贵州大学液压元件溢流阀设计.docx

TRIZ理论论文（和面机）课程设计课程名称： 液压元件课程设计 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 年 级： 任课教师： 年 月 日论文成绩评语 年 月 日 溢流阀摘 要：关键词： 目 录 正 文一、绪论（一）溢流阀简介及其主要作用 溢流阀是一种液压压力控制阀，在液压设备中主要起定压溢流作用，稳压，系统卸荷和安全保护作用。定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。稳压作用：溢流阀串联在回油路上，溢流阀产生背压，运动部件平稳性增加。系统卸荷作用：在溢流阀的遥控口串接溢小流量的电磁阀，当电磁铁通电时，溢流阀的遥控口通油箱，此时液压泵卸荷。溢流阀此时作为卸荷阀使用。安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10%20%）。实际应用中一般有：作卸荷阀用，作远程调压阀，作高低压多级控制阀，作顺序阀，用于产生背压（串在回油路上）。溢流阀一般有两种结构：1、直动型溢流阀 。2、先导式溢流阀。对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过载能力大，噪声小。（二）龙门刨床工作台的主要技术参数龙门刨床工作台的液压系统图21工件 2工作台 3滑动导轨 4驱动液压缸 5先导式溢流阀 2、主要技术参数 （1）工作台自重： G1=40000 N （2）工件最大自重： G2=70000 N （3）单刀刨削的切削力： Fy=16000 N Fz=18000 N （4）滑动导轨上摩擦系数： f=0.2 （5）工作台最大行程： S=2 m （6）工作台快进速度（不切削工件）： V1=6 m/min（7）工作台工作进给（切削工件）速度： V2 =60 mm/min （8）工作台空载返程最大速度： V3 z=6 m/min （9）工作台往复运动的加速度、减速度时间： t =0.5秒 （10）忽略液压缸密封件产生的阻力，视液压缸的回油背压为零。（11）液压缸的工作压力： P z=6.3 MPa（3） 溢流阀设计内容及要求 1.设计内容 1、确定液压系统的基本参数 液压系统的基本参数主要有：（1） 液压缸的工作负载与推力（2）液压缸的缸筒内径和活塞杆直径（3）液压缸各工作阶段所需的流量（4）液压泵的最大工作压力和最大流量（5）溢流阀的工作压力和额定流量2、溢流阀主要结构尺寸的初步确定3、溢流阀主要零件的结构设计4、溢流阀的强度计算溢流阀的强度计算主要有：（1）阀体最小壁厚的计算（参照液压缸缸筒壁厚的计算方法计算）（2）连接零件的强度计算（参照液压缸连接螺纹强度计算、连接螺栓强度计算的计算方法计算）5、溢流阀的密封设计6、绘制溢流阀的的装配图（1号图）和零件图（2号或3号图，2-3张）。零件图规定：（1）应为阀体、主阀芯、阀盖、先导阀座、主阀座等主要零件。 （2）零件图必须选为相邻零件，必须有结构及尺寸的联系。 7、 整理编写说明书设计说明书包括设计题目、设计任务、设计依据和全部设计内容。 2.设计要求 1、液压元件课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。2、液压元件课程设计应在教师指导下独立完成。教师的指导作用是指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题，按设计进度进行阶段审查，学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。3、设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。，利用已有资料可避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证，同时也要根据设计任务的特定设计要求和具体工作条件，具体分析，创造性地设计。4、学生要认真复习教材，阅读有关规范、设计手册等资料，按设计进程要求保质保量的完成设计任务。二、液压系统的计算及设计静摩擦负载 Ffs=G=0.2x（40000+70000）=22000(N)动摩擦负载 Ffd=G=0.1x（40000+70000）g=11000（N）惯性负载 Fi=G/gv/t=2200（N） 工作负载 F=Ft+Ffd=18000+11000=29000（N） 取液压缸的机械效率m=0.9，可得下表工况外负载F/N推力（F/m）/N计算公式结果快进启动F=Fs2200024444加速F=Ffd+Fi1320014667恒速F=Ffd1100012222工进F=Fe+Ffd4000044444快退启动F=Fs2200024444加速F=Ffd+Fi1320014667恒速F=Ffd1100012222（一）液压系统的基本参数（1）液压缸的工作负载与推力 工作负载为：F=40000（N） 推力F2=44444N （2）液压缸的缸筒内径和活塞杆直径 由公式P=F/S=4F/D可得 内径D=（4F2/P）=（444444/6.3）=89.9mm 活塞杆直径d=0.707D=0.70789.9=63.6mm 则液压缸实际有效面积为：A1=6344A2=3175（）A=A1-A2=3169（）（3）液压缸各工作阶段所需的流量根据上述条件，忽略液压缸密封件产生的阻力，视液压缸的回油背压为零。经计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量如下：流量a、快进（恒速时）阶段的流量q=Av=6344x6xx=38.06（L/min）b、工进阶段的流量qmax= Av=6344x60x=3.806（L/min）c、快退（恒速时）阶段的流量q= v=3175x6xx=19.05（L/min）（3） 液压泵的最大工作压力和最大流量 由各工作阶段的负载值可知，在工进阶段工作压力达到最大。由于进油路原件较少，故泵至缸间的进油路压力损失取为p=0.5MPa。泄漏系数取K=1.2则液压泵的最大工作压力为： Pmax=F/A+p=4400000/89.9+0.5=12.8+0.5=13.3MPa 液压泵的最大流量为（快进阶段）： Qmax=Kq=1.238.06=45.67L/min （5）溢流阀的工作压力和额定流量 由溢流阀的工作压力和额定流量均要略大于液压缸的工作压力和额定流量，则取溢流阀的工作压力F=14MPa，q=46L/min 2、 溢流阀主要结构尺寸的初步确定 1）进油口直径由额定流量和允许流速来决定，v为浸出油口处油液的许用流速，一般取v=6m/s。 则有D0= 2）主阀座孔直径d0。 适当增大主阀座孔直径d0有利于提高阀的灵敏度，单d0过大会使阀不易稳定。一般现根据经验公式确定主阀阀芯过流部分的直径D2，然后确定d0， 取D2=0.8D0=10.2mmd0=D2-1.5=10.1985mm 3）主阀阀芯大直径D及上端小直径D1 适当增大主阀阀芯大直径D，可以提高阀的灵敏度，降低压力超调量；可以提高开启压力，保证阀的压力稳定。但D值过大，将使阀的结构尺寸和阀芯质量加大、主阀上腔容积增加，导致动态过度时间延长。取 D=2D2=210.2=20.4mm主阀上腔受压面积A1稍大于下腔受压面积A。一般取上下腔面积比A1/A=1.01，因此有 D1=9.57mm4） 主阀芯半锥角1、主阀座孔半锥角2和扩散角。 取1=46 2=43 =285） 过渡直径D3 去许用流速Vo=18m/s D3=10.04mm6） 主阀阻尼小孔直径及长度。 按经验选取=1.0mm =10.0mm 7）先导阀锥角2 按经验取2=40 8）主阀阀芯的最大升程。 为卸荷压力，取=0.2MPa =4.26mm9）主阀阀芯上端与阀盖之间的距离S， 要求Sh，取S=4.3mm 10） 先导阀阀座直径及的确定 按经验取 =4=4.0mm =1.6mm 11）主阀弹簧的设计 取主阀弹簧的预压紧力为25N =3h=12.78mm 主阀弹簧的刚度k1为 k1=1.956 KN/m 主阀弹簧的自由长度 主阀弹簧预压缩量 12）导阀弹簧的装配长度 =+（1-2）mm 是导阀的自由长度3、 溢流阀主要零件的结构设计先导式溢流阀由阀芯、阀体、调压弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等组成。 （1）阀芯:溢流阀主阀芯上下侧面积差的大小直接影响到阀的性能，应该通过计算确定。设计的主阀芯有三个配合面，因此同轴度要求较高，这不仅提高了加工精度的要求，且装配时较困难。阀芯右端装弹簧，弹簧右端装调节杆，阀芯及调节杆上5.5部分的圆柱装在弹簧的内控中。调节杆的右端再旋上调节螺母，调节螺母调整好后，再用锁紧螺母并防止松开，在调节杆的槽中装O形密封圈，以防止漏油。 (2) 阀体：阀体是主阀的主要零件，为了使流体流过阀体通道时尽可能缩小涡流区并减轻流速场的激变，以减小压力损失，所以阀体内部孔道的几何形状比较复杂，以铸造成形为宜。铸件的外形应随内孔的形状而变化，使铸件的壁厚得以均匀过渡，保证铸件具有良好的铸造性能。阀体在结构设计时，除必须保证足够的强度以外，还必须是阀体具有良好的刚度，使阀在总装后和长期使用中保证阀芯动作灵活可靠而不至于由于阀体在外力作用下变形太大而卡住。 （3）调节杆：通过旋调调节螺母推动调节杆压动弹簧松紧，从而调节阀芯所承受的压力，最终达到调节系统内部压力的作用。 （4)调节弹簧：当进油压力足够大时，其产生的液压力能够克服弹簧作用于阀芯上的弹力，阀芯左移而开启溢流。（5）上盖：阀盖是用来封闭阀体并与调节螺母连接，阀体与阀盖接触时必须基本保证线接触，从而使阀口具有可靠的密封性能。八丶溢流阀的强度计算4、溢流阀的强度计算溢流阀的强度计算主要有：（1） 阀体最小壁厚的计算（参照液压缸缸筒壁厚的计算方法计算） 取=1.5p 对应无缝钢查手册有=100-110MPa，取=110MPa 按薄壁圆通的中径公式计算，有=（2） 连接零件的强度计算（参照液压缸连接螺纹强度计算、连接螺栓强度计算的计算方法计算） F=d1= =7.4mm，按粗牙普通螺纹标准（GB/T196-2003）,选用螺纹公称直径d=10mm（螺纹小径d1=8.6477.4mm）5、溢流阀的密封设计 参考文献1、隗金文主编，液压传动，东北大学出版社，2001年12月2、李壮云主编，液压元件与系统，机械工业出版社，2005年6月3、华东工学院编，机械零件设计手册液压传动与气压传动， 冶金工业出版社 4、机械零件设计手册5、液压传动课程设计指导书，贵大机械学院机械设计系