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摘 要：《液压传动》课程在机械设计专业重要的专业基础课，内容较多且知识点分散，由于教学课时的不断压缩，给教学效果的保证带来了较大困难，如何在较短的时间内让学生对所学知识有较为系统的认识并掌握至关重要。本文介绍框图法在《液压传动》课程教学中的应用，也即将知识点系统化为框图结构，使繁杂的知识点变得更为直观，让学生通过清晰的框图掌握所学知识点，在教学实践中取得了较好效果，也可为其它类型专业课程教学提供参考。
关键词：液压传动 框图教学法 知识框图 系统化
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0155-02
液压传动是高等工科院校机械专业重要的专业基础课，其特点是理论性和实践性均较强，且知识点多而分散。为了适应现代社会人才需求，随着近年来课程系统改革的不断深入，专业课学时不断压缩，如我校本课程学时已由原来的60学时压缩至目前的40学时（包括6个实验学时），如何在这么少的学时内将《液压传动》重要知识点传授给学生，给教师提出了更高的要求。本人在教学实践中，尝试采用框图教学法，将液压传动知识点系统化、框图化，使学生对貌似纷乱复杂的众多知识点有了较为清晰的掌握思路，大大提高了教学效果，本文对此进行详细介绍，以为同类课程教学提供参考。
1 基本思想
一直以来，大学生对《液压传动》课程学后的感觉大多是知识点太多、图形太多，面对复杂的液压元件结构图，感觉无所适从。而老师也面临对液压元件结构和原理，不详细讲解学生听不懂，详细讲解又太费课时的尴尬局面。如能将课程中的知识点提炼成框图表示，上课过程中以框图为主线，逐个展开讲解，对于学生了解上课内容和各知识点间的相互关系将大有帮助。
2 知识框图绘制
2.1 总体知识点
《液压传动》课程内容可分为工作介质、动力元件、执行元件、辅助元件、液压控制元件、液压回路等6个部分，其中液压回路应是前5个部分的综合应用，从而可分为5个大的知识模块，每个知识框图模块又可分为小的模块。
2.2 分级框图
课程教学中要在总体知识点的基础上将各部分内容分别展开，下面以动力元件为例，介绍分级知识框图的绘制与应用。
动力元件也称液压泵，按结构不同可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等，根据几何排量是否可调可分为定量泵和变量泵。然而其基本参数与计算方法、工作原理基本相同，各种泵的基本結构也都是建立在同样工作原理基础上的，即高低压腔要分开、具有可变的密封容积及匹配的配流方式、具备吸油条件等。从而以工作原理为主线，绘制知识框图，针对不同类型泵对照介绍，可大大增强学生对知识点的掌握效果。图1所示，在总体知识点的基础上，绘制的执行元件知识框图。
动力元件种类较多，对于具体各类型液压泵需要绘制更为详细的知识框图，图2为齿轮泵的知识框图。
其中图2所示的知识框图，是在图1所示框图的基础上的进一步细分，特点是内容开始有明显区别，如高低压腔分开方式，齿轮泵与双作用叶片泵具有明显区别，这也是这两种泵的结构特点所决定的。
3 知识框图应用
知识框图绘制完毕，使学生对要讲授的知识点有大体认识后，下面就是如何进一步将知识点融会贯通，使学生充分掌握各知识点。知识框图中的知识点虽然表面上较为独立，实际上彼此之间是相互关联的。下面以齿轮泵为例介绍如何在知识框图的基础上讲解此部分内容。
3.1 齿轮泵结构及工作原理
知识框图中对应知识点：基本原理。
齿轮泵结构是以满足液压泵的基本工作原理为基础的，即高低压腔要分开、密封容积可变及可匹配的配流方式、具备油液吸入条件，具体实现方式如下。
（1）高低压腔要分开。
（2）密封容积可变及可匹配的配流方式。
（3）油液吸入条件：齿轮旋转过程中，啮合密封容积逐渐增大，形成局部真空，油液在大气压的作用下被吸入空腔。
从而齿轮泵主要结构包括主、从动齿轮、传动轴、泵体和泵前后端盖等，工作原理就是依靠齿轮旋转过程中，相互啮合形成的密封容积变大和变小，实现吸油和排油，齿轮旋转一周，各齿谷均吸排液一次。
3.2 齿轮泵的几何排量和流量
知识框图中对应知识点：基本参数流量几何排量计算、流量脉动、泄漏及解决措施。
（1）基本概念。
几何排量为一个齿轮的轮齿体积和齿谷容积之和。而流量包括瞬态流量和平均流量，液压泵在一段时间内的平均流量也是变化的，称之为流量脉动，通常用流量脉动系数衡量，齿轮泵的缺点之一就是流量脉动较大。通过增大齿数，减小重叠系数和增大刀具压力角可一定程度上减小流量不均匀性。
（2）流量泄漏。
液压泵基本工作原理之一就是密封容积和高低压腔要分开，实际上很难做到理想状态，高压腔和低压腔之间总会因存在间隙而相互连通，进而产生油液泄漏。主要有三种形式的泄漏，即径向泄漏、轴向泄漏和齿面啮合处间隙泄漏，其中轴向泄漏最大，占总泄漏量的70%左右。泄漏量直接导致实际流量与理论流量相比要小，容积效率小于1，减小泄漏的措施通常是采用端面间隙补偿。
3.3 齿轮泵压力和提高措施
知识框图中对应知识点：基本参数压力工作压力范围、困油和径向不平衡力及解决措施、提高工作压力措施。
齿轮泵工作压力一般在2.5～30 MPa左右，属于中低压液压泵。
（1）困油现象。
齿轮转动过程中有时会出现两对轮齿同时进入啮合，造成一部分油液在轮齿形成的密闭腔中无法排出，随着齿轮转动封闭容积减小，被困油液被挤压而压力急剧上升，并从缝隙挤出，同时引起油液发热和造成不平衡负载，封闭容积增大时，又会造成局部真空而出现气穴现象，对齿轮泵稳定运转带来不利影响。
解决措施：在两端盖板上开矩形卸荷槽，卸荷槽之间距离应保证压油腔和吸油腔在任何情况下均不能通过其直接连通。此处可简要介绍无变位标准啮合情况下，两卸荷槽之间的距离计算公式[1]，以使学生加深印象。
（2）径向不平衡力。
因齿轮泵高、低压腔压力不同而存在的压力差称为径向不平衡力，会造成泵体内表面与齿轮齿顶间具有径向间隙，进而引起径向泄漏。
减小径向液压力的措施如下。
（1）合理选择结构参数。
（2）增大吸液口尺寸和减小高压口尺寸。
（3）开径向液压力平衡槽。
（3）提高外啮合泵压力的措施
要提高齿轮泵的压力，最直接的方法就是减小泄漏，也即尽量降低间隙的存在，通常随着使用时间的延长，端面磨损会逐渐增大，如不及时修复或补偿，会因间隙越来越大造成工作压力下降。通常采用浮动轴套或弹性侧板装置自动补偿端面间隙，此处可结合原理图进行介绍，以加深学生印象。
4 结论
《液压传动》课程知识点较多且互相关联，随着教学学时的不断压缩，如何在较短的时间内将众多知识点脉络化，以最简洁的方式讲授给学生至关重要。本文提出框图教学法，也即将知识点用框图的形式系统化、条理化，将抽象、繁杂的知识点用较为直观的框图表现出来，大大降低了课堂教学难度。文中以液压泵中的齿轮泵、叶片泵为例，绘制了对应的知识框图，并介绍了知识框图的用法，为《液压传动》课程教学提供了一个新的思路，对于其它专业课教学也具有一定借鉴作用。
参考文献
[1] 许贤良，王传礼，张军，等.液压传动[M].北京：国防工业出版社，2010.
[2] 许福玲，陈晓明.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2000.
[3] 姜继海，宋锦春，高常识.液压与气压传动[M].北京：高等教育出版社，2002.
[4] 栾凯，孙定华.液压传动课程教学中读图能力培养途径的探索[J].淮海工学院学报：社会科学版，2011（2）：92-94.
关键词：液压传动 框图教学法 知识框图 系统化
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0155-02
液压传动是高等工科院校机械专业重要的专业基础课，其特点是理论性和实践性均较强，且知识点多而分散。为了适应现代社会人才需求，随着近年来课程系统改革的不断深入，专业课学时不断压缩，如我校本课程学时已由原来的60学时压缩至目前的40学时（包括6个实验学时），如何在这么少的学时内将《液压传动》重要知识点传授给学生，给教师提出了更高的要求。本人在教学实践中，尝试采用框图教学法，将液压传动知识点系统化、框图化，使学生对貌似纷乱复杂的众多知识点有了较为清晰的掌握思路，大大提高了教学效果，本文对此进行详细介绍，以为同类课程教学提供参考。
1 基本思想
一直以来，大学生对《液压传动》课程学后的感觉大多是知识点太多、图形太多，面对复杂的液压元件结构图，感觉无所适从。而老师也面临对液压元件结构和原理，不详细讲解学生听不懂，详细讲解又太费课时的尴尬局面。如能将课程中的知识点提炼成框图表示，上课过程中以框图为主线，逐个展开讲解，对于学生了解上课内容和各知识点间的相互关系将大有帮助。
2 知识框图绘制
2.1 总体知识点
《液压传动》课程内容可分为工作介质、动力元件、执行元件、辅助元件、液压控制元件、液压回路等6个部分，其中液压回路应是前5个部分的综合应用，从而可分为5个大的知识模块，每个知识框图模块又可分为小的模块。
2.2 分级框图
课程教学中要在总体知识点的基础上将各部分内容分别展开，下面以动力元件为例，介绍分级知识框图的绘制与应用。
动力元件也称液压泵，按结构不同可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等，根据几何排量是否可调可分为定量泵和变量泵。然而其基本参数与计算方法、工作原理基本相同，各种泵的基本結构也都是建立在同样工作原理基础上的，即高低压腔要分开、具有可变的密封容积及匹配的配流方式、具备吸油条件等。从而以工作原理为主线，绘制知识框图，针对不同类型泵对照介绍，可大大增强学生对知识点的掌握效果。图1所示，在总体知识点的基础上，绘制的执行元件知识框图。
动力元件种类较多，对于具体各类型液压泵需要绘制更为详细的知识框图，图2为齿轮泵的知识框图。
其中图2所示的知识框图，是在图1所示框图的基础上的进一步细分，特点是内容开始有明显区别，如高低压腔分开方式，齿轮泵与双作用叶片泵具有明显区别，这也是这两种泵的结构特点所决定的。
3 知识框图应用
知识框图绘制完毕，使学生对要讲授的知识点有大体认识后，下面就是如何进一步将知识点融会贯通，使学生充分掌握各知识点。知识框图中的知识点虽然表面上较为独立，实际上彼此之间是相互关联的。下面以齿轮泵为例介绍如何在知识框图的基础上讲解此部分内容。
3.1 齿轮泵结构及工作原理
知识框图中对应知识点：基本原理。
齿轮泵结构是以满足液压泵的基本工作原理为基础的，即高低压腔要分开、密封容积可变及可匹配的配流方式、具备油液吸入条件，具体实现方式如下。
（1）高低压腔要分开。
（2）密封容积可变及可匹配的配流方式。
（3）油液吸入条件：齿轮旋转过程中，啮合密封容积逐渐增大，形成局部真空，油液在大气压的作用下被吸入空腔。
从而齿轮泵主要结构包括主、从动齿轮、传动轴、泵体和泵前后端盖等，工作原理就是依靠齿轮旋转过程中，相互啮合形成的密封容积变大和变小，实现吸油和排油，齿轮旋转一周，各齿谷均吸排液一次。
3.2 齿轮泵的几何排量和流量
知识框图中对应知识点：基本参数流量几何排量计算、流量脉动、泄漏及解决措施。
（1）基本概念。
几何排量为一个齿轮的轮齿体积和齿谷容积之和。而流量包括瞬态流量和平均流量，液压泵在一段时间内的平均流量也是变化的，称之为流量脉动，通常用流量脉动系数衡量，齿轮泵的缺点之一就是流量脉动较大。通过增大齿数，减小重叠系数和增大刀具压力角可一定程度上减小流量不均匀性。
（2）流量泄漏。
液压泵基本工作原理之一就是密封容积和高低压腔要分开，实际上很难做到理想状态，高压腔和低压腔之间总会因存在间隙而相互连通，进而产生油液泄漏。主要有三种形式的泄漏，即径向泄漏、轴向泄漏和齿面啮合处间隙泄漏，其中轴向泄漏最大，占总泄漏量的70%左右。泄漏量直接导致实际流量与理论流量相比要小，容积效率小于1，减小泄漏的措施通常是采用端面间隙补偿。
3.3 齿轮泵压力和提高措施
知识框图中对应知识点：基本参数压力工作压力范围、困油和径向不平衡力及解决措施、提高工作压力措施。
齿轮泵工作压力一般在2.5～30 MPa左右，属于中低压液压泵。
（1）困油现象。
齿轮转动过程中有时会出现两对轮齿同时进入啮合，造成一部分油液在轮齿形成的密闭腔中无法排出，随着齿轮转动封闭容积减小，被困油液被挤压而压力急剧上升，并从缝隙挤出，同时引起油液发热和造成不平衡负载，封闭容积增大时，又会造成局部真空而出现气穴现象，对齿轮泵稳定运转带来不利影响。
解决措施：在两端盖板上开矩形卸荷槽，卸荷槽之间距离应保证压油腔和吸油腔在任何情况下均不能通过其直接连通。此处可简要介绍无变位标准啮合情况下，两卸荷槽之间的距离计算公式[1]，以使学生加深印象。
（2）径向不平衡力。
因齿轮泵高、低压腔压力不同而存在的压力差称为径向不平衡力，会造成泵体内表面与齿轮齿顶间具有径向间隙，进而引起径向泄漏。
减小径向液压力的措施如下。
（1）合理选择结构参数。
（2）增大吸液口尺寸和减小高压口尺寸。
（3）开径向液压力平衡槽。
（3）提高外啮合泵压力的措施
要提高齿轮泵的压力，最直接的方法就是减小泄漏，也即尽量降低间隙的存在，通常随着使用时间的延长，端面磨损会逐渐增大，如不及时修复或补偿，会因间隙越来越大造成工作压力下降。通常采用浮动轴套或弹性侧板装置自动补偿端面间隙，此处可结合原理图进行介绍，以加深学生印象。
4 结论
《液压传动》课程知识点较多且互相关联，随着教学学时的不断压缩，如何在较短的时间内将众多知识点脉络化，以最简洁的方式讲授给学生至关重要。本文提出框图教学法，也即将知识点用框图的形式系统化、条理化，将抽象、繁杂的知识点用较为直观的框图表现出来，大大降低了课堂教学难度。文中以液压泵中的齿轮泵、叶片泵为例，绘制了对应的知识框图，并介绍了知识框图的用法，为《液压传动》课程教学提供了一个新的思路，对于其它专业课教学也具有一定借鉴作用。
参考文献
[1] 许贤良，王传礼，张军，等.液压传动[M].北京：国防工业出版社，2010.
[2] 许福玲，陈晓明.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2000.
[3] 姜继海，宋锦春，高常识.液压与气压传动[M].北京：高等教育出版社，2002.
[4] 栾凯，孙定华.液压传动课程教学中读图能力培养途径的探索[J].淮海工学院学报：社会科学版，2011（2）：92-94.