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第五章 液压传动
课 题：第一节 液压传动的工作原理（2课时）
教学要求：1.认识液压传动及其特点；
2.了解液压千斤顶的工作原理；
3.理解压力和帕斯卡原理；
4.明确液压系统的额定压力和压力分级。
重 点：液压千斤顶的工作原理。
难 点：液压千斤顶的工作原理、帕斯卡原理及有关压力计算。
教学过程：
【复习】机械传动的方法有哪些？（学生回答）
【引言】人类的发明创造是永无止境的。机械专家除发明了带传动、链传动、螺旋传动、齿轮传动，机械专家还发明利用液体或气体进行传动。今天我们开始学习利用液体（油、水）进行传动。（观看液压传动图片。课本图5-1液压起重机最大伸缩达102米，起重最大高度达到170米。）
【板书】液压传动：用液体作为工作介质进行传递和控制的传动方式。
【讲解】它是根据17世纪法国帕斯卡的液体静压传动理论发展起来的一门新兴传动技术。如果从1795年英国约瑟夫 布拉曼发明的世界上第一台水压机问世算起，至今已有200多年的历史。
【板书】液压传动特点：
1.传动能力大。（力大无比，一个小小液压千斤顶可顶起1.6吨重物，相当于把25个128斤重的同学同时举起来；课本图5-2为900吨液压升降平板车，国内最大液压升降平板车2500吨，世界是最大吨位的液压升降平板车是目录二美国制造的5400吨，它自重2700吨。可实现低速大吨位运动，这是其它机械传动方式无可比似的突出优点。）
2.可实现无级调速，调速范围大。（CA6140型普通车床
正转24档 最慢10 r/min 最快1400 r/min
反转12档 换档变速通过轮系齿轮变速来实现。
但在液压传动中借助阀或变量泵、变量马达，可实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。）
3.传动平稳。（负载变化时速度较稳定，惯性力小，突然过载或停车时，不会发生大的冲击。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。）
4.过载保护。（能自动防止过载，起安全保护作用。）
5.易实现自动化控制。（借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。）
且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
但液压油泄漏会造成传动比不准确，传动效率低，制造精度要求高，成本较高。
液压传动应用：
【讲解】在各种机械的传动和控制中获得极其广泛的应用，已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
【板书】 第一节 液压传动的工作原理
一、液压传动工作原理
【交流与讨论】你看到过医院护士打针吗？注射器是怎样将药液“吸” 进去的？
（利用针筒容积变化，内部气压降低，让大气压将药液压入针筒的。）
(教师引导学生观察多媒体液压千斤顶的工作原理图5-3)
，利用大气将油液压入密封容积
【板书】1、吸油过程〔放油阀9关闭 →手摇杆1上移 →小活塞2上移→ 油腔3容积增大（单向阀5关闭，产生真空）→油箱10内产生压力差 → 单向阀4打开（吸油完成）；〕
密封容积增大，形成局部真空，吸油。
2、压油过程〔手摇杆1下移→活塞2下移→油腔3容积减少（油压升高）→单向阀4关闭→单向阀5打开（压油完成）；〕
密封容积减少，油压升高，压油。
3、举重过程〔手摇杆1不断摇动（吸油、送油）→油腔3中的油压传递到油腔6，使得工作油腔油压不断升高（压力足够大）→大活塞7抬高，重物G上升（举重过程完成）；〕
不断摇动吸油、送油。
4、卸荷过程〔放油阀9打开－工作油腔6油液在重物G作用－流回油箱。〕
放油阀9打开。
【板书】液压传动的工作原理： 以油液为工作介质，依靠密封容积的变化传递运动，依靠油液内部的压力传递动力。
实质：机械能 液压能 机械能
【设问】为什么液压千斤顶在人力的作用下能顶起很重的物体？
（非高考班下列内容可选择性讲解）
【板书】二、静压传递原理
（如图5-4所示的密闭容器）
1．静压力：静止液体在单位面积上所示的作用力称为静压力，简称压力。（物理上压强）
用公式表示为
P =
式中：F──油液受到的外力，单位N；
A──液体表面承压面积，即活塞的有效作用面积，单位m2；
P──油液压力，单位为牛顿/平方米（N/m2）称为帕〔斯卡〕（Pa）。
（在工程上还经常用到兆帕（MPa）和巴（bar）这两个单位，其换算关系是：）
1 MPa=10 bar=106 Pa
2．液体静压力（有如下）特性：
（1）静压力的方向垂直指向受压表面；
（2）液体内任意一点受到各方向的静压力都相等。
3．静压传递原理（帕斯卡原理）：
在密闭容器中，由外力产生的压力将等值地传递到液体内部各点。
【讲解】液压千斤顶、水压机等都是根据这个原理制成的。
【板书】图5-5中，设互通的两缸A和B的面积分别为A1、A2，作用力分别为F1、F2，则容器的压力分别为P1 = ，P2 = 。
根据帕斯卡原理有P= P1= P2，故
= 即 =
即力比等于面积比。由此，我们就可分析出液压系统对力的放大作用，解释液压千斤顶省力的原因。只要大、小缸的活塞面积A2/A1越大，就越省力（可用较小的力F1产生很大的力F2）。
【板书】液压系统中的压力是由外界负载决定的，并随负载的改变而改变，与流量无关。
例 如图5-3所示的液压千斤顶工作原理图，其中F是手揿动手柄的力，F1是手柄施加在小活塞的力，小活塞直径d1=20mm,大活塞d2==60mm，其它参见图5-3，问当F=80N，能顶起多重的物体？
解：（1）根据杠杆原理可得
F×600 = F1×30
F1 = = 1600 N
（2）小液缸内压力为
P1 = = = =5.1×106 Pa
根据帕斯卡原理P= P1= P2，得大活塞上顶力F2为
F2 = P2 A2 = 5.1×106× = 5.1×106× = 14400 N =1.44×104 N
用80 N力经过杠杆放大和液压系统对力的放大180倍，最后可顶起1.44×104 N的重物。
【讲解】该液压千斤顶相当于把25个115斤重的同学同时举起来了。
【板书】4．液压系统的额定压力和压力分级
额定压力：在正常条件下，液压设备按试验标准规定连续运转的最高压力。
（额定压力是液压元件的基本参数，液压设备正常工作压力应设置在额定压力以下。）
液压传动中压力分级如下：
压力等级 低压 中压 中高压 高压 超高压
压力（MPa） ≤2.5 2.5～8 8～16 16～32 ＞32
【人物介绍】帕斯卡(1623-1662),法国著名数学家、物理学家、哲学家。他是概率论的奠基人，三角形之和为1800也是他最早发现的。他在流体静力学和流体动力学研究方面上作出了巨大的贡献，他提出的液体静压传动的原理──在密闭容器中，由外力产生的压强，能大小不变地传递到液体内部各点，后人把这一原理称为帕斯卡原理。
1795年英国约瑟夫 布拉曼依据帕斯卡原理发明了世界上第一台水压机，使液压传动技术成为各种机械传动和控制的重要技术。科学界为铭记帕斯卡的功绩，国际单位制规定“压强”单位为“帕斯卡”。在计算机领域，为记念这位科学先驱，将1971年面世的计算机语言命名为 “PASCAL语言”，使帕斯卡的英名长留在计算机时代里。
【小结】学习内容
一、液压传动及其特点
二、液压传动工作原理
三、压力和帕斯卡原理
学习重点
液压传动工作原理
【作业】
习题一1-5，习题二1-2，习题五
【授课小结】
可用PPT教案授课
一、液压导语、传动特点和液压传动工作原理用PPT教案可上。板书内容如下：
液压
液压传动特点
液压传动工作原理
1、吸油过程 2.压油过程 3、举重过程 4、卸荷过程
实质：机械能 液压能 机械能
二、考虑到学生基础差，静压传递原理难懂，故静压传递原理不讲。这部分内容只讲例题题意及计算结果，让学生明白用80N可举起14400N。
三．液压系统的额定压力和压力分级要向学生讲透切，记牢压力分级。

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