《液壓與氣壓傳動（第2版）》教案 第34課 使用空氣壓縮機-氣壓傳動元件(一)

34PAGE2第34PAGE2第課使用空氣壓縮機——氣壓傳動元件34使用空氣壓縮機——氣壓傳動元件第課34使用空氣壓縮機——氣壓傳動元件第課PAGE934使用空氣壓縮機——氣壓傳動元件第課PAGE134使用空氣壓縮機——氣壓傳動元件第課PAGE1

課題使用空氣壓縮機——氣壓傳動元件（一）課時2課時（90min）教學(xué)目標知識技能目標：掌握氣源裝置的組成和工作原理掌握氣動執(zhí)行元件的分類和結(jié)構(gòu)原理思政育人目標：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：氣源裝置的組成和工作原理、氣動執(zhí)行元件的分類和結(jié)構(gòu)原理教學(xué)難點：氣源裝置和氣動執(zhí)行元件的工作原理教學(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216頁的“任務(wù)工單7-2”，完成課前任務(wù)光明機械廠的氣動設(shè)備突然出現(xiàn)故障，其出口處的壓力突然下降。小黃與師傅老李前來到廠里維修。老李對設(shè)備進行了一番檢查，然后操作了一會兒，很快就將它修好了。一旁的小黃有些疑惑，便問師傅老李是如何做的，老李解釋道：“這個設(shè)備由氣壓傳動運行，其中空氣壓縮機的過濾器堵塞了，更換后便可以正常使用了?！苯又侠钕蛐↑S更加深入地講解其中的原理。【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)生的組織紀律性，掌握學(xué)生的出勤情況問題導(dǎo)入（8min）氣源裝置是為氣動系統(tǒng)提供符合質(zhì)量要求的壓縮空氣的能源裝置，那么氣源裝置主要包括哪些呢？它們的各自的符號和工作原理有什么樣的？與前面章節(jié)中所學(xué)的液壓系統(tǒng)中的液壓泵有什么共同之處呢？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、氣源裝置氣源裝置是為氣動系統(tǒng)提供符合質(zhì)量要求的壓縮空氣的能源裝置，主要包括空氣壓縮機、冷卻器、油水分離器、儲氣罐等，具體組成如圖7-3（a）所示。在氣壓傳動控制回路中常用如圖7-3（b）所示的圖形符號表示氣源裝置?！窘處煛颗c液壓泵站的對比學(xué)習(xí)氣源裝置時，要與前面章節(jié)所學(xué)的液壓系統(tǒng)中的液壓泵站對比學(xué)習(xí)，對比如下：氣源裝置：為氣動系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度。符號如下：液壓泵站：一般采用符合液壓系統(tǒng)要求的液壓油，由原動力（電機或其他動力）經(jīng)泵（包括葉片泵、齒輪泵、柱塞泵等）送出符合流量與壓力要求的液壓油供液壓系統(tǒng)使用。符號如下：【學(xué)生】聆聽、理解、記憶1．空氣壓縮機空氣壓縮機是氣源裝置的核心，它是將原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。空氣壓縮機的實物和圖形符號如圖7-4所示。1）空氣壓縮機的種類空氣壓縮機的種類很多，按其工作原理可分為容積型空氣壓縮機和速度型空氣壓縮機兩大類。（詳見教材）2）空氣壓縮機的工作原理如圖7-5所示（詳見教材）為活塞式容積型空氣壓縮機的工作原理圖，其工作過程可分為：吸氣過程，壓縮過程，排氣過程，膨脹過程。【教師】學(xué)生掃描課本218頁的二維碼，觀看視頻通過視頻了解空氣壓縮機相關(guān)知識?！緦W(xué)生】觀看視頻、理解、記憶（1）吸氣過程?；钊饺莘e型空氣壓縮機的曲柄由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)移動。當(dāng)活塞向右移動時，氣缸內(nèi)容積增大形成局部真空，活塞左腔的壓力低于大氣壓力，外界空氣在大氣壓力下推開吸氣閥8而進入氣缸中。（2）壓縮過程。當(dāng)活塞向左移動時，吸氣閥8關(guān)閉，隨著活塞的左移，缸內(nèi)空氣受到擠壓。（3）排氣過程。氣缸中壓力升高，當(dāng)缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力后，排氣閥1打開，壓縮空氣送至輸氣管內(nèi)。（4）膨脹過程。壓縮機在排氣過程結(jié)束時，排氣閥1關(guān)閉，活塞與氣缸之間余留的空隙中還留有一些壓縮空氣，在下一次吸氣時，余留空隙內(nèi)的壓縮空氣會膨脹。【教師】課堂練習(xí)氣源裝置的核心元件是（）。氣馬達B.空氣壓縮機C.油水分離器D.過濾器【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答正確答案是B?？諝鈮嚎s機是氣源裝置的核心?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶【教師】提示學(xué)生活塞式容積型空氣壓縮機的曲柄旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運動一次，氣缸完成一個工作循環(huán)。圖7-5中只表示了一個氣缸和一個活塞的空氣壓縮機，而大多數(shù)空氣壓縮機是多氣缸多活塞的組合?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶2．壓縮空氣凈化設(shè)備由空氣壓縮機排出的壓縮空氣，如果不進行凈化處理，不除去混在壓縮空氣中的水分、油分、灰塵等雜質(zhì)是不能為氣動裝置使用的。因此，必須設(shè)置提高壓縮空氣質(zhì)量、進行氣源凈化處理的輔助設(shè)備，這些設(shè)備包括冷卻器、油水分離器、儲氣罐和干燥器等。1）冷卻器冷卻器安裝在空氣壓縮機出口管道上，其作用是將空氣壓縮機排出的壓縮空氣冷卻并除去水分?？諝鈮嚎s機排出的壓縮空氣的溫度有140～170℃，經(jīng)過冷卻器后溫度降至40～50℃。這樣就可使壓縮空氣中的大部分油霧和水汽析出并凝結(jié)成油滴和水滴，以便經(jīng)油水分離器排出?！窘處煛刻崾緦W(xué)生在一些教材中，也將冷卻器稱作后冷卻器?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶冷卻器的結(jié)構(gòu)形式有蛇形管式冷卻器、列管式冷卻器、散熱片式冷卻器、套管式冷卻器等。最常見的是蛇形管式冷卻器，如圖7-6所示（詳見教材）。2）油水分離器油水分離器安裝在冷卻器出口管道上，它的作用是分離并排出壓縮空氣中凝聚的油滴、水滴和灰塵等雜質(zhì)，使壓縮空氣得到初步凈化。油水分離器的結(jié)構(gòu)形式有撞擊折回式、環(huán)形回轉(zhuǎn)式、離心旋轉(zhuǎn)式、水浴式，以及以上形式的組合形式等。如圖7-7所示（詳見教材）為撞擊折回并回轉(zhuǎn)式油水分離器的結(jié)構(gòu)形式，它的工作原理是：當(dāng)壓縮空氣由入口進入分離器殼體后，氣流先受到隔板2阻擋而被撞擊折回向下（圖7-7中箭頭所示流向）；之后又上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)，這樣凝聚在壓縮空氣中的油滴、水滴和灰塵等雜質(zhì)受慣性力作用而分離析出，沉降于殼體1的底部，再由排污閥6定期排出。3）儲氣罐儲氣罐一般采用圓筒狀焊接結(jié)構(gòu)，有立式和臥式兩種，一般以立式居多。立式儲氣罐的高度為其直徑的2～3倍；同時，應(yīng)使進氣管在下，出氣管在上，并盡可能加大兩管之間的距離，以利于進一步分離空氣中的水分和油分，如圖7-8所示（詳見教材）。【教師】提問學(xué)生儲氣罐的主要作用有哪些？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答儲氣罐的主要作用如下。①儲氣罐可用來儲存一定量的壓縮空氣，以調(diào)節(jié)空氣壓縮機輸出氣量與系統(tǒng)耗氣量之間出現(xiàn)的不平衡狀況，從而保證連續(xù)、穩(wěn)定地輸出氣流。②當(dāng)出現(xiàn)空氣壓縮機停頓、突然停電等意外情況時，可用儲氣罐中儲存的壓縮空氣實施緊急處理，以保證安全。③儲氣罐可降低壓縮空氣的溫度，分離壓縮空氣中的部分油分和水分。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶4）干燥器經(jīng)過冷卻器、油水分離器和儲氣罐后得到初步凈化的壓縮空氣，雖然已滿足一般氣壓傳動的需要，但仍含一定量的油分、水分及少量的灰塵，如果用于精密設(shè)備的氣動裝置，還必須進行干燥處理。壓縮空氣的干燥方法主要有機械法、離心法、吸附法和冷凍法等。如圖7-9所示為吸附式干燥器的結(jié)構(gòu)圖和圖形符號。（詳見教材）3．管道系統(tǒng)管道系統(tǒng)包括管道和管接頭。氣動系統(tǒng)中常用的管道有硬管和軟管兩種。硬管以鋼管和紫銅管為主，常用于高溫、高壓和固定不動部件之間的連接；軟管有各種塑料管、尼龍管和橡膠管等，其特點是經(jīng)濟、拆裝方便、密封性好，但應(yīng)避免在高溫、高壓和有輻射的場合使用。（詳見教材）4．氣動三聯(lián)件如圖7-10所示（詳見教材），氣動三聯(lián)件為空氣過濾器、減壓閥和油霧器。1）空氣過濾器空氣過濾器又稱分水濾氣器、空氣濾清器，屬于二次過濾器，其作用是濾除壓縮空氣中的水分、油分及灰塵等雜質(zhì)，以達到氣動系統(tǒng)所要求的凈化程度?？諝膺^濾器的結(jié)構(gòu)如圖7-11所示（詳見教材）。壓縮空氣從輸入口進入后，被引入旋風(fēng)葉子1，旋風(fēng)葉子上有許多成一定角度的缺口，迫使空氣沿切線方向產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)。（詳見教材）【教師】提問學(xué)生空氣過濾器可以除去氣態(tài)物質(zhì)嗎？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答空氣過濾器不能除去氣態(tài)物質(zhì)?？諝膺^濾器的過濾原理將壓縮空氣中的液態(tài)水、液態(tài)油滴分離出來，并濾去空氣中的灰塵和固體雜質(zhì)，但不能除去氣態(tài)的水和油?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶2）油霧器油霧器是氣動系統(tǒng)中一個特殊的注油裝置，其作用是將潤滑油霧化后，經(jīng)壓縮空氣攜帶進入氣動系統(tǒng)中需要潤滑的元件（如氣動控制閥、氣缸和氣動馬達），以滿足潤滑的需要。油霧器使用起來方便、干凈、潤滑質(zhì)量高。如圖7-12所示（詳見教材）為普通型油霧器。（詳見教材）如圖7-13所示（詳見教材），氣動三聯(lián)件在氣動系統(tǒng)中的安裝順序依次為空氣過濾器、減壓閥、油霧器，不能顛倒。安裝時，氣動三聯(lián)件應(yīng)盡量靠近氣動設(shè)備附近，距離不應(yīng)大于5m。目前，新結(jié)構(gòu)的氣動三聯(lián)件插裝在同一支架上，形成無管化連接，其結(jié)構(gòu)緊湊、裝拆及更換元件方便，因而應(yīng)用普遍。【教師】課堂練習(xí)判斷題。大多數(shù)情況下，氣動三大件組合使用，其安裝次序依進氣方向為空氣過濾器、油霧器和減壓閥?！緦W(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】講解課堂練習(xí)正確答案是錯誤。氣動三聯(lián)件在氣動系統(tǒng)中的安裝順序依次為空氣過濾器、減壓閥、油霧器，不能顛倒?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶通過老師的講解，使學(xué)生掌握氣源裝置的分類、作用第二節(jié)課問題導(dǎo)入（5min）氣壓控制系統(tǒng)中的氣動執(zhí)行元件可以實現(xiàn)哪些能量之間的轉(zhuǎn)換？常見的氣動執(zhí)行元件有哪些？通過問題導(dǎo)入，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（27min）二、氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，包括氣缸和氣動馬達。其中，氣缸用于提供直線往復(fù)運動或擺動，輸出力和直線速度或擺動角位移；氣動馬達用于提供連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。1．氣缸氣缸是氣動系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一。它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能并驅(qū)動工作機構(gòu)做往復(fù)直線運動或擺動的裝置。除幾種特殊氣缸外，普通氣缸的種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓缸基本相同。氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作壓力低和動作迅速等優(yōu)點，故應(yīng)用十分廣泛。1）氣缸的分類氣缸結(jié)構(gòu)各異、種類很多，分類方法也很多，常用的有以下幾種。（詳見教材）2）氣缸的結(jié)構(gòu)原理氣缸一般由缸體、前缸蓋、后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成。如圖7-14所示為普通單活塞桿雙作用氣缸。（詳見教材）當(dāng)氣缸運動到端頭時，緩沖柱塞進入緩沖套，氣缸排氣需經(jīng)緩沖節(jié)流閥，排氣阻力增加，產(chǎn)生排氣背壓，形成緩沖氣墊，起到緩沖作用。3）特殊氣缸下面介紹幾種具有特殊用途的氣缸。（1）氣-液阻尼缸。【教師】提問學(xué)生普通氣缸工作時有哪些異常的現(xiàn)象？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答普通氣缸工作時，由于氣體的壓縮性，當(dāng)外部載荷變化較大時，會產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象，使氣缸的工作不穩(wěn)定。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶為了使氣缸運動平穩(wěn)，普遍采用氣-液阻尼缸。它是以壓縮空氣為能源，利用液壓油的不可壓縮性，通過控制液壓油排量使活塞平穩(wěn)運動并調(diào)節(jié)活塞的運動速度。氣-液阻尼缸是由氣缸和液壓缸組合而成的。如圖7-15（a）所示（詳見教材）為串聯(lián)式氣-液阻尼缸，它將液壓缸2和氣缸1串聯(lián)成一個整體，兩個活塞固定在一根活塞桿上。（詳見教材）如圖7-15（b）所示（詳見教材）為并聯(lián)式氣-液阻尼缸，它由氣缸和液壓缸并聯(lián)而成，其工作原理和作用與串聯(lián)氣-液阻尼缸相同。這種氣-液阻尼缸的缸體短、結(jié)構(gòu)緊湊，從根本上避免了氣缸和液壓缸之間的竄氣現(xiàn)象。（2）薄膜式氣缸。薄膜式氣缸是一種利用壓縮空氣通過膜片推動活塞桿做往復(fù)直線運動的氣缸，它可分為單作用式和雙作用式兩種類型，如圖7-16所示。薄膜式氣缸主要由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等零件組成，其功能類似于活塞式氣缸。【教師】提問學(xué)生通過上述薄膜式氣缸原理的分析，請問薄膜式氣缸有什么特點呢？通常應(yīng)用在哪些場合？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答薄膜式氣缸的特點有：結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、維修方便、壽命長、效率高、變形有限，行程較短。薄膜式氣缸常用于化工生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)器上?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶（3）沖擊氣缸。沖擊氣缸是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞和活塞桿的動能，使其高速運動，以產(chǎn)生較大的沖擊力，沖擊工件做功的一種氣缸，如圖7-17所示（詳見教材）。沖擊氣缸的工作過程如圖7-18所示。沖擊氣缸的整個工作過程可簡單地分為3個階段。（詳見教材）【教師】提示學(xué)生為了有效地應(yīng)用沖擊氣缸，應(yīng)注意正確地選擇工具，并正確地確定沖擊氣缸尺寸，選用合適的控制回路。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶2．氣動馬達氣動馬達是氣動執(zhí)行元件的一種，它的作用是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機械能，相當(dāng)于電動機或液壓馬達。1）氣動馬達的分類及特點氣動馬達按結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為葉片式氣動馬達、活塞式氣動馬達和齒輪式氣動馬達等。與液壓馬達相比，氣動馬達具有以下幾個特點。（詳見教材）【教師】提問學(xué)生請一位同學(xué)到黑板上畫出旋轉(zhuǎn)氣馬達和旋轉(zhuǎn)液壓馬達的圖形符號，我們來進行兩者的對比?！緦W(xué)生】聆聽、思考、黑板書寫【教師】總結(jié)學(xué)生的回答旋轉(zhuǎn)氣馬達和旋轉(zhuǎn)液壓馬達的圖形符號如下，主要區(qū)別是氣壓馬達是空心的，液壓馬達是實心的，請同學(xué)們對比記憶?！緦W(xué)生】聆聽、理解、記憶2）氣動馬達的工作原理如圖7-19所示（詳見教材）為雙向旋轉(zhuǎn)葉片式氣動馬達。當(dāng)壓縮空氣從進氣口A進入氣室后立即噴向葉片1，作用在葉片的外伸部分，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩帶動轉(zhuǎn)子2做逆時針轉(zhuǎn)動，輸出機械能。若進、出氣口互換，則轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，輸出相反方向的機械能。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的離心力和葉片底部的氣壓力、彈簧（圖中未畫出）彈力使得葉片緊貼在定子3的內(nèi)壁上，以保證密封，提高容積效率。通過講解，讓學(xué)生掌握氣動執(zhí)行元件的分類和工作原理思政講堂（8min）【教師】拓