《液压与气压传动》教学大纲

《液压与气压传动》教学大纲课程编号：课程中文名称：液压与气压传动课程英文名称：HydraulicandPneumaticTransmission课程类别：专业基础必修课程总学时：48学时（其中理论40学时，实验8学时）总学分：3学分适用专业：机械设计制造及其自动化机械电子工程一、课程的性质、地位与任务本课程属于机械设计制造及其自动化专业基础必修课程。它是研究以液、气体为能源介质，来实现各种机械的传动和自动控制的学科。液压与气压传动广泛应用于国民经济各部门，尤其是制造业各领域。本课程的目的是使学生获得有关液压与气压传动的流体力学基础知识，熟悉组成系统的各类元件的工作原理和工作性能，以及由这些元件所组成的各种基本控制回路的工作原理、工作性能和特点。具有分析、使用和调试、设计液压与气压传动系统的初步能力，为后续专业课和今后从事机电产品的使用和维护、设计和制造等工作打下必要的基础。二、课程的基本要求本课程一个学期完成全部教学内容，通过课程的教学和实验，应让学生达到下述要求：1、掌握液压油的主要性质和流体力学的基本理论知识；2、掌握常用液压元件的工作原理和特点，了解其结构；3、能分析各种液压传动的基本回路和典型液压系统的工作原理和特点；4、了解气压传动的元件、基本回路的特点与应用，并且能区分液压与气压传动的区别。三、本课程与其他课程的联系（1）本课程先修课程为机械制图、机械制造基础、机械设计基础等。（2）本课程的后续课程有液压控制系统、过程装备成套技术等。四、教学内容、基本要求及学时安排（一）绪论（2学时）基本要求：掌握液压传动传动的基本原理；掌握液压传动系统的五个组成部分及其功用；了解液压传动的优缺点及应用。重点：液压与气压传动的工作原理。难点：压力决定于负载教学内容：液压与气压传动的基本原理、组成、特点和应用。（二）流体力学基础（4学时）基本要求：掌握液压油的粘性，了解液压油的品种，能正确选用液压油；掌握流体静力学基本方程及其含义；掌握流体动力学的基本概念和三个方程：连续性方程、伯努利方程、动量方程；掌握气体状态方程，能判断液体流态，进行压力损失和小孔、缝隙流量的计算；了解液压冲击和气穴现象。重点：流动液体的质量守恒定律(连续性方程式)、能量守恒定律(伯努利方程式)、动量定律(动量方程式)；小孔流量公式；液体的压力、粘性和粘度，流态(层流和紊流)、雷诺数等基本概念；理想气体状态方程。难点：流体动力学基础三个基本方程的具体应用和压力损失的计算。教学内容：1.工作介质液体的密度、粘度、动力粘度、运动粘度、相对粘度；定性的粘温关系、粘压关系；液压油的选用；液压油的污染与控制；空气的组成与性质，湿空气。2.流体静力学静压力及其特性；静力学基本方程及其物理含义；绝对压力、表压力、真空度；静压力对固体壁面的作用力。3.流体运动学和流体动力学理想液体、恒定流动、过流截面、流量、平均流速等概念；连续性方程；伯努利方程、动量方程。4.管道流动雷诺数与流态；沿程压力损失和局部压力损失的计算。5.孔口流动三种小孔及其流量计算。6.缝隙流动平行平板与圆环缝隙流量计算公式的介绍。8.液压冲击与气穴现象。（三）能源装置及辅件（4学时）基本要求：掌握液压泵的参数；掌握三大类泵的原理；掌握泵的流量和功率等参数的计算；了解常用泵的结构、空压站的基本组成和常用辅件的工作原理。重点：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵的工作原理、双作用叶片泵的工作原理、排量计算；单作用叶片泵的工作原理、排量计算；轴向柱塞泵的工作原理、排量计算；空压站的组成，常见空压机的工作原理。难点：限压式变量叶片泵的变量原理、特性曲线。教学内容：1.概述能源装置的组成和基本要求。2.液压泵容积泵的工作原理和符号，泵的性能参数；外啮合齿轮泵的工作原理、排量计算、结构特点；内啮合齿轮泵的工作原理；双作用叶片泵的工作原理、排量计算；单作用叶片泵的工作原理、排量计算；限压式变量叶片泵的变量原理、特性曲线；轴向柱塞泵的工作原理、排量计算；径向柱塞泵的工作原理；液压泵的选用。（四）执行元件（4学时）基本要求：掌握常用液压缸和气缸的工作特点；掌握常用液压缸的速度与负载的计算；掌握液压马达的参数和工作原理；了解常用液压缸和气缸的结构。重点：常用液压缸和气缸的工作原理、结构和特点；液压马达和气动马达的工作原理。难点：常用液压缸的速度与负载的计算液压缸和气缸的结构。教学内容：1.直线往复运动执行元件活塞缸、柱塞缸和伸缩缸及其它常用液压缸的工作原理、结构和特点；常用气缸的工作原理、结构和特点。2.旋转运动执行元件液压马达的工作原理、主要性能参数与结构；气动马达的分类及其工作原理。（五）控制元件（8学时）基本要求：掌握常用液压和气压控制阀的工作原理和特点；掌握常用液压和气压控制阀的职能符号；掌握常用液压和气压控制阀的应用；了解常用液压和气压控制阀的结构。重点：滑阀的基本原理、类型、滑阀机能；直动式和先导式溢流阀的工作原理、符号；溢流阀的应用；顺序阀和减压阀的工作原理、符号；三种阀的比较；压力继电器的工作原理及符号；节流阀和调速阀的工作原理、符号。难点：先导阀的结构原理；液压叠加阀、电液比例阀的工作原理及符号。教学内容：1.概述阀的功用与分类2.常用液压控制阀方向控制阀：普通单向阀和液控单向阀的工作原理及符号；滑阀的基本原理、类型、滑阀机能；五种操纵方式换向阀的工作原理及符号；转阀的工作原理及符号。压力控制阀：直动式和先导式溢流阀的工作原理、符号；溢流阀的应用；溢流阀的静态特性；顺序阀和减压阀的工作原理、符号；三种阀的比较；压力继电器的工作原理及符号。流量控制阀：流量控制原理，节流阀和调速阀的工作原理、符号。3.液压叠加阀、插装阀和多路阀液压叠加阀简介；插装阀的基本结构、工作原理和符号；用插装阀实现各种方向控制、压力控制、流量控制。4.电液比例控制阀电液比例溢流阀、换向阀和调速阀的工作原理及符号。（六）基本回路（10学时）基本要求：掌握常用液压基本回路的工作原理、特点和适用场合；掌握三种节流调速回路的调速性能及其区别；重点：调压回路、卸荷回路、减压回路、保压回路、平衡回路；三种容积调速；锁紧回路；气动方向控制回路、压力与力控制回路、速度控制回路、同步动作回路。难点：三种节流调速回路；调速阀（三种）节流调速；定压式容积节流调速；串联液压缸同步回路；电液伺服阀的同步回路。教学内容：1.液压基本回路压力控制回路：调压回路、卸荷回路、卸压回路、减压回路、保压回路、平衡回路。速度控制回路：三种节流调速回路；调速阀（三种）节流调速；三种容积调速；定压式容积节流调速；差动回路；双泵供油回路；蓄能器增速回路；速度换接回路。方向控制回路：锁紧回路。多执行元件控制回路：行程开关控制顺序动作；压力继电器控制顺序动作；顺序阀控制顺序动作；串联液压缸同步回路；电液伺服阀的同步回路。（七）典型系统应用与分析（4学时）基本要求：能过典型液压系统的分析，掌握分析一般液压和气压系统的方法和步骤。重点：组合机床液压系统工作原理；液体自动定量罐装气动系统工作原理和性能分析。难点：组合机床液压系统性能分析。（八）气动传动（4学时）基本要求：掌握常用气压基本回路的工作原理、特点和适用场合；能初步设计实现简单功能的气压回路。重点：气动方向控制回路、气压压力控制回路、气压速度控制回路、同步动作回路。难点：掌握气动控制元件和逻辑元件教学内容：气源装置及辅助元件、气动执行元件、气动控制元件和逻辑元件、气压基本回路五、实践性教学环节（根据各个专业的特点和需要，选做其中的4个实验）1、薄壁小孔液阻特性实验了解薄壁小孔液阻特性和测试装置；掌握薄壁小孔流量特性测试原理和测试方法；比较和分析实际流量特性和理论流量特性的差别。2、液压泵的特性测试了解液压泵主要特性(功率特性、效率特性)和测试装置；掌握液压泵主要特性测试原理和测试方法。3、溢流阀的静态特性测试了解溢流阀静态特性测试装置；掌握溢流阀调压范围、压力振摆、压力偏移等主要静态特性物理意义和测试方法；掌握溢流阀启闭特性曲线测试原理和方法并能正确分析测试结果。4、溢流阀动态性能实验了解溢流阀动态特性测试装置；掌握溢流阀压力阶跃响应特性曲线的测试方法；掌握溢流阀动态特性各参数物理意义和计算方法。5、进口节流调速回路性能实验了解进口节流调速回路的组成及调速原理；掌握变负载工况下，速度－负载特性和功率特性曲线特点和测试方法；掌握恒负载工况下，功率特性曲线特点和测试方法；分析比较变负载和恒负载节流调速性能特点。比较进口、出口和旁路节流调速回路性能。6、液压回路组态画面演示及控制实验结合机械电气控制，液压传动课程所学的内容完成液压机械所实现的典型运动轨迹。从中熟悉可编程控制器的性能、编程技巧，常用液压元件的性能和使用方法，油缸的速度控制、定位控制的基本方式。通过实验把电气控制和液压传动知识有机结合起来。进行小型工程设计、制作训练。从而提高学生把各科知识综合结合运用的能力。锻炼了学生的动手能力，故障分析、排除的实践能力。7、电液比例位置控制系统性能实验了解电液比例位置控制系统的组成、工作原理和校正方法；了解计算机在电液比例位置控制系统作用；掌握系统动态分析原理和时域参数的测试方法；掌握常用PID控制器类型和算法；深入理解数字PID控制器结构参数对系统动态性能的影响。8、电液比例转速控制系统性能实验了解电液比例转速控制系统的组成、工作原理和校正方法；了解计算机在电液比例转速控制系统作用；掌握系统动态分析原理和时域参数的测试方法；掌握常用PID控制器类型和算法；深入理解数字PID控制器结构参数对系统动态性能的影响。9、液压系统——油缸往复运动的电气控制熟悉各类电气元件的控制使用方法；了解液压系统的控制、运行特点。10、可编程控制器、变频器控制油缸速度位置—电子容积调速系统了解异步电机的变频调速原理。了解变频器的工作性能和参数的调节方法以及效果；了解变频器运动控制的原理，加深对机电一体化系统的理解；熟悉PLC的控制指令，熟悉PLC的性能、编程技巧。能够理解一定程度的PLC程序（梯形图）；掌握变频器以及接近开关的使用；熟悉常用液压元件的性能和使用方法，油缸的速度控制、位置控制的基本方式，通过实验把电器控制和液压传动结合起来；提高同学对现代化生产的认识，通过对实验电路和油路的装配、连接、调试、检测，加强其动手能力，提高其学习兴趣。六、教学方法与手段采用启发式、互动式、讨论式等多种教学方法，并使用多媒体教学（若无多媒体，则采用示教板和挂图等教具）。以理论教学为基础，实验教学为重点的教学手段，通过大量的实验加强学生对液压与气压控制系统的认识及实际动手设计的能力。七、考核与成绩评定1、考核目的：评价教学水平和测试学生对液压与气压传动的掌握程度。2、考核形式：教考分离，采用闭卷考试。3、主要考核内容：液压与气体的主要性质与工作原理，流体力学的理论知识、能源装置与辅件、执行元件、液压与气压控制元件的工作原理和结构特点、各种液压与气压传动基本回路的特点和工作原