《液壓與氣壓傳動（第2版）》教案 第5課 拆裝齒輪泵-齒輪泵

5拆裝齒輪泵——齒輪泵第課PAGE15拆裝齒輪泵——齒輪泵第課PAGE15拆裝齒輪泵——齒輪泵第課PAGE35拆裝齒輪泵——齒輪泵第課PAGE3PAGE45第課PAGE45第課拆裝齒輪泵——齒輪泵

課題拆裝齒輪泵——齒輪泵課時2課時（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：掌握液壓泵和嚙合齒輪泵的工作原理、特點、分類、性能參數(shù)了解嚙合齒輪泵主要存在的問題及解決措施思政育人目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)教學(xué)重難點教學(xué)重點：液壓泵和嚙合齒輪泵的工作原理教學(xué)難點：根據(jù)液壓泵和嚙合齒輪泵的工作原理學(xué)會拆裝齒輪泵教學(xué)方法問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計第1節(jié)課：→→→傳授新知（35min）第2節(jié)課：任務(wù)導(dǎo)入（5min）→傳授新知（22min）→知識拓展（5min）→探索訓(xùn)練（8min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖第一節(jié)課課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，完成課前任務(wù)你在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中見過齒輪泵嗎？齒輪泵有什么作用呢？當(dāng)齒輪泵出現(xiàn)問題又如何解決呢？【學(xué)生】完成課前任務(wù)通過課前的預(yù)熱，讓學(xué)生了解本次課所學(xué)課程的大概內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望考勤（2min）【教師】使用文旌課堂APP，讓學(xué)生登錄簽到【學(xué)生】使用文旌課堂APP簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況任務(wù)導(dǎo)入（8min）【教師】請學(xué)生掃描課本44頁的“任務(wù)工單2-1”，領(lǐng)取任務(wù)小黃在即將畢業(yè)前進(jìn)入了紅星液壓設(shè)備廠實習(xí)，與師傅老李負(fù)責(zé)液壓泵的檢測與維護(hù)工作。一天，某公司打來電話，說公司的紅星液壓設(shè)備無法工作。小黃與師傅過去檢測后，發(fā)現(xiàn)是該設(shè)備的齒輪泵出現(xiàn)了故障。他們將齒輪泵帶回了公司拆卸，并著手做進(jìn)一步的檢測。（詳見教材）【學(xué)生】聆聽、理解、思考通過互動導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生思考，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（35min）【學(xué)生】聆聽、理解、記憶液壓泵總體概述液壓泵的工作原理、特點及分類與人的心臟類似，液壓傳動系統(tǒng)的動力元件——液壓泵是系統(tǒng)不可缺少的核心元件，它將原動機（電動機或內(nèi)燃機）輸入的機械能轉(zhuǎn)換為工作介質(zhì)的壓力能輸出，為液壓傳動系統(tǒng)提供足夠流量的液壓油，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，如圖2-2所示。1）液壓泵的工作原理如圖2-3所示為單柱塞液壓泵的工作原理圖?！窘處煛刻崾緦W(xué)生注意液壓泵是依靠密封容積變化的原理來進(jìn)行工作的，故一般稱為容積式液壓泵?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶在圖2-3中，柱塞2裝在泵體3中形成一個密封容積a，并在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2做往復(fù)運動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。（詳見教材）2）液壓泵的特點由單柱塞液壓泵可知容積式液壓泵的基本特點，具體如下。①具有若干個可以周期性變化的密封容積，密封容積由小變大時吸油，由大變小時壓油。液壓泵輸油量只取決于密封容積的變化量及變化頻率。（詳見教材）【教師】點撥學(xué)生液壓泵正常工作的三個必備條件液壓泵正常工作的三個必備條件：①必須具有一個由運動件和非運動件所構(gòu)成的密封容積；②密封容積的大小隨運動件的運動做周期性的變化；③吸油腔與壓油腔隔開?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶3）液壓泵的分類液壓泵的種類很多，按其結(jié)構(gòu)不同可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等；按其輸出流量能否調(diào)節(jié)可分為定量泵和變量泵；按其輸油方向能否改變可分為單向泵和雙向泵；按其額定壓力的高低可分為低壓泵、中壓泵、高壓泵等。液壓泵的圖形符號如圖2-4所示（詳見教材）?！窘處煛棵枋鰡栴}，提問學(xué)生觀察圖2-4，定量泵和變量泵的圖形符號有什么區(qū)別？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的答案定量泵的圖形符號沒有向上的箭頭，變量泵的圖形符號有向上的箭頭，注意區(qū)分。2．液壓泵的性能參數(shù)【教師】請學(xué)生掃一掃課本48頁的二維碼掃一掃課本48頁的二維碼，觀看視頻了解壓力和流量的概念?！緦W(xué)生】觀看、理解、思考1）壓力（1）工作壓力。液壓泵實際工作時的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力取決于外負(fù)載的大小和壓油管路上的壓力損失，與液壓泵的流量無關(guān)。（2）額定壓力。液壓泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。液壓泵的額定壓力受液壓泵本身密封性能和零件強度等因素的限制，當(dāng)液壓泵的工作壓力超過額定壓力時，就會過載。由于液壓傳動的用途不同，液壓傳動系統(tǒng)所需要的壓力也不同，為了便于液壓元件的設(shè)計、生產(chǎn)和使用，將壓力分為幾個等級，如表2-2所示（詳見教材）。（3）最高允許壓力。在超過額定壓力的條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫運行的最高壓力稱為液壓泵的最高允許壓力。超過此壓力，液壓泵的泄漏會迅速增加。2）排量和流量（1）排量V。在不考慮液壓泵泄漏的條件下，液壓泵軸每轉(zhuǎn)一周所排出的液體的體積稱為液壓泵的排量。排量可以調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵，排量不可以調(diào)節(jié)的液壓泵稱為定量泵?！窘處煛刻崾緦W(xué)生注意流量包括理論流量、實際流量、額定流量。接下來分別講解，請注意區(qū)分。【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶（2）理論流量。在不考慮液壓泵泄漏的條件下，單位時間內(nèi)所排出的液體體積稱為理論流量。詳見教材（3）實際流量q。液壓泵在某一具體工況下，單位時間內(nèi)所排出液體的實際體積稱為實際流量，它等于理論流量減去泄漏流量，即詳見教材（4）額定流量。液壓泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下）必須保證的輸出流量稱為額定流量。3）液壓泵的功率（1）輸出功率。功率是指單位時間內(nèi)所做的功。由物理學(xué)知識可知，功率等于力和速度之積。詳見教材（2）輸入功率。液壓泵的輸入功率為液壓泵軸的驅(qū)動功率，其值為詳見教材【教師】提示學(xué)生注意液壓泵在工作中，由于泄漏和機械摩擦?xí)斐赡芰繐p失，故其輸出功率小于輸入功率。【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶4）液壓泵的效率（1）容積效率。液壓泵的實際流量q與理論流量之比稱為容積效率，用表示，用以衡量液壓泵或液壓馬達(dá)的泄漏大小?！窘處煛棵枋鰡栴}，提問學(xué)生液壓泵的容積效率隨著液壓泵工作壓力的增大還是減??？液壓泵的容積效率會大于1嗎？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生回答液壓泵的容積效率隨著液壓泵工作壓力的增大而減小，且隨液壓泵的結(jié)構(gòu)類型不同而異，但恒小于1。（2）機械效率。機械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵在工作時存在機械摩擦，因此驅(qū)動泵所需的實際輸入轉(zhuǎn)矩必然大于理論轉(zhuǎn)矩。詳見教材（3）總效率。液壓泵的輸出功率與輸入功率的比值稱為總效率，用表示，用公式表示為詳見教材通過老師的講解，使學(xué)生掌握液壓泵的工作原理、特點、分類、性能參數(shù)第二節(jié)課任務(wù)導(dǎo)入（5min）【教師】請學(xué)生掃描書上50頁的二維碼，觀看視頻【學(xué)生】觀看、思考、理解齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，它一般為定量泵。根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，齒輪泵可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。通過掃描二維碼，讓學(xué)生觀看視頻，了解齒輪泵傳授新知（22min）二、齒輪泵1．外嚙合齒輪泵1）外嚙合齒輪泵的工作原理外嚙合齒輪泵的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。外嚙合齒輪泵一般采用一對齒數(shù)相同的漸開線直齒圓柱齒輪嚙合，其工作原理如圖

2-6所示（詳見教材）。齒輪泵的泵體、端蓋和齒輪的各個齒間槽組成了許多密封容積。當(dāng)齒輪按圖2-6所示方向旋轉(zhuǎn)時，吸油腔由于相互嚙合的輪齒逐漸脫開，密封容積逐漸增大，形成部分真空，油箱中的液壓油隨即被吸入吸油腔，并將齒間槽充滿，完成吸油?！窘處煛棵枋鰡栴}，提問學(xué)生齒輪泵有專門的配流裝置嗎？為什么？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，齒間槽的液壓油被帶到壓油腔，由于壓油腔輪齒逐漸嚙合，密封容積不斷減少，液壓油便從壓油腔中被擠出，輸送到壓油管當(dāng)中，完成壓油。兩輪齒的嚙合線將吸油腔和壓油腔嚴(yán)格分開，起到了配流的作用，故齒輪泵沒有專門的配流裝置。外嚙合齒輪泵的排量為（詳見教材）因為輪齒體積稍小于齒谷容積，所以用3.33代替π。設(shè)泵的轉(zhuǎn)速為n，則泵的流量為（詳見教材）【教師】提示學(xué)生注意外嚙合齒輪泵中齒數(shù)越少，流量脈動率就越大，其值最高可達(dá)20%。一般內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動率要小得多?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶【教師】點撥學(xué)生外嚙合齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、體積小、重量輕、自吸性能好、對液壓油污染不敏感和工作可靠等優(yōu)點，但其流量和壓力脈動率大、噪聲大，排量也不可以調(diào)節(jié)。外嚙合齒輪泵主要應(yīng)用于低壓液壓傳動系統(tǒng)中，如負(fù)載小、功率小的機床設(shè)備和送料、加緊等非重要場合的機床輔助裝置的液壓傳動系統(tǒng)。此外，在工作環(huán)境較差的工程機械上也常有應(yīng)用。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶2）外嚙合齒輪泵主要存在的問題及解決措施（1）徑向力不平衡及其解決措施。如圖2-7所示（詳見教材），在齒輪泵中，液體作用在齒輪外圓上的壓力是不相等的，從吸油腔（低壓腔）到壓油腔（高壓腔），壓力沿齒輪旋轉(zhuǎn)方向逐漸上升，因此齒輪受到徑向不平衡力的作用。工作壓力越高，徑向不平衡力就越大。徑向不平衡力過大時能使泵軸彎曲，齒頂與泵體接觸，產(chǎn)生摩擦；同時也加速軸承的磨損，這是影響齒輪泵壽命的主要原因。解決徑向力不平衡的措施主要有以下幾點。（詳見教材）【教師】提示學(xué)生注意平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價的?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶（2）困油現(xiàn)象與卸荷措施。若齒輪重合度ε>1，在兩對輪齒同時嚙合時，它們之間將形成一個與吸油腔、壓油腔均不相通的閉死容積，稱為困油容積。隨齒輪轉(zhuǎn)動，困油容積的大小會發(fā)生變化，先由大變小，后由小變大，如圖2-9（a）所示。困油容積由大變小時液壓油受擠壓，導(dǎo)致壓力沖擊和液壓油發(fā)熱；困油容積由小變大時，會引起氣蝕和噪聲。困油現(xiàn)象可通過在齒輪泵前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽來加以解決，如圖2-9（b）所示。【教師】提示學(xué)生注意開設(shè)卸荷槽的原則：當(dāng)困油容積由大變小時，卸荷槽與壓油腔相通；當(dāng)困油容積由小變大時，卸荷槽與吸油腔相通?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶（3）端面泄漏及端面間隙的自動補償?！窘處煛棵枋鰡栴}，提問學(xué)生結(jié)合齒輪泵的工作原理，思考齒輪泵存在可能產(chǎn)生泄漏的部位有哪些？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答齒輪泵存在三個可能產(chǎn)生泄漏的部位：一是齒輪齒面嚙合處的間隙；二是泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙；三是齒輪兩端面和端蓋間的端面間隙。在三類間隙中，以端面間隙的泄漏量最大，約占總泄漏量的75%～80%。齒輪泵的壓力越高，間隙就越大，造成的泄漏就越大。因此齒輪泵一般只適用于低壓液壓傳動系統(tǒng)。解決端面泄漏可采用端面間隙自動補償裝置，如軸套或側(cè)板，如圖2-10所示（詳見教材）。其原理都是因液壓油壓力使軸套或側(cè)板緊貼齒輪端面，壓力越高，貼得越緊，因而能自動補償端面磨損和減小間隙。2．內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵（又稱擺線轉(zhuǎn)子泵）兩種，其結(jié)構(gòu)組成如圖2-11所示。在漸開線齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒環(huán)之間有一個月牙形隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開。當(dāng)小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)繞各自的中心同向旋轉(zhuǎn)時，左上部輪齒退出嚙合，形成真空，從吸油窗口吸油；進(jìn)入齒槽的液壓油被帶到壓油腔，右上部輪齒進(jìn)入嚙合，容積減小，從壓油窗口排油。（詳見教材）【教師】點撥學(xué)生內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、輸油平穩(wěn)、自吸性能好、轉(zhuǎn)速高，可作為動力泵、潤滑泵和冷卻泵使用。內(nèi)嚙合齒輪泵廣泛應(yīng)用于機床、變速箱、壓縮機、傳動機械、起重裝卸機械以及其他低壓液壓傳動系統(tǒng)中?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶【教師】思政講堂，詳見教材【學(xué)生】聆聽、理解、記憶通過講解，讓學(xué)生掌握齒輪泵的工作原理知識拓展（5min）【教師】拓展講解齒輪泵中齒輪的發(fā)展為了制造出高端齒輪，改變我國高端齒輪產(chǎn)品大量依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，重慶大學(xué)機械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師曹華軍，已在機床及機械傳動領(lǐng)域潛心研究多年。從2010年起，曹華軍開始帶領(lǐng)團隊展開攻關(guān)，并最終研發(fā)出了齒輪高速干式滾切工藝。應(yīng)用該技術(shù)，在切削加工過程中，可不使用切削液，沒有污染且能提高加工效率。與傳統(tǒng)濕切方式相比，應(yīng)用此技術(shù)后，滾刀的使用壽命可延長2～5倍，節(jié)約加工成本20%～30%。此外，曹華軍和他的團隊還與重慶機床（集團）有限責(zé)任公司合作研制出了復(fù)合高速干切機床，填補了國內(nèi)空白，打破了國內(nèi)高端干切機床依賴進(jìn)口的局面。目前，該系列機床裝備在國內(nèi)的市場占有率超過50%，可完全替代進(jìn)口?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶通過拓展知識的講解，豐富學(xué)生的認(rèn)知探索訓(xùn)練（8min）【教師】齒輪泵的應(yīng)用一、小組活動（1）學(xué)生以小組為單位，每4～6人一組，互相討論查找有關(guān)齒輪泵在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用并進(jìn)行整理，以加深對齒輪泵的了解。（2）各小組成員在組內(nèi)輪流發(fā)言，闡述自己找到的齒輪泵的使用案例。（3）在學(xué)生討論期間，教師需要參與到每組的討論中，及時為學(xué)生答疑解惑?！緦W(xué)生】聆聽、思考、討論通過小組活動，讓學(xué)生主