机械基础液压元件教案

机械基础液压元件教案（共6篇）

机械基础液压元件教案 篇1

传动部分的作用表现在以下三方面：

1.传递动力(力和力矩)和运动(位移、速度和加速度);综合起来就是传递功率和能量;

2.改变速度大小和方向;

3.改变运动形式。

一、功率和效率

功：力和物体沿作用力方向移动距离的乘积。

W=FSCOSα

功率：单位时间所作的功。

P=FvCOSα

当速度和作用力方向相同时， P=Fv

功率的单位是瓦(W)

1W=1Nm/s

1Kw=1Kw=1kNm/s

对于转动的物体，

此公式非常重要, 注意P的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转数/分。

例：电动机的输出转矩 T=30Nm ，转速 n= 1440r/min ，所选的电机功率 P应该不小于多少?

表示电机的功率应大于或等于4.52千瓦，因为电机是系列化产品，看样本或设计手册中，转速要求 n= 1440 r/min ，功率应大于或等于4.52千瓦，或者功率小一点，但在误差范围内也可以。

效率：输出功率与输入功率之比。

机械效率恒小于1 ，即100%。

常见机构和轴承的机械效率大致数值范围见教材第51页。

一对齿轮传动 0.94 ～ 0.99

平型胶带传动 0.92 ～ 0.98 (包括轴承摩擦损失)

三角带传动 0.90 ～ 0.94 (包括轴承摩擦损失)

一对滑动轴承 0.94 ～ 0.98

一对滚动轴承 0.99

滑动丝杠 0.30 ～ 0.60

二、常用传动机构及其传动关系

(一)螺旋传动：依靠牙齿之间的啮合，将回转运动变为轴线方向的直线运动。

螺纹由螺旋线缠在圆柱体上得到。

螺纹按照牙型剖面形状可以分为三角形、矩形、梯形和锯齿形。

导程：同一条螺旋线相邻牙齿在中径线上对应两点的距离，用S表示

上图表示了导程与螺旋线的关系。

螺距：相邻牙齿在中径线上对应两点的距离，用P表示。

S=kp。其中，k 为螺旋线的头数。

左旋与右旋：

最简单的判断办法，把他它竖直放在面前，同一条螺旋线上，那边高就是那边旋。

轴线运动的线速度 V与回转运动的转速n 之间的关系是：v=ns

轴线位移L与回转运动的转速n 以及时间t之间的关系是：L=nst

例：已知，某螺旋机构中，双线螺纹螺距 p=4mm，螺杆转速为 n= 50r/min ，试计算30秒钟内螺母的轴向位移量。

L=nst

=nkpt

=50×2×4×30/60

=200mm

螺旋传动的特点：

1.机构简单;

2.降速比大，可以实现减速和微调，可以增力;

3.在一定条件下实现逆行自锁;

螺旋传动能够将回转运动变为轴线方向的直线运动，而不能相反，即无论轴线方向的力多大，都不能产生回转运动。这个现象就叫做自锁。

4.工作平稳、无噪声。

这种靠相对滑动传递运动和动力效率低，为提高效率把滑动变为滚动

滚珠螺旋传动机构主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。

滚珠螺旋传动的特点是：

1.机械效率高;

2.启动转矩接近于运动转矩，动摩擦和静摩擦基本一样，传动灵敏;

3.磨损小;

4.通过预紧，消除滚珠、螺母、丝杆之间的间隙，提高传动精度和轴向刚度;

5.不能逆向自锁;

6.制造工艺复杂，成本较高。

(二)带传动机构

带传动与螺旋传动本质的区别在于前者依靠摩擦，后者依靠啮合。

根据带截面的形状，可以分为平型带、三角带、圆形带和齿形带四种

注意在螺旋传动中，根据牙截面分成的四种类型与此类的区别。

平带传动有开口式、交叉式、半交叉式。

开口式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相同。

交叉式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相反，中间磨损厉害。

半交叉式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相反。

传动比：从动轮转速与主动轮转速之比，等于主动轮直径与从动轮直径之比，乘以滑动系数。

ε≈0.98称为滑动系数。

(三)齿轮传动

带传动具有吸收震振动和过载保护能力，使用转动比不恒定。

传动比等于主动轮齿数与从动轮齿数之比，转速之反比。

强调以下两点:

1.在任意瞬时都能保证准确传动比;

2.它等于齿数的反比而不等于直径的反比。

齿轮传动的特点主要是：

1.瞬时传动比恒定;

2.适用载荷和速度范围大;

3.机械效率高;

4.结构紧凑;

5.寿命长，可在空间任意配置的两轴之间传动;

6.加工复杂，成本高。

轮系：一系列齿轮所组成的传动系统。

根据轮系中各齿轮轴线在空间的位置是否固定，将轮系分为定轴轮系和周转轮系两类

1.定轴轮系：轮系运转时，所有齿轮的轴线的位置都是固定不变的;

2.周转轮系：轮系运转时，至少有一个齿轮的轴线是绕另一个齿轮的轴线旋转。

下面看各种轮系的演示

具有运动轴线的齿轮称为行星轮。支承行星轮能够围绕其他齿轮转动的就叫为转臂或系杆。在轮系运转中，轴线位置不变的齿轮称为中心轮或太阳轮。

周转轮系由行星轮、太阳轮和转臂和机架组成。

周转轮系分为行星轮系和差动轮系两类。前者只有一个主动件，后者有两个主动件。

混合轮系：定轴轮系和周转轮系组合而成的轮系称为混合轮系。

轮系的功用如下：

(1)可以得到很大的传动比

(2)可以变速

(3)可以连接相距较远的两轴

(4)能够实现运动的合成和分解

(四)链传动

链传动的传动比等于齿数的反比，它的组成有链轮、链条和机架。

特点：

1.与带传动比较，传递功率大，能保证准确的平均传动比

2.与齿轮传动比较，中心距较大

3.瞬时传动比不恒定,在高速运动带来很大的振动。

4.振动和噪声较大、不适用于高速

(五)蜗杆传动

看演示图：

传动比等于蜗杆线数与蜗轮齿数之比

图2-15 涡轮传动示意图

其中，K为蜗杆的线数，而Z为蜗轮的齿数。

特点：

1.传动比大;

2.蜗轮蜗杆轴在空间可以垂直;

3.可逆行自锁(即蜗杆主动可以带动蜗轮，反之，蜗轮主动不能带动蜗杆);

4.但效率不高。

(六)平面连杆机构

平面连杆机构就是使用铰链和滑道将构件相互连接，而且各构件间的相对运动在同一平面或相互平行的平面内。

1.铰链四杆机构：四根杆件由四个铰链连接而成。

在上述四杆机构中，构件AD固定不动，称为静件或机架;杆件AB可绕A作整周转动，称为曲杆;杆件CD可绕轴D 作往复摆动，称为摇杆;曲柄和摇杆统称为连架杆，连接两连架杆的杆件BC称为连杆。

在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄整周连续转动变为摇杆的往复摆动：

如图2-18所示牛头刨床的进给运动，即曲柄AB转动时，连杆BC带动带有棘爪的摇杆CD绕D点往复摆动。与此同时，棘爪推动棘轮，使与棘轮连接在一起的丝杠作有规律的间歇运动。

机架：相对静止的构件。

连架杆：与机架直接相连的两根杆件。

连杆：与机架相对、由两根连杆连接的杆件。

曲柄：能够相对于机架作整周回转的连架杆。

摇杆：不能作整周回转的连架杆。

曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化得来的。

曲柄滑块机构可以将曲柄的连续旋转变为滑块的往复直线运动，或反之。

曲柄滑块机构的应用见下图：

图2-20 曲柄滑块机构

对于图2-20所示的曲柄滑块机构，其滑块行程长度S等于曲柄长度r的两倍，即S=2r。

(七)凸轮机构

凸轮机构分盘形机构、移动机构、圆柱机构。

凸轮机构由凸轮、从动杆及机架组成。

凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件。

作用：是将主动件凸轮的连续转动转变为从动杆的往复移动或往复摆动。

按照从动杆的形状可以分为：尖顶、滚子和平底。

特点：正确选择它的轮廓就可以实现预期的复杂规律而机构却比较简单、紧凑，

所以凸轮机构广泛地应用于各种自动机械中。但由于凸轮与从动件是点或线接触，容易磨损，因此多用于传递动力不大的控制机构和调节机构中。

(八)间歇运动机构

主动件连续运转，从动件能够实现动作-停止-动作的运动,我们把这种机构称为间歇运动机构。

1.棘轮机构：由棘爪、棘轮和机架组成。其作用是将棘爪的往复摆动转变为棘轮的单向间歇运动。为了防止棘轮自动反转，采用止退棘爪。

2.槽轮机构：由拨盘、槽轮与机架组成。用于将拨盘的连续转动转变为从动件槽轮的间歇转动。

(九)传动链的传动比及效率

传动链:由多个运动副(如皮带、齿轮、蜗杆、螺杆等)连接而成的传递运动和动力的系统。

重要内容：传动链的传动比、功率、效率、力和力距的计算。

图2-29为一传动链示例。运动自轴I输入，转速为n1，经带轮d

1、d2传至轴Ⅱ，经圆柱齿轮

1、2传到轴Ⅲ，经圆锥齿轮

3、4传至轴Ⅳ，经圆柱齿轮

5、6传至轴Ⅴ，再经蜗杆K及蜗轮7传至轴Ⅵ，并把运动输出。

注意：Z

7、Z8应该是K，Z7

由各种传动副，例如齿轮、带、链、螺旋等连接而成的传递运动和动力的系统，称为传动链。

由机构串联而得到的传动链的传动比，即传动链末端转速与首端转速之比，等于链中各个运动副传动比的连乘积。

对于齿轮组成的传动链，其传动比等于主动轮齿数连乘积与从动轮齿数连乘积之比。

例：图2-30为一简易车床传动系统，数据如图中所示(齿轮的数字表示齿数)，ε=0.98，试计算：

(1)主轴转速是多少?

(2)主轴转一转，螺母移动距离是多少?

解：Ⅱ轴上的齿轮为两年双向滑动齿轮，如I轴传到Ⅱ轴可按图示正在啮合的齿轮进行传动;也可将双向滑动齿轮左移，使齿数25的齿轮与齿数为75的齿轮啮合，这时轴Ⅱ得到的是另一种转速。同样由轴Ⅱ传至主轴，可通过另一双向滑动齿轮滑动，使主轴得到不同的转速，因此，主轴共有四种转速。

传动链的总效率等于组成传动链各个传动副效率的乘积。

以上图为例，设P出为该转动系统的输入功率，为输出功率，为总效率，为一对齿轮的效率，为一对轴承的效率，则

传动系统中常用符号,见表2-1

重点：

(1)各种传动机构的组成、特点、运动参数之间的计算;

(2)传动链传动比、功率、效率、力和力距的计算。

第二节 液压传动

一、液压传动工作原理

图2-33 油压千斤顶工作原理

1.杠杆 2.小活塞 3.小油缸 4.钢球 5.钢球 6.大油缸

7.大活塞 8.重物 9.放油阀 10.油池

例: 当手动杠杆1向上提时,小活塞2就会向上运动,于是小缸3形成负压，油池10中的油就在大气压力下顶开钢球4沿吸油管道进入小缸3，完成一次吸油动作，接着，压下杠杆1，小活塞下移，小缸3的工作容积减小，便把其中的油液挤出，推开钢球5，油液便经两缸之间的连通管道进入大缸6。根据密闭容器中液体的压强相等，在大油缸处由于面积大而产生较大的力，就把上面的重物提起，通过转动放油阀9就把油放回油池。

通过分析油压千斤顶的工作过程，可知液压传动：

1.是以液体作为工作介质;

2.根据密封容积的变化完成吸油和排油;

3.机械能和液体压力能的互相转换;

4.系统内部的的压力取决于负载的大小。

注意：以液体作为工作介质，依靠密封容积的变化传递运动，依靠由外界负载引起的液体内部压力来传递动力，系统压力取决于负载，实现机械能和液体压力能的互相转换。

上面有砂轮，就把工件磨平了。

图2-34为一台机床工作台往复运动原理图，上面是磨床的工作台，工件放在台上，随着工作台的移动，

油泵3把油从油池中吸上来然后压出去，滤油器2过滤掉油中的杂质，节流阀8调整送出去的油量，换向阀7外面一个阀体，中间是空堂，阀体里有阀芯，阀芯是直径不同的几段圆柱体组成粗的地方起密封的作用，细的地方就和阀体内表面构成油的通道。

二、液压传动系统的组成

图2-35 用职能符号表示的液压系统原理图

1.油箱 2.滤油器 3.油泵 4.压力表 5.工作台 6.油缸

7.换向台 8节流阀 9.溢流阀

液压传动系统主要由四个部分组成：

1.动力部分。

油泵，作用是把机械能转换成油液压力能。

2.执行部分。

把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如在压力油推动下作直线运动的液压缸或作回转运动的液压马达。

3.控制部分。

对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置。如上例中的溢流阀、节流阀、换向阀等。

4.辅助部分。

如油箱、过滤器、压力表等。

三、液压传动特点

1.在输出功率相同的条件下，体积小、重量轻;

2.运动平稳，吸振能力强;

3.易于实现快速启动、制动、频繁换向以及无级调速;

4.布局安装比较灵活;液压元件易于实现系列化、标准化、通用化;

5.对温度敏感;泄漏不可避免，因此不能实现严格的传动比，发生故障不易诊断。

四、液压传动基本参数

(一)压力：单位面积上的液体力。

压力的单位是帕和兆帕。

1pa=1N/m

2 1Mpa=106pa

(二)流量：单位时间内流过某一截面的液体体积。

3

3单位是单位是m/s,1m/s=60000L/min

推力等于面积乘以压力。

由于液体不可压缩，所以，同一时间里左面油缸压出的油必然等于右面油缸流进的油，即推力和面积成正比，运动速度和横截面积成反比。

Advd=ADvD

(三)功和功率

W=FS

在液压传动中，功率等于压力P与流量Q的乘积。

五、泵：将电动机输入的机械能转变为液体的压力能。

泵必须具有由运动部件和固定部件所构成的密闭容积。

柱塞和泵体组成密闭容积，当柱塞向下时，密闭容积增大，于是吸油把阀2顶开。当柱塞向上时，密闭容积减小，要排油，此时阀2中小钢球落下封住吸油管，油腔a中的压力油只能顶开阀3中的钢球，沿油管4流到工作系统中，此过程为排油。

密闭容积增大形成负压完成吸油，密闭容积减小则排油，所以称之为容积式泵。

液压泵的图形符号如图2-39所示。

所谓定量泵是指油泵转速不变时，流量不能调节;而变量泵则在转速不变时，通过调节可使泵输出不同的流量。

液压泵的主要性能参数有：

额定压力：连续运转时允许使用的最大工作压力。不能说成正常运转时允许使用的最大工作压力，强调是连续。

排量：泵轴旋转一周排出油液的体积。

流量：单位时间内理论上可以排出的液体体积。

流量=排量×转速

效率：

(1)液压泵在运转时，还会有各种机械和液体摩擦引起的能量机械损失。

(2)泵在使用过程中难免会有泄漏，包括内部泄漏和外部泄漏，这部分叫容积效率

容积效率等于实际流量与理论流量之比。

泵的总效率等于容积效率与机械效率的乘积。

(P93 公式2-20)

(公式2-21)η=ηvηm

(P93 例6)某液压泵输出口的压力为10.2Mpa，流量为98.2L/min，总效率η为0.8，求输入液压泵的功率。

解：已知压力P=10.2Mpa，流量Q=98.2L/min，总效率η=0.8.

根据公式，并代入数据

故输入液压泵的功率为20.87kW。

如果已经知道泄露量 、排量、实际流量、机械效率的情况下，应分三步，先求理论流量=排量×转速，然后求容积效率，最后求总效率。

(一)齿轮泵：是由装在壳体内的一对齿轮所组成。密封空间由齿轮、壳体和端盖共同形成。当它们转动时，一部分容积不断增大，完成吸油，另一部分容积逐步减小，完成压油。

当齿轮按图2-40所示的方向旋转时，右侧吸油腔的牙齿逐渐分离，工作空间的容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，吸入到齿间的油液在密封的工作空间中随齿轮旋转带到左侧压油腔，因左侧的牙齿逐渐啮合，工作空间的容积逐渐减小，所以齿间的油液被除挤出，从压油腔输送到压力管路中去。

特点：结构简单、重量轻、成本低、工作可靠，但压力不高，属于低压泵。

(二)叶片泵：密封空间由转子、叶片、壳体和端盖共同形成。

1.单作用叶片泵

转子每转一周，完成一次吸油和排油，故称之为单作用叶片泵。

改变转子和定子的偏心距，可以改变泵的流量，是变量泵。

2.双作用叶片泵

转子每转一周，完成两次吸油和排油，故称之为双作用叶片泵。

泵的流量固定，是定量泵。

叶片泵的特点：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声低;

结构比较复杂、对油液污染比较敏感。

(三)柱塞泵：有径向柱塞泵和轴向柱塞泵。

径向柱塞泵由定子、转子(缸体)配油轴、衬套和柱塞组成 。

转子每转一周，每个柱塞底部容积完成一次吸油、压油。转子连续运转，即完成泵的吸油、压油工作。

柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点。

六、液压马达与液压缸

功能是将液体压力能转变为机械能。

(一)液压马达：将液体的压力能转变为旋转机械能。

液压马达和液压泵都是依靠工作腔密封容积的变化来工作的，他们的原理是相同的;但是结构上存在差别，所以不能通用。

高速液压马达有：齿轮液压马达、叶片液压马达、轴向柱塞马达。

低速液压马达有：单作用连杆型径向柱塞马达、多作用内曲线径向柱塞马达。

(二)液压缸：将液体的压力能转变为直线运动或往复摆动的机械能

活塞或柱塞的速度取决于流量和油缸容积，而推力则取决于液体压力和受压面积。

1.双杆活塞缸

(a)为活塞杆固定式：油缸来回运动，活塞杆不动。

(b)为油缸固定式：活塞杆固定，油缸运动。

重要特点：当进油压力相同时，活塞所受的推力相等(左右形成推力相等)。如果左右进油流量相等，那么活塞正反形成的速度相等。

2.单杆活塞缸

液体进入无杆腔时，速度低但推力大;液体进入有杆腔时，速度高但推力小。

3.柱塞缸：只能单向运动，回程需要借助于外力，如重力、弹簧力，或成对使用。柱塞缸主要是避免了活塞缸缸孔难于加工的问题，这是它的一大优点。

对于液压缸特别强调：国家规定的标准符号(图2-47)

七、液压控制阀

(一)方向控制阀

方向控制阀，用来控制改变液压系统中液流方向的阀类，如单项阀、液控单向阀、换向阀等。

1.单向阀：单向可靠、油液不能反向流动;正向流动压力损失小;反向截止密封性好。

图例说明：当压力油从进油口P1流入时，克服弹簧的作用力顶开阀芯，经阀芯上的四个径向孔及内孔从出油口P2流出。当油流反向时，在弹簧和压力油的作用下，阀芯锥面紧压在阀体1的阀座上，使油不能通过。

2.液控单向阀：闭锁方向可以用压力油予以控制。

图例说明：当控油口K不通压力油时，油液只可以从P1进入顶开单向阀，从P2流出。若油从P2进入时，单向阀3闭，油不能通到P1。当控制口K接通压力油时，则活塞1左部受油压作用，所以活塞向右运动，通过顶杆2将单向阀向右顶开，这时P1和P2两腔相通，油可以在两个方向自由流通

3.换向阀：通过手动、机动、电动、液动等方式，使阀芯在阀体孔中运动，使油路接通或切断，从而改变液流的方向。

图例说明：图中P为来自油泵的高压油，A与油缸左腔相通，B与油缸右腔相通，O与油箱相通，于是高压油从P与A或B口相通，而使油缸中活塞带动活塞杆左右移动。图示位置是P与A相通，B与O相通。

位：阀芯在阀体孔中可能的位置数目;滑阀符号中方格的个数。

通：与阀体连通的主油路数;每一方格上，和外界油路连通的“孔”数，即通路数。

(二)压力控制阀：根据液体压力与弹簧力平衡的原理来控制和调节液体的压力。

常见的压力控制阀有：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。

1.溢流阀：溢出系统中多余的液压油，使系统油液保持一定压力，防止过载，起安全保护作用。

2.减压阀：减低系统中某一部分的压力，使之低于油泵供油压力。

注意：

溢流阀和减压阀的不同之处：

(1)溢流阀保证系统中的压

力不超压;减压阀保证系统中某一部分的压力低于系统

压力也不超压。

(2)溢流阀在正常的时候进口和出口不连通;

减压阀在正常的时候出口和进口连通，但超压断开。

3.压力继电器

图2-53 压力继电器职能符号

以上都是液体压力与弹簧力平衡的原理进行控制。

(三)流量控制阀

依靠改变工作开口的大小来调节通过阀口的流量

常见的流量控制阀有：节流阀、调速阀等。

节流口：起节流作用的阀口。

图例说明：L型节流阀的节流口是轴向三角形。油从进油口P1流入，经孔道b和阀芯1左端的节流槽进入孔a，再从出油口P2流出。调节流量时可以转动捏手3，利用推动2使阀芯1作轴向移动。弹簧4的作用是使阀芯1始终向右压紧在推杆2上。

注意：

1.熟悉主要的各种阀的符号，特别是单向阀、滑阀、溢流阀、

减压阀和节流阀。

2.调速阀是流量控制阀，而不是流速控制阀。

八、液压辅件(要注意符号)

(一)油箱：储存油液、散热、分离气体和沉淀。

(二)过滤器：表面型、深度型、磁性。

(三)蓄能器：做辅助动力源、保压补充泄漏、吸收冲击和油泵的压力脉动

此外，还有热交换器、密封装置、压力装置等

九、基本回路

(一)速度控制回路

要求：

1.能在规定的调速范围内调节执行元件的速度

2.在负荷变化时，速度变化尽可能小，系统具有足够的刚性

3.具有驱动执行元件所需要的力或力矩

4.功率损失小、效率高，发热小

方法：

1.节流调速：

采用定量泵供油、依靠流量控制阀调节流量从而改变速度。

包括进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速回路三种。

回油节流调速节流阀放在回油路上，可以产生较大的背压，比放在进油路上运动更加平稳。

旁路节流调速油泵的工作压力随负载的减小而减小，所以，在能量利用上较为合理。

下面的图可以更好地体会节流阀安置在回油路上的作用。

2.容积调速

使用变量泵或变量液压马达来实现调速。

容积调速效率高、发热少，但结构复杂、成本高。

3.容积节流调速

依靠变量泵和节流阀联合调速，适用于系统要求效率高，同时具有良好低速稳定性的场合。

图2-60 限压式变量叶片泵-调速阀调速回路

1.叶片泵 2.调速阀 3.压力继电器 4.液压缸 5.背压阀

(二)压力控制回路：利用溢流阀和减压阀等压力控制阀来控制整个系统或某一部分压力，达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压的目的。

要控制液压系统的压力，应使用溢流阀;要减低系统中某一部分的压力，应使用减压阀。

增压回路：使用串联在一起的两个工作面积不等的油缸，增压的倍数等于大小油缸面积之比 。

图2-61 采用增压缸的增压回路

1.油泵 2.溢流泵 3.换向阀 4.增压油缸 5.油箱 6.单向阀

7.工作油缸

卸荷回路：即系统中工作部分停止工作时，不停泵，但泵出的油液经过电磁换向阀直接回油缸，形成低压循环，从而节省动力消耗，减少发热

(三)方向控制回路：通过控制执行元件液流的通断或变向，实现液压系统执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路。

常用的有：换向回路、锁紧回路、制动回路。

理解基本回路的工作原理，要掌握常见液压元件的符号和作用。

图中：1-油箱;2-滤油器;3-单相定量液压泵;4-压力表;5-工作台;6-双出杆刚固定液压缸;7-三位四通换向滑阀;8-节流阀;9-溢流阀。

6的作用是把液体压力能转变为机械能，带动工作台做往复直线运动

9的保持系统中压力不超过规定的数值。

下面的锁紧回路具有两个功能：三位四通换向滑阀交替在左右两个位置时，使单杆活塞液压缸往复运动;而三位四通换向滑阀在中间位置时，使液压缸锁紧不动。

图例说明：当换向阀处于左位时，压力油经液控单向阀向Ⅰ进入液压缸左腔，同时压力油也进入液控单向阀Ⅱ的控油口K2，打开阀Ⅱ，使液压缸右腔的回油经阀Ⅱ及换向阀回油箱，活塞向右运动。同样当换向阀处于右位时压力油经液控单向阀Ⅱ进入液压缸右腔，同时压力油也进入液控单向阀Ⅰ的控制油口K1，打开阀Ⅰ，使液压缸左腔的回油经阀Ⅰ及换向阀回油箱，活塞向左运动。当换向阀处 于中位时，液压泵排出的压力油直接流回油箱。由于控制压力油压力卸除，阀Ⅰ 及阀Ⅱ即关闭，液压缸因两腔油液被封死，便被锁紧。

机械基础液压元件教案 篇2

关键词：单招；机电；试题分析；复习浅析

一、单招《机械基础》《液压气动》试题情况

（一）2012年试题分析

1.判断题占8分：滑动轴承的润滑、表面热处理，气动、液压各一题（伸缩缸与液压泵）。

2.选择题占15分：螺旋传动的应用、联轴器特点、气动回路判别、蜗杆特点、偏心轮特点四题。

3.填空题占12分：齿轮加工、精度等级要求、齿数的要求及材料的力学性能四题。

4.问答题占30分：槽轮机构、蜗杆机构、锥齿轮的组合分析、轴的结构分析两题。

5.计算题占12分：滑移齿轮、锥齿轮、螺旋传动、摩擦轮传动的的组合机构分析计算一题。

6.综合题占43分：一题是四杆机构、凸轮机构与带传动组合机构分析；一题是液压传动综合回路分析。

（二）学生答题情况

这门学科题目变化较大，具有一定的灵活性。但学生灵活运用学科内知识分析、解决问题的能力不足，不善于运用基本的解题方法来分析综合性问题和一些未见题型。

可以看出，江苏省2012年单招高考《机械基础》《液压气动》试卷结构已从“稳中有变”的命题逐渐趋向于“强化基础，强调综合，重视应用”的模式。考纲在发生变化，职业中学的教学模式必须发生相应质的改变。

二、《机械基础》《液压气动》教学复习浅析

（一）复习方法

1.第一轮“夯实基础、注重应用”。对本课程的概念、规律、公式、法则系统地复习，使学生对书本具体内容进一步熟悉，能够形成学科间的知识体系，弄清知识与知识之间存在的联系因素。为此，在教学中要狠抓基础，在基础知识奠定的基础上配合设计的学案导学进行知识的巩固与应用，做到融会贯通。

2.第二轮“查漏补缺、提升强化”。把握好难度，重点应加强学科重难点问题的渗透、交叉与综合，精选一些相对应例题对知识点进行巩固，同时加强对一些综合性例题的练习，提高学生对知识的综合应用能力。在此过程中了解学生在知识点中还存在的盲区，重点地查漏补缺，弥补一轮复习剩下的不足之处。

3.第三轮“综合练习、自行复习”。这阶段让学生接触综合性的练习，把前面所学的知识综合运用，找出相互之间的联系并进行归纳总结，进而也提高了他们在高考中的适应能力与解题的速度。同时这阶段已到了考试的最后阶段，学生的心里比较紧张，给学生最后几天的自行复习时间，一方面可以缓解学生的紧张心理，另一方面也可以给学生一个自行复习的空间，让他们发现自己还存在的不足和尚未解决的问题，及时找相关教师进行辅导，弥补自己的不足。同时，教师也可以利用这段时间再次研究高考考纲，思考并发现一些问题，及时地告知学生并进行补充。

（二）复习中应注意的问题

1.抓点、抓线、抓面。综合考试，它考查的知识点不受知识覆盖面的限制，对考查点的选择更加自由，教材中的每一块内容都必须复习到，不能留有死角。同时还必须重视学科交叉或边缘的知识、常识性的知识，不能留有盲点。知识与知识之间抓共性点，连成线、铺成面，化散为集中，便于学生对知识的熟悉与运用。

2.提高效率、改变教学方式。在复习课堂教学中，也要改变教师的教学方式和学生的学习方式，要以学生为主体，通过创设学习新情境，使学生主动参与课堂教学活动。如在概念的复习教学中，可针对所复习的概念设计问题组，组织学生分析、讨论，使学生了解概念（包括定义、定理、公式、法则等）产生、发展、形成的过程，通过问题的解决，让学生自己归纳专业述语汇概念，整理知识结构，从而加深对概念的理解。在运用知识解决问题的教学中，应大力提倡探究性学习，让学生自己思考、分析、探索解题思路，对某些综合性、实践性较强的问题，可组织学生分组讨论，制订解题方案，然后各组之间进行交流。课堂要给学生足够的思考时间、充分的交流机会，要转变观念，不能以课堂解决题量的多少来评价课堂效率，而应以学生能力是否得到提升来评价课堂效率，要坚决改变那种高密度、大容量，教师一讲到底，让学生死记“套路”的课堂教学方法。

3.重视理论联系实际。首先，人类的一切知识都来源于实践，在学习中如果不重這“源”而只在“流”中打圈子，我们所掌握的知识就会不彻底、不完全。其次，注重理论联系实际有利于加强对理论知识的理解，并能对所学的知识内容形成深刻的印象，从而巩固记忆。再者，密切联系实际能使所学的知识活起来，有利于不断发展学生的智慧和才能。理论联系实际要求学生能利用所学的知识理论去分析实际情况，去解决实际操作中所遇到的应当解决的问题，以达学以致用之目的。

机械基础教案 篇3

五莲县职教中心 机械基础课精品教案1 23 4 篇二：机械基础教案(中职)

一、运动副

使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接，称为运动副。根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为低副和高副。1.低副：低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为：（1）转动副：两构件在接触处只允许作相对转动。由滑块与导槽组成的运动副。（2）移动副：两构件在接触处只允许作相对移动。由滑块与导槽组成的运动副。

（3）螺旋副：两构件在接触处只允许作—定关系的转动和移动的复合运动。丝杠与螺母组成的运动副。2.高副：高副是两构件之间作点或线接触的运动副。

二、自由度 —个作空间运动的构件具有六个独立的运动，即沿x、y、z轴的移动和绕 x、y、z轴的转动，构件的

这种独立的运动称为构件的自由度。

一个作平面运动的自由构件，可以产生三个独立运动，即沿x、y、z轴的移动及绕a点（极点）的转

动，所以具有三个自由度。

当两个作平面运动的构件组成运动副之后，由于受到约束，相应的自由度也随之减少。转动副约束了沿 x、y轴向移动的自由度，保留了—个转动的自由度。移动副约束了沿一轴方向的移动和在平面内两个转动自由度，保留了沿另—轴方向移动的自由度。高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。

所以在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度。每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。

三、平面机构的运动简图 绘制平面机构运动简图的目的 绘制平面机构运动简图的目的在于：撇开与机构运动无关的外部形态，把握机构运动性质的内在联系，揭示机构的运动规律和特性。

机构的相对运动只与运动副的数目、类型、相对位置及某些尺寸有关，而与构件的横截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体结构无关。

用线条表示构件，用简单符号表示运动副的类型，按一定比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种简明表示机构各构件运动关系的图形称机构运动简图。只表示机构的结构及运动情况，不严格按比例绘制的简图称为机构示意图。

一． 四杆机构的组成

铰链四杆机构是由转动副联结起来封闭系统。其中被固定的杆4被称为机架 不直接与机架相连的杆2称之为连杆 与机架相连的杆1和 杆3称之为连架

凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄，只能在小于360°的 范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。

二． 链四杆机构的类型

铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。1）曲柄摇杆机构 若铰链四杆机构中的两个连架杆，一个是曲柄而另一个是摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构。

汽车前窗的刮雨器。当主动曲柄ab回转时，从动摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。2)双曲柄机构

如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作360°整周回转，则这种机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机架与连架杆的长度相等（这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。

蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线时，可能由

于某些偶然因素的影响而使两个曲柄反向回转。机车车轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防止其反转。3)双摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆都在小于360°的角度内作摆动，这种机构称为双摇杆机构。

三、曲柄存在的条件

由上述以知，在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。而

曲柄是否存在。则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。

可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为： 1． 连架杆与机架中必有一个是最短杆； 2． 最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。

上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。根据曲柄条件，还可作如下推论：（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可能有以下几种情况：

a．以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构； b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构； c．以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。

(2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。

四、铰链四杆机构的演化 1．曲柄滑块机构

在曲柄摇杆机构中，如果以一个移动副代替摇杆和机架间的转动副，则形成的机构称为曲柄滑块机构。

它能把回转运动转换为往复直线运动，或作相反的转变。2．导杆机构

一、急回特性和行程速比系数

曲柄摇杯机构中，当曲柄a b沿顺时针方向以等角速度?转过υ1时，摇杆cd自左极限位置c1d摆至右极位置c2d，设所需时间为 t1，c点的明朗瞪为 v1；而当曲柄ab再继续转过υ2时，摇杆cd自c2d摆回至c1d，设所需的时间为 t2，c点的平均速度为 v2。由于υ1＞υ2，所以 t1＞t2 ,v2＞vl。由此说明：曲柄ab虽作等速转动，而摇杆cd空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。摇杆cd的两个极限位置间的夹角ψ称为摇秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限位置时所夹的锐角θ称为极位夹角。

在某些机械中(如牛头刨床、插床或惯性筛等)，常利用机械的急回特性来缩短空回行程的时间，以提高生产率。行程速比系数k：从动件空回行程平均速度v2与从动件工作行程平均速度v1的比值。k值的大小反映了机构的急回特性，k值愈大，回程速度愈快。k＝v2／v1 ＝(c2c1／t2)／(c1c2／t1)＝（180°十θ）／(180°一θ)由上式可知，k与θ有关，当θ＝0时，k＝1，说明该机构无急回特性；当θ＞0时，k＞l，则机构具有急回特性。

二、死点 以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。在从动曲柄与连杆共线的两个位置时，出现了机构的传动角γ＝0，压力角α＝90°的情况。此时连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心不能推动曲柄转动，篇三：机械基础全册教案(第四版)机械基础(第四版)绪 论（2课时）

【导入】人们的生活离不开机械，在日常生活中都随处可见（例如：螺钉、自行 车、汽车、挖掘机），它通常有两类：一类是可以使物体运动速度加快的称为加速机械（自行车、飞机）；一类是使人们能够对物体施加更大力的称为加力机械（旋具、机床）。教学目标：

1、本课程的性质、内容、特点及学习方法

2、掌握零件、构件、机构、机器的概念及它们之间的区别与联系和 机器的组成

3、掌握运动副的概念和分类

教学重点难点：

1、机器和机构的区分

2、运动副的概念和分类

一、课程概述 1.课程性质

机械基础就是来研究这些机械的一门专业基础课，是为学习专业技术课培养专业岗位 能力服务的。2.课程内容

它包括机械传动、常用机构、轴系零件及液压与气压传动等方面的基础知识。3.课程任务 学以致用。

二、机器、机构、机械、构件和零件 1.零件和构件

（1）零件：是机器及各种设备的基本组成单元（例如螺母、螺栓），有时也将用简单方式 练成的单元件称为零件（如轴承）。

（2）构件：是机构中的运动单元体（如曲柄、连杆）。（3）两者间的区别和联系

区别：零件是制造单元，相互之间没有运动。构件是运动单元，相互之间有确定的相对运动。

联系：构件可以是一个独立的零件，也可以是由若干个零件组成 2.机器和机构

（1）机构：是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和力的构件系统（如带传动机构、齿轮机构）。（2）机器：是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，用来变换或

传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人类的体力劳动和脑力劳动（如电动机 手机）。（3）两者之间的异同点

不同点：机器能代替人的劳动完成有用的机械工或实现能量转换，机构只 能用来传递运动和力而不能做功或实现能量转换。

相同点：都是由构件组成；构件间都具有确定的相对运动。3.机器的组成

一台完整的机器，通常由四部分组成

动力部分： 作用是将其它形式的能量转换为机械能，以驱动机器各部分的运动。执行部分（工作机构）：机器中直接完成具体工作任务。传动部分（传动装置）：将原动机的运动和动力传递给工作机构。控制部分：显示、反映、控制机器的运行和工作。

三、运动副的概念及应用特点

1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式相对运动的可动联接。根据接触情况 可分为高副和低副。

（1）低副：两构件间作面接触的运动副。根据运动特征分为转动、副移动副和螺旋副。（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。按接触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触 和齿轮接触。

2.运动副的应用特点

（1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。不能 传递较复杂的运动。

（2）高副特点：单位面积压力大，两构件接触处容易磨损，制造和维修困难，能传递较 复杂的运动。

3.低副机构与高副机构

机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构；机构中至少有一个运动副是高副的机 构称为高副机构。

四、机械传动的分类(p10)本章小结1．机器、机构的特征及异同点。2．构件与零件的概念。

3．机械、机器、机构、构件、零件之间的关系。4．机器的组成。

5．运动副概念及其分类。6．高副、低副的应用特点。7．机械传动的分类。

作业：上述 3，4，6第一章 带传动（5课时）教学目标：1.掌握带传动的组成及工作原理 2.掌握v带的主要参数和标记

3.理解v带传动的安装维护及张紧装置 4.了解带传动的分类

5.了解v带的结构和带轮的结构分类 6．了解同步带传动

教学重点难点：1.带传动的工作原理及传动比 2.v带的主要参数和标记

【复习】1.零件和构件的定义及区别和联系 2.机器和机械的异同点；机器的分类 3.运动副的概念及分类

4.高副和低副的概念、分类和特点 第一节 带传动的组成、原理和类型

【导入】在日常生活中经常会看到用带传动的场合（例如缝纫机、录音机、跑步机），还有一些机器中也常用到带传动（例如粉碎机、手扶拖拉机）。这么多用到带传动的场合，那么带传动是由哪几部分组成的？它又是怎么来传递运动和动力的？ 【新授】

一、带传动的组成和原理 1.带传动的组成

带传动一般由固连与主动件的带轮（主动轮），固连与从动件的带轮（从动轮）和紧套在两轮上的挠性带组成。2．带传动的工作原理

带传动是以张紧在至少两个轮上的带作为中间挠性件，依靠带与带轮接触面间产生的摩擦力（啮合力）来传递运动与力的。目前，大多数用带传动的都是依靠摩擦力来传递运动和动力：主动轮通过摩擦力将运动和力传递给带，带有通过摩擦力将运动和力传递给从动轮，从而实现带传动的正常工作。摩擦力的大小不仅与带和带轮接触面的摩擦系数有关，还与接触面间的正压力有关。因此，带与带轮之间应有一定的张紧程度，以保证足够的摩擦力。3．机构传动比i 机构中瞬时输入角速度与输出角速度的比值称为机构的传动比。传动比是机械传动中的一个重要概念，针对不同的机械传动，具体的表达式会有所不同，但基本概念是相同的。带传动的传动比就是主动轮转速n1与从动轮转速n2之比，通常用i12表示 i=n1∕n2 从传动比公式可以得出：

当01时，机械传动为减速传动（从动轮转速小于主动轮转速）。机械中常用的是减速传动。

传动比的角标符号的含义要清楚，i12与i21的含义是不同的，在计算中不能混淆。i12：1为主动轮，2为从动轮，表示轮1与轮2的转速比；

i21：2为主动轮，1为从动轮，表示轮2与轮1的转速比。

二、带传动的类型(p13)圆带传动

平带传动 普通v带传动 v窄v带传动

带传动多楔带传动

啮合型带传动：同步带传动

第二节v带传动

一、v带及带轮

v带传动是由一条或数条v带和v带带轮组成的摩擦带传动。1.v带

（1）外形：v带是一种无接头的环形带，其横截面为等腰梯形，工作面是与轮槽相接处的 两侧面，带与轮槽底面不接触。

（2）分类：按结构不同可以分为帘布芯和绳芯（3）组成：由包布、顶胶、抗拉体和底胶

机械基础物理教案 篇4

一、教学目标与要求

1.了解力的两种效应和力的三要素

2.了解静力学的基本力学规律，本书要求掌握静力学的四个基本公理。 3.了解受力图的基本画法 4.了解力矩和力偶的基本概念

二、学习重点和难点

1.学习重点 1).了解力的两种效应和力的三要素 2).了解静力学的基本力学规律，本书要求掌握静力学的四个基本公理。 2.学习难点 1).了解受力图的基本画法 2).了解力矩和力偶的基本概念

三、教学方法

讲授法、演示法、案例分析法和相互讨论法为主

四、讲授课时 8课时

如图1—1所示，在对工程实际对象(如汽车、船舶、机床、卫星等)进行力学分析时，首先要把它理想化，即合理抽象为力学模型，这样才便于进行数学描述，得到数学模型。这一过程也简称为“建模”。然后进行计算，一般用计算机数值求解。随后，对得出结果加以分析，特别要与实验结果相比较，如误差符合要求，则结束分析，如误差大，往往要修改力学模型再分析。由此可见，力学模型直接决定计算结果的正确性，它是力学分析的基础，十分重要。

机械工程控制基础教案 篇5

[教学内容]

1．控制理论学科的发展概况

2．控制理论的研究对象

3．控制系统的工作原理及基本要求

4．学习目的和学习方法

[教学安排]

安排的教学时数：4学时

[知识点及基本要求]

了解机械控制工程理论的由来和发展，了解其在机械制造领域中的作用。熟悉有关“反馈与反馈控制”的基本概念。学习分析具体控制系统的组成环节，知道系统的被控对象、被控量、扰动量、控制量等，会画工作原理方框图。

[重点和难点]

反馈与反馈控制；

控制系统的概念；

[教学法设计]

应用多媒体课件，开展案例教学。

第二章 控制系统的数学模型

[教学内容]

1．控制系统动态微分方程的建立以及非线性方程的线性化；

2．传递函数的概念及传递函数方块图的简化方法；

3．典型环节的传递函数；

[教学安排]

本章安排的教学时数：6学时

2.1.1 线性系统与非线性系统；2.1.2 线性系统微分方程的列写；2.1.3系统非线性微分方程的线性化。安排2学时。

2.2.1 传递函数的定义；2.2.2传递函数的常见形式；2.3.1控制系统的基本联接方式；2.3.2扰动作用下的闭环控制系统。安排2学时

2.3.3 传递函数方块图的绘制；2.3.4传递函数方块图的变换；2.3.5传递函数方块图的简化。安排2学时。

2.4 典型环节的传递函数。安排2学时。

[知识点及其基本要求]

2.1 控制系统的微分方程

线性系统与非线性系统，以质量-弹簧系统等为例引出线性系统与非线性系统的概念，让学生对概念有明确的理解；

线性系统微分方程的列写，是本次课的重点，通过力学、电学等方面的实例让学生掌握动态系统建模的方法；

系统非线性微分方程的线性化，让学生理解非线性动态微分方程线性化的处理方法。

2.2 传递函数

传递函数的定义，是本次课的重点讲解内容，通过实例让学生理解为什么要引入传递函数表述动态系统；

传递函数的常见形式，让学生了解它的多种表达方式；

控制系统的基本联接方式，主要掌握串联、并联和反馈控制等基本联接方式；

扰动作用下的闭环控制系统。

3.3传递函数方块图的绘制；

传递函数方块图的变换，是学生掌握的重点和难点；

传递函数方块图的简化，通过大量的训练能熟练掌握。

2.4典型环节的传递函数

了解每一个典型环节的传递函数表达的含义，并能熟练掌握传递函数的表达式。

[重点和难点]

传递函数的定义；

传递函数方框图的变换和简化。

[教学法设计]

多种实例分析贯穿本章教学始终，做到举一反三，全面理解和熟练应用。

[应用]

以例子穿插讲解。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第三章 控制系统的时域分析

[教学内容]

1．时间响应的基本概念及其组成，几种典型的输入信号；

2．一阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应；

3．控制系统的动态性能指标；

4．控制系统的稳定性。

[教学安排]

本章安排的教学时数：8学时

3.1.1 时间响应及其组成；3.1.2 典型输入信号；3.2一阶系统的时间响应。

安排2学时。

典型输入信号：单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号；

一阶系统的时间响应介绍一阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。

3.3 二阶系统的时间响应。安排2学时

介绍二阶系统的数学模型以及二阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。

3.5 控制系统的动态性能指标。安排2学时。

介绍欠阻尼状态下的二阶系统在单位阶跃输入的响应下瞬态响应指标：上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间，并举例求响应的响应指标。

3.6 控制系统的稳定性。安排2学时。

稳定性的基本概念及线性系统稳定的充要条件，Routh（劳斯）稳定判据

[知识点及其基本要求]

3.1 时间响应与典型输入信号

时间响应的概念，以质量-弹簧系统为例介绍时间响应的组成：瞬态响应与稳态响应，为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。

选取典型输入信号的基本原则，单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号等典型信号的产生与数学表达式及其拉氏变换；

3.2 一阶系统的时间响应

一阶系统的微分方程及其传递函数，一阶系统的单位阶跃响应及其性能参数，一阶系统的单位脉冲响应。

3.3 二阶系统的时间响应

二阶系统的微分方程及其传递函数，分情况讨论欠阻尼系统、临界阻尼系统、过阻尼系统、零阻尼系统。

二阶系统的单位阶跃响应，讨论二阶系统在不同阻尼情况下的单位阶跃响应。二阶系统在不同阻尼情况下的单位脉冲响应。

3.5 控制系统的动态性能指标

瞬态响应的性能指标，根据欠阻尼状态下的二阶环节对单位阶跃输入的时间响应，性能指标包括上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间。举例进行介绍如何理解与求解这些性能指标。

3.6 控制系统的稳定性

稳定性的基本概念，线性系统稳定的充要条件，判断控制系统稳定性的方法有两大类：直接求解系统特征方程，根据极点分布来判定系统稳定性，另一类是不求解特征方程的间接方法—Routh（劳斯）稳定判据。

[重点和难点]

二阶系统时间响应；

控制系统的动态响应指标。[教学法设计]

时间响应基本概念以及典型输入信号通过直接法给出；

通过实例分析计算控制系统的时间响应以及时间性能指标的计算，Routh（劳斯）稳定判据的计算。

[应用]

以例子穿插讲解。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第四章 控制系统的频域分析

[教学内容]

（1）频率特性的基本概念

（2）频率特性图示方法（典型环节Nyquist图和Bode图）

（3）频率特性的特征量、最小相位系统

（4）系统稳定性的初步概念、Routh判据

（5）Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据、（6）系统的相对稳定性 [教学安排]

计划学时数：8 学时

（1）频率特性的基本概念，2学时；

（2）频率特性图示方法（典型环节Nyquist图和Bode图），4学时；

（3）频率特性的特征量、最小相位系统，2学时；

（4）系统稳定性的初步概念、Routh判据，2学时；

（5）Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据，4学时；

（6）系统的相对稳定性，2学时；

[知识点及其基本要求]

了解频率特性的定义及求法；熟悉典型环节频率特性的Nyquist图和Bode图；掌握一般系统Nyquist图和Bode图的画法（注意画图步骤和图面标注）；能应用代数判据和几何判据完成系统稳定性的判别；理解系统频域性能指标及其与时域指标的关系；理解什么是相对稳定性，掌握稳定裕量的计算方法。

[重点和难点]

典型环节的Nyquist图和Bode图；

稳定性的几何判据；

稳定裕量的计算

[教学法设计]

通过工程实例引入频率特性的概念；

使用MATLAB仿真案例

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第五章 控制系统的误差分析

[教学内容]

1．控制系统的误差与偏差以及两者之间的对应关系；

2．瞬态过程与稳态过程、瞬态误差与稳态误差、静态误差与动态误差；

3．静态误差和动态误差的计算。

[教学安排]

本章安排的教学时数：6

5．1 误差的概念；5．2 系统的类型。安排2学时。

结合定义强调误差与偏差的不同以及两者的对应关系；

结合定义强调各误差不同、影响因素；

5．3 静态误差；5．4 动态误差。安排2学时。

不同类型系统的静态误差系数、不同输入信号作用下的静态误差；结合实例进行控制系统的静态误差的计算。

系统的动态误差系数计算；结合实例进行控制系统的动态误差的计算。[知识点及其基本要求]

5．1 误差的概念

一、误差与偏差

控制系统的误差是系统的实际输出与期望输出的差；控制系统的偏差是系统的输入信号与反馈信号的差。两者定义是不同的，但是它们都是表示控制系统精度的量，都反映控制系统的稳态性能，并且它们之间具有确定的对应关系。控制系统为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。

二、瞬态过程与瞬态误差

瞬态过程反映控制系统的动态响应性能，主要体现在系统对输入信号的响应速度和系统的稳定性这两个方面；对于稳定的系统，实际上瞬态误差在时间大于调整时间后可以认为基本衰减为零。

控制系统的误差主要是稳态误差。

三、稳态过程与稳态误差

稳态过程反映控制系统的稳态响应性能，它主要表现在系统跟踪输入信号的准确度或抑制干扰信号的能力上；稳态误差是评价控制系统稳态性能的主要指标，是随时间变化的量，与系统及其输入信号的特性有关。它分为静态误差和动态误差两类。

四、静态误差和动态误差

静态误差是系统稳态误差的极限值，其大小取决于系统静态误差系数；动态误差是控制系统稳态误差的过程量，反映稳态误差的变化规律，其大小取决于系统的动态误差系数和输入信号及其各阶导数。

5．2 系统的类型

静态误差为零的系统是无差系统，系统是有差系统还是无差系统取决于系统的类型和输入信号的形式。

5．3 静态误差

一、不同类型系统的静态误差系数

二、不同输入信号作用下的静态误差

三、结合实例进行控制系统的静态误差的计算。

5．4 动态误差

一、系统的动态误差系数计算

二、结合实例进行控制系统的动态误差的计算。

[重点和难点]

系统的动态误差系数计算；

控制系统的动态误差的计算。

[教学法设计]

采用对比分析各定义的异同，逐步引出静态误差、动态误差；

通过实例分析计算控制系统的静态误差、动态误差。

[应用]

例1：已知系统1和系统2的开环传递函数分别为

试计算其静态误差系数和动态误差系数。

例2：对于上例，试计算当控制输入信号分别为

时的静态误差和动态误差。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。第六章 控制系统的综合与校正

[教学安排]：

教学时数 6；

教学手段：多媒体教学与仿真试验；

教辅工具：仿真软件MATLAB与MULTISIM；

教学法：形象比喻、设疑、思考、启发、仿真演示与结论；

[知识点及其基本要求]

滞后与超前的含义；

滞后容易理解，但系统为什么能做到超前（因为系统信号是有规律的）；

系统为什么不稳定，不稳定的实质是什么：系统反映过慢，对高频不能做出及时响应。

系统要稳定，有两种情况，（1）系统反映很快，在高频时，幅值与相位误差均很小；（2）系统反映较慢，在高频时，幅值与相位误差均很大，既对高频不敏感。比喻：大雪天不摔跤的两种人：反映快或反映慢走路很小心的人。

然后搞清楚校正的实质是什么？

举例说明超前顺馈校正提高稳定性与响应快速性的方法。

[重点和难点]

掌握系统不稳定的实质；

校正的实质。

[教学法设计]

一、用matlab仿真：（1）相位差超过180度，而幅值仍然大于1的系统；（2）观察这种情况下的反馈系统稳定性；分析原因，提出解决方案，同时理解校正的概念；

用电路仿真，学生观察信号的超前与滞后，并理论计算超前角与滞后角，与仿真结果相比较；

二、设计PID校正，并分析输入与输出的关系；

用电路仿真，观察输入与输出的情况，比对学生的思考。

[应用]

机械基础液压元件教案 篇6

【摘 要】液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。在无级自动变速传动中，液压传动以其能容量大、体积小、转动惯量小、操作灵活且能实现平稳无级变速等特点。在矿山机械、农用车辆等机械中得到了较为广泛的应用。随着该种传动技术的不断完善，液压机械传动将逐渐成为矿山机械中应用最为广泛的传动模式。本文主要是通过对液压机械传动的主要特点、传动机理以及在矿山机械中的应用情况进行分析，明确其在矿山机械应用中的作用，并提出了一些自我的看法。

【关键词】矿山机械；液压传动；应用

1.液压机械传动特点

现阶段多数的大型矿山机械主要采用的是液力机械传动系统。为了有效提升系统工作效率，在实现节约能源的同时，提升机械的传动性能与操作灵活性，较为理想的方法是将传统的有级变速发展成为无级变速传动。而液压机械传动系统的应用有效的提升了整个系统的操作性能，且传动效率较高，弥补了传统有级传动应用过程中存在的不足，实现了自动变速换挡。工作时平稳性好，易实现过载保护和安全保护。液压传动比机械传动操纵更简单而且省力，本身可以当作润滑油，润滑液压元件各部位，延长了元件的使用寿命，减轻了机械的维护与保养。

液压传动也存在一些缺点：

在与零件或机件的结合处，液压油的渗漏难以避免，会影响运动的平稳性，降低传动效率。漏油会引起能量的损失，是液压传动的主要损失。当液压油受污染时，会堵塞液压元件的通道，这是液压系统发生故障的主要原因。

2.液压传动的基本原理

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

液压机械系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

3.液压机械在应用中的问题以及解决措施

液压系统由于具有动力大，传动平稳，噪声低等优点，因而，在矿山机械中得到广泛应用。由于矿山机械在使用过程中的液压系统泵站集中，执行机构点多面广，系统压力高、流量大、阀控制多，各机构所处的环境受温度、水蒸气、粉尘和振动的影响较大，故液压系统的结构比较复杂。若出现故障，将会直接影响其工作效率，且液压系统的故障具有隐蔽性、交错性、随机性和差异性等特点。因此，对矿山机械液压系统常见问题进行调查，梳理与总结，以及对故障诊断技术与方法的合理选用等，对液压系统故障的快速诊断与维修显得尤为重要。

3.1温度过高

系统产生温度过高的主要原因有：（1）冷却器或吸油管路堵塞；（2）油粘度过高；（3）内泄严重；（4）泵修理后性能差及油位低；（5）压力调定过大；（6）摩擦损失大。相应解决方法如为：1）对冷凝器或吸油管路选用合适的介质进行高温、高压清洗，冲洗过程中要用外力不断反复锤打管壁、以便更好地震落除去残留管壁的残渣、杂物。2）排空油箱，根据工作情况，选用相应对粘度液压油。3）查寻油箱漏油处，可能是油位太低，应把油位加到正常位置。4）如果是单向泵，则可能是由于接线错误而导致泵的旋向不对，此时应改变接线，调整泵的旋向。5）泵内可能有沉渣，应进行清洗排渣。6）由于磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损和腐蚀及侵蚀磨损而造成的泵元件严重磨损或损坏，此时应更换泵元件或更换泵。

3.2油液泄漏

造成油液泄漏的主要原因有：（1）油温、油压过高；（2）接头松动或密封失效；（3）工件相对运动表面过度磨损；（4）阀等元件失效。 相应处理方法为：1）油温过高参照上面介绍。2）拧紧油管接头并检查是否扣环或者更换密封。3）研磨修复磨损表面或者更换磨损严重的元件。4）更换阀等失效元件。

3.3振动和噪声

产生振动或噪声的主要原因有：（1）系统进入气或出现空穴现象；（2）零部件出现松动或磨损；（3）机械系统引起的振动；（4）油流漩涡、油面过低；（5）元件堵塞或阻力太大；（6）压力和流量脉动大；（7）阀门和缸体收到堵塞，泵校正不当或油粘度大。

3.4系统无压力或者压力不足

系统无压力或者压力不足，主要原因有：（1）油箱油位过低；（2）油液粘度过高；（3）油温过高；（4）接头或密封泄漏；（5）泵转向不对；（6）电机故障；（7）主泵或马达泄漏过大；（8）溢流阀调定值低或失效；（9）泵堵塞或损坏；（10）阀工作失效。

3.5压力和流量的不稳定

压力和流量不稳定的主要原因有：（1）个别叶片在转子槽内间隙大，高压油向低压腔流动；（2）油液过脏，个别叶片在转子槽内卡住；（3）个别柱塞与缸体间隙大，漏油大；（4） 结构因素；（5）供油波动与吸气现象。

3.6工作机构动作不稳定

工作机构动作不稳定产生的原因及处理办法为：（1）空气进入系统。此时应检查油位与密封的完好性。（2）润滑不良，磨擦阻力增大，此时应改善润滑条件，清除脏物。（3）压力过低或系统压力脉冲过大，不足以克服外界阻力，此时应检查溢流阀的调定值是否符合要求，不符合要求应进行调整；节流管道壁上堆积油液杂质或者节流阀的泄漏导致的不稳定，此时应清洗或修理节流阀。

3.7牵引力过小

液压系统发生此故障的主要原因是主油路压力低。检查内容及处理方法为：（1）检查系统是否漏油，如漏油可拧紧接头，更换密封件或管件。（2）马达或主泵泄漏严重，可更换马达或主泵。（3）冷却不良致使油温过高，须调整冷却水量或水压至定值。（4）安全阀调定值不能满足工况，可重新调定。（5）补油量不足，可能是辅助泵泄漏量大，需更换新的。

4.在机械应用中的故障诊断技术与方法

4.1主观诊断技术

主观诊断技术是目前解决液压机械故障最有效、较常见的一种技术，主要包括：直接经验法、逻辑分析法、参数测量法、故障树分析法等。（1）直接经验法。（2）逻辑分析法。（3）参数测量法。（4）故障树分析法。

4.2仪器诊断技术

仪器诊断主要是根据液压系统的流量、压力、温度、振动、噪声、油的污染、泄漏、执行部件的速度、力矩等，通过仪器显示或计算机运算得出判断结果。诊断仪器有通用型、专用型、综合型，其发展方向是非接触式、便携式、多功能和智能化。包括铁谱记录法、振动诊断法、声学诊断法、热力学诊断法等。

4.3数学模型诊断技术

数学模型诊断技术是指首先用一定的数学手段来描述系统某些特征量在频率、相位、幅值及相关性上与故障之间的关系，然后通过测量、分析、处理这些信号来判断故障源发生部位。其实质是以动态测试技术和传感器技术为手段，以信号处理与建模处理为基础的诊断技术。主要包括功能诊断法、信号时-频域诊断法、随机信号频率响应法等。

【参考文献】

[1]敖江.液压机械传动在矿山机械中的应用[J].装备制造技术，2013（04）.