《液压传动》教案.docx
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《液压传动》教案
教学目的:
通过学习液压传动工作原理及组成，了解液压传动的基本原理，掌握液压传动的定义，熟悉液压传动的基本组成，为学生顺利理解液压传动总体架构提供保障。
重点:
液压传动的工作原理。
难点:
液压传动的组成。
授课方法:
讲解为主、善于互动、回顾总结、解惑精练
授课时数:
4学时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●课程介绍、学习要求：
上课听懂、及时复习、反复巩固。
●液体传动与机械传动优缺点比较：
调速、缓冲、布置、漏油、维修等。
●前言知识：
机器的组成：
原动机、传动机构、工作机构
传动的作用：
1、传递动力；2、转换运动状态（方式和位置）；3、调节速度、方向等。
任务一液压传动基础知识
§1-1什么是液压传动
一、液压传动的工作原理
【举例】液压千斤顶
【分析】液压千斤顶的工作原理。
截止阀关闭时：
若下压：
小缸向大缸压油，载荷上行。
若上抬：
油箱向小缸补油，载荷不动。
截止阀打开时，载荷下行。
【问题】为什么能实现力的放大？
力的放在倍数等于多少？
两缸速度、行程比又分别等于多少？
【定义】液压传动：
以液体为工作介质，借助于密封工作空间的容积变化和油液的压力来传递能量的传动方式。
二、液压传动的组成及图形符号
1、组成
【分析】动力传递路线图。
原动机→动力元件→控制调节元件→执行元件→工作机构
动力元件：
液压泵，将原动机的旋转机械能转化成液压能输出。
执行元件：
液压缸、液压马达，将液压能转化成机械能输出。
液压缸实现往复直线运动或往复摆动，液压马达实现连续回转运动。
控制调节装置：
液压阀，控制调节系统方向、压力和流量。
辅助装置：
油箱、油管、过滤器、蓄能器等。
【分析】液压传动不包括原动机和工作机构。
【分析】液压缸所作的运动不能仅理解为作往复直线运动，说成往复运动反而是正确的。
【分析】液压阀不是能量转换元件，但其液压能的肯定会减小。
2、符号
每一元件均用规定的符号来表示。
【举例】节流阀、溢流阀、三位四通换向阀。
三、液压传动的优缺点
1、优点
1、调速范围广；2、易于总体布置；3、能缓冲吸振；4、体积小、重量轻；5、操作简便省力；6、元件标准化、系列化、通用化。
2、缺点
1、泄漏大、能量损失大、发热大、效率低；2、制造精度高，不易检修；3、受温度影响较大；4、有时噪音大。
§1-2液压油
一、液压油的性质
1、了解密度和重度的概念，知道液体的压缩性和热膨胀性；掌握液体粘度的表示方法、与温度和压强的关系；
2、了解液压油的基本要求及其选用原则；
●总结
●布置作业
●教学后记
液压与液力传动课是机械专业一门重要的课程，今天通过一些事例，初步使学生对这门课程发生了兴趣。
今后有必要在教学中向学生不断灌输有关专业理念，使学生热爱液压课，也热爱机械专业。
课题:
§1-3液体传动的基本参数
§1-4静止液体的力学性质
§1-5流动液体的连续原理及压力损失
教学目的:
通过学习液体静力学、液体动力学和压力损失的计算，掌握液体压力、压力的表示方法及力的计算方法，为元件的结构及油路的分析提供依据。
重点:
液压作用力、流量、流速的计算。
难点:
压力损失的计算。
授课方法:
讲练结合
授课时数:
4学时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●复习、引入新课
●讲授新课
§1-3液压传动的基本参数
一、液体的压力
液体在单位面积上所受的力称为压力。
P=F/A
【分析】各种常用单位换算。
1MPa＝106Pa
1个大气压＝1.0133×105MPa≈105Pa
1kg/cm2=0.98×104MPa≈105Pa
【结论】1个大气压≈1kg/cm2
【说明】在企业里，有时将1kg/cm2读成1公斤，虽不规范，但约定俗成。
二、流量
流量Q=V/t，流速υ=Q/A（注意单位的划算）
三、功和功率
了解液体功和功率的含义
§1-4静止液体的力学性质
一、液体静压力特性
1、液体静压力永远垂直于乘压表面；
2、静止液体中，任何一点所受到的各个方向的压力都相等；
二、静止液体压力的表达式
【分析】回顾中学所学知识点P=ρgh
三、压力的两种计算基准
●绝对压力：
包含大气压力。
●相对压力：
又称表压力，相对压力=绝对压力-大气压力
●真空度：
当绝对压力低于大气压力时，绝对
压力不足大气压力的那一部分值。
【举例】液压泵吸油口压力的三种表达方法。
四、液压油作用在平面和曲面上的力
液体作用力等于液体压力与作用面积的乘积。
【举例】液压缸、液压球阀芯、锥阀芯。
§1-5流动液体的连续原理及压力损失
一、流动液体的连续原理
【分析】单位时间内流经密封管路任一截面的
液体质量处处相等。
qv=常数
【结论】在单个连续液流通道内，流量处处相等。
【注意】液体分流、集流时，流入节点的流量
等于流出节点的流量。
Σqv入＝Σqv出
二、液体的流动状态
1、层流：
指液体在流动时呈不混杂的线状或层状流动。
2、紊流：
指液体作混杂紊乱状态的流动。
3、雷诺数Re：
用以判断层流和紊流
三、直管压力损失
1、层流状态的压力损失；
2、紊流状态的压力损失；
【分析】掌握直管层流状态和紊流状态的压力损失影响因素有哪些
四、局部压力损失
【分析】什么是局部压力损失？
受到哪些因素的影响？
●布置作业
●教学后记
此处有关压力的概念与中学物理中所讲的内容存在一定的区别，要使学生在及时适应，否则很可能造成学习上的障碍。
流量、流速的计算，虽然在讲解例题时花费了一定的时间，但通过举一反三，为今后的学习打下了良好的基础。
课题:
任务二液压泵和液压马达
§2-1概述
§2-2齿轮泵与齿轮马达
教学目的:
通过学习液压泵概述，熟悉液压泵的基本工作原理和分类，掌握齿轮液压泵基本工作原理及结构特点，了解齿轮马达的工作过程并与齿轮泵进行比较。
重点:
液压泵的基本工作原理。
难点:
液压泵基本性能参数指标。
授课方法:
讲授、观察、讨论及练习
授课时数:
4学时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●复习、引入新课
●讲授新课
第二章液压泵和液压马达
第一节液压泵概述
一、液压泵基本原理
【复习】液压泵、液压马达原理上相反，结构上相同或相似。
【分析】柱塞泵工作原理图。
容积增大－吸油
容积减小－压油。
基本原理－依靠密封工作空间的容积变化实现吸、压油。
【推论】液压泵实现工作必须具备两个条件：
1、有能形成容积变化的密封工作空间；
【分析】有些结构吸、压油腔分别设置，如齿轮泵、叶片泵，有些则混合设置，如柱塞泵。
2、有与密封工作空间相协调的配流装置。
【分析】配流装置起到连接油口与容积空间的作用，通常以配流盘（轴）的形式出现。
二、液压泵的分类
1、按结构分，有齿轮式、叶片式、柱塞式等；
【分析】这三类泵结构和额定压力逐渐增大，性能也由差到优，但价格也由低到高。
2、按油口能否反接、泵轴能否反转分，有单向泵、双向泵；
【判定】结构是否完全对称。
【说明】液压泵一般为单向泵。
3、按排量能否可调分，有定量泵、变量泵；
【定义】排量：
泵轴每转一圈所通过的油液体积,用V来表示。
单位：
m3/r
4、按额定压力分，有低压泵、中压泵、中高压泵、高压泵。
【绘制】液压泵四个职能符号。
【分析】体积大，说明排量大，额定压力大，但实际工作压力和流量不一定大。
三、基本性能参数
1、实际工作压力
液压泵的实际工作压力由负载决定，负载是指油液流动中所受的一切阻力。
2、实际输出流量：
qv=qvtηv=vnηv
qvt－理论输出流量
ηv－容积效率
3、功率
P入=T*2πnP出=pqv=pvnηv
4、效率
η=P出/P入=ηv*ηm
ηm－机械效率
5、压力与流量的关系
【分析】若载荷增大：
压力增大，泄漏增大，流量减小，容积效率下降。
§2-2齿轮泵
一、齿轮泵
（一）工作原理
轮齿分离，产生真空度而吸油；
轮齿啮合，油液受到挤压而压油。
【分析】大致结构、闭死空间压力。
【分析】由于齿轮齿数较多，转速较高，故实际吸油能力能够满足需要。
（二）困油现象与清除
理解困油现象的原因
【分析】如何解决困油现象。
（三）径向受力平衡问题
【分析】减少径向力不平衡方法：
缩小压油口或者是适当增加径向间隙。
（四）端面间隙的补偿问题
【分析】端面间隙的补偿为什么需要补偿。
二、齿轮马达的工作原理和结构特点
（一）工作原理
【分析】与液压泵可逆
（二）齿轮马达的结构特点
●总结
●布置作业
●教学后记
本堂课感觉在以下问题上易产生误解：
一是变量泵是指排量可调，而非流量可调；二是泵的压力决定负载，而非额定压力；三是泵的效率既包含机械效率，又包含容积效率。
这些问题如不在现在就强调清楚，就有可能导致后续概念的联锁错误。
课题:
§2-3叶片泵和叶片马达
§2-4轴向柱塞泵
§2-5液压泵和液压马达的选用与维护
教学目的:
通过学习叶片泵、轴向柱塞泵，掌握这两种泵的结构原理和特点，弄清单作用叶片泵与双作用叶片泵的区别，掌握如何正确选择和使用液压泵、液压马达。
重点:
叶片泵（两种）的工作原理
难点:
轴向柱塞泵
授课方法:
讲解、观摩、练习和讨论相结合
授课时数:
4学时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●复习、引入新课
●讲授新课
§2-3叶片泵
一、双作用叶片泵及工作原理
（一）工作原理：
利用相邻叶片间的容积变化吸压油。
【分析】由于转子每旋转一圈要进行两次吸、压油，故为双作用式。
（二）结构：
【分析】吸油口在左，压油口在右，故需要两个配流盘。
1、左泵体+左配流盘+定子（转子、叶片）+右配流盘+右泵体
2、油液流动路线：
吸油口→左泵体内腔→左配流盘两个吸油窗口→两个密封容积增大区域
两个密封容积增大区域→右配流盘两个压油窗口→右泵体内腔→压油口→
【分析】每个配流盘均有两个吸、两个压。
二、单作用叶片泵及工作原理
与双作用泵的区别：
定子内表面、存在偏心距、叶片后倾、单作用、配流盘为1个，吸、压油窗口也只各1个、变量泵、径向力不平衡。
三、叶片泵的特点
1、优点：
流量均匀，运转平稳，噪声小，结构紧凑，容积效率较高；
1、缺点：
结构复杂，零件制造精度高。
四、叶片马达
1、工作原理
【分析】注意和叶片泵的比较
2、结构特点
§2-4柱塞泵
斜盘式轴向柱塞泵（XB型）
一、工作原理
圆盘倾斜，缸体旋转，柱塞往复运动，柱塞底部容积变化而吸压油。
【介绍】柱塞底部容积变化不断在进行增大、减小，也即吸、压处于同一个容积空间。
二、XB型泵的结构
1、总体结构：
【分析】主体部分＋变量部分。
【注意】配流盘通过短销固定在右泵体上；因吸、压油口均在右泵体上，因而仅需一个配流盘。
2、回程弹簧的作用：
1）使柱塞头部贴在斜盘上，保证柱塞能够外伸吸油。
弹簧力→内套→钢球→回程盘→滑靴→斜盘
【分析】依靠斜盘的作用，柱塞是可以自行内缩的，但如果无此弹簧力的作用，柱塞显然不会自行外伸，因而就不会产生吸油。
2）使缸体贴在配流盘上，使泵同时具有较低的泄漏和摩擦。
弹簧力→外套→缸体→配流盘
【分析】弹簧力虽然较大，但对于体积很大的柱塞泵来，显然不会使机械效率有明显地下降。
但却使泄漏有明显地减少，容积效率大幅度提高。
3、为减少因压力突变而产生的冲击，配流盘吸、压油窗口前各开一个阻尼小孔，并使实际上的封油区处于垂直对称位置。
三、特点
1、单向泵：
配油盘结构不对称。
2、变量泵：
改变斜盘斜角，调节柱塞行程。
3、高压泵：
Pe=32MPa.即使承受高的压力，也具有较低的摩擦和泄漏。
§2-5液压泵和液压马达的选用和维护
一、液压泵和液压马达的选型
二、液压泵和液压马达的使用
三、液压泵与液压马达的常见故障及排除
四、常用液压泵与液压马达的型号说明
【分析】了解常见液压泵和液压马达型号的表示意义。
●总结
●布置作业
●教学后记通过学习叶片泵、轴向柱塞泵，掌握这两种泵的结构原理和特点，弄清单作用叶片泵与双作用叶片泵的区别，掌握如何正确选择和使用液压泵、液压马达。
课题:
任务三液压缸
§3-1液压缸的类型及其特点
§3-2液压缸的结构与组成
教学目的:
通过学习液压缸，掌握活塞式液压缸的组成、工作原理和典型结构，以便为今后使用、维修活塞式液压缸的提供帮助。
重点:
活塞式液压缸的结构分析。
难点:
活塞式液压缸的特点。
授课方法:
讲练结合
授课时数:
4学时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●复习、引入新课
●讲授新课
第三章液压缸
§3-1液压缸的类型及其特点
一、活塞式
1、双杆液压缸
有缸体固定与杆固定。
【分析】两者的区别：
1）运动方向相反；
2）缸体固定时，采用的油管无限制，杆固定时；采用的油管一般就为软管。
3）杆固定时，油口有时不得不开在活塞杆上；
4）杆固定时，活塞杆一般为空心管；
5）缸体固定时，移动范围为3L。
杆固定时，移动范围为2L；
6）缸体固定一般应用中小型设备，杆固定一般应用大中型设备。
2、单杆液压缸
【分析】两腔面积相等，速度、油压难以相等，
但与载荷易于连接，且能够适当偏转。
1）有杆腔进油时：
工进、慢进
速度：
V1=4qV/πD2
2）无杆腔进油时：
快退
速度：
V2=4qV/π（D2-d2）
3）差动连接时：
快进
速度：
V3=4qV/πd2
【分析】当D=
d，或d=0.7D时，可实现V1=V2=2V3
二、柱塞式液压缸
【分析】是单作用油缸，它的回程需要外力的作用
三、伸缩式液压缸
伸出时：
先粗后细，先慢后快，压力先小后大。
缩回时：
与上相反。
【分析】应用于自卸车上
四、齿条式液压缸
实现有限角度的旋转运动。
【分析】多应用于汽车动力转向器实验台上
§3-2液压缸的结构与组成
一、液压缸的结构
1、单杆双作用用活塞式液压缸。
总体结构：
缸体、缸盖、活塞、活塞杆、支承套。
密封方式、支承方式、连接方式、排气方式、缓冲方式等。
2、单作用伸缩套筒缸
双作用伸缩套筒缸
二、液压缸的组成
1、缸筒组件
2、活塞组件
3、耳环与绞轴
4、排气装置
【分析】对以上组成部分，注意掌握其结构特点和各自的作用。
●总结
●布置作业
●教学后记：
活塞式液压缸是一种结构十分简单的液压元件，但却是液压系统中的常见元件，也是最容易出现故障的元件。
因此，相堂课的重点应放在液压缸的结构分析上，尤其是液压缸的密封故障分析上。
课题:
任务四液压控制阀
§4-1方向控制阀
教学目的:
掌握液压阀的功用和要求，掌握换向阀的工作原理
重点:
滑阀式换向阀的结构和工作原理。
难点:
转阀式换向阀的结构和工作原理。
授课方法:
讲解、讨论、练习
授课时数:
4课时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●复习、引入新课
●讲授新课
任务四液压阀
液压阀的功用：
用以控制或是调节液压系统中的方向、压力和流量
分类（按照功能来分）：
方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀
要求：
§4-1方向控制阀
一、单向阀
（一）普通单向阀（I）
【说明】通常就称单向阀。
1、符号和功用：
使油液只能单方向流动。
2、结构和原理：
球阀式、锥阀式；板式连接、螺纹连接。
【分析】球阀式密封性差；板式连接排列美观，
但安装难度大。
3、应用：
1）保压
【举例】水平顶住状态下的液压缸获得稳定的作用力。
ΔP正=0.035-0.05MPa.
2）锁紧
【举例】柱塞缸不因电机突然停电或故障而下行。
3）背压：
换用刚度稍大的弹簧。
（二）液控单向阀（IY）
【说明】通常以称单向液压锁。
1、符号和功用：
当K不通压力油时，单方向；反之，双方向。
2、结构和原理：
普通型（中压阀）、带卸荷阀芯型（高压阀）。
3、应用：
执行元件制动后单方向锁紧。
【举例】汽车吊变幅缸制动后锁紧，但正常往复运动不受影响。
二、换向阀
（一）功用
通过阀芯与阀体间相对位置的变化，改变油液的流动方向，接通或切断油路。
（二）分类
按相对运动分：
滑阀式、转阀式；
按位分：
二位、三位等；
按通分：
二通、三通、四通等。
按操纵方式分：
手动阀、机动阀（行程阀）、电磁阀、液动阀、电液动阀、转阀等。
（三）符号
位+通+操纵方式+复（定）位方式。
【举例】手动阀、电磁阀、机动阀。
【注意】P代表接液压泵，T代表接油箱，A、B代表接系统负载；有几位则画几个方框；绝大多数阀画复位方式，也有少数阀画定位方式，还有个别阀复位、定位方式均不画。
（四）滑阀的中位机能
三位四通阀中位常见型号：
O、H、Y、P、K、J、M型。
型号
液压泵
液压缸
O
不卸荷
双向短时锁紧
H
卸荷
双向浮动
Y
不卸荷
双向浮动
P
不卸荷
高速运动
K
卸荷
单向短时锁紧，单向浮动
J
不卸荷
单向短时锁紧，单向浮动
M
卸荷
双向短时锁紧
【分析】液压缸能实现双向锁紧：
M、O型；单向锁紧、单向浮动：
K、J型；双向浮动：
H、Y型；高速运动：
P型。
【分析】液压泵能实现压力卸荷：
M、H、K型；其余均不能。
（五）滑阀式换向阀的结构
1、电磁换向阀（D、E）
1）原理：
依靠通电后产生的磁力推动阀芯移动。
【分析】直流电：
24伏；交流电：
220伏、380伏；三位电磁阀不允许两侧电磁铁同时通电；易能实现远距离操纵和自动化控制。
【分析】两种电磁铁的的形状、性能。
3）特点：
可实现远距离操作和自动化操作；动作灵敏，但油路换向冲击较大；对电气控制要求较高。
2、液动换向阀（Y）
1）原理：
依靠阀芯侧面的油压作用力推动阀芯移动。
2）特点：
（1）阀芯动作平缓，推力较大；
【分析】油液具有压缩性，且流动需要时间。
但控制油路所需流量很小，故采用细管子。
（2）为调节阀芯移动速度，可在控制油路中串接单向节流阀；
【分析】单向节流在安装时一定要注意其方向
性，一定要使节流在控制油路的回油路中起作用。
但从本质上讲方向画反也是可行的，但行业内必须要统一规范。
（3）控制油路油液的进、出还需另一小规格换向阀来操纵。
也即：
换向阀不可单独使用。
至于另一阀是何阀，则无特殊要求，要看具体情况，但不可再用液动阀，但用得最广的是电磁阀。
3、电液动换向阀（DY、EY）
液动阀：
主阀，大规格；
电磁阀：
先导阀，小规格。
（1）电磁阀：
先导阀，小规格；液动阀：
主阀，大规格。
（2）电磁阀中位采用Y型、H型。
但常用的中位仍是Y型。
【分析】符号有复杂画法和简便画法两种（分别板书比较）
（3）结构形式有内、外控和内、外泄漏之分。
●总结
●布置作业
●教学后记
同学们初次接触液压控制元件，在讲授时注意与实际的事物相联系，着重理解。
课题:
§4-2压力控制阀
§4-3流量控制阀
教学目的:
通过学习溢流阀，掌握直动式溢流阀的结构、原理和特点，了解、先导式溢流阀；掌握压力阀、顺序阀和节流阀的工作原理，并熟练绘制其职能符号。
重点:
溢流阀、压力阀、顺序阀、节流阀
难点:
先导式溢流阀、分流阀。
授课方法:
讲解、讨论、练习
授课时数:
2课时
教具使用:
多媒体课件
教学过程:
教学环节
教学内容﹑方法和过程
教师活动
学生活动
●复习、引入新课
●讲授新课
§4-2压力控制阀
一、溢流阀
符号：
一般画法、先导式特殊画法。
（一）直动式
【分析】直动式溢流阀工作原理图。
【分析】与单向阀有三个区别：
弹簧刚度较大，有手柄调节弹簧力，出口一定通油箱。
当阀前压力较高或手柄较松时，阀口打开通油。
稳定溢流时：
P=K（X0+ΔX）/A
式中：
X0--弹簧预压缩量，决定手柄的松紧；
ΔX—附加压缩量（阀口开度），与通过的流量成正比，相对于X0很小。
1、功用：
①稳压：
当手柄不动时，阀前压力P≈常数
②调压：
调整手柄。
若稍旋紧，则X0增大，P增大。
2、特点：
弹簧刚度较大，压力波动较大。
（最大达0.5MPa）。
3、结构（P型）
【分析】内泄漏、阻尼小孔。
（二）先导式（Y型）
1、结构原理：
先导阀打开，油液在主阀阻尼小孔中流动，产生压力损失，孔后压力减小，主阀口打开通油。
压力稳定式：
P=P1+K（X0+ΔX）/A
2、功用：
①稳压：
同直动式。
②调压：
同直动式。
③卸荷：
当控制油口直通油箱时，阀前压力P≈0，使泵实现压力卸荷。
④远程调压：
当先导式溢流阀1控制油口接溢流阀2，且阀1较紧，阀2较松时，阀2可在较松范围内任意调节阀1阀前压力，实现远程调压。
3、特点：
弹簧刚度较小，阀前压力P随通过流量qv的变化较小，压力稳定性较好（最大0.2MPa）。
二、减压阀
【分析】减压阀应用实例。
功用：
阀后获得较阀前低的稳定压力，使所串接的液压缸在“顶住”状态下所产生的作用力保持恒定。
符号：
一般画法、先导式特殊画法。
【分析】符号在四个方面与溢流阀不同。
1、减压原理
利用先导阀打开后主阀阻尼小孔油液的流动使主阀口开度减小而减压。
【分析】减压阀使阀口由大变小，溢流阀使阀口由关变开。
2、稳压原理：
阀后压力大小不受阀前压力变化的影响。
【分析】若阀前压力P1增加：
阀后压力P2增加，主阀向上作用力增加，主阀上移主阀口开度减小，主阀口压差增大，P2减小。
故P2=常数。
【分析】减压阀使阀后压力稳定，溢流阀使阀前压力稳定。
3、调压原理：
阀后压力P2由调压手柄调节。
【分析】若将手柄稍旋紧：
则阀后压力增大。
【分析】减压阀调节阀后压力，溢流阀调节阀前压力。
4、与溢流阀的比较
阀后压力控制阀芯移动、阀后接负载、阀口常开、外泄漏、阀
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