框圖教學(xué)法在《液壓傳動(dòng)》課程教學(xué)中的應(yīng)用①

摘 要：《液壓傳動(dòng)》課程在機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容較多且知識(shí)點(diǎn)分散，由于教學(xué)課時(shí)的不斷壓縮，給教學(xué)效果的保證帶來了較大困難，如何在較短的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)并掌握至關(guān)重要。本文介紹框圖法在《液壓傳動(dòng)》課程教學(xué)中的應(yīng)用，也即將知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化為框圖結(jié)構(gòu)，使繁雜的知識(shí)點(diǎn)變得更為直觀，讓學(xué)生通過清晰的框圖掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好效果，也可為其它類型專業(yè)課程教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng) 框圖教學(xué)法 知識(shí)框圖 系統(tǒng)化

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（a）-0155-02

液壓傳動(dòng)是高等工科院校機(jī)械專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其特點(diǎn)是理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)，且知識(shí)點(diǎn)多而分散。為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)人才需求，隨著近年來課程系統(tǒng)改革的不斷深入，專業(yè)課學(xué)時(shí)不斷壓縮，如我校本課程學(xué)時(shí)已由原來的60學(xué)時(shí)壓縮至目前的40學(xué)時(shí)（包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)），如何在這么少的學(xué)時(shí)內(nèi)將《液壓傳動(dòng)》重要知識(shí)點(diǎn)傳授給學(xué)生，給教師提出了更高的要求。本人在教學(xué)實(shí)踐中，嘗試采用框圖教學(xué)法，將液壓傳動(dòng)知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化、框圖化，使學(xué)生對(duì)貌似紛亂復(fù)雜的眾多知識(shí)點(diǎn)有了較為清晰的掌握思路，大大提高了教學(xué)效果，本文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹，以為同類課程教學(xué)提供參考。

1 基本思想

一直以來，大學(xué)生對(duì)《液壓傳動(dòng)》課程學(xué)后的感覺大多是知識(shí)點(diǎn)太多、圖形太多，面對(duì)復(fù)雜的液壓元件結(jié)構(gòu)圖，感覺無所適從。而老師也面臨對(duì)液壓元件結(jié)構(gòu)和原理，不詳細(xì)講解學(xué)生聽不懂，詳細(xì)講解又太費(fèi)課時(shí)的尷尬局面。如能將課程中的知識(shí)點(diǎn)提煉成框圖表示，上課過程中以框圖為主線，逐個(gè)展開講解，對(duì)于學(xué)生了解上課內(nèi)容和各知識(shí)點(diǎn)間的相互關(guān)系將大有幫助。

2 知識(shí)框圖繪制

2.1 總體知識(shí)點(diǎn)

《液壓傳動(dòng)》課程內(nèi)容可分為工作介質(zhì)、動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、輔助元件、液壓控制元件、液壓回路等6個(gè)部分，其中液壓回路應(yīng)是前5個(gè)部分的綜合應(yīng)用，從而可分為5個(gè)大的知識(shí)模塊，每個(gè)知識(shí)框圖模塊又可分為小的模塊。

2.2 分級(jí)框圖

課程教學(xué)中要在總體知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上將各部分內(nèi)容分別展開，下面以動(dòng)力元件為例，介紹分級(jí)知識(shí)框圖的繪制與應(yīng)用。

動(dòng)力元件也稱液壓泵，按結(jié)構(gòu)不同可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等，根據(jù)幾何排量是否可調(diào)可分為定量泵和變量泵。然而其基本參數(shù)與計(jì)算方法、工作原理基本相同，各種泵的基本結(jié)構(gòu)也都是建立在同樣工作原理基礎(chǔ)上的，即高低壓腔要分開、具有可變的密封容積及匹配的配流方式、具備吸油條件等。從而以工作原理為主線，繪制知識(shí)框圖，針對(duì)不同類型泵對(duì)照介紹，可大大增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握效果。圖1所示，在總體知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，繪制的執(zhí)行元件知識(shí)框圖。

動(dòng)力元件種類較多，對(duì)于具體各類型液壓泵需要繪制更為詳細(xì)的知識(shí)框圖，圖2為齒輪泵的知識(shí)框圖。

其中圖2所示的知識(shí)框圖，是在圖1所示框圖的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步細(xì)分，特點(diǎn)是內(nèi)容開始有明顯區(qū)別，如高低壓腔分開方式，齒輪泵與雙作用葉片泵具有明顯區(qū)別，這也是這兩種泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。

3 知識(shí)框圖應(yīng)用

知識(shí)框圖繪制完畢，使學(xué)生對(duì)要講授的知識(shí)點(diǎn)有大體認(rèn)識(shí)后，下面就是如何進(jìn)一步將知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，使學(xué)生充分掌握各知識(shí)點(diǎn)。知識(shí)框圖中的知識(shí)點(diǎn)雖然表面上較為獨(dú)立，實(shí)際上彼此之間是相互關(guān)聯(lián)的。下面以齒輪泵為例介紹如何在知識(shí)框圖的基礎(chǔ)上講解此部分內(nèi)容。

3.1 齒輪泵結(jié)構(gòu)及工作原理

知識(shí)框圖中對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)：基本原理。

齒輪泵結(jié)構(gòu)是以滿足液壓泵的基本工作原理為基礎(chǔ)的，即高低壓腔要分開、密封容積可變及可匹配的配流方式、具備油液吸入條件，具體實(shí)現(xiàn)方式如下。

（1）高低壓腔要分開。

（2）密封容積可變及可匹配的配流方式。

（3）油液吸入條件：齒輪旋轉(zhuǎn)過程中，嚙合密封容積逐漸增大，形成局部真空，油液在大氣壓的作用下被吸入空腔。

從而齒輪泵主要結(jié)構(gòu)包括主、從動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸、泵體和泵前后端蓋等，工作原理就是依靠齒輪旋轉(zhuǎn)過程中，相互嚙合形成的密封容積變大和變小，實(shí)現(xiàn)吸油和排油，齒輪旋轉(zhuǎn)一周，各齒谷均吸排液一次。

3.2 齒輪泵的幾何排量和流量

知識(shí)框圖中對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)：基本參數(shù)流量幾何排量計(jì)算、流量脈動(dòng)、泄漏及解決措施。

（1）基本概念。

幾何排量為一個(gè)齒輪的輪齒體積和齒谷容積之和。而流量包括瞬態(tài)流量和平均流量，液壓泵在一段時(shí)間內(nèi)的平均流量也是變化的，稱之為流量脈動(dòng)，通常用流量脈動(dòng)系數(shù)衡量，齒輪泵的缺點(diǎn)之一就是流量脈動(dòng)較大。通過增大齒數(shù)，減小重疊系數(shù)和增大刀具壓力角可一定程度上減小流量不均勻性。

（2）流量泄漏。

液壓泵基本工作原理之一就是密封容積和高低壓腔要分開，實(shí)際上很難做到理想狀態(tài)，高壓腔和低壓腔之間總會(huì)因存在間隙而相互連通，進(jìn)而產(chǎn)生油液泄漏。主要有三種形式的泄漏，即徑向泄漏、軸向泄漏和齒面嚙合處間隙泄漏，其中軸向泄漏最大，占總泄漏量的70%左右。泄漏量直接導(dǎo)致實(shí)際流量與理論流量相比要小，容積效率小于1，減小泄漏的措施通常是采用端面間隙補(bǔ)償。

3.3 齒輪泵壓力和提高措施

知識(shí)框圖中對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)：基本參數(shù)壓力工作壓力范圍、困油和徑向不平衡力及解決措施、提高工作壓力措施。

齒輪泵工作壓力一般在2.5～30 MPa左右，屬于中低壓液壓泵。

（1）困油現(xiàn)象。

齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩對(duì)輪齒同時(shí)進(jìn)入嚙合，造成一部分油液在輪齒形成的密閉腔中無法排出，隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)封閉容積減小，被困油液被擠壓而壓力急劇上升，并從縫隙擠出，同時(shí)引起油液發(fā)熱和造成不平衡負(fù)載，封閉容積增大時(shí)，又會(huì)造成局部真空而出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象，對(duì)齒輪泵穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶來不利影響。

解決措施：在兩端蓋板上開矩形卸荷槽，卸荷槽之間距離應(yīng)保證壓油腔和吸油腔在任何情況下均不能通過其直接連通。此處可簡要介紹無變位標(biāo)準(zhǔn)嚙合情況下，兩卸荷槽之間的距離計(jì)算公式[1]，以使學(xué)生加深印象。

（2）徑向不平衡力。

因齒輪泵高、低壓腔壓力不同而存在的壓力差稱為徑向不平衡力，會(huì)造成泵體內(nèi)表面與齒輪齒頂間具有徑向間隙，進(jìn)而引起徑向泄漏。

減小徑向液壓力的措施如下。

（1）合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（2）增大吸液口尺寸和減小高壓口尺寸。

（3）開徑向液壓力平衡槽。

（3）提高外嚙合泵壓力的措施

要提高齒輪泵的壓力，最直接的方法就是減小泄漏，也即盡量降低間隙的存在，通常隨著使用時(shí)間的延長，端面磨損會(huì)逐漸增大，如不及時(shí)修復(fù)或補(bǔ)償，會(huì)因間隙越來越大造成工作壓力下降。通常采用浮動(dòng)軸套或彈性側(cè)板裝置自動(dòng)補(bǔ)償端面間隙，此處可結(jié)合原理圖進(jìn)行介紹，以加深學(xué)生印象。

4 結(jié)論

《液壓傳動(dòng)》課程知識(shí)點(diǎn)較多且互相關(guān)聯(lián)，隨著教學(xué)學(xué)時(shí)的不斷壓縮，如何在較短的時(shí)間內(nèi)將眾多知識(shí)點(diǎn)脈絡(luò)化，以最簡潔的方式講授給學(xué)生至關(guān)重要。本文提出框圖教學(xué)法，也即將知識(shí)點(diǎn)用框圖的形式系統(tǒng)化、條理化，將抽象、繁雜的知識(shí)點(diǎn)用較為直觀的框圖表現(xiàn)出來，大大降低了課堂教學(xué)難度。文中以液壓泵中的齒輪泵、葉片泵為例，繪制了對(duì)應(yīng)的知識(shí)框圖，并介紹了知識(shí)框圖的用法，為《液壓傳動(dòng)》課程教學(xué)提供了一個(gè)新的思路，對(duì)于其它專業(yè)課教學(xué)也具有一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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