《液壓與氣壓傳動（第2版）》教案 第10課 拆卸液壓缸-液壓缸

10拆卸液壓缸——液壓缸第課10拆卸液壓缸——液壓缸第課PAGE110拆卸液壓缸第課PAGE10拆卸液壓缸第課PAGE310PAGE4第10PAGE4第課拆卸液壓缸——液壓缸

課題拆卸液壓缸——液壓缸課時2課時（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：了解液壓缸的類型和圖形符號掌握液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理思政育人目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)教學(xué)重難點教學(xué)重點：液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理教學(xué)難點：液壓缸的工作原理的理解與應(yīng)用教學(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：→→問題導(dǎo)入→傳授新知（35min）第2節(jié)課：問題導(dǎo)入（5min）→傳授新知（27min）→思政講堂（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)，學(xué)生掃描課本79頁的“任務(wù)工單3-2”，完成課前任務(wù)小黃與師傅老李今天要對一批液壓缸進行維護工作。老李告訴小黃：“正確使用與維護液壓缸，可以延長它的使用壽命，并保證它在工作時具有良好的穩(wěn)定性。我們需要定期對液壓缸內(nèi)部零部件進行清洗，并更換老化的密封裝置。此時，我們就要先正確拆卸液壓缸，才能進行這些工作?！敝?，老李同小黃一起開始拆卸液壓缸。（詳見教材）【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)生的出勤情況問題導(dǎo)入（8min）同學(xué)們請思考一下，當(dāng)我們走在大街上，會時常見到在建樓、修路的挖掘機，它揮動著巨大的機械手臂，挖掘地面，鏟起沙土。那么這些機械手臂是由什么組合而成的呢？工作原理是怎樣的？通過問題，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）一、液壓缸的類型和圖形符號液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可與杠桿、連桿、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等配合使用，能實現(xiàn)多種機械運動。液壓缸在各類機械的液壓傳動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。如圖3-7所示（詳見教材），液壓缸按結(jié)構(gòu)特點不同，可分為活塞缸、柱塞缸、擺動缸和組合缸4類。其中，活塞缸和柱塞缸用以實現(xiàn)直線運動，輸出推力和速度；擺動缸用以實現(xiàn)小于360°的轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度；組合缸具有較特殊的結(jié)構(gòu)和功用。工程中以活塞缸應(yīng)用最為廣泛。【教師】請學(xué)生掃描課本81頁的二維碼，觀看視頻通過觀看視頻，了解液壓缸?！緦W(xué)生】觀看視頻、理解、記憶液壓缸按作用方式和供油方向不同，可分為單作用液壓缸和雙作用液壓缸兩種。單作用液壓缸只能從一個方向供油，液壓力只能使活塞（或柱塞）做單方向運動，反方向運動必須靠外力（如彈簧彈力或自身重力等）實現(xiàn)，如圖3-8所示；雙作用液壓缸可從兩個方向供油，由液壓力實現(xiàn)兩個方向的運動，如圖3-9所示。二、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)前面所述圖3-6所示的液壓缸結(jié)構(gòu)圖即為單桿式活塞缸的結(jié)構(gòu)圖，它主要由缸體組件和活塞組件兩個基本部分組成。缸體組件包括缸體、前后端蓋、導(dǎo)向套等零件，其中，缸體多采用無縫鋼管制成；活塞組件包括活塞、緩沖套、活塞桿等零件。缸體組件和活塞組件在組裝后通過長拉桿連接起來，并用螺母鎖緊。【教師】提問學(xué)生實質(zhì)上，液壓缸輸出的是什么物理量？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答液壓缸輸出的是力或力矩?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶為了保證液壓缸具有可靠的密封性，在前、后端蓋與缸體之間，活塞與缸體內(nèi)壁之間，活塞桿與前端蓋之間，活塞桿與活塞之間均設(shè)置有相應(yīng)的密封元件。（詳見教材）1．缸體組件缸體組件與活塞組件構(gòu)成密封油腔，并承受很大的液壓力，因此，缸體組件要有足夠的強度和剛度、較高的表面質(zhì)量和可靠的密封性。常見的缸體與端蓋的連接形式如圖3-10所示（詳見教材）。①法蘭連接如圖3-10（a）所示，缸體端部一般用鑄造、墩粗等方法制成法蘭盤或焊接法蘭盤，采用止口定位，再用螺栓與端蓋固定。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單、易加工、易裝卸，因而使用廣泛，但該連接形式的重量和外形尺寸大。②半環(huán)連接如圖3-10（b）所示。半環(huán)連接是將兩半環(huán)裝于缸體環(huán)形槽內(nèi)，再用套或擋圈壓住半環(huán)，以達到連接的目的。它分外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種。半環(huán)連接結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小、質(zhì)量較輕、易裝卸，但缸體開槽后機械強度會削弱，需加厚缸壁。半環(huán)連接應(yīng)用十分普遍，常用于由無縫鋼管制成的缸體與端蓋之間的連接。（詳見教材）2．活塞組件根據(jù)工作壓力、安裝方式和工作條件的不同，活塞與活塞桿的連接形式很多，常見的有焊接連接、錐銷連接、螺紋連接和半環(huán)連接等，如圖3-11所示（詳見教材）。①焊接連接如圖3-11（a）所示，其結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小，但損壞后需整體更換，常用于小直徑液壓缸。②錐銷連接如圖3-11（b）所示，其結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，但承載能力小，且需有防止錐銷脫落的措施，多用于中低壓輕載液壓缸中。（詳見教材）3．密封裝置【教師】提問學(xué)生液壓缸的密封裝置主要是哪些部位之間的密封？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答液壓缸的密封主要是指活塞與缸體、活塞桿與端蓋間的動密封和活塞與活塞桿、缸體與端蓋間的靜密封，用來防止液壓缸內(nèi)部和外部的泄漏?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶4．緩沖裝置當(dāng)液壓缸所驅(qū)動的工作部件質(zhì)量較大、速度較高時，活塞運動到終端時會撞擊端蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴重影響液壓缸工作性能，甚至損壞液壓缸。因此，在大型、高速或高精度的液壓設(shè)備中，常在液壓缸中設(shè)置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。常見的緩沖裝置如圖3-12所示（詳見教材）。5．排氣裝置液壓傳動系統(tǒng)中混入空氣后，會影響液壓缸運動的平穩(wěn)性，嚴重時會使液壓傳動系統(tǒng)不能正常工作。因此，在設(shè)計和使用液壓缸時必須考慮如何排除空氣。【教師】提問學(xué)生所有的液壓傳動系統(tǒng)必須設(shè)置專門的排氣裝置嗎？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答對于要求不高的液壓傳動系統(tǒng)，可不設(shè)專門的排氣裝置，而是將液壓缸的進、出油口【學(xué)生】聆聽、理解、記憶通過老師的講解，使學(xué)生掌握液壓泵的類型、圖形符號和典型結(jié)構(gòu)第二節(jié)課問題導(dǎo)入（5min）液壓缸的工作原理是什么？活塞缸、柱塞缸、擺動缸和組合缸的工作原理有什么區(qū)別呢？下面我們來分別學(xué)習(xí)這些類別的液壓缸工作原理。通過問題導(dǎo)入，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（27min）三、液壓缸的工作原理下面主要以活塞缸、柱塞缸、擺動缸和組合缸為例，介紹液壓缸的工作原理。1．活塞缸在缸體內(nèi)做相對往復(fù)運動的組件為活塞的液壓缸，稱為活塞缸?；钊赘鶕?jù)其使用要求的不同，可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)。1）雙桿式活塞缸雙桿式活塞缸的活塞桿從液壓缸的兩端同時伸出。根據(jù)其安裝方式的不同，雙桿式活塞缸又可以分為缸體固定式和活塞桿固定式兩種類型。無論哪種類型，當(dāng)其兩活塞桿直徑相同，且兩腔的供油壓力和流量都相等時，活塞（或缸體）兩個方向的運動速度和推力便相等。因此，這種液壓缸常用于要求往復(fù)運動速度和負載相同的場合，如各種磨床等?！窘處煛刻釂枌W(xué)生雙桿式活塞缸的固定方式有哪些？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答雙桿式活塞缸的缸體固定時要保證工作臺移動范圍位缸活塞有效行程L的3倍?；钊麠U固定時要保證工作臺移動范圍是活塞有效行程的2倍?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶雙桿式活塞缸的工作原理如圖3-14所示（詳見教材）。如圖3-14（a）所示，缸體1固定在機床床身上，工作臺4與活塞桿3相連。缸體的兩端設(shè)有進、出油口，動力由活塞桿傳出，進油腔位置與活塞運動方向相反。（詳見教材）若回油腔直接接油箱，則回油腔壓力約等于零，于是，雙桿式活塞缸的推力和速度可用公式表示為（3-9）（3-10）2）單桿式活塞缸單桿式活塞缸有缸體固定和活塞桿固定兩種形式。如圖3-15所示（詳見教材）為單桿式活塞缸工作原理圖，其活塞桿從缸體的一側(cè)伸出?！窘處煛刻釂枌W(xué)生單桿式活塞缸在兩個方向的推力和運動時速度相等嗎？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的答案單桿式活塞缸的特點是兩腔的有效工作面積不相等，當(dāng)向液壓缸左右兩腔分別供油，且供油壓力和流量相同時，活塞（或缸體）在兩個方向的推力和運動速度不相等。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶當(dāng)無桿腔進油，有桿腔回油時，如圖3-15（a）所示。（詳見教材）（詳見教材）【教師】點撥學(xué)生當(dāng)單桿式活塞缸兩腔同時通入液壓油時，利用兩端面積差進行工作的連接形式稱為差動連接。在實際應(yīng)用中，液壓傳動系統(tǒng)常通過控制閥來改變單桿式活塞缸的油路連接，使其有不同的工作方式，從而實現(xiàn)“快進—工進—快退”的工作循環(huán)。差動連接可在不增加液壓泵流量的前提下實現(xiàn)快速運動，廣泛應(yīng)用于組合機床等設(shè)備的液壓傳動系統(tǒng)中?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶（詳見教材）（詳見教材）（詳見教材）【教師】提示學(xué)生柱塞工作時總是端面受壓，為了能輸出較大的推力，柱塞一般較粗、較重。水平安裝時易產(chǎn)生單邊磨損，故柱塞缸適宜垂直安裝使用。當(dāng)其水平安裝時，為防止柱塞因自重而下垂，常制成空心柱塞并設(shè)置支承套和托架?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶3．?dāng)[動缸擺動缸是一種將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槿~片往復(fù)擺動運動，從而輸出機械能的液壓執(zhí)行元件。常用的擺動缸有單葉片式和雙葉片式兩種類型，如圖3-18所示（詳見教材）。定子塊3固定在缸體1上，葉片2和擺動輸出軸4連接在一起，當(dāng)兩油口A、B交替輸入液壓油（交替接通油箱）時，葉片即帶動擺動輸出軸做往復(fù)擺動運動，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。單葉片式擺動缸輸出軸的擺角一般不超過280°，其輸出轉(zhuǎn)矩和回轉(zhuǎn)角速度用公式表示為（3-17）（3-18）【教師】點撥學(xué)生擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封性較差，常用于機床的送料裝置、間歇進給機構(gòu)、回轉(zhuǎn)夾具、工業(yè)機器人手臂回轉(zhuǎn)裝置和工程機械回轉(zhuǎn)機構(gòu)等中低壓液壓傳動系統(tǒng)?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶（詳見教材）（詳見教材）。設(shè)活塞直徑為，柱塞直徑為，增壓缸大端輸入液壓油的壓力為，小端輸出液壓油的壓力為，且不計摩擦阻力，根據(jù)力學(xué)平衡關(guān)系有（3-19）【教師】提示學(xué)生增壓缸只能將高壓端輸出的液壓油通入其他液壓缸以獲取大的推力，其本身不能直接作為執(zhí)行元件。所以安裝時應(yīng)盡量使它靠近執(zhí)行元件?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶2）伸縮缸伸縮缸由兩個或多個活塞缸套裝而成。如圖3-20所示（詳見教材），前一級的活塞與后一級的缸體連為一體（即活塞2與缸體3連為一體）。（詳見教材）3）齒條活塞缸齒條活塞缸又稱無桿式活塞缸，如圖3-21所示（詳見教材）。它由帶有齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)組成，活塞的往復(fù)移動經(jīng)齒輪齒條機構(gòu)變成齒輪軸的往復(fù)轉(zhuǎn)動。齒條活塞缸多用于自動線、組合機床等的自動轉(zhuǎn)位或分度機構(gòu)中。通過講解，讓學(xué)生掌握液壓缸的工作原理思政講堂（8min）【教師】拓展講解有關(guān)液壓缸的故事2020年8月7日上午，石家莊黃壁莊水庫事務(wù)中心機電運行處閘門班組的技術(shù)骨干高向輝已在水庫堅守了近一個月。在水庫正常溢洪道8號表孔的啟閉機前，高向輝和同班組的宋紹輝，俯身檢查液壓缸上的每一枚螺絲。（詳見教材）其實，每年進入主汛期后，不僅機電運行處職工24小時待命，黃壁莊水庫事務(wù)中心近160名職工也全部取消休假，全員在崗待命。這份工作無疑是辛苦的，但在這些水庫職工看來，能夠守護一方平安，再苦再累也是值得的?！緦W(xué)生】聆聽、理解