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1第2次课教学整体设计课题液压动力元件授课时间第周星期（月日）第节课时2学时授课类型理论课√实验课□实训课□习题课□讨论课□现场教学√其它：教学资源挂图□模型□实物□多媒体☑音像□报纸□其它：绘图工具□教学方法讲授法√讨论法□启发式√案例教学法□现场教学法√角色扮演法□项目教学法□情境教学法□其它：教学目标（包括知识、技能、素质目标）知识目标：1、了解液压泵的工作原理、液压泵的分类、液压泵的主要性能参数；2、掌握齿轮泵的工作原理、外啮合齿轮泵的排量和流量；3、了解齿轮泵存在问题；4、了解叶片泵的工作原理；5、了解柱塞泵的工作原理；6、掌握液压泵的类型选用；7、掌握液压泵常见故障及排除方法。技能目标：1、能够熟练地分析液压泵的工作原理；2、能够解决齿轮泵存在的问题；3、能够恰当的分析液压泵故障及排除。素质目标：1、培养学生对液压与气压传动系统的学习兴趣；2、培养学生分析液压与气压传动系统的能力；3、养成良好的学习习惯。重点、难点：教学重点：液压泵的工作原理、液压泵的分类、液压泵的主要性能参数；教学难点：液压泵常见故障及排除方法。教学设计：1、授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。）一、复习旧课二、导入新课三、讲授知识2四、师生活动安排五、教师总结六、布置作业2、课堂训练内容安排：课堂训练：例1某液压泵的额定流量为32L／min，额定压力为2.5MPa，额定转速为1450r／min，泵的机械效率ηm=0.85。由实验测得，当泵的出口压力近似为零时。其流量为35.6L／min。求泵的容积效率和总效率是多少?如果在额定压力下，泵的转速为500r／min时，估算泵的流量为多少?该转速下泵的容积效率为多少?两种转速下，泵的驱动功率又是多少?例2某齿轮泵的齿轮模数为4mm，齿数9个，齿宽为18mm，在额定压力下，转数为2000r／min时，泵的实际输出流量为30L／min，泵的最大工作压力为2.5MPa，机械效率为0.9。求:1.泵的容积效率?2.齿轮泵的输入功率；3.齿轮泵输入理论转矩和实际转矩。课堂提问：1.简述齿轮泵的工作原理。2.简述液压泵的主要性能参数3.液压泵的安装要求4.液压泵的使用注意事项5.液压泵故障分析及排除3、课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）巩固性作业：1.简述液压泵的工作原理。2.简述液压泵的安装要求3.简述液压泵的使用注意事项4.简述液压泵故障分析及排除预习性作业：液压执行元件：了解液压缸和液压马达的种类、结构、工作原理。教学后记：3教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤1：复习巩固、检查课后搜集的资料（10分钟）一、复习液压传动系统的组成及工作原理。二、液压传动系统的优缺点及其应用及液压介质的性质。三、检查预习情况步骤2：本节课学习任务、情境设计（5分钟）液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为液压能输出，为液压系统提供足够流量的压力油。而液压马达是液压系统中的执行元件，是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。步骤3-1：讲授知识（30分钟第2章液压元件2.1液压动力元件一、液压动力元件概述液压泵在液压系统中都属于能量转换装置。液压泵是动力装置，它将电机输出的机械能转变成液体的压力能，为系统提供一定流量和压力的液体。1.液压泵的工作原理（1）.工作原理单柱塞液压泵的工作原理如图3-1所示。吸油阀6和排油阀7均是单向阀，柱塞2和泵体5之间是间隙配合密封，它们组成了一个密封可变的工作容积4。柱塞2依靠弹簧3压在偏心轮1上，偏心轮转动时，柱塞作往复直线运动。当柱塞向右移动时，密封可变的工作容积4逐渐增大，形成真空，油箱的油液在大气压力作用下通过吸油阀6进入工作容积4，此时排油阀7关闭，以防系统油液回流，从而完成一个吸油过程；当柱塞向左移动时，密封可变的工作容积4逐渐减小，油液受挤压，压力增大，工作容积4内的液体通过排油阀7压出，进入液压系统，此时吸油阀6关闭，防止油流回油箱，从而完成了一个压油过程。由于液压泵是靠密封工作容积的变化来实现吸油和排油的，故称其为容积式泵。4（2）.构成液压泵的必备条件从液压泵的工作原理可知，构成液压泵必须具备下列条件：1)容积式液压泵必须具备密封可变的工作容积，吸油和压油过程是依靠工作容积的变化来实现的；2)必须具备配油装置。泵在吸油时密封可变的工作容积必须与油箱相通，排油口关闭；在压油时密封可变的工作容积与排油口相通，而与油箱不通，由吸油到压油或由压油到吸油的转换称为配流。图3-1中分别由单向阀6、7来实现的，阀6和7称为配流装置；3)油箱压力应大于泵吸油口的压力。2.液压泵的分类（1）.按输出流量是否可变分类液压泵分为定量泵和变量泵。定量泵是指泵的输出流量是不能调节的，变量泵是指泵的输出流量是可以调节的。（2）.按输出油液的方向是否可变分类液压泵分为单向液压泵和双向液压泵。单向液压泵是指泵的输出油液方向是不能变化的，双向液压泵是指泵的输出油液方向是可以变化的。（3）.按结构形式分类液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。3.液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数是指泵的压力、流量、功率和效率。(1).压力:液压泵的压力主要指工作压力和额定压力。液压泵的工作压力是指泵工作时实际输出压力，用符号p表示，单位为Pa。其大小取决于外负载，随外负载增大而升高，与泵的流量无关。液压泵的额定压力是指泵正常工作连续运转的最高工作压力。正常工作时不允许超过此值，超过此值即为过载，使泵的效率明显下降、寿命降低。实际上泵的额定压力是由泵本身结构和寿命决定的。通常将其标在液压泵的铭牌上。(2).排量:液压泵的排量是指泵每转一转所排出液体的几何体积，用符号V表示，其单位为m3/r，工程上通常用ml/r。（3）.流量:液压泵的流量有理论流量、实际流量、额定流量三种。理论流量是指单位时间内输出液体的几何体积，用符号qth表示。排量和理论流量的关系，即实际流量是指泵在实际工作压力下单位时间内输出液体的体积，用符号q表示。实际流量与压力有关，压力越高，泄漏越大，实际流量越小。所以实际流量、理论流量和泄漏量的关系，即额定流量是指泵在额定压力下输出的流量，其值标在液压泵铭牌上。（4）.功率:液压泵是将原动机输入的机械能转换成液体的压力能。液压系统中液体的压力能可用实际工作压力和实际流量之积表示，故液压泵的实际输出功率为5（5）.效率:液压泵实际工作时总是有能量损失的，主要功率损失表现为容积损失和机械损失。容积损失主要是液压泵泄漏造成的。通常液压泵的实际流量q与理论流量qth的比值称为容积效率，用符号ηv表示由于液压泵的泄漏量随压力升高而增大，故其容积效率随压力升高而降低。机械损失是由于零件之间摩擦以及流动液体内摩擦造成的。主要表现为摩擦转矩损失，因此泵的实际输入转矩大于理论转矩。通常机械效率是指驱动液压泵的理论转矩与实际转矩的比值，用符号ηm表示6（6）.泵的能量转换示意图为了看清楚泵在能量转换中的情况，现将以上分析内容绘制成图2-2。由此可以得到泵的常用计算公式：二、齿轮泵1.齿轮泵工作原理齿轮泵是依靠一对互相啮合的轮齿工作的，啮合线把工作容腔分为吸油区和压油区，工作密封容积由齿轮齿槽、泵体和前后端盖构成，按图示方向旋转，当两齿逐渐退出啮合时，轮齿的体积让出齿槽，齿槽的工作密封容积逐渐增大，形成真空，将油从油箱中吸入齿间槽容积，随着齿轮转动，进入齿间槽的液体被带到压油区。当两齿逐渐进入啮合时，齿间槽容积被轮齿占有，工作容积逐渐变小，油液受挤压，液体被排出。2.外啮合齿轮泵的排量和流量7由式可知：齿轮泵流量主要取决于齿轮转速、模数、齿数和齿宽。转速越高，流量越大，但转速过高，离心力太大，会使齿谷中不能充满液体，形成吸空。在外形尺寸一定时，齿数越少，模数越大，流量也越大。因此，齿轮泵模数都较大。通常齿数在8～14范围内，以避免齿数少、模数大，流量脉动大的现象。齿宽越大，轴承所承受负荷亦越高，使泵尺寸增大，寿命缩短。3.齿轮泵存在问题齿轮泵主要存在着困油、径向力不平衡和泄漏等问题。(1).困油现象:为保证齿轮连续传动，必须要求前一对轮齿尚未脱开前，后一对轮齿就要进入啮合，即重叠系数大于1，因此有一部分液体被困在两对齿轮、啮合线及前后端盖之间形成的密封容积内。如图2-5a所示，当齿轮继续转动时，密封容积变小，如图2-5b所示，随齿轮继续转动这一容积又逐渐增大，如图2-5c所示，直到第一对啮合齿轮脱开时容积增到最大。当密封容积由大变小时，被困在容积内的液体受到挤压，压力急剧升高。于是被困液体从一切可以泄漏的缝隙强行挤出，这时齿轮和轴承受到很大的脉冲径向力，功率损失增加，磨损加剧。当密封容积由小变大时，剩余的被困液体压力下降，形成局部真空，使溶解在液体中气体析出或液体本身汽化形成汽蚀，使泵产生振动和噪声。这种现象被称为“困油”现象，困液现象对齿轮泵工作性能及寿命的危害很大。为消除困油现象，可以采取一些卸荷措施，使密封容积及时与吸油或压油腔连通。即在轴套或者是在前后端盖上开两个卸荷槽，见图2-7a所示的虚线位置，当困油区由大变小，油液受到挤压时，能与压油腔相通；当困油区由小变大，产生局部真空时，能与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离a，必须保证在任何时候都不能使吸油腔和压油腔互通。8（2）.径向力不平衡:齿轮泵的径向液压力如图2-7a所示。齿轮轴上主要受到齿轮啮合时产生的力和油液压力产生的径向液压力。后者要比前者大得多，对轴承受力起主要作用。从低压的吸油腔到高压的压油腔，压力沿齿轮旋转方向逐齿递增，因此齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。工作压力越高，径向不平衡力越大。其结果加速了轴承磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴变形，造成齿顶与泵体内壁的摩擦等。为了解决径向力不平衡问题，可在齿轮泵的泵体上开均压槽即A腔和B腔，如图2-7b所示。A腔和高压腔相通，用来和高压腔形成压力平衡。B腔与低压腔相通，使高压油卸压。此方法可以平衡径向力，但引起泄漏和降低泵的容积效率。齿轮泵也可以采用缩小排油口的直径，以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力。（3）.泄漏:齿轮泵的泄漏是一个较大的问题。为保证密封来减少泄漏，应选择尽可能小的间隙。齿轮泵的间隙主要有啮合线间隙、齿轮端面与前后端盖间的轴向间隙、齿顶与泵体内壁间的径向间隙，其中轴向间隙泄漏占70%左右，因此要严格控制轴向间隙。步骤3-2讲授知识（30分钟）三、叶片泵叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两种型式，单作用叶片泵可以作成变量泵，双作用叶片泵为定量泵。叶片泵属于中压泵。其特点是：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声小、寿命长等。因此，叶片泵常用于中压、中高压的液压系统。1.单作用叶片泵（1）.工作原理:单作用叶片泵的工作原理如图2-8所示。其主要由转子3、定子4、叶片5、前后侧面两个配油盘1、传动轴2和机壳6等组成。定子4的内表面是圆形，转子3和定子4偏心安装，偏心量为e，当转子转动时，转子径向槽中的叶片在离心力作用下甩出，使叶片紧顶在定子内表面上。在两侧配油盘上开有吸油和压油窗口，分别与吸、压油口连通。从9图中可以看出，转子、定子、叶片和配油盘形成了若干个密封工作容积。当转子按图示方向旋转时，右边密封工作腔的容积逐渐增大，形成局部真空，将油液吸入，而左边密封工作容腔的容积逐渐减小，油液受到挤压使压力增大，将油液压出泵外进入液压系统。由于转子每转一转，每两叶片间的密封工作容腔实现一次吸油和一次压油过程，故称为单作用叶片泵。转子承受压油腔的单向液压作用力，使转子轴承承受很大的径向载荷，所以也称为不平衡式叶片泵。单作用叶片泵的流量可以通过改变转子和定子之间的偏心距e来调节，当e加大时，密封工作容腔的容积变化大，因而输出流量增大；随着e的减小，输出流量相应减小，当减小到零时，转子和定子同心，密封容积不产生变化，因而输出流量为零。（2）.排量:单作用叶片泵的排量可近