缸，其内壁不需要精加工，结构简单，制造容易。 推力：F=pA=pd2/4 速度：v=q/A=4q/d2它只能在压力油作用下单方向运动，需借助于运动件的自重或其它外力的作用，常成对使用，特别适用在行程较长的场合。四、摆动式液压缸（10分钟） 摆动式液压缸，在压力油的作用下，可推动转子叶片在一定角度（360）范围作摆动。可用于机床的回转夹具，专用机械手的手臂和手腕回转机构。五、组合式液压缸（10分钟）（1）用彩图讲解增压缸的增压原理及增压比计算。（2）用彩图讲解多级伸缩缸工作原理、伸出及缩回动作顺序。（3）用彩图讲解齿条活塞缸结构原理。总结、布置作业（5分钟）复习上堂内容、组织教学并导入本堂（5分钟）4.2液压马达一、特点：（10分钟）相同点：1.从原理上讲，马达和泵是可逆的。泵用电机带动，输出的是压力能（压力和流量）；马达输入压力油，输出的是机械能（转矩和转速）。2.从结构上看，马达和泵是相似的。具有同样的基本结构要素密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。不同点1.泵是能源装置，马达是执行元件。2.性能要求不同：马达需要正反转（内部结构需对称），泵一般是单向旋转。；马达的轴承结构，润滑形式需保证在很宽的速度范围内使用，而泵的转速虽相对比较高，但变化小，故无此苛刻要求。泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要求。 由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。二、分类（5分钟）1.液压马达也可按其结构类型分为：齿轮式、叶片式、柱塞式和其他型式2.液压马达按其额定转速分为：高速液压马达（额定转速高于500r/min）、低速液压马达（额定转速低于500r/min）三、工作原理（叶片式液压马达）（10分钟） 当压力油输入两个高压窗口时，叶片1和3顺时针方向的转矩;叶片7和5相同的转矩；两者共同驱动转子旋转，带动外负载作功。叶片2和6：两侧作用的液压力平衡，故不产生转矩。四、液压马达的性能参数 （15分钟）1.工作压力与额定压力：2.排量、流量：排量V：马达的轴每转一周，按几何尺寸计算所进入的液体容积。有时称之为几何排量、理论排量。理论流量：qt=Vn 实际流量：q=qt/v3.输出的理论转矩：Tt=PV/2 P:液压马达进、出油口之间的压力差4.实际转矩 ： T=Ttmm=PVmm/2 式中：mm为液压马达的机械效率(%)。 5.功率：输入-输出 6.总效率：总结本章内容、布置作业（5分钟）课后体会讲解内容重点突出，且配以动画，效果较好。 电子教案（第七、八、九（1）次课）本课程共32学时，其中讲授26学时，实验6学时 主讲教师：刘文婷章 节第四章液压控制阀课时5授课班级2009级汽服5班、2009级学分互认7班、2009级专科1班授课日期2011-4-6/12/19（1）教学目的了解：插装阀、电液控制数字阀、电液比例控制阀。理解：控制调节元件的基本特性、结构区别、应用区别。掌握：控制阀的分类及各种控制阀的结构和工作原理。教学重点