先导式减压阀的设计方案.docx

先导式减压阀的设计方案第一章 引言液压传动有很多机械传动没有的优势，如调节方便、反应灵敏、结构简单、传动能量大等。我国液压元件工业兴起于1953。兴起初期，我国生产液压元件以广州机床研究所为主要代表。通过反求工程来制造出自己的液压元件并取得了很大的成果。如减压阀、溢流阀、节流阀等都做的很成功。液压是一门新的学科，能够掌握好液压技术的，可以加强一个国家的机械的大力发展，更好的增强国力。50年代的中国处于一个发展落后的建设时期，当时的国力很弱，所以只有机械的大力发展才能带动国家的发展。但是，大型的机械需要有很好地液压系统来支撑，所以自主研发液压阀志在必得。我国是一个发展中国家前期的局势动荡使得国家科技十分落后，液压阀在别的国家发展的都比较早。所以我国的液压元件的制造业经历了一个从无到有的过程。因为发展的晚所以必定会有差距，但我国的液压阀制造发展的十分迅速。如今我过的液压阀制造技术已经十分成熟，并针对液压阀的技术参数形成了系列化和标准化。在国外。液压技术十分纯熟。外国设计制造的液压阀性能良好。与我国的同类液压阀进行对比，国外的液压阀传递能量更大，尺寸结构更简单，反应速度更快、更准、更稳。液压技术现在已经应用到各个领域，工业、民用、军工等所有机械涉及到的都用到了液压系统。如：工程机械、汽车、机床、船舶、农林机械、医疗器械、飞机、坦克、导弹等。正因为液压系统的应用如此广泛，所以对减压阀的设计和研究十分有必要。本课题针对先导式减压阀的结构设计进行研究。对其结构参数和特点进行改良，并做出三维造型。第二章2.1液压技术液压技术是利用液体的液动力来进行能量传递，将液体的能量转化为机械能，从而带动机械运动，液压传递的能量大、精确度高，所以在机械领域内应用很广泛。无论是民用还是军工，液压的使用无处不在。传递液动力是需要一个良好的密闭环境，一丝的泄露都可能导致传动的误差，因此液压元件密封性和耐磨损度要求很高。利用滚压工艺加工液压元件可以很好地解决密封性和耐久度的问题。2.1.1液压技术应用由于液压系统的有点十分突出，所以在机械领域内，无论是高精度还是高能量传动等都能得到广泛的应用。具体应用如下表：行业名称应用举例行业名称应用举例工程机械挖掘机、装载机、压路机制造机械组合机床、冲床、自动线矿山机械凿石机、开掘机、提升机、液压支架轻工机械打包机、注塑机灌装机械食品包装机、真空镀膜机建筑机械打桩机、液压千斤顶汽车工业高空作业车、汽车起重机冶金机械轧钢机、步进加热炉铸造机械砂型压实机、加料机、压铸机纺织机械纺织机、印染机锻压机械压力机、模段机、空气锤2.1.2、液压技术的发展 自帕斯卡在17世纪中叶提出静压传动原理，世界第一台水压机于18世纪在英国制造出来算起，液压传动已有百年的历史了。由于早期的液压技术的不成熟和当时社会的生产力低下，所以液压传动技术应用并不广泛。由于19世纪是有工业的迅猛发展，带动了液压传动技术的大力发展和步入成熟。自20世纪50年代中国开始自主研发制造液压阀至今，中国的液压技术有了一个质的飞跃。中国历经一个从无到有的过程。到现在中国液压阀已经发展到了有自己的系列和标准。短短的几十年的时间，液压技术发展到这个程度，最重要的原因就是需求。没有需求就没有存在的意义。在机械行业里，很多的机器都离开了液压都将不能很好地完成工作。如汽车，如果没有液压系统制动系统将无法变得像现在这么灵敏。如重型工程机械，如果没有液压系统，哪来那么大的扭矩来提供动力？如果没有液压系统，数控机床的精密性将大打折扣。就是因为有需求，才使得液压阀发展的如此迅速。就是因为有需求才使得液压阀的发展前景一片光明而且会使液压阀向更精确、更大功率、更高效、更节能、集成度更高和功能复合化发展。现如今，电液比减压阀、数字阀、电液伺服液压缸的使用越来越多，这将成为液压阀发展的新趋势。2.2减压阀减压阀是其出油口压力低于进油口压力且使压力达到一定的值时使压力保持一定的平衡关系的装置。减压阀的使用场合是需要减压的液压系统的支路上。按调节要求的不同，有保证出口压力恒定的定值减压阀、保证进出口压力差恒定的定差减压阀和保证进出口压力成一定比例的定比减压阀。如无特变指明，所说的减压阀就是指定值减压阀。减压阀有两种形式的，但液压系统只基本都是用先导式减压阀，直动式减压阀运用较少。由于减压阀能使出口压力低于进口压力且维持恒定，不受入口压力和通过流量大小等的影响，因此在液压传动中先导式减压阀主要用于某一支路压力需要比主系统压力低且稳定的工作压力场合。当系统中的某一支路需要一个比系统压力低的压力时，我们可以在其支路上串联一个先导式减压阀。2.2.1、先导式定值减压阀图2-1如图所示，该阀由上方的溢流阀进行先导调压，然后再由主阀减压。压力油从进油口进入阀内，产生压力P1，然后压力油经过减压口减压后从出油口出来压力由P1减为P2。这就是减压过程。出口压力油通过阀体6与阀盖8上的油孔进入阀盖8上与主阀7连接的孔中的下腔。通过锥阀阀座4中的阻尼孔进入锥阀阀座的内油管作用在锥阀阀芯3上。当油液的压力低于低于设定值时，则液压油的油压无法将锥阀阀芯顶开，主阀阻尼孔9中没有能够流动的液压油，因此主阀上下腔无法产生压力差，所以无法达到减压效果。当油液的压力高于先导阀弹簧的弹力时，则液压油将锥阀阀芯顶开，液压油从先导阀的泄油孔回油箱，由于油液的损失，使得主阀上下端产生压力差，液压油作用在主阀底部的压力高于阀芯上端的压力使主阀向上提升，从而减压口面积减小，达到减压效果。降压后的出口压力会稳定在调定的范围内。设：主阀和先导阀有效作用面积分别为A、Ac；两簧刚度分别为KX、KY；先导阀弹簧预压缩量X0，先导阀开口量X；主阀弹簧预压缩量Y0、主阀开口量Y和主阀最大开口量Ymax则：当：P3 AcFt时，油液压力大于先导阀弹簧的弹力，锥阀阀口打开，液压油从鞋油口流回油箱，起减压作用。图中P3是那一处的压力值；Ft为设定压力值；压力平衡关系：P3Ac=Kx（X0+X） （2-1） （2-2）所以，出口压力：P2=又 X1000L/min时，主阀弹簧预压紧力Pt=196294N。主阀弹簧的预压缩量Y推荐按下列计算公式计算得：Y=（25）S （4-5） 式中的系数，在大流量时取最大值，反之取小值。S主阀开口量（cm）。所以，取 Y=2。减压阀经过阻尼孔后的压力损失经验为:23bar（即0.20.3Mpa）根据计算公式得： （4-6） （4-7） 式子中，Pmin=0.2Mpa，Pmax=0.3Mpa，r阀芯底面槽的半径1（cm），Y主阀弹簧的预压缩量(cm)，Smax阀口最大开口量（cm）。计算得出:k1=3925N/m。在主阀弹簧的刚度K1和预压缩量Y选定之后，计算出主阀弹簧的预压紧力Pt，有公式K1=Pt/Y得，Pt=62.8N。Pt在额定流量q=250L/min时，主阀弹簧的预压紧力在Pt=58.878.4N的范围内，所以符合要求。取Pt=62.8N现在已知条件：主阀弹簧的最大载荷F=K1（Smax+Y）=3925(0.008+0.016)=94.2N，变量为25mm,计算出弹簧的主要尺寸。图4-4 主阀弹簧根据工作要求确定弹簧的结构、材料和许用应力，要求中需滑阀动作灵敏、可靠；所以这种弹簧材料为碳素弹簧应该列为第组类1）首先初选弹簧的直径为d=2mm， 第八版 高等教育出版社 主编：濮良贵 纪名刚 表 16-2和表16-4,这里也考虑到了外径为20mm左右得C=10。3）计算弹簧丝的直径，有公式得：曲度系数 =1.145 (4-8)因为弹簧在一般条件下工作，所以选择弹簧材料在d=2mm时，由表16-3选择，查表16-2得， =0.42000=800Mpa。最大工作载荷为F，其强度计算公式为： 再根据设计公式： （4-9）=1.86mm (4-10)式中弹簧材料的许用扭转应力（Mpa）； F轴向载荷（N）；d 弹簧丝的直径（mm）； C弹簧指数，又称为旋绕比K曲度系数，又称应力修正系数。d2mm，说明与初选值相符。故采用d=2mm的弹簧丝。4）计算弹簧的工作圈数根据公式： n= ,G-弹簧的剪切弹性模量，所以根据表16-2得所取的G=80000MPa。n=5.3 （4-11）所以n取n=64.2.3弹簧的稳定性弹簧的髙径比较大时，弹簧容易失稳，所以想要弹簧不失稳，则需要让弹簧的髙径比小于其失稳的临界值。根据机械设计第八版 高等教育出版社 主编：濮良贵 纪名刚所给出的合适的值，当两端固定时，取b；当一段固定，另一端自由转动时，取b；当两端都自由转动时，取b 。根据公式： （4-12） =2+25/6+0.1=6.37取t=7弹簧的自由长度 =nt+2d=7=46mm （4-13）=因为在主阀中弹簧一段固定，另一端自由转动，所以取得b值小于 所要求的值（3.7），所以弹簧不会失稳。极限载荷 根据公式: =1.25800=1000Mpa （4-14）弹簧在极限载荷下的为： =127.12N （4-15）弹簧最小工作载荷为：=0.4F=0.494.2=37.68N （4-16）弹簧在最大载荷下的变形量： （4-17）最大载荷下的弹簧高度： （4-18）最大工作载荷下的弹簧高度： （4-19）最小工作载荷下的弹簧高度：=46-10=36mm （4-20）弹簧的中径、外径D、内径为：=Cd=102=20mm ,D=+d=22mm , =-d=18mm总圈数：=n+2.5=7+2.5=9.5 （4-21）弹簧螺旋线升角：=6.6 （4-22）4.2.4先导阀弹簧的设计 图4-5先导阀弹簧先导阀要实现调压和稳压作用，先导阀首先是起调压作用。取可调试压力为34MPa，损失（0.2），所以 Fmax=33.8=238.9N （4-23）故取：d=3mm ，先导阀要实现调压和稳压作用，所以d要稍微取大一点，则取。查机械设计第八版 高等教育出版社 主编：濮良贵 纪名刚 ，根据表16-6得 （4-24）K= （4-25）查表16-3，得查表16-2，得G-弹簧的剪切弹性模量，所以根据表16-2得所取的G=80000MPa，=10。= （4-26） 取n=10圈。因为弹簧在一般条件下工作，所以选择弹簧材料在d=2mm时，由表16-3选择，查表16-2得， =0.42000=800Mpa。最大工作载荷为F，其强度计算公式为： 再根据设计公式： （4-27） dmm取d=3mm。4.2.5弹簧的稳定性弹簧的髙径比较大时，弹簧容易失稳，所以想要弹簧不失稳，则需要让弹簧的髙径比小于其失稳的临界值。根据机械设计第八版 高等教育出版社 主编：濮良贵 纪名刚所给出的合适的值，当两端固定时，取b；当一段固定，另一端自由转动时，取b；当两端都自由转动时，取b 。根据公式： （4-28） =3+10/10+0.1=4.3取t=5弹簧的自由长度 =nt+2d=10=56mm （4-29）=因为在主阀中弹簧一段固定，另一端自由转动，所以取得b值小于 所要求的值（3.7），所以弹簧不会失稳。极限载荷 根据公式: =1.25720=9Mpa （4-30）弹簧在极限载荷下的为： =485.38N （4-31）弹簧最小工作载荷为：=0弹簧的刚度计算,有式子得：=21.81N/mm。 （4-32）弹簧在最大载荷下的变形量： （4-33）最大载荷下的弹簧高度：。 （4-34）最大工作载荷下的弹簧高度：（4-35）最小工作载荷下的弹簧高度： （4-36）弹簧的中径、外径D、内径为：=Cd=53=15mm ,D=+d=18mm , =-d=12mm总圈数：=n+2.5=10+2.5=12.5 （4-37）弹簧螺旋线升角：=8.45 （4-38）图4-6 先导式减压阀装配图图4-7 减压阀内部结构图4-8 先导式减压阀爆炸图结 论通过对先导式减压阀的深入了解和探究，为了对先导式减压阀进行研究，我才能够网上购买了一个旧的先导式减压阀，将其拆卸以加深对其构造的了解。结合现有的成品和有关文献资料，我进行了自己的先导式减压阀的结构设计。我下载了很多文献资料，有期刊、论文、报纸和研究成果等，还有课本所学和机械设计手册。通过对这些文献的阅读，我深入的了解了先导式减压阀的工作原理和工作特性以及先导式减压阀的优缺点等。了解先导式减压阀以后，我通过了对各类减压阀的分析，结合其优缺点，选择了理想的先导阀和主阀的结构。我拟定了两种不同的方案，最终确定了管接式的先导式减压阀作为设计对象，自拟阀的流量和工作压力后，进行阀的进出口直径、阀芯的结构参数、各个部件上的节流口、主阀和先导阀的弹簧的设计计算。根据计算的数据对先导阀锥阀和阀座、主阀阀体、先导阀阀体和调节栓进行选型。 连接螺钉以国家标准选定。参考文献1 主编/刘乐平 陈卫国 戴哲敏 液压与气压传动 江西教育出版社. 2 濮良贵，纪名刚主编，机械设计，高等教育出版社，2006.5.3 李壮云主编，液压元件与系统，第2版，机械工业出版社，2005.6.4 主编/洪家娣 李 明 黄兴元 机械设计指导 江西高校出版社.5 成大先.机械设计手册（单行本）：机械传动S.北京：化学工业出版社，2004.1.6 李志鹏，刘名兰，王贵生，先导式减压稳压阀结构与性能优化设计，2004.7 叶荣科，王强，王建春，先导式三通减压阀及其应用，1999.8 龚秉周，陈斌， 李金伟，先导式电液比例方向阀结构改进设计，2007.9 王慧，贺超，先导活塞式减压阀的工作原理及应用，2011.10 周铭杰，浅谈减压阀的结构设计，2005.致 谢经过两个多月的学习和深入探讨，发现以前学习的东西还只是很少的一部分，甚至现在要用到的好多东西都没有学习到。做毕设就是一个学习的过程，两个多月的时间虽然不算很长，但是也不算很短，在这两个月的摸爬滚打中，我一直在学习，不断地用学