3 德国亚琛工大流体传动与控制教材简介
流体传动与控制 教学大纲
流体传动与控制一、课程说明课程编号：110322Z10课程名称：流体传动与控制/Fluid Power Transmission and Control课程类别：专业教育课程学时/学分：40/2.5先修课程: 机械制图、机械设计基础、流体力学、电工技术适用专业：交通设备与控制工程教材、教学参考书：1.王积伟.流体传动与控制（高等教育本科国家级规划教材，第4版）.国防工业出版社.2013；2.冀宏.液压气压传动与控制(第2版).华中科技大学出版社.2014。
二、课程设置的目的意义本课程是交通设备与控制工程专业一门重要的选修课。
通过对课程的学习，使学生对液压传动与控制、气压传动与控制的工作原理有较全面的认识，了解液压传动与气压传动系统中主要元件的结构和工作原理，为学习后续其他专业课和毕业设计提供必要的知识。
三、课程的基本要求总体要求：熟练掌握液压传动、气压传动的基本原理，主要元器件的构造及工作原理。
熟练掌握液压传动与控制系统、气压传动与控制系统的典型基本回路，掌握液压气压传动与控制系统的设计方法。
知识：掌握流体传动、流体力学的基本原理，掌握液压传动、气压传动的基本概念，掌握液压系统、气压系统以及电气控制系统主要元器件的构造及工作原理。
学会从产品功能要求到流体传动系统设计的基本思维方式，形成开发液压传动、气压传动的基本知识结构。
能力：应用典型液压回路、气压回路的基本技术和方法，掌握最基本的设计理念，解决流体传动与控制的一般工程问题；用复杂系统的分析、设计和案例教学以及交互式研讨，针对具体问题提出有效的解决方案，培养解决复杂工程问题的方法与能力；通过电、液、气交叉知识的应用，培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力。
素质：建立机、电、液、气一体的观念，通过课程中的分析讨论培养分析沟通交流素质，通过从产品功能要求到系统设计的的思维模式，提升解决工程实践的基本素质。
通过课外导学的要求，了解本课程知识结构的发展动态与应用现状，提升自主学习、跟踪学习的专业意识与专业素养。
流体传动与控制资料
其中齿轮端面和端盖间的轴向间隙泄漏占总 泄漏量的75%-80%。
解决措施：端面间隙自动补偿，采用静压平衡措施
液压泵工作原理和分类 1.液压泵的工作原理
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压装置
液压泵
执行元件
液压泵工作原理和分类 1.液压泵的工作原理
2.容积式液压泵工作的基本条件：
高工作压力；
最高压力pmax ：液压泵在短时间内超载
运转时所允许的极限压力。
3
F、v
液压缸
液压 马达
T、ω
系统能量传递图
3 功率和效率
能量损失 ➢ 容积损失：由于泵和马达本身的泄漏所引起的能量
损失。 泵的容积效率v:
➢ 机械损失：由于泵和马达机械副之间的磨擦所引起 的能量损失。 泵的机械效率m:
1) 机械传动：如齿轮、皮带等传动。 2) 电气传动； 3) 流体传动：是以流体为工作介质，进行能量的转换、 传递和控制的传动。 包括：（1）气体传动：以气体为工作介质的流体传动。
（2）液体传动：以液体为工作介质的流体传动， 根据工作原理不同又可分为：
①液力传动：主要利用液体动能的液体传动。 ②液压传动：只利用液体压力能。
结构
齿轮泵工作原理 ➢ 齿轮泵没有单独的配流装置，齿轮的啮合线起配
流体传动与控制课程设计
流体传动与控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握流体传动与控制的基本原理，理解流体力学在自动化控制中的应用。
2. 使学生了解各种流体元件的结构、原理及功能，能正确选用流体元件进行简单系统的设计。
3. 让学生掌握流体传动与控制系统的分析、设计方法和步骤，具备解决实际问题的能力。
技能目标：1. 培养学生运用流体力学知识进行传动与控制系统计算、分析的能力。
2. 培养学生动手实践能力，能正确使用流体元件搭建简单的传动与控制系统。
3. 培养学生利用现代设计方法和技术进行流体传动与控制系统设计的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对流体传动与控制技术的兴趣，激发其探索精神。
2. 培养学生团队协作意识，提高沟通与交流能力。
3. 引导学生关注流体传动与控制技术在工业生产中的应用，认识到其在国家经济发展中的重要性。
本课程针对高年级学生，课程性质为理实一体化课程。
在教学过程中，需结合学生的认知特点，注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际工程问题，提高其解决实际问题的能力。
课程目标分解为具体学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 流体力学基础：流体性质、流体静力学、流体动力学、流体阻力与流动损失。
2. 流体元件：液压泵、液压马达、液压缸、阀门、液压油缸、气压元件等结构、原理及功能。
3. 液压系统设计：液压系统基本回路、液压系统设计方法、步骤及注意事项。
4. 气压传动与控制：气压传动原理、气压元件、气压系统设计及应用。
5. 流体传动与控制系统仿真：利用现代设计软件进行流体传动与控制系统的仿真分析。
6. 实践教学：搭建简单的流体传动与控制系统，进行实验操作与分析。
教学内容依据课程目标，结合课本，确保科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容分为六个部分，按照以下进度安排：1. 流体力学基础（2课时）2. 流体元件（2课时）3. 液压系统设计（3课时）4. 气压传动与控制（2课时）5. 流体传动与控制系统仿真（3课时）6. 实践教学（4课时）教学内容与课本章节相对应，涵盖流体传动与控制的基本理论、元件、设计方法、仿真及实践，旨在帮助学生全面掌握流体传动与控制相关知识。
流体传动与控制-ppt课件
37
❖
实质上，液压传动就是一种能量转换装置，先将
机械能转换为便于输送的液压能，再将液压能转换为
机械能，用来驱动工作机构完成所要求的各种动作。
❖ 2. 液压传动系统的组成 ❖ 1） 能源装置（油源）：将机械能转换为液压能的
等影响深远的经典之作，对液压控制理论首次 作出了系统、科学的阐述。
12
1970年液压元件走向标准化、国际化（ CETOP；1962-，ISO/TC131；1969-）、集成 化、小型化，叠加阀和模块化集成回路顺应了
时代要求。 由于相继爆发了二次能源危机，节能压力
迫使液压技术寻求高水基或合成液介质，同时 为了满足工业生产高效率大功率的要求，二通 插装阀在西德问世。
装置。如：液压泵。
❖ 2） 执行装置：将液压能转换为机械能的装置。如： 液压缸、液压马达。
❖ 3） 控制装置：控制油液的压力、流量和流动方向的 装置。如：换向阀、溢流阀、节流阀。
❖ 4） 辅助装置：起辅助作用的装置（除上述三部分之 外的所有装置）。如：油箱、滤油器、压力表、油管等。
❖ 3. 液压元件的图形符号
流体传动是研究以有压流体为能源介质，来 实现各种机械的传动和自动控制的学科。
（流体：流体传动中所使用到的液体和气体。）
5
历史回顾
概述：流体技术自18世纪末英国制成世界
上第一台水压机算起，已有300年的历史了，但
其真正的发展是在第二次世界大战后50余年的
时间内，战后液压技术迅速转向民用工业，在 机械制造、工程建筑、农业机械、交通运输等
26
设备生产厂和供应商之间综合利用资源， 更迅速地建立合作关系，更有效地满足用户的 不同需求。国际标准化组织（ISO）将继续保 证世界范围的产品和系统的互换性。
流体传动与控制-第三章【PPT课件】(共89张PPT)
——可以做定量泵和变量泵用
➢ 双作用叶片泵
——只能做定量泵用
第四十三页，共89页。
3.3.1 单作用式叶片泵(非平衡式)
1.结构和工作原理
结构
－ 定子，内表面为圆
－ 转子，与定子存在 偏心量e
－ 叶片
－ 配油盘
工作原理 － 转子每转一转吸油
和压油一次
1－配油盘；2－转轴；3－转子； 4－定子；5－叶片
流作用 ➢ 形成密封容积的条件：啮合系数＞1；端面密封
密封工 作腔
1－泵体；2－主动齿轮；3－从动齿轮
第三十一页，共89页。
齿轮泵工作原理 工作过程演示
第三十二页，共89页。
外啮合齿轮泵的排量与流量
排量
实际流量
流量脉动
－齿轮泵的瞬时流量是脉动的
－流量脉动率
－δB 与齿数有关，齿数越少，脉动率越大。一般齿数为
第四十四页，共89页。
2.排量和流量
排量
e－偏心距，D－定子内径，－叶片厚度，Z－叶片数；B－叶片宽度
流量 － 实际流量
－ 改变定子和转子间的偏心量e，就可改变泵的排量(变量泵)
－ 流量脉动，叶片数Z为奇数时脉动率较小，一般叶片数为13或 15。
第四十五页，共89页。
3.单作用叶片泵的结构特点
－泵在单位时间内理论上可排出的液体体积
qMt =nV 实际流量qM
－马达入口的流量
qM = qt ＋ ⊿qM
第二十五页，共89页。
马达的转速和容积效率
输出转速nM 容积效率
第二十六页，共89页。
马达的扭矩和机械效率
理论扭矩TMt 机械效率
输出扭矩TM
第二十七页，共89页。
《流体传动与控制》课件第7章
图7－5 溢流阀调压
2.二级调压回路 二级调压回路如图7－6所示，该回路可实现液压泵出口 处两个压力值的调节。当二位二通换向阀电磁铁失电处于左 位工作时，液压泵出口处的压力由溢流阀2决定；当二位二 通换向阀电磁铁得电处于右位工作时，液压泵出口处的压力 由溢流阀4决定，从而实现两级调压。
图7－6 二级调压回路
在图7－14（b）中，活塞上行时蓄能器与油箱相通，故蓄能器内的 压力为零。当活塞下行接触工件时泵的压力上升，泵的Байду номын сангаас液进入蓄能器。 当蓄能器的压力上升到调定压力时，压力继电器发讯使泵卸载，这时缸 由蓄能器保压。该方案适用于加压和保压时间较长的场合。与图7－14 （a）所示的方案相比，它没有泵和蓄能器同时供油、满足活塞快速运 动的要求及当换向阀突然切换时蓄能器吸收液压冲击的功能。
量泵等来实现，改变马达的排量Vm可通过采用变量马达来 实现。因此，调速回路主要有节流调速回路、容积调速回路
和容积节流调速回路三种方式。
7.4.2 调速回路 调速回路主要有以下三种情况: (1)节流调速回路:由定量泵供油，用流量阀调节进入或
(2)容积调速回路:用调节变量泵或变量马达的排量来实
(3)容积节流调速回路:用限压变量泵供油，由流量阀调 节进入执行机构的流量，并使变量泵的流量与调节阀的调节 流量相适应来实现调速。此外，还可采用几个定量泵并联， 按不同速度需要，启动一个泵或几个泵供油实现分级调速。
1.节流调速回路 节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面积大小来改 变进入或流出执行机构的流量，从而实现运动速度的调节。
图7－17 利用溢流阀远程控制口卸荷
7.3.6 平衡回路 平衡回路的功用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之
相连的工作部件因自重而自行下落。图7－18所示为采用顺序
流体传动与控制详解演示文稿
第十一页，共52页。
液压流体力学
➢ 流体力学
- 是研究液体平衡个运动的力学规律的一门科学。
➢ 内容包括
液体静力学
液体动力学
管道中液流的特性
孔口及缝隙的压力流量特性
第十二页，共52页。
2.2 液体静力学基础
液体静力学
－主要研究液体处于静止状态下的力学规律和这些规律的应用
流体传动与控制详解演示文稿
第一页，共52页。
优选流体传动与控制
第二页，共52页。
2.1.2 液压工作介质的性能
1. 可压缩性
液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 可用体积压缩系数 表示。
1 V
p V0
液体体积压缩系数的倒数，称为液体的体积弹性模量，以 表
示，即：
1
作用在阀芯上的稳态液动力大小为：
F qv cos
方向都是使阀芯关闭的方向
第三十一页，共52页。
2.4 液体在管道中的流动状态 和压力损失
2.4.1 液体的流态及其判别
➢ 液流状态：层流与紊流
第三十二页，共52页。
➢ 层流
－ 液体分层流动，各层互不干扰 － 粘性力起主导作用
➢ 紊流 － 液体流动杂乱无章
的动量的变化率，即：
F
mv
t
第二十九页，共52页。
稳定流动液体的动量方程： 微元的动量变化是：
mv mv 12 mv 12 mv 22 mv 11
qtv2 qtv1
作用在液体控制体积上的外力矢量和等于单位时间 内液体控制体积的动量之差
F
mv
t
q
v2
v1
第三十页，共52页。
张海平 ： 德国蔡勒集团公司 工学博士
专家简介张海平：德国蔡勒集团公司工学博士一、工作经历：目前，担任德国蔡勒集团公司技术顾问，山东泰丰液压设备公司技术顾问，上海理工大学客座教师，中国液压气动密封件工业协会第六届专家委员会委员。
1990年4月至2007年8月，供职德国蔡勒集团公司研发部，主管车载液压系统研发，设计，测试.1988年8月至1990年3月，在德国亚琛工大流体传动与控制研究所做博士后。
1985年3月至1988年2月，在上海交通大学机械系液压教研室攻博。
1982年至1985年2月，在上海工业大学机械系液压教研室任教师。
二、专业特长：液压系统设计，测试分析。
培训。
三、主要业绩：(如获得的奖励、撰写的论文、承担或参与重大项目的经历)有四项德国专利发明.1989年6月，作为洪堡学者获德国总统冯 魏茨泽克接见。
在泰丰公司参与组织的“大流量电液插装阀”获2009年度液气密行业优秀新产品一等奖。
论文：介绍一种新阀“软溢流阀”, <流体传动与控制>，2005-05 螺纹插装阀介绍之一溢流阀, <流体传动与控制>，2005-05,06螺纹插装阀介绍之二平衡阀, <流体传动与控制>，2006-03,05,06螺纹插装阀介绍之三电磁换向阀, <流体传动与控制>，2007-02,03螺纹插装阀技术，<流体传动与控制>，2004-2阀研发的趋势，<流体传动与控制>，2004-06？德国亚琛工大流体传动与控制教材简介,<液压气动与密封>，2003-06德国亚琛工大流技所的科研现状简介，<机电设备>， 2003 中国大学液压教材必须作重大改进, <液压气动与密封>，2009-06流体技术的过去和将来, <液压气动与密封>，2010-5测试是液压的灵魂, <液压气动与密封>，2010-6纠正一些关于稳态液动力的错误认识, <液压气动与密封>，2010-9差距和优势, <液压气动与密封>，2010-9四、希望参与哪些技术服务工作：技术培训讲座-实用液压技术基础-工程机械的液压速度控制原理-螺纹插装阀。
全套课件 《流体传动与控制》
。当液面上只有大气压力作用时，则A点处 静压力为
（2）静止液体内的压力沿深度呈直线规 律分布。
（3）离液面深度相同处各点的压力都相 等。压力相等的所有点组成的面叫做等压 面。在重力作用下静止液体中的等压面是 一个水平面。
三、压力的表示方法及单位 液体压力通常有绝对压力、相对压力（表压力）两
• 3. 液压元件的图形符号
• 三、液压传动的优缺点 • 1. 液压传动的优缺点 • 优点： • （1）能方便地实现无级调速，调速范围大。 • （2）运动传递平稳、均匀。 • （3）易于获得很大的力和力矩。 • （4）单位功率的体积小，重量轻，结构紧凑，
反映灵敏。
• （5）易于实现自动化。 • （6）易于实现过载保护，工作可靠。
• 轻工业：缝纫机械加工自动线、自行车加工、造 纸工业、钟表工业、皮革工业等等。
• 随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液 压技术也得到了很大的发展，并渗透到各个工业领域 中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、 低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时， 新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机 辅助测试、计算机直接控制、计算机适时控制技术、 机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠 性技术、以及污染控制技术等方面也是当前液压传动 及控制技术发展和研究的方向。
的要求，液压元件的制造精度要求高， 使成本增加。
• （6）液压设备故障原因不易查找。
• 第一章 液压传动基础知识 • 第一节 液压油 • 一、液压油的物理性质值。
• 对于均质液体
• 重度：液体中某点处微小重量与其体积之比的极限 值。
• 在重力作用下的静止液体，其受力情况如图1-4 所示，如要求得液体内任意点A的压力，可从自由液 面向下取一微小圆柱体，其高度为h，底面积为ΔA， 这微小圆柱体在重力及周围压力作用下处于平衡状 态，于是有
《流体输送操作与控制》课程整体设计
《流体输送操作与控制》课程整体设计一、课程信息适用专业 2009级应用化工技术专业课程代码所属系部化工系设计人卜雪峰审批人二、课程性质（一）课程在专业中的地位虽然工业生产中的化工产品种类很多，成千上万，但是，化工生产过程的却可以分为三大基本组成部分：原料的预处理、化学反应过程、产品的分离及加工。
根据这三大基本组成部分及企业岗位调研和行动领域的归纳，我们得出了化工专业的核心课程《化学分析与检测》、《流体输送设备操作与维护》、《传热设备操作与维护》、《传质与分离设备操作与维护》、《反应器操作与维护》、《典型化工产品生产技术》。
该课程与《传热设备备操作与维护》、《传质分离设备操作与维护》共同完成化工生产中的物理操作过程的培养。
该课程是在学生修完公共基础学习领域课程及《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《化学分析与检测》等专业基础课程后进行学习，并为后续核心课程《化学反应器操作与维护》和《典型化工产品的生产》打下知识和能力基础。
《化学反应器操作与维护》是在物理操作过程的基础上对化学反应过程操作与控制的知识和能力的培养。
《典型化工产品的生产》是应用化工技术专业综合职业能力培养的核心课程，既有物理操作过程也有化学反应生产过程。
所以《传热设备操作与维护》与其他两个学习领域的课程即《流体输送设备操作与维护》、《传质分离设备操作与维护》一起在整个应用化工技术专业课程体系中起到承上启下的作用。
应用化工技术专业课程体系流体包括液体和气体，其特征是具有流动性。
化工生产中所处理的物料大多为流体，由于工艺的要求，常常需要把流体从一个设备输送至另一个设备，从一个车间输送至另一个车间；此外，化工生产中的传热、传质以及化学反应大多数是在流体流动中进行的，与流体的流动形态密切相关。
因此，流体输送在化工生产中占有非常重要的地位，对于保证生产的进行，强化设备的操作及产品的成本有巨大的影响。
流体输送在化工生产中是典型的行动领域，也是我们应用化工技术专业的重点学习领域。
德国大学工程学科的教与学
德国大学工程学科的教与学张海平【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】This paper introduced the changes in education of engineering disciplines at German universities:concerns are shifting from teaching to learning, the competence of students can be developed through constructive alignment of intended learning outcomes andteaching/learning activities and assessment tasks, so that they can be better pre-pared for their future careers.%根据德国乌尔里希教授在中国几所大学的讲座翻译整理成文。
德国大学工程学科正在把着眼点从教转到学，通过协调一致的教学考核活动，促进学生的研发能力，为毕业生顺利进入企业工作做准备。
【总页数】6页(P1-6)【作者】张海平【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】G64;TH137【相关文献】1.包尔生与德国大学的研究——基于中译本《德国大学与大学学习》的研究 [J], 全守杰2.德国大学生学习经验分析——基于第11次德国大学生调查的数据分析 [J], 沈苏彦3.世界一流工程学科研究生课程体系的生态布局与衍生逻辑——以加州理工学院机械工程学科为例 [J], 王红雨;马梦迪;闫广芬4.世界一流工程学科研究生课程体系的生态布局与衍生逻辑——以加州理工学院机械工程学科为例 [J], 王红雨;马梦迪;闫广芬5.工程学科专业课程群课程思政体系建设与思考——以哈尔滨工业大学道路工程学科为例 [J], 王东升;张锋;易军艳;冯德成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
流体传动与控制基础教学设计
流体传动与控制基础教学设计一、课程概述课程名称：流体传动与控制课程代码： TDC101学分： 3预修课程：流体力学课程性质：专业必修课课程教学方式：讲授 + 实验教材：《流体传动与控制》，第三版，刘国兴教学目标：本课程旨在使学生掌握流体传动的基础理论和控制技术，并在实验中培养学生动手实践、探究问题的能力。
二、课程内容1. 流体传动基础介绍流体传动的基本概念、流体的基本性质及流体动力学方程，理解流体传动系统的基本工作原理和常用元件。
2. 液压传动技术讲解液压传动系统的工作原理、主要元件和符号。
详细介绍各种液压传动元器件的工作原理、优缺点及选用方法。
3. 气压传动技术介绍气压传动系统的工作原理、主要元件和符号。
详细讲解各种气压传动元器件的工作原理、优缺点及选用方法。
4. 流体传动控制介绍流体传动控制系统的基本概念、类型及其工作原理。
详细讲解液压、气压系统的传动控制器和控制元器件的结构、工作原理及选用方法。
5. 实验教学安排液压、气压实验；学生通过实验课程，能够进一步理解流体传动及其控制原理和方法。
三、教学方法1.讲授法：通过讲解课本内容及相关应用案例，使学生理解流体传动和控制技术原理，从而形成相关概念体系和知识框架。
2.实验教学法：安排针对液压、气压控制等方面的实验，让学生亲自动手搭建实验装置，从而进一步加深对流体传动及控制的理解和掌握。
3.课堂互动式教学法：通过课堂提问、小组讨论等方式促进学生之间的交流和思想碰撞，加深学生理解和思考能力。
四、考核方式1.平时成绩：30%2.期末考试：70%3.实验成绩：占平时成绩20％五、总结该课程是传动与控制专业教学的一门重要课程，本着培养学生实践能力和探究精神的教学理念，采取多种教学方法，课堂讲授和实验相结合，旨在使学生掌握流体传动和控制技术的基础理论、原理和应用，为今后的专业学习和应用奠定坚实的基础。
本课程将会为学生今后的学习和工作提供帮助，使之具备更好的专业素质和竞争力。
《流体传动与控制》课件第4章
图4－14 薄膜式气缸结构简图
时，活塞的推力F3为
F3
p( A1
A2 )m
p
d
4
4
m
由式(4－9)与式（4－10）可知，差动连接时实际的有效作 用面积是活塞杆的横截面积。与非差动连接无杆腔进液体或 气体工况相比，在液体或气体压力和流量不变的条件下，差 动连接时活塞运动速度较快，产生的推力较小，所以差动连 接常用于空载快进场合。在实际应用中，流体传动系统常通 过控制阀来改变单杆活塞缸的回路连接，使它有不同的工作 方式，从而获得快进（差动连接）—工进（无杆腔进流 体）—快退（有杆腔进流体）的工作循环。差动连接是在不 增加泵流量的条件下，实现快速运动的有效方法，常应用于 组合机床和各类专用机床中。
第4章 流体传动与控制执行元件
4.1 缸的分类及特点 4.2 缸的结构及设计计算 4.3 马达
4.1 缸的分类及特点
执行元件中的缸是使负载作直线运动的装置。缸的结构简 单，工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等 机构配合使用能实现多种机械运动或与其它传动形式组合满足 各种要求，在流体传动系统中得到了广泛的应用。
压的系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用。单作用
增压缸的工作原理如图4－9(a)所示，输入低压力为p1的液压
油，输出高压力为p2的液压油，增大压力关系，如式(4－15)。
在式（4－15）中，由于D的值一定大于d的值，所以比值一
定大于1，因此压力比p2比压力p1大
p2
p1D d2 D2d
(4-15)
4.1.2 柱塞缸 活塞缸的选用受活塞杆和缸筒相对运动长度的限制，并不适
合作为大型的或超长行程的液压缸来使用，在这种情况下可以采 用柱塞缸。柱塞缸是由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件 组成的，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工 艺性好，成本低。
流体传动与控制专业导论教学探索
流体传动与控制专业导论教学探索流体传动与控制是机械与电控一体化、多学科交叉融合的一门重点专业课程。
它包括流体传动系统的构成、原理、设计以及液压、气动控制的基本理论等方面内容。
在现代工程技术中，流体传动与控制已广泛应用于工业自动化、机械制造、航空航天、军事装备等领域。
因此，流体传动与控制专业的培养旨在培养具备流体传动和控制基本理论和技术的高素质人才。
本文主要介绍流体传动与控制专业导论的教学探索。
首先，该课程应注重培养学生的基础理论和实践操作能力。
在教学中，除了传授理论知识，还应引导学生通过实验和实践操作来体验和掌握流体传动和控制的工作原理。
其次，该课程应注重培养学生的团队协作能力。
流体传动与控制系统通常是由多个元件组成的，因此，团队合作是必要的。
在教学中，应鼓励学生之间互相讨论、合作完成实验和项目，以提高团队协作能力。
同时，也应注重培养学生的创新能力，鼓励他们在流体传动和控制领域开展科研和项目实践，以提高自身的专业水平和竞争力。
对于教学方法，除了传统的讲授、实验和案例分析等方式外，还应引入计算机仿真等现代化教学手段，以使学生更好地理解和应用流体传动和控制理论。
特别是随着计算机与人工智能技术的普及，计算机仿真已成为一种便捷、高效的方式，可以帮助学生快速构建流体传动和控制系统模型，并对其进行测试和优化。
因此，在教学中，应将计算机仿真与实验相结合，以达到理论与实践相互促进的效果。
最后，流体传动与控制专业导论的课程评估也是必要的。
通过学生的记分和反馈，教师可以及时了解到他们对教学的理解和反馈。
同时，也可以通过课程评估改进和完善教学内容和方式，以提高教学质量和效果。
总之，流体传动与控制专业导论的教学探索应注重理论与实践相结合，团队协作和创新能力的培养，以及现代化教学手段的应用。
通过这些探索，有助于培养更多具有流体传动与控制基本理论和技术的高素质人才，为我国的现代化工业建设做出更大的贡献。
《流体传动及控制基础》课程思政示范课(一等奖)
《流体传动及控制基础》课程思政示范课（一等奖）一、课程简介《流体传动及控制基础》课程针对国家级一流本科专业——自动化专业“价值塑造、知识传授与能力培养”的人才培养要求，构建了以工程应用为主线、以学生为中心、以成果为导向的课堂行动模式。
通过启发式、微翻转、直观式等教学方式，引导学生积极主动参与课堂教学。
二、课程思政教学设计本课程围绕立德树人根本任务，构建价值、情感、知识、能力“四位一体”课程思政新模式，从党史、校史、学科专业史中挖掘红色资源，培养学生科学精神以及运用马克思主义观点方法认识问题、分析问题和解决问题的能力。
课程通过深度挖掘思政元素，精心设计教学方案，不断提升思想引领能力。
三、教学示例示例一：讲好北理“红色故事”《流体传动及控制基础》课程历史可追溯到1953年学校建设自动控制与远距离操纵专业之初。
当时，为满足国家特殊领域科技人才培养的需要，学校开设了自动控制与远距离操纵专业，是新中国最早开展液压传动与控制教学和科研的高校之一，为航空航天、舰船等产品研制做出了积极贡献。
课程通过讲述专业发展史，增强学生的荣誉感和自豪感。
关注公众号“笃行教育大讲坛”，获取更多课程思政案例资料。
示例二：大国重器聚焦服务国家重大战略需求打造大国重器，课程结合液压传动与控制技术应用，以北理工教师参研的“神州第一挖”徐工700吨液压挖掘机、“110吨无人驾驶电动轮矿车”等系列产品为例，讲述北理工人攻坚克难，服务国家发展建设的奋斗故事。
从被“卡脖子”到全球领先，这些大国重器无不凝结着“大国工匠”的敬业、精益、自主、创新精神，课程通过一个个故事讲述，教育引导学生要立鸿鹄志、做奋斗者，培养学生奋斗精神，激发学生家国情怀。
示例三：航天精神一代代航天人锐意创新，攻坚克难，团结协作，无私奉献，用智慧与汗水铸就了“长征五号运载火箭”等一座座丰碑，积淀了深厚博大的航天精神。
课程将这些“大国工匠”精神、航天精神植根于学生的血液里，激励学生树立远大志向、自力更生、自主创新，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
流体传动与控制
2. 压力流量特性曲线
e=e max
A
Q
B
e=0
pB
C pC p
1. 当改变流量螺钉时，AB线上下平移；
2. 当改变压力调节螺钉时，BC左右平移；
3. 当改变K值使BC段的斜率变化，K增大，BC平 缓，反之，BC变抖；
3. 油泵的电机功叶率 限压式变量片泵的最大输出功率发生在拐 点处，
p B QB Pi 600
(4)由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严 格的定比传动。
(5)液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求 有较高的技术水平。 (6)油液污染 。
1.2.2 液压系统应用实例
液压系统应用实例－篦冷机液压试验系统
液压系统应用实例－电液比例力加载液压系统
液压系统应用实例－轻轨车轮检修装置液压泵站
液压泵与液压马达的作用 液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动 机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压 力和流量的液流。 液压马达则是液压系统的执行元件，它把输入油 液的压力能转换为输出轴转动的机械能，用来推动 负载作功。
液压泵工作原理和分类 1.液压泵的工作原理
液压泵
执行元件
液压装置
(1) 功率-重量比大 (3)操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达 2000:1)； (4)可自动实现过载保护，易实现频繁、无冲击换向； (5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使 用寿命长；
(6) 可直接驱动负载，使传动简化，很容易实现直线运动；
(7)容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可 实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。
( KW )
p B为拐点压力， bar，QB为拐点流量， L / min
《流体传动与控制》课件第2章
实际液体在管道中流动时，流速在通流截面上的分布是 不均匀的。如果用平均流速来表示动能，则需引入动能修正 系数α，层流时α＝2，湍流(紊流)时α＝1（层流与湍流的有 关内容请详见2.3节）；同时，由于黏性的存在，流体在流 动过程中要消耗一部分能量，即存在水头损失hw。因此，实 际流体的伯努利方程为
p1
p=p0＝常数=pa
这就是说，在密闭容器中，施加在液体边界上的压力等值 地传递到液体各点，这也就是帕斯卡原理。如图2－3所示，由 帕斯卡原理可知:W/A2=F/A1，力由F放大到W时，其大小为F的 A2/A1倍。因此，根据这一原理，可以得出液体不仅能传递力， 而且还能放大或缩小。在分析液压系统的压力时，一般都采用 该结论。图2－3建立了一个很重要的概念，即在液压传动中工 作的压力取决于负载，而与流入的流体多少无关。
图2－8 伯努利方程示意图
p1
z1g
12
2
p2
z2 g
22
2
(2－16a)
p1
g
z1
12
2g
p2
g
z2
22
2g
(2－16b)
由于两个截面是任取的，因此式（2－16）又可表示为伯努利方程:
p
2
zg
常数
2
（2-17a）
p
2
z
常数
g
2g
(2－17b）
式（2－16a）和式（2－17a）即为理想液体的伯努利方 程。其物理意义为:理想液体在定常流动时，各截面上具有 的总比能由比位能、比压能和比动能组成，三者可相互转化， 但三者之和保持不变。由于考虑到工程中使用方便，伯努利 方程常采用另一种形式（见式（2－16b）、（2－17b））。 这些方程中各项都有长度量纲，通常分别称它们为位置水头、 压力水头和速度水头。因此，伯努利方程又可以解释为位置 水头、压力水头和速度水头之和即总水头保持不变。
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德国亚琛工大流体传动与控制教材简介德国亚琛工大流体传动与控制教材简介张海平 2003-4A brief Introduction to Teaching Materials of Fluid Technology in TH Aachen GermanyZhang Haiping(德国美因兹 蔡勒公司ZOELLER-KIPPER GmbH) 作者简介：张海平(1947--)，男，江西湖口人，工学博士，现主要从事车载液压系统及控制硬软件的研发。
摘要：文章概述了德国亚琛工大流体传动与控制的三本教材：液压，流体技术在车辆与摘要：行走机械中的应用，流体技术中的控制技术与微机应用。
关键词：流体技术；外国教材；液压控制，微机应用关键词：国人常称的亚琛工大(Technische Hochschule Aachen直译应为亚琛工学院)其实是一所综合性大学(网页：www.rwth-aachen.de)，始建于1870年，1875年定名为“工学院”，沿用至今。
目前共有正教授约400名，科学工作者约1900人，非科学工作者约6100人，各类工作人员共约11,000人。
每年入学新生约4000人，2002/03学期注册学生29,667人。
2001年毕业生2085人。
毕业生在校时间多数为5至7年，获硕士证书(Diplom)，有资格申请攻博。
2001年获博士证书784人。
现设9个系：1.数学, 信息学与自然科学2.建筑3.建筑工程4.机械学5.矿山，冶金与地质学6.电子技术与信息技术7.哲学8.经济学9.师范系,已不再开课10.医学在机械系中设有工作学、燃料、涡轮、推动技术、车辆、船舶、航空与航天、陶瓷、塑料、激光、核反应堆、热动力、纺织、黏结、电站等30个专业、55个研究所与专业教研室。
2002/03学期有学生4529人，新生839人。
2001年获硕士证书者平均在校14,3学期。
其中的流体动力和控制研究所(IFAS, 全称 Institut fuer fluidtechnische Antriebe und Steuerungen，以下简称流技所) 由巴克教授于1968年创办。
2001年研究经费285万欧元(约合人民币2300万元)。
现有做课程设计与毕业论文的硕士生及硕士毕业生62人，博士生23人，每年培养出4至5名博士。
在德国，明文规定，获博士证书后还需要完成一篇教授资格论文才能申请大学教授职位。
据巴克教授介绍，亚琛工大尚有一不成文规定：没有在工业界滚过几年是不可能得到工科教授职位的。
现任所长穆任霍夫(H. Murrenhoff) 教授于1983年完成博士论文，在所里任总工至1986年后，先到一美国航空技术公司任工程和营销副总裁，后在德国一著名电子机械公司任技术总裁，至1994年10月才返回该所接替巴克教授。
流技所的目标被定为：通过创造性的研究和开发，不断推进流体技术的专业领域；而把有志于此的大学生，受训者与合格的青年工程师－博士生组合在一起，就为实现这一目标奠定了基础；进行面向实际的培训则不仅为开拓与进一步发展流体技术，也为充实他们的职业生涯作出贡献。
在流技所每个博士生手下都有若干硕士生，博士生是科研课题的实际组织者，具体科研工作往往分给硕士生进行。
自1979年2月至1981年9月路甬祥教授曾在此攻博，作了极富有成果的开创性研究，受到极高评价，为中国人争了光，至今已有11位大陆学者到此作过学术访问或攻博。
流技所现开设以下六门课：1. 流体技术原理(液压与气动)；2. 伺服液压；3. 流体技术在机动车与行走机械中的应用；4. 流体技术中的控制技术与微机应用;5. 流体技术机械与仪器的设计;6. 润滑与压力传递介质。
第一与第二门课由穆任霍夫教授主讲，第三与第四门课由穆任霍夫教授与其他教授合开。
《流体技术机械与仪器的设计》由力士乐公司的雅可普博士(G.Jacobs)等人合讲。
《润滑与压力传递介质》由福克斯(Fuchs)公司的满(Mang)教授主讲。
其中《流体技术原理》与《流体技术在机动车与行走机械中的应用》是为部分专业开的专业必修(选)课，其余四门是为对流体技术方向感兴趣的硕士生和博士生开的选修课。
本文对其中三本教材作一简介，以便读者了解亚琛工大流体动力与控制教学当前的状况。
这些教材通常都是由2至3名博士生执笔的。
《流体技术原理《流体技术原理 第一卷：液压》第一卷：液压》第一卷：液压》《流体技术原理》是制造技术专业及设计与开发专业的专业必修课，也是能源处理技术专业、塑料技术专业、电站技术专业、轨道车辆专业及输送技术专业的专业必选课。
其教科书第一卷《液压》的前身是巴克教授主编的《液压原理》94年第十版。
97年由穆任霍夫教授主编的第一版问世，98年出了第二版。
现在使用的是由穆任霍夫教授2001年主编的第三版。
第二卷《气动》的前身是巴克教授主编的《气动原理》94年第九版。
现在使用的是穆任霍夫教授1999年主编的第一版。
两卷一共仅讲授30学时，练习课30学时，三个学分。
《液压》[1]2001年版系32开本，403页，分5章。
在第一章“引言”(13页)中首先定义了研究对象，以一履带挖土机为例介绍了液压系统的各个组成部分。
在“液压动力与控制当前的状况”一节中指出，自1970年以来，流体技术行业的增长速度明显超过整个机械制造行业，单是2000年上半年德国液压行业的总产值已达26亿马克(约100亿元人民币)，出口占49%。
对液压行业的三个分支－固定液压，机动车与行走机械液压及航空液压的特点作了分析。
对机液电三种推动方式在力密度、中距离传输、可控性、效率、灵活性方面作了比较。
对液压的一些短处－可泄漏、对污染的敏感、黏度随温度变化、可压缩、可燃、可能污染环境等一一作了介绍分析。
第二章“基本原理”(80页)。
第一节“液压静力学”介绍理想液体在线性运动与旋转运动时的基本公式。
第二节“液压动力学”介绍了连续方程及其应用、能量方程及其应用，动量方程及其在恒定流与非恒定流时的应用。
第三节“液压网络”运用电液相似性引入液容、液感、液阻等概念，分析了管道及液压缸(马达)的液感，讨论了由液压介质的可压缩性与管道弹性而导致的液容，列了一实测曲线作对比。
以一个液压缸内压力在阀开启后的建立过程为例，作了解析计算，并指出，实际情况普遍要复杂得多，不能解析计算，必需借助计算机。
第四节“液压管路中的压力损失”。
第五节“作为同质振荡器的液柱”(23页)在推导了波传递方程及其解，引出了管道的输入阻抗、液压冲击后，给出了计算实例，解释了压力波的反射，介绍了圆管声波阻尼器的工作原理与阻尼曲线。
第三章“元件”(214页)。
第一节“液压介质”有37页。
鉴于液压介质的选择对日益敏感的环境保护问题具有越来越大的影响，因此，除了传统的矿物油外，还详细介绍了可生物分解的及难燃的液压介质的组成与特性，并列出了抗氧化、抗磨损、减摩擦、改善黏温指数、降低凝固点、抗泡沫、去污及弥散、抗腐蚀等各种添加剂的化学成分。
介绍了污染的种类、来源、影响及分级。
列出了一些常见产品的关键参数。
第二节“泵和马达”66页。
在介绍了泵与马达的基本工作原理后，对一些市场常见的产品作了详细的解剖分析。
介绍不同类型的液压缸仅用了6页。
虽然离心泵不属于液压传动，但鉴于它具有噪声低、无流量脉动、不需要溢流阀等一系列优点，可作为辅助泵用于过滤、加热、冷却系统，因此特别作了介绍与分析。
第三节“阀”(59页)，分阀的构造分类、开关阀、比例与伺服阀、阀的驱动、止回阀、压力阀、流量阀、插装阀等八部分。
在导出了液动力的计算公式后，用两组曲线解释了液动力在阀开启过程中的变化。
列出了开关电磁线圈与比例电磁线圈的剖面图及力－行程曲线族以作对比。
用两组电流、电压的实测曲线解释了交直流电磁线圈不同的开关过程。
在溢流阀一节中，结合两组实测曲线解释了液动力及弹簧作用力对溢流阀压力－流量静态特性的影响，以及如何利用液动力来改善溢流阀压力－流量静态特性。
在介绍了流量调节阀的结构及工作原理后，结合实测曲线对其静态与动态特性作了深入的定性分析。
对不同形式的二通插装阀及其回路作了简单介绍。
第四节“其他元件”(52页)除介绍了油箱、冷却器、连接、蓄能器、密封件外，特别用了10页来介绍压力、流量、温度、位移等传感器与测量器的工作原理，还用照片与曲线对过滤器的作用方式、性能指标、结构特性及安装作了详细介绍。
第四章“回路”(62页)第一节“控制原理”(8页)，归纳了液压控制的体系，解释了阻力控制与排量控制的作用原理。
第二节“泵-马达组合传动”(32页)介绍了区分不同的泵-马达组合的五个主要特征：回路(开式或是闭式)、耦合方式(直接耦合或是远距离传送)，调节(变量泵、变量马达或是组合变量)、功率输出(串联或是并联)、功率流(全液压传输或是部分液压传输)。
用效率与特性曲线场解释了随压力与转速而变的功率损失。
第三节“调节”(9页)简单介绍了流量、压力、功率、位置的调节。
第四节“回路举例”(13页)简单介绍了不同类型的速度控制、流量调节、压力控制、同步及蓄能器回路。
第五章“附录”(23页)包括文献、换算系数、符号、索引。
与国内常见教材相比，照片、曲线，特别是实测曲线多一些。
对动特性的分析未引入传递函数，仅使用分解作用图作定性分析。
《流体技术在机动车与行走机械中的应用》《流体技术在机动车与行走机械中的应用》《流体技术在机动车与行走机械中的应用》[2]是机动车专业的专业必选课。
其教科书前身是巴克教授1989年主编的《机动车中的液压》，1995年穆任霍夫教授与机械系车辆研究所瓦伦托维茨(Wallentowitz)教授合作编了第二版。
现在使用的是1998年新一版。
讲授30学时，练习课30学时，三个学分。
该教科书系32开本，441页，分四章。
每节后均有参考文献。
第一章“流体技术在机动车与行走机械中的应用的系统化”(80页)，介绍流体技术的应用领域、对流体技术的要求、流体技术的元件、压力传递介质。
第二章“机动车中的流体技术”258页，由四节组成。
第一节“纵向运动”介绍流体技术在下述组部件中的应用：发动机的喷油装置、点火时间控制、润滑系统、冷却系统；机械离合器的液压驱动，液力驱动离合器；液力转速变换器、自动换挡器、机械无级变速器(CVT)的液压驱动；分传动器及刹车装置。
分析了传动链中振动的产生原因与液压减振器。
第二节“横向运动”分析了不同类型的前轮转向的液压辅助系统：回路，性能与特殊部件；介绍了不同形式的四轮转向液压辅助系统；概述了博世(Bosch)公司1995年研发的行驶动态调节系统(FDR)。
第三节“竖向运动”介绍分析了不同类型的流体振动阻尼器的结构与性能曲线：单管、双管、频率可选、阻尼可调、可控、电阻液、双活塞；介绍了空气弹簧、液气弹簧与主动弹簧的原理、结构与性能；还概述了目前尚处于研发阶段的抗晃动系统。