[交通运输]飞机起落架液压系统溢流阀的设计.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计 1 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 论文题目：论文题目： 飞机起落架液压系统溢流阀的设计 所属系部：所属系部： 航空维修工程系 指导老师：指导老师： 曹建华 职职 称：称：高级工程师/副教授 学生姓名：学生姓名： 刘 鹏 班级、学号班级、学号: : 075034-08 专专 业：业： 飞机制造技术 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 2010 年 03 月 15 日 西安航空职业技术学院 毕业设计 2 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目：题目： 飞机起落架液压系统溢流阀的设计 任务与要求：任务与要求： 主要设计了飞机起落架的溢流阀，提出溢流阀的设计要求，并且根据需要选定 溢流阀类型，再对溢流阀各个重要的尺寸做一初步确定，再利用溢流阀的静态特 性，算出溢流阀各个弹簧的刚度和预压缩量，最后对溢流阀进行静态计算。 时间：时间： 2009 年 12 月 06 日 至 2010 年 03 月 15 日 共 14 周 所属系部：所属系部： 航空维修工程系 学生姓名：学生姓名： 刘 鹏 学学 号：号： 07503408 专业：专业： 飞机制造技术 指导单位或教研室：指导单位或教研室： 西安航空职业技术学院 指导教师：指导教师：曹建华 职职 称：称： 高级工程师/副教授 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 2010 年 03 月 15 日 西安航空职业技术学院 毕业设计 3 毕业设计毕业设计( (论文论文) )进度计划表进度计划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指导教师指导教师 签签 字字 2009.12.06 至 2009.12.13 根据指导老师的要求以及自己几年 来的所学，并在图书馆及网上查阅 大量的相关资料基础上，确定出几 个论文的题目 已完成 2008.12.14 至 2008.12.21 向指导老师汇报前段准备情况，最 后确定本次的论文题目，并开始着 手整理相关资料 已完成 2009.12.22 至 2009.12.29 根据整理的相关资料，初步建立起 论文的基本框架，并和指导老师讨 论是否合适，修改完善 已完成 2009.12.30 至 2010.01.07 结合自己所学，对所掌握的资料进 行合理的筛选后，又前往图书馆查 询资料，之后初步形成论文的初稿， 并发送给指导老师，接受老师的指 导 已完成 2010.03.06 至 2010.03.11 就指导老师对初稿指出的相关问题， 尤其是论文格式问题，进行及时修 改，并对论文所涉及到的理论问题 进行了认真审查，修改后，将电子 稿再次发给老师 已完成 2010.03.12 至 2010.03.13 就指导老师再次提出的相关问题进 行修改，并经过多次讨论，形成满 足学校要求的论文接受老师最后的 修改 已完成 2010.03.14 至 2010.03.15 进一步完善论文，打印，提交，等 待论文答辩 已完成 教师对进度教师对进度 计划实施情计划实施情 况总评况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 西安航空职业技术学院 毕业设计 4 飞机起落架液压系统溢流阀的设计 【摘要】 本论文主要简单介绍了液压在国民生产中的重要性以及在飞机起落架中的应用，再对 溢流阀的分类、工作原理、工作特性进行了简单的介绍。并且运用液压传动技术的基础知 识，根据液压系统的工作负载及其行程、动作要求，主要设计了飞机起落架的溢流阀，提 出溢流阀的设计要求，并且根据需要选定溢流阀类型，再对溢流阀各个重要的尺寸做一初 步确定，再利用溢流阀的静态特性，算出溢流阀各个弹簧的刚度和预压缩量，最后对溢流 阀进行静态计算。 关键词：飞机起落架；液压系统；溢流阀；静态特性；参数；型号 西安航空职业技术学院 毕业设计 5 前言前言 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原 理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技 术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。飞机起落架液压系统是飞机的一 个至关重要的组成部分，在飞机着陆以及地面滑跑过程中起着举足轻重的作用。近年来， 随着飞机制造技术的提高，飞机的安全性能也得到更好的保障，但是仍然还是有飞机失事， 对人民的人身和财产造成不小的损失。据统计，飞机失事有 30%概率是由飞机起落架出故 障引起的。为了不断增强飞机起落架系统的可靠性、安全性和有效性，保证飞机的正常飞 行，因此必须对飞机起落架液压系统进行合理的设计。 本论文运用液压传动技术的基础知识，根据液压系统的工作负载及其行程、动作要求， 主要设计了飞机起落架的溢流阀，分析其静态特性和动态特性，运用静态特性的计算方法 确定其重要参数。本次设计基本能达到液压系统的安全和使用性能要求。 西安航空职业技术学院 毕业设计 6 目 录 前言前言.5 1 绪论7 1.1 我国液压阀技术的发展概况7 2 压力控制阀的分类与型号9 3 溢流阀10 3.1 溢流阀的分类.10 3.1.1直动型溢流阀10 3.2 溢流阀的主要性能.12 3.2.2动态特性13 4 溢流阀的工作过程溢流阀的工作过程15 4.1 开启过程15 4.2 闭合过程：15 5 溢流阀设计溢流阀设计17 5.1 设计要求18 5.2 主要的结构尺寸的初步确定18 5.3 静态特性计算21 6 溢流阀的组成溢流阀的组成部部分分35 6.1 主阀部分35 6.1.1阀体35 6.1.2主阀芯35 6.1.3主阀座36 6.2 先导阀部分37 6.2.1先导阀芯37 6.2.2先导阀座37 6.2.3调压装置37 7 溢流阀的基本应用溢流阀的基本应用.39 结束语.41 致谢.42 参考文献.43 西安航空职业技术学院 毕业设计 7 1 绪论绪论 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原 理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技 术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压技术作为一门新兴应用学科， 虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量 轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的左右；反应 10%20% 速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保 护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、 工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦 克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。而现代飞机一般都采用液压技术来控制起落架的收 放和锁定。所以说设计一种安全可靠性能良好的和轻便的飞机起落架液压控制系统是十分 重要的。 液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动 作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。 1.11.1 我国液压阀技术的发展概况我国液压阀技术的发展概况 我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（19531957 年） ，期间， 由于机床制造工业发展的迫切需求，50 年代初期，上海机床厂、天津液压件厂仿造了苏 联的各类低压泵、阀。 随后，以广州机床研究所为主，在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上，自行 设计了公称压力为 2.5MPa 和 6.3MPa 的中低压液压阀系统（简称广州型） ，并迅速投入大 批量生产。 60 年代初期，为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展，以山西榆次液压件 厂为主，引进了日本油研公司的公称压力为 21MPa 的中高压液压阀系列，以及全部加工技 术和制造、试验设备，并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统（简称榆次型） 。 1968 年，当时的一机部组织有关单位，在公称压力 21MPa 液压阀的基础上，设计了 我国一套公称压力为 31.5MPa 的高压阀系列，并投入批量生产。 为使产品实现标准化、通用化、系列化，我国于 1973 年再次组成“液压阀联合设计 组” ， 在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上，借鉴了国外同类产品的结构，性能、工 艺特点，又增补了多种规格和新品种，并使国产阀的安装连接尺寸首次符合国际标准。并 于 1977 年正式完成了公称压力为 31.MPa 的高压阀新系列的设计。1978 年起，通过全系 列图纸的审查、试制、鉴定等工作，并在全国推广使用。1982 年，通过了全系列的定型 工作。故上述产品简称为“82 年联合设计型高压液压阀系列” 。 西安航空职业技术学院 毕业设计 8 为适应高压、大流量的液压传动要求，济南铸锻研究所、上海 704 研究所和北京冶金 液压机械厂等单位，自 1976 年开始，还引进、消化和研制了二通插装阀（简称 CV 阀） ， 并在 80 年代初期，完成了自己的系列。二通插装阀作为不同于常规阀的另一类液压阀类， 也正在开拓着它的使用范围。 此外，随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用，1975 年，大连组合机床研究引 进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。 建国以来，我国液压行业及液压阀的制造生产，从无到有，发展很快，取得了巨大的 成绩。但与国外同类产品相比，品种和性能指标还有较大差距。为了提高我国液压行业的 综合素质，国家机械部制定了以下调整原则： A 类重点发展产品（包括国产的电液伺服阀、比例阀和数字控制阀以及引进、消化德 国力士乐公司的压力为 21、35、63MPa，通径为的三大类液压阀和我国自行开 633mm 发的叠加阀、插装阀及 GE 系列阀等） ； B 类允许保留和过渡产品（包括目前应用面广、市场需求最大，一时尚无替代产品； 国内 70 年代、80 年代开发的，现在已成为主导产品，虽然技术上达不到国际 80 年代水 平，但需要保留一段时间的产品。 ） C 类限制发展和逐步淘汰产品。 （指水平低，性能差，耗能耗材的产品，不符合标准 的落后产品，不符合标准的老产品，具体指我国 50、60 年代设计的广州型中低压系列， 及与之相仿的早期产品。 ） 西安航空职业技术学院 毕业设计 9 压力控制阀 直动式 差动式 三节同心式 二节同心式 滑阀式 直动型 先导型 远程调压阀 普通溢流阀 电磁溢流阀 三节同心式 二节同心式 卸荷溢流阀（单向溢流阀） 溢流阀 单向减压阀 定差减压阀 定比减压阀 溢流阀 直动型顺序阀 先导型顺序阀 顺序阀 压力继电器 2 压力控制阀的分类与型号压力控制阀的分类与型号 液压系统中，用来控制系统的压力、流量和液流方向的元件均称为液压控制阀，简 称液压阀。液压阀品种繁多，规格复杂，按工作原理可划分为以下几种： 通断式控制元件（即开关或定值控制阀）：这是常用的一类液压阀，又称普通液压 阀。 伺服式控制元件：压力伺服阀、流量伺服阀等。 比例式控制元件：比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀等。 在液压传动系统中，液流的压力是最基本的参数之一，执行元件的输出力或输出扭 矩的大小，主要由供给的液压力所决定。为了对油液压力进行控制，并实现和提高系统的 稳压、保压、减压、调压等性能或利用压力变化实现执行机构的顺序动作等，根据油液压 力和控制机构弹簧力相平衡的工作原理，人们设计制造了各种压力控制阀。常见种类如下： 西安航空职业技术学院 毕业设计 10 图图 2-1 压力控制阀的分类压力控制阀的分类 西安航空职业技术学院 毕业设计 11 P OO O P P (a)(b)(c)(d) A A A-A (c) (d) P T (a) (b) 3 溢流阀溢流阀 3.13.1 溢流阀的分类溢流阀的分类 溢流阀的基本功用是：当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时，系统的油液通 过阀口溢出一些，以维持系统压力近于恒定，防止系统压力过载，保障泵、阀和系统的安 全，此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。 溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种。 3.1.1 直动型溢流阀 （a）锥阀式）锥阀式 (b)球阀式球阀式 (c)滑阀式滑阀式 (d)溢流阀的基本符号溢流阀的基本符号 1-调压螺栓调压螺栓 2-弹簧弹簧 3-阀芯阀芯 4-阀体（含阀座）阀体（含阀座） 图图 3-1 直动型溢流阀结构简图直动型溢流阀结构简图 锥阀式和球阀式又叫座阀式溢流阀，特点是动作灵敏，密封性能好，配合没有泄漏间 隙，但导向性差，冲击性较强，阀座阀芯易损坏。滑阀式由于阀口有一段密封搭合量，稳 定性较好，不易产生自激振动，但动作反应较慢。 下面以锥阀式 DBD 直动型溢流阀为例说时其工作原理： 西安航空职业技术学院 毕业设计 12 K P T 遥控口 进油口 出油口 P1 a P2 符号 （a）结构图）结构图 （b）局部放大图）局部放大图 （c）简化符号）简化符号 （d）详细符号）详细符号 1-偏流盘偏流盘 2-锥阀锥阀 3-阻尼活塞阻尼活塞 4-调节杆调节杆 5-调压弹簧调压弹簧 6-阀套阀套 7-阀座阀座 图图 3-2 锥阀式锥阀式 DBD 直动型溢流阀（插装式）直动型溢流阀（插装式） 3.1.2 先导式溢流阀 先导阀 -直动式锥阀，硬弹簧。 组成 : 带有导向圆锥面的锥阀（二级同心式）和软弹簧 主阀 滑阀和软弹簧。 带有多节导向圆锥面的锥阀（三级同心式）和软弹簧 1 1、阀体、阀体 2、主阀座、主阀座 3、主阀芯、主阀芯 4、先导阀盖、先导阀盖 5、先导阀座、先导阀座 6、先导阀锥式阀芯、先导阀锥式阀芯 7、调压弹簧、调压弹簧 8、调节杆、调节杆 9、调压螺栓、调压螺栓 10、手轮、手轮 11、主阀弹簧、主阀弹簧 图图 3-3 YF 型三节同心先导溢流阀（板式）型三节同心先导溢流阀（板式） 先导型溢流阀的先导阀是一个小规格的锥阀式直动溢流阀，其弹簧用于调定主阀部分 的溢流压力。主阀的弹簧不起调压作用，仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设置。 3.23.2 溢流阀的主要性能溢流阀的主要性能 3.2.1 静态特性： 西安航空职业技术学院 毕业设计 13 （1）压力调节范围 定义：调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳（压力无突跳及迟滞现象）上 升或下降最大和最小调定压力差值。 （2）启闭特性 定义：溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。 P q 一般用溢流阀处于额定流量、额定压力时，开始溢流的开启压力和停止溢流的闭合 s P k P 压力分别与的百分比来表示。 B P s P 开启压力比： /100% Kks PPP 闭合压力比： /100% BBs PPP 两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。一般规定：开启压力比应不小于， 90% 闭合压力比应不小于，其静态特性较好。 85% (3) 卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压 力。 (4) 最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时 应无噪声。 (5) 静态特性关系式 先导型溢流阀在稳态溢流条件下，满足下列关系式： A. 主阀口出流方程式为 1111 2 sinpyDCq 式中，为受控压力（） ，油液密度（）,其他参数意义同前。 1 p Pa 850 3 /kg m B. 主阀芯受力平衡方程式： （） 112201111 ()sin2 yf A pA pKyyCD ypGF N 式中，开启时取正号，闭合时取负号；其余参数意义同前。 f F C. 通过主阀芯阻尼孔的流量方程式： 阻尼孔结构为细长孔，其流量 012 2 ()qC App 式中阻尼孔截面积（）;阻尼孔的流量系数。 0 A 2 m0.82C D. 先导阀口出流方程式： 222 2 sinqCdxp 式中，先导阀流量系数，先导阀阀座孔直径();为先导阀阀口的轴 2 0.77C dmmx 西安航空职业技术学院 毕业设计 14 向开度（） ；先导阀芯的半锥角。 m2 E. 先导阀芯受力平衡方程式： 20222 ()sin2 cx A pKxxCdxp 式中，各参数意义同前。 3.2.2 动态特性 （1）压力超调量：最大峰值压力与调定压力的差值。 （2）响应时间：指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的上升到的时间。 10%90% (即图 3-4 中、两点的间的时间间隔) AB （3）过渡过程时间：指从调定压力到最终稳态压力的时间。(即图 3-4 中点到点 BC 间的时间间隔) （4）升压时间：指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。 （即图 3-5 的 ） 1 t （5）卸荷时间：指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。(即 图 3-5 中的) 2 t 1.05(pn-p0) 0.95(pn-p0) 0.9(pn-p0) 0.1(pn-p0) p t p pn 0 P0 C B A t 1 图图 3-4 流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性 西安航空职业技术学院 毕业设计 15 D C 0.9(pn-p0) 0.1(pn-p0) t p pn 0 P0 B A t 1 图图 3-5 溢流阀升压与卸荷特性溢流阀升压与卸荷特性 4 溢流阀的工作过程溢流阀的工作过程 4.14.1 开启过程开启过程 （1）当液压系统压力低于先导阀的开启压力时，先导阀保持关闭。此时主 1 p k p 阀芯受力条件为 (4-1) 11210yf A pA pK yGF 式中、分别为先导阀弹簧和主阀弹簧 x K y K 的 刚度（） ；、分别为先导阀弹簧和主 /N m0 x 0 y 阀弹簧的预压缩量（） 。 m 此时阀口仍关闭。 （2）当系统压力上升到先导阀的开启压力时， 先导阀处于即将开启但未开启的状态，主阀 芯受力关系仍为式 （3）当系统压力升高超过先导阀开启压力时， 图图 4-14-1 溢流阀溢流阀 示意图示意图 先导阀打开，液压油经由阻尼孔流向先导阀再流回油箱。 此时主阀芯上下两腔将产生压力差，但尚未到达足以抬升主阀芯的程度，主阀芯 1 2 C P2 p1 尾碟 D1 A2 A1 x qqp ql q1c Ac x 西安航空职业技术学院 毕业设计 16 的受力方程为： 11220yf A pA pK yGF （4）当系统压力上升到主阀开启压力时，通过阻尼孔的流量增大，产生的压力 差使主阀芯处于平衡状态： f 11220yf A pA pK yGF （5）当系统压力高于主阀开启压力时，主阀开启，其受力为 111111220 sin2() yf A pCD ypA pKyyGF 式中， 为主阀口的开度（） ；为液体入射角，近似等于维阀半维角 y m1 （ ） ； 1 为主阀座孔直径（） ；主阀口流量系数(取)。 1 D m1 0.77C 0.80.8 （6）当系统压力升到调定压力时，阀内通过额定流量，此时主阀芯受力方程为： 111111220 sin2() yf A pCD ypA pKyyGF 到此，溢流阀开启完成。 4.24.2 闭合过程：闭合过程： 其过程与开启过程相反，但各关键点相似，不同的是由于摩擦力方向改变，造成阀口 的关闭压力比相应的开启压力要小。 西安航空职业技术学院 毕业设计 17 5 溢流阀设计溢流阀设计 溢流阀的设计，通常式根据其工作所要求的压力和流量选择阀的基本结构形式，根据 最大流量并按经验确定阀的各部分尺寸，根据静态特性要求确定弹簧系数，然后计算静态 特性。下面我们对先导溢流阀进行设计。 以下为尺寸示意图： 图图 4-4 阀结构尺寸示意图阀结构尺寸示意图 西安航空职业技术学院 毕业设计 18 5.15.1 设计要求设计要求 一般提出以下设计要求： (1) 额定压力 16 e p MPa (2) 额定流量 20 min e L Q (3) 调压范围 1min p 1max 16p MPa (4) 调成最高调成压力时，导阀的开启压力 1max p 21max 0.9 a pp (5) 调成最高调成压力时，主阀的开启压力；此时的溢流量 1max p 11max 0.95 a pp 0.01 ae QQ (6) 调成最高调成压力时，主阀的闭合压力；此时的溢流量 1max p 11max 0.9 a pp 0.01 be QQ (7) 卸荷压力M pa 0.4 x p 5.2 主要的结构尺寸的初步确定 (1) 进油口尺寸确定按照额定流量和允许流速来决定则： （5- 4 e Q d v 1） 式中 一般取;额定流量，将已知量带入可得： v6/m se Q 4 20 4.252.06 6 3.14 d cm (2) 主阀芯直径 1 d 按经验取 （5- 1 (0.5d 0.82)1.66d cm 2） (3) 主阀芯活塞直径 （5- 0 (1.6D 1 2.3)1.66 2.23.6d cm 3） 对阀的静态特性影响很大。按上式选取时，对额定流量小的阀选较大的值。 0 D 0 D (4) 主阀芯上段直径 2 D 按经验取主阀芯活塞下边面积与上边面积之比为： 3 A 4 A 3 4 0.95 A A 0.97 西安航空职业技术学院 毕业设计 19 3 4 4 () 4 A A 22 01 22 02 （D -d ) D -d 根据上式子可得： (5-4) 2 1 100 20 33 44 ()1 1 d dDD DDD FF FF 2 0.75 3.611.6 0.95 D cm 活塞下边面积稍小于上边面积，主阀关闭时的压紧力主要靠这个面积差形成液压力作 用在主阀芯上。主阀弹簧只是在低压和无压力时使主阀关闭，因此主阀弹簧刚度 可以很小。 (5) 主阀芯半锥角，扩散角 1 2 按经验取： 1 46 2 22.5 35 (6) 尾碟（消振尾）直径、长度、过度直径 4 d 4 l 5 d 尾碟的作用是消除液动力引起的振动。其尺寸、可参考已定型阀的尺寸选 4 d 4 l 5 d 取。无尾碟时，作用在主阀芯上的液动力方向向上；有了尾碟时，液动力方向向 下。 本设计中选取 4 14dmm 4 17lmm 5 4dmm (7) 节流孔直径、长度 0 d 0 l 按经验取: （5-5） 0 0.08d 0.20.1cm （5-6） 0 (7l 0 19)1.0d cm 节流孔的尺寸和对溢流阀性能有重要影响。如果节流孔太大或太短，则节流作用 0 d 0 l 不够，将使阀的启闭特性变差，而且工作中会出现较大的压力振摆；反之，如果 节流孔太小或太长，则阀的动作会不稳定，压力超调量液会加大。按上式取 和时，对额定流量小的阀选较小的值。要求通过节流孔的流量小于或等于额 0 d 0 l 定流量的 1时所造成的压降足以使主阀开始打开。因此，要通过静态特性计算 对选定的和进行适当的调整。 0 d 0 l (8) 导阀芯的半锥角 2 按经验取 ： 2 20 西安航空职业技术学院 毕业设计 20 取得小一些，密封性能较好但太小使阀芯与阀座得接触应力加大，影响使用寿命。 2 (9) 导阀座孔的孔径和 2 d 6 d 按经验取 （5-7） 2 (2d 0 5)0.4d cm （5-8） 6 0.16d cm 取得大则导阀弹簧要硬，使尺寸加大；取得太小又影响阀的稳定性能。 2 d 不能取的太大，否则容易发生尖叫和振动。 6 d (10) 主阀芯溢流口的直径和长度 3 d 3 l 和可根据结构来确定。不要太小，以免产生的压差太大，不利于主阀的开启。 3 d 3 l 3 d (11) 主阀座的孔径 1 D 按经验取 （5-9） 11 (0.1Dd0.2)1.56cm (12) 阀体沉割直径、沉割宽度 3 D 1 S 按经验取 （5-10） 30 (0.1DD0.2)3.8cm 按结构确定，应保证进油口直径的要求。 1 S 本设计中取 （5-11） 1 0.42.5Sdcm (13) 主阀芯与阀盖的间距 2 S 应保证主阀芯的位移要求，即 2 S 2max SX 是主阀的最大开度，的大小见静态特性计算。 max X max X (14) 导阀弹簧的装配长度 5 l （5-12） 52 (0.1lL0.2)cm 式中的为弹簧的自由长度。为了使溢流阀能够卸荷，调节手轮全松开时应使导阀 2 L 弹簧恢复其自由长度，留有 的间隙.的数值要在导阀弹簧设计后才 2 L 12mm 5 l 确定。 (15) 主阀弹簧的装配长度 1 l （5-13） 111 lLh 式中 主阀弹簧的自由长度； 1 L 主阀弹簧的预压缩量, 的数值要在弹簧设计后才能确定. 1 h 1 l 5.3 静态特性计算 (1) 基本方程式 西安航空职业技术学院 毕业设计 21 先导式溢流阀的静态特性决定于导阀、主阀和节流口结构参数。因此，计算静态特 时要列写流量方程式和力平衡方程式，作为计算静态特性的基础。 如图所示主口示意图： 图图 4-5 主阀口示意图主阀口示意图 a.主阀阀口节流方程式 (5-14) 11112 2 ()QC App 式中 通过主阀的流量； 1 Q 主阀流量系数； 1 C 主阀节流面积。 1 A 将式子整理得： 11111 sin(sin2 )sin 2 x AxDD x b.主阀芯受力平衡方程式 主阀芯轴线方向所受的作用力包括弹簧力、重力、摩擦力、主阀芯溢流孔压降引 3 d 起的作用力、A 腔和 B 腔压力的作用力、阀口溢流时产生的液动力。如主阀芯等速上升， 则可列出受力平衡方程式为: (5-15) 132411121y p Ap AKhxGFFF 式中 主阀弹簧刚度； 1 K 主阀弹簧预压缩量； 1 h 主阀芯重量；G 主阀芯所受的摩擦力； 1 F 主阀芯溢流孔压降引起的作用力； 2 F 3 d 主阀芯所受的液动力； 1y F 根据图所示液流情况，可按下式计算: 1y F (5-16) 11211 cos y FQ vv 西安航空职业技术学院 毕业设计 22 式中 阀口流速； 1 v 尾碟处液体流出速度的轴向分量。 2 v 2 v 因为尾碟附近过流面积远大于阀口截面积，而且尾碟与主阀芯轴线垂直。所以，尾碟 附近流速的轴向分量接近于零，即0。阀口流速可按下式计算： 2 v 1 v (5-17) 11 212 1 vpp 在局部阻力系数时，流速系数。因此可得：01 111 1111111 1111 cos 22 sincos sin2 y yx y FQ FCDpp FCD p x 由式可知，的作用方向于相同。计算出来的稳态液动力略为偏大一些。 1y p 1 若尾碟过大，出口通道过小，即尾碟附近截流面积减小，则加大。这样，实际液动 2 力会比计算出来的小，若主阀开度较大则使得过小过大则稳态液动力可能出现零值甚 1 2 v 至反向。所以，设计尾碟和选取半锥角时要加以注意。 1 将上式联立可得主阀芯平衡方程式： (5-18) 13241211 1 11 ()sin2p Ap AK hxGFFCD Px c.节流孔流量方程 当截流孔中流动为层流时，流过节流孔的流量与节流孔前后压差（）成正 0 Q 12 pp 比；当节流口中的流动为紊流时，流量与成比例。实际上节流孔中的流动多处 0 Q 12 12 (p -p ) 于从流层到紊流的过渡状态，所以与成比例。可按下述经验公式计算，式 0 Q 23 12 (p -p ) 0 Q 中的单位必须是米、千克、秒制。 (5-19) 22 12 0 33 0012 22 0 ()() 14 g d QApp l 式中 通过节流孔的流量； 0 Q 节流孔截面积； 0 A 油的运动粘度； 油的重度。 d.导阀阀口节流方程式 由式(5-18)得： (5-20) 22223 2 ()QC App 式中 -通过导阀得流量； 2 Q -导阀流量系数； 2 C 西安航空职业技术学院 毕业设计 23 -导阀节流面积； 2 A (5-21) 22222 sin(sin2 )sin 2 y Aydd y 式中 导阀得开度。 y 将看成近似等于零，则： 3 p (5-22) 22222 2 sinQCd yp f.导阀芯受力平衡方程 导阀芯轴线方向所受得作用力有弹簧力、液动力、导阀前腔 C 中压力得作用力等。 2 p 受力平衡方程为： (5-23) 2222 () y p AKhyF 式中 -导阀座孔径处的截面积 2 F 2 d 导阀弹簧刚度； 2 K 导阀弹簧预压缩量； 2 h 导阀芯所受的液动力。 2y F 液动力的求法与相似，得： 2y p 1y p (5-24) 2222222 ()sin2 y p AKhyCd 式(5-23)中的流量系数、是难以精确确定的。严格的说，在阀的不同工作情况 1 C 2 C 下，流量系数又不同的数值。通常将流量系数看成常数，带来的误差并不大，却可以大大 地减化计算。主阀与导阀的阀口处的流量系数可分别取为： 1 2 0.8; 0.77 C C 静态特性计算的目的，一方面是根据对静态特性设计要求，求出主阀弹簧和导阀弹簧 的刚度和预压缩量，作为进行弹簧设计的依据；另一方面是校核上面所确定的主要结构尺 寸看能否满足对静态特性的要求,并进行必要的调整与复算，直到特性满足要求为止。 (2)弹簧刚度和预压缩量计算 主阀弹簧刚度和预压缩量 1 K 1 h 由式子（5-18） ，可得当主阀刚要打开，还未打开时可得： (5-25) 13241 112 p Ap AK hGFF 1 1132412 K hp Ap AGFF 3 112412 4 (1) A ppp AGFF A 利用上式可求出和，但必须先做以下工作： 1 K 1 h (3)主阀刚要打开，还未打开，为主阀的开启压力 1 p 西安航空职业技术学院 毕业设计 24 取为最高调定压力下的开启压力，即： 1 p 1max p (5-26) 11max 0.95pp ， 1 0.95 1615.2pMPa 此时候流量为： 0.010.01 200.2 / min ae QQL (4)由（5-19）节流孔流量方程式求 2 p 取节流孔流量，得: 0a QQ (5-27) 0 21 000 14 aa l QQ pp gd AA 将已知量带入： 621 10 10 m s A gA 6 222 00 3.14 0.0010.785 10 44 Adm 可得： 533 2 1010 3 2 2 2020 14 850 9.8 100.0151010 6060 15.2 9.8 0.001 3.14 103.14 10 15.25.8 10 15.194 p p pMPa (5-28) (5)主阀芯摩擦力 1 F 包括主阀芯上段直径处和活塞直径处得摩擦力，可表示为: 2 D 0 D (5-29) 120DD FfFfF 式中 -摩擦系数； f -处的侧压力； 2D F 2 D -处的侧压力。 0D F 0 D 侧压力与缝隙两端压力差、缝隙长度 、圆柱直径成正比。将其他因数用系数 p lD 表示，并取摩擦系数，则可表示为： K 0.1f 1 P (5-30) 12 2230 012 0.10.1FKD lppKD lpp 将压力看成近似等于零，则: 3 p (5-31) 12 220 012 0.10.1FKD l pKD lpp 22623 0.1 0.2 1.6 100.5 1015.194 100.1 0.2 3.6 105.84 10 西安航空职业技术学院 毕业设计 25 2 0.37 101.93 10 37 19.3 66.3N 式中为系数，直径小、接触长度短时取大值。 K0.15K 0.3 (6)求主阀芯溢流孔压降引起的作用力 3 d 2 F 溢流孔压降由沿程阻力和进口、出口处的局部阻力所组成。 3 d 3 p 可表示为： (5-32) 2 33 3 3 2 fc lv p dg 式中 进口处局部阻力系数； f 出口处局部阻力系数； c 沿程阻力系数。 通过主阀芯溢流孔的流量等于通过导阀的流量，取近似。于是， 2 Q 2 0.01 e QQ 主阀芯溢流孔流速为： (5-33) 2 3 22 33 4 0.014 e QQ v dd 雷诺数的表示式为： 3 32 3 4 e d vQ R vv d 由于很小，很小，主阀芯溢流孔内流动为层流，可 2 Q e R 以，。于是，由压降引起的作用力为： 0.040.05 0.2 f 2 e 3 p (5-34) 2 22 33 223 3 42 fe lv FDd dg 2 22 3 223 44 33 2 10 e fe Ql FDd dd 2 22 23 44 3 20.03 0.220.04 103.140.004 e Q Dd d 2 3 22 44 20 2 85010 60 0.0160.0042.20.3 103.14 0.004 0.041N (7)在最高调定压力下主阀芯的开口量 1max p 10 x 西安航空职业技术学院 毕业设计 26 10 1111max 16.67 2 sin e Q x CDp 3 26 20 16.6710 60 2 0.8 3.14 1.6 10sin4616 10 850 3 2 0.6 1010 0.8 3.14 1.6 100.72 21.26 3.8 0.6 0.8 3.14 1.6 0.72 55.70 mm 在最高调定压力下，其开口量为 3.8mm （8）求出主阀最大开度 max x 在卸荷情况下（通过额定流量）主阀由最大开度， e Q 由此可得： (5-35) max 111 16.67 2 sin e x Q x CDp 3 26 20 10 60 2 0.8 3.14 1.6 10sin460.4 10 850 3 2 0.6 1010 0.8 3.14 1.6 100.72 30.68 0.6 0.8 3.14 1.6 0.72 30.68 6.9mm 式中为卸荷压力。 x p 然后按经验取： (5-36) 1 (1h max 5)3 6.920.7xmm 将上式子带入主方程可得： 1 1132412 1 1 15.2 (0.05)0.003 684 1.61766.30.041 462.083 K hp Ap AGPP K h K hN 西安航空职业技术学院 毕业设计 27 所以： 4 1 462.083 24.3 10/24.3/ 0.0207 N KN mN mm m 主阀弹簧的选择：自由长度为 60，其弹性刚度为 mm24.3/N mm (9) 主阀芯重量G 主阀芯可以做简单的估计，主阀芯质量大约： G 3 233 23 23 3 233 (18 10 )15 10 (8 10 )(5.5 10 ) 18 10 (8.3 10 )36 10 7.8 100.165 M kgkg 所以其重量为 0.165 9.81.617GMgN 由已知初选结构尺寸计算，活塞面积和之比按经验取为。在做好以 3 A 4 A0.950.97 上准备工作之后，即可求出主阀弹簧刚度。而主阀弹簧预压缩量已经定出选取时，k 1 h 1 h 额定流量小的阀选小的值。和是以乘积的形式出现在静态特性方程中的这给计算带 1 K 1 h 来了苦难。因此上面我们先根据公式来假定的值，然后再带入方程求出 k1 的值。这样 1 h 的出与值还需要反复进行比较验算。如果出现矛盾，就要对静态特性方程式中的一 1 K 1 h 些可变因素进行调整。 主阀弹簧的结构参数，既要保证弹簧给主阀芯以足够的复位力和密封力，又能保证 阀的灵敏性。因此，刚度要小，预压缩量要大，即弹簧要软而长。这给主弹簧的设 1 K 1 h 计带来难度。但是的影响远不如的影响来得大，尤其当 F4 较大时候更是这样。 1 K 34 /AA 就是说的取值范围很宽的。这就把相互制约的设计要求给主阀弹簧的设计带来的困 1 K 1 h 难，转化为正确的选取主阀活塞两侧面积比的问题这正是这种结构溢流阀的一个优 34 /AA 点。由此可见，面积比是个影响静态的重要因素。 34 /AA （10）导阀弹簧刚度和预压缩量 2 K 2 h 由公式可知：当导阀要打开，还未打开时， (5-37) 2222222 sin2()p ACdypKhy 此时为导阀的开启压力。取为最高调定压力下的开启压力，在前面已 2 p 2 p 1max p 2 p 经算出为 15.194Mpa 因此得： 2 222222 ()sin2 4 d KhypCdyp y 为开启压力下的弹簧开度 由（5-15）式求出的代入式子并取，即得出导阀弹簧在开启压力 2 p 2 0.01 ae QQQ 为时的导阀开度。 11max 0.95 a pp （11）系统压力为开启压力是导阀的开口量 y 1 p 西安航空职业技术学院 毕业设计 28 (5-38) 222 0.01 2 sin e Q y Cdp 将已知量带入(5-39)中得： 3 4 6 20 0.0110 60 1.6 10 2 0.773.140.040.3415.194 10 850 ym 2 2 2 0.01 1.6 10 y h hm 2 22222 2 2 sin2 4 () d pCdyp K yh 2 646 42 0.004 15.192 100.770.004sin401.6 1015.192 10 4 1.6 101.6 10 所以有： 4 2 1.13 10/11.3/KNmKNm （12）最高调定压力是的主阀闭合压力 1Q p 一般来说，在闭合过程中，如果把通过的溢流阀量为公称流量的 1%时的溢流阀进口 压力视为闭合压力，那么，这时主阀芯的位置是难以确定，所以闭合压力可用经验公式 （5-39） 11max 0.9 Q pp 0.9 1614.4Mpa （13）最高调定压力时导阀的性能 1max p A导阀前油腔压力 2max p （5-40） 31max111011102max 2max 400 ()sin2 0.2 A pK hxGCDx p p Af l D = 22 22 (1.80.83 ) 16 1024.3 (2.070.38) 1.