《液压与气压传动（第2版）》教案 第5课 拆装齿轮泵-齿轮泵

5拆装齿轮泵——齿轮泵第课PAGE15拆装齿轮泵——齿轮泵第课PAGE15拆装齿轮泵——齿轮泵第课PAGE35拆装齿轮泵——齿轮泵第课PAGE3PAGE45第课PAGE45第课拆装齿轮泵——齿轮泵

课题拆装齿轮泵——齿轮泵课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：掌握液压泵和啮合齿轮泵的工作原理、特点、分类、性能参数了解啮合齿轮泵主要存在的问题及解决措施思政育人目标：培养学生严谨的学习作风教学重难点教学重点：液压泵和啮合齿轮泵的工作原理教学难点：根据液压泵和啮合齿轮泵的工作原理学会拆装齿轮泵教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→→→传授新知（35min）第2节课：任务导入（5min）→传授新知（22min）→知识拓展（5min）→探索训练（8min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务你在现实生产生活中见过齿轮泵吗？齿轮泵有什么作用呢？当齿轮泵出现问题又如何解决呢？【学生】完成课前任务通过课前的预热，让学生了解本次课所学课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤（2min）【教师】使用文旌课堂APP，让学生登录签到【学生】使用文旌课堂APP签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务导入（8min）【教师】请学生扫描课本44页的“任务工单2-1”，领取任务小黄在即将毕业前进入了红星液压设备厂实习，与师傅老李负责液压泵的检测与维护工作。一天，某公司打来电话，说公司的红星液压设备无法工作。小黄与师傅过去检测后，发现是该设备的齿轮泵出现了故障。他们将齿轮泵带回了公司拆卸，并着手做进一步的检测。（详见教材）【学生】聆听、理解、思考通过互动导入，引导学生思考，调动学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣传授新知（35min）【学生】聆听、理解、记忆液压泵总体概述液压泵的工作原理、特点及分类与人的心脏类似，液压传动系统的动力元件——液压泵是系统不可缺少的核心元件，它将原动机（电动机或内燃机）输入的机械能转换为工作介质的压力能输出，为液压传动系统提供足够流量的液压油，是一种能量转换装置，如图2-2所示。1）液压泵的工作原理如图2-3所示为单柱塞液压泵的工作原理图。【教师】提示学生注意液压泵是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵。【学生】聆听、理解、记忆在图2-3中，柱塞2装在泵体3中形成一个密封容积a，并在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2做往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。（详见教材）2）液压泵的特点由单柱塞液压泵可知容积式液压泵的基本特点，具体如下。①具有若干个可以周期性变化的密封容积，密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油。液压泵输油量只取决于密封容积的变化量及变化频率。（详见教材）【教师】点拨学生液压泵正常工作的三个必备条件液压泵正常工作的三个必备条件：①必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密封容积；②密封容积的大小随运动件的运动做周期性的变化；③吸油腔与压油腔隔开。【学生】聆听、思考、理解、记忆3）液压泵的分类液压泵的种类很多，按其结构不同可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等；按其输出流量能否调节可分为定量泵和变量泵；按其输油方向能否改变可分为单向泵和双向泵；按其额定压力的高低可分为低压泵、中压泵、高压泵等。液压泵的图形符号如图2-4所示（详见教材）。【教师】描述问题，提问学生观察图2-4，定量泵和变量泵的图形符号有什么区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的答案定量泵的图形符号没有向上的箭头，变量泵的图形符号有向上的箭头，注意区分。2．液压泵的性能参数【教师】请学生扫一扫课本48页的二维码扫一扫课本48页的二维码，观看视频了解压力和流量的概念。【学生】观看、理解、思考1）压力（1）工作压力。液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和压油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。（2）额定压力。液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定，连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。液压泵的额定压力受液压泵本身密封性能和零件强度等因素的限制，当液压泵的工作压力超过额定压力时，就会过载。由于液压传动的用途不同，液压传动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，如表2-2所示（详见教材）。（3）最高允许压力。在超过额定压力的条件下，按试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力称为液压泵的最高允许压力。超过此压力，液压泵的泄漏会迅速增加。2）排量和流量（1）排量V。在不考虑液压泵泄漏的条件下，液压泵轴每转一周所排出的液体的体积称为液压泵的排量。排量可以调节的液压泵称为变量泵，排量不可以调节的液压泵称为定量泵。【教师】提示学生注意流量包括理论流量、实际流量、额定流量。接下来分别讲解，请注意区分。【学生】聆听、思考、理解、记忆（2）理论流量。在不考虑液压泵泄漏的条件下，单位时间内所排出的液体体积称为理论流量。详见教材（3）实际流量q。液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出液体的实际体积称为实际流量，它等于理论流量减去泄漏流量，即详见教材（4）额定流量。液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的输出流量称为额定流量。3）液压泵的功率（1）输出功率。功率是指单位时间内所做的功。由物理学知识可知，功率等于力和速度之积。详见教材（2）输入功率。液压泵的输入功率为液压泵轴的驱动功率，其值为详见教材【教师】提示学生注意液压泵在工作中，由于泄漏和机械摩擦会造成能量损失，故其输出功率小于输入功率。【学生】聆听、思考、理解、记忆4）液压泵的效率（1）容积效率。液压泵的实际流量q与理论流量之比称为容积效率，用表示，用以衡量液压泵或液压马达的泄漏大小。【教师】描述问题，提问学生液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大还是减小？液压泵的容积效率会大于1吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小，且随液压泵的结构类型不同而异，但恒小于1。（2）机械效率。机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵在工作时存在机械摩擦，因此驱动泵所需的实际输入转矩必然大于理论转矩。详见教材（3）总效率。液压泵的输出功率与输入功率的比值称为总效率，用表示，用公式表示为详见教材通过老师的讲解，使学生掌握液压泵的工作原理、特点、分类、性能参数第二节课任务导入（5min）【教师】请学生扫描书上50页的二维码，观看视频【学生】观看、思考、理解齿轮泵是液压传动系统中广泛采用的一种液压泵，它一般为定量泵。根据其结构的不同，齿轮泵可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种，其中外啮合齿轮泵应用最广。通过扫描二维码，让学生观看视频，了解齿轮泵传授新知（22min）二、齿轮泵1．外啮合齿轮泵1）外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的外形和内部结构如图2-5所示。外啮合齿轮泵一般采用一对齿数相同的渐开线直齿圆柱齿轮啮合，其工作原理如图

2-6所示（详见教材）。齿轮泵的泵体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封容积。当齿轮按图2-6所示方向旋转时，吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封容积逐渐增大，形成部分真空，油箱中的液压油随即被吸入吸油腔，并将齿间槽充满，完成吸油。【教师】描述问题，提问学生齿轮泵有专门的配流装置吗？为什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答随着齿轮的旋转，齿间槽的液压油被带到压油腔，由于压油腔轮齿逐渐啮合，密封容积不断减少，液压油便从压油腔中被挤出，输送到压油管当中，完成压油。两轮齿的啮合线将吸油腔和压油腔严格分开，起到了配流的作用，故齿轮泵没有专门的配流装置。外啮合齿轮泵的排量为（详见教材）因为轮齿体积稍小于齿谷容积，所以用3.33代替π。设泵的转速为n，则泵的流量为（详见教材）【教师】提示学生注意外啮合齿轮泵中齿数越少，流量脉动率就越大，其值最高可达20%。一般内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。【学生】聆听、理解、记忆【教师】点拨学生外啮合齿轮泵具有结构简单、制造方便、成本低、体积小、重量轻、自吸性能好、对液压油污染不敏感和工作可靠等优点，但其流量和压力脉动率大、噪声大，排量也不可以调节。外啮合齿轮泵主要应用于低压液压传动系统中，如负载小、功率小的机床设备和送料、加紧等非重要场合的机床辅助装置的液压传动系统。此外，在工作环境较差的工程机械上也常有应用。【学生】聆听、理解、记忆2）外啮合齿轮泵主要存在的问题及解决措施（1）径向力不平衡及其解决措施。如图2-7所示（详见教材），在齿轮泵中，液体作用在齿轮外圆上的压力是不相等的，从吸油腔（低压腔）到压油腔（高压腔），压力沿齿轮旋转方向逐渐上升，因此齿轮受到径向不平衡力的作用。工作压力越高，径向不平衡力就越大。径向不平衡力过大时能使泵轴弯曲，齿顶与泵体接触，产生摩擦；同时也加速轴承的磨损，这是影响齿轮泵寿命的主要原因。解决径向力不平衡的措施主要有以下几点。（详见教材）【教师】提示学生注意平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价的。【学生】聆听、理解、记忆（2）困油现象与卸荷措施。若齿轮重合度ε>1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸油腔、压油腔均不相通的闭死容积，称为困油容积。随齿轮转动，困油容积的大小会发生变化，先由大变小，后由小变大，如图2-9（a）所示。困油容积由大变小时液压油受挤压，导致压力冲击和液压油发热；困油容积由小变大时，会引起气蚀和噪声。困油现象可通过在齿轮泵前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽来加以解决，如图2-9（b）所示。【教师】提示学生注意开设卸荷槽的原则：当困油容积由大变小时，卸荷槽与压油腔相通；当困油容积由小变大时，卸荷槽与吸油腔相通。【学生】聆听、理解、记忆（3）端面泄漏及端面间隙的自动补偿。【教师】描述问题，提问学生结合齿轮泵的工作原理，思考齿轮泵存在可能产生泄漏的部位有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答齿轮泵存在三个可能产生泄漏的部位：一是齿轮齿面啮合处的间隙；二是泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；三是齿轮两端面和端盖间的端面间隙。在三类间隙中，以端面间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的75%～80%。齿轮泵的压力越高，间隙就越大，造成的泄漏就越大。因此齿轮泵一般只适用于低压液压传动系统。解决端面泄漏可采用端面间隙自动补偿装置，如轴套或侧板，如图2-10所示（详见教材）。其原理都是因液压油压力使轴套或侧板紧贴齿轮端面，压力越高，贴得越紧，因而能自动补偿端面磨损和减小间隙。2．内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵（又称摆线转子泵）两种，其结构组成如图2-11所示。在渐开线齿轮泵中，小齿轮和内齿环之间有一个月牙形隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开。当小齿轮带动内齿环绕各自的中心同向旋转时，左上部轮齿退出啮合，形成真空，从吸油窗口吸油；进入齿槽的液压油被带到压油腔，右上部轮齿进入啮合，容积减小，从压油窗口排油。（详见教材）【教师】点拨学生内啮合齿轮泵结构简单、噪声低、输油平稳、自吸性能好、转速高，可作为动力泵、润滑泵和冷却泵使用。内啮合齿轮泵广泛应用于机床、变速箱、压缩机、传动机械、起重装卸机械以及其他低压液压传动系统中。【学生】聆听、理解、记忆【教师】思政讲堂，详见教材【学生】聆听、理解、记忆通过讲解，让学生掌握齿轮泵的工作原理知识拓展（5min）【教师】拓展讲解齿轮泵中齿轮的发展为了制造出高端齿轮，改变我国高端齿轮产品大量依赖进口的现状，重庆大学机械工程学院教授、博士生导师曹华军，已在机床及机械传动领域潜心研究多年。从2010年起，曹华军开始带领团队展开攻关，并最终研发出了齿轮高速干式滚切工艺。应用该技术，在切削加工过程中，可不使用切削液，没有污染且能提高加工效率。与传统湿切方式相比，应用此技术后，滚刀的使用寿命可延长2～5倍，节约加工成本20%～30%。此外，曹华军和他的团队还与重庆机床（集团）有限责任公司合作研制出了复合高速干切机床，填补了国内空白，打破了国内高端干切机床依赖进口的局面。目前，该系列机床装备在国内的市场占有率超过50%，可完全替代进口。【学生】聆听、理解、记忆通过拓展知识的讲解，丰富学生的认知探索训练（8min）【教师】齿轮泵的应用一、小组活动（1）学生以小组为单位，每4～6人一组，互相讨论查找有关齿轮泵在生产生活中的应用并进行整理，以加深对齿轮泵的了解。（2）各小组成员在组内轮流发言，阐述自己找到的齿轮泵的使用案例。（3）在学生讨论期间，教师需要参与到每组的讨论中，及时为学生答疑解惑。【学生】聆听、思考、讨论通过小组活动，让学生主