第 1 次课教学整体设计教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤1：讲解开课说明（10分钟）班长汇报出勤情况，师生间互问好。

一、自我介绍二、开课说明讲解步骤2：导入新课（5分钟）通过经典力学的知识引入本门课程，结合大量的实例讲解液压与气压传动的发展过程及其重要性，增加学生对本课程的学习积极性。

达到教学大纲中对本课程所提出的教学要求，以适应今后从事汽车领域工作的需要。

步骤3-1：讲授知识（30分钟）绪论一、液压与气压系统的应用及发展1、液压与气压传动简介历史：1650年的帕斯卡原理1795年第一台水压机（英国）发展：第二次世界大战及战后目前：液压技术与传感技术、微电子技术的结合，出现诸如电液比例阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化的元器件，从而使液压与气压传动在众多工业领域广泛应用，例如发达国家95％的工程机械、90％的数控加工中心、95％以上的自动线。

未来：液压与计算机的结合，如CAD、CAT和计算机实时控制等。

2、研究对象：研究的是以有压流体（液压液或压缩空气）作为传动介质来实现机械传动和自动控制的一门学科。

其实质研究的是能量转换。

即：机械能---压力能---机械能3、学习方法：类比电器设备：电子元件→电路→系统液压系统：液压和气动元件→回路→系统4、常见几种传动形式：机械传动——通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。

电气传动——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。

液压传动——介质—液体、利用液体的压力能来传递能量。

气压传动——介质—气体、利用气体的压力能来传递能量。

5、液压与气压传动的应用二、液压传动的工作原理1、液压传动的工作原理：利用液体压力能实现运动和动力的传动方式。

2、液压千斤顶的工作原理1—油箱2—放油阀3—大缸体4—大活塞5、9—单向阀6—杠杆手柄7—小活塞8—小缸体图1-1 液压千斤顶的工作原理如图1-1所示。

大缸体3和大活塞4组成了举升缸，杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压泵。

当抬起手柄 6，使小活塞7向上移动，小活塞下腔密封容积增大形成局部真空时，单向阀9打开，油箱1 中的油液在大气压力的作用下通过吸油管进入小活塞的下腔，完成一次吸油过程。

当用力压下手柄6时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油液受挤压使压力升高，单向阀9关闭，单向阀5 打开，油液进入举升缸下腔，驱动大活塞 4 使重物G上升一段距离，完成一次排油过程。

反复地抬、压手柄，使油液不断地压入举升缸，重物不断升高，达到起重的目的。

如将放油阀2旋转90°，活塞4可以在重力的作用下实现回程。

这就是液压千斤顶的工作过程。

（1）．动力传递设：大、小液压缸活塞面积分别为A2和A1,大液压缸所受负载为F2，作用于小液压缸上的力为F1。

由帕斯卡原理可知，受力平衡时：分析：当两液压缸活塞的面积不变时，负载F2变化，将引起P 变化，即液压系统的压力取决于外负载。

第一个特征：液压系统的压力取决于外负载。

（2）．运动的传递若设：大、小液压缸活塞位移平均速度分别为 v2和v1 。

由于从小液压缸排出液体的体积等于进入大液压缸液体的体积，则有:分析：液压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运动传递的，改变进入大液压缸的流量q ，即可改变其活塞的运动速度v2。

第二个特征：液压传动的速度大小取决于流量。

由上述分析可知：系统的工作压力取决于负载，而与流量大小无关。

当A2 >>A1，只要施加很小的力F，就可举起很重的物体，这就是液压千斤顶的原理。

压力和流量是液压系统中两个最基本的参数。

3、磨床工作台工作原理如图1-2 所示。

系统的功能是推动磨床工作台实现往复直线运动，其工作过程如下。

⑴工作台向右直线运动：电动机(图中未画)带动液压泵3工作，从油箱l中吸入液压油，经过过滤器2进入油管，走节流阀4进入换向阀6，当手柄7向右推时，阀芯向右移，使油液进入液压缸8的左腔，推动活塞9向右移动，同时带动工作台10向右直线运动。

⑵工作台向左直线运动：由于工作台运动方向需要变化，当手柄7向左拉时，换向阀 6 的阀芯相对于阀体位置改变，油液通道发生变化，于是液压泵3从油箱1中吸入的液压油，经进油路进入液压缸8的右腔，推动活塞 9向左移动，带动工作台10向左直线运动。

a) b)图1-2 磨床工作台液压传动原理图a) 液压传动结构原理图 b)用图形符号表示的液压原理图1—油箱 2—过滤器 3—液压泵 4—节流阀 5—溢流阀 6—换向阀 7—手柄 8—液压缸 9—活塞 10—工作台 P、A、B、T—各油口⑶工作台处于停止状态：当换向阀6阀芯相对于阀体处于中位时，如图1-2a所示位置，这时由液压泵3输出的压力油经溢流阀5，沿回油管直接流回油箱1。

磨床工作时，工作台往复运动速度能够调节。

通过改变节流阀4 的开口大小，来控制通过节流阀的流量，从而控制进入液压缸的流量，使其控制工作台运动速度的快慢，即液压缸的运动速度取决于流量。

工作台移动时，要克服各种负载 (如切削力、摩擦力等)。

因为工件材料不同、切削用量不同，其负载大小也不同，因此液压缸必须有足够大的推力来克服工作负载。

液压缸的推力是由油液压力产生的，其负载越大，所需推力就越大，工作压力也越高。

即工作压力的高低直接取决于负载的大小。

同时根据负载不同，系统提供的油液压力可以调整，通过调整溢流阀 5 的弹簧压紧力来控制油液的压力，压紧力越大，油液压力越大；反之则小。

油液的压力数值可以通过压力表来观察，当系统压力达到溢流阀的调整压力时，溢流阀溢流，系统的压力维持在溢流阀的调定值上，油液压力不再升高。

综上所述，液压传动系统是以液压油为工作介质来实现各种机械传动和控制的。

其压力和流量是液压系统的两个重要参数，它们的特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。

三、液压传动系统的组成1、动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。

2、执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。

3、控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。

4、辅助装置：油箱，对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。

5、传动介质：传递能量的液体——液压油。

液压系统的职能符号“气动与液压”图形符号标准已制定国家标准GB/T786-93四、液压传动的优缺点优点：⑴输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。

⑵容易实现无级调速，调速方便且调速范围大。

⑶容易实现过载保护和自动控制。

⑷机构简化和操作简单。

缺点：⑴传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。

⑵出现故障不易诊断。

⑶液压元件制造精度高。

⑷油液易泄漏。

步骤3-2讲授知识（30分钟）第1章液压与气压传动基础知识1.1 液压介质油液是液压传动与控制系统中用来传递能量的工作介质。

此外，它还起着传递信号、润滑、冷却、防锈和减振等作用。

油液直接影响液压系统的工作性能，因此必须合理的选择和使用。

一、液压油的物理性质1.液体的密度密度是指单位体积内液体所具有的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m3。

计算式为液压油的密度随压力的升高而增大，随着温度的升高而减小。

但在通常的使用压力和温度范围内对密度的影响都极小，一般情况下可视液压油的密度为常数，其密度值为900 kg/m3。

2.液体的可压缩性液体受压力作用其体积会减小的性质称为液体的可压缩性，其定义为单位压力变化时引起的液体单位体积的变化量，用体积压缩率 k 来表示，单位为m2/N，计算式为由于液体随压力的增加体积减小，故在公式前加负号，使 k 为正值。

体积压缩系数的倒数称为体积弹性模量 K ，单位为Pa，写成微分形式，即液体的体积压缩系数（或体积弹性模量）说明液体抵抗压缩能力的大小，其值与压力、温度有关，但影响甚小。

因此，在压力、温度变化不大的液压系统中可视为常数，认为液压油是不可压缩的。

常用油液体积弹性模量 K ＝（1.2～2.0）×109 Pa。

3.液体的粘性液体流动时分子间相互牵制的力称为液体的内摩擦力或粘滞力，而液体流动时呈现阻碍液体分子之间相对运动的这种性质称为液体的粘性。

如图 1-3所示，粘性使流动液体内部各处的速度不等。

假设两平行平板间存在着液体，当上平板以u0速度向右运动，下平板静止不动时，液体在附着力的作用下，紧贴上平板的一层液体以u0速度向右运动，而紧贴下平板的液体保持静止，当两平板之间的距离较小时，各液层间的速度呈线性变化。

根据实验得出，液体流动时相邻液层间的内摩擦力 F 与接触面积 A 和速度变化量du成正比，与液层间距离的变化量dy成反比，其比例系数为μ，即4.粘度和压力、温度的关系液体的粘度随压力变化的性质称为液体的粘压特性，液体压力增大时，其粘度增大；变化量较小，可忽略不计。

液体粘度随温度变化的性质称为液体的粘温特性。

如图 1-2所示，粘度随温度变化越小，其粘温特性越好，该油适宜温度范围就越广。

图1-4 液体的粘度-温度特性曲线1—石油型普通液压油 2—石油型高度指数液压油3—水包油乳化液 4—水-乙二醇 5—磷酸酯液二、粘度的表示方法液体的粘度主要用动力粘度、运动粘度和相对粘度来表示。

1.动力粘度动力粘度是绝对粘度，是指液体在单位速度梯度流动时的表面切应力。

其计算式为2.运动粘度液体的动力粘度μ与它的密度ρ之比，用符号ν表示，即我国液压油的牌号：指在某一温度下运动粘度的平均厘斯（cSt）值来表示，例如N32号液压油，就是指此种油在 40℃时运动粘度的平均值为32厘斯。

3.相对粘度是以液体的粘度与蒸馏水的粘度比较的相对值表示的粘度。

相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等。

恩氏粘度的测量方法：将200 mL温度为t℃的被测液体放入粘度计的容器内，让它从容器底部一个 2.8 mm的直径小孔流出，测出液体全部流出所用的时间 t1；然后与流出同样体积的20℃的蒸馏水所需时间 t2 之比，比值即为该液体在温度 t℃时的恩氏粘度，用符号oEt 表示，即在 20℃时，水值常数 t20=50～52。

工业上常以 20℃、50℃、100℃作为测定液体粘度的标准温度，由此得到的恩氏粘度可用0E20、0E50、0E100标记。

恩氏粘度和运动粘度可通过下列经验公式进行换算三、液压油的基本要求⑴粘温特性好，压缩性要小。

⑵润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。

⑶抗泡沫、抗乳化性好。

⑷抗燃性能好。

四、常用液压油的类型矿物油型液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种添加剂调制而成。

这种油液的特点是润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性好，所以约90％以上的液压系统采用此类液压油。

常见液压油的代号、特性和用途见表 1-1所示。

五、液压油的选用液压油对液压系统的运动平稳性、工作可靠性、灵敏性、系统效率、功率损耗、气蚀和磨损等都有显著影响，所以选用液压油时，选择合适的粘度和适当的油液品种。