先导式减压阀的设计新

1、目 录摘 要2Abstract3第一章 引言3第二章42.1液压技术52.1.1液压技术应用52.1.2、液压技术的发展52.2减压阀72.2.1、先导式定值减压阀82.2.2定差减压阀102.2.3定比减压阀12第三章133.1设计方案的分析与选定133.1.1设计的目的及范围133.1.2设计的任务要求133.1.3设计的总体思路143.1.4 设计方案14第四章164.1 减压阀的结构设计及计算164.1.1 减压阀的设计内容164.2、减压阀的设计步骤174.2.1主要结构尺寸的初步确定174.2.2主阀弹簧的设计204.2.3弹簧的稳定性234.2.4先导阀弹簧的设计244.2.5弹

2、簧的稳定性25结 论28参考文献28致 谢29摘 要现代科技的飞速发展，使得所有的领域都走向机械化，无论是农业、工业还是军事等这些都离不开液压技术。没有液压系统的支持，全面的机械化就难以实现。小到医疗设备，大到航空母舰，这些都离不开液压系统。所以我们对液压元件（如：先导式减压阀）的掌握十分有必要。本次设计是对先导式减压阀进行结构设计。首先对先导式减压阀结构的探究，本人拟定了两种方案来对先导式减压阀进行研究：一种是管接式的，另一种是板接式的。通过对比和分析，管接式的装配方便且结构简洁明了，没有复杂的结构，所以我选择了现在应用最普遍的管接式的结构来进行先导式减压阀的结构设计。通过对阀内部的尺寸参数

3、和结构来进行设计，来提高阀的灵敏性和精确度。关键词：先导式减压阀，管接式，尺寸参数AbstractThe rapid development of modern science and technology, make all fields to mechanization, agricultural, industrial or military, etc. These are inseparable from the hydraulic technology. Without the support of hydraulic system, the comprehensive mechan

4、ization is difficult to achieve. Small to medical equipment, to the carrier, these are inseparable from the hydraulic system. So we for hydraulic components (such as: pilot operated pressure reducing valve) control is very necessary. The design is carried out on the pilot operated pressure reducing

5、valve structure design. First of all, the explore of pilot operated pressure reducing valve structure, I drew up two plans to study of pilot operated pressure reducing valve: one is the pipe joint type, the other is a plate type. Through the comparison and analysis, pipe socket type of installation

6、is convenient and simple structure, no complex structures, so I chose the application now the most common joint type of structure to carry out pilot operated pressure reducing valve's structure design. Through to the inside of the valve size parameters and structure design, to improve the sensit

7、ivity and accuracy. Key words:Pilot operated pressure reducing valve, pipe type, size parameters 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19531957年。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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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。

14、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

15、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× Ac<Ft时，先导阀锥阀没有被顶开，主阀上下两端不产生压力差。当：P3× Ac>Ft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 X<<，Y X0+Ymax，Ky很小 C（常数） P2= （2-3）减压阀是通过将出口压力作为控制元

16、素，将出口压力值反馈给先导阀的阀芯，使阀芯运动来改变阀的作用面积从而达到一个先导调压并使主阀减压然后达到一个稳定的压力值的范围。2.2.2定差减压阀图2-2 定差减压阀 工作原理：定差减压阀在阀内设定了一个回油口，当阀工作时，由于弹簧力的作用推动阀芯，一部分的液压油就通过回油口回油箱，另一部分进入下个工作区，由于弹簧压力一定，所以无论进口压力多大，工作部分的压力油压力一定，多余的全部回油箱。当阀接通进油口的压力油时，在液压油的作用下，液压油在阀芯的凸台上产生一个压力值为P1=4D2-d2p1向左的力使阀芯左移产生一段空隙从而达到减压的效果。阀芯移动后中间就会与油液相通，油液作用在里面也会产生一

17、个向右的压力P2=4D2-d2p2 ，于是压力在P1、P2和弹簧力的作用下处于一个平衡的状态。所以-= （2-4）式中P1、P2、x、D和d图中已经给明意义。由上式可知，要使近似保持为定值就要尽量减小弹簧的刚度和使x趋于无穷小。2.2.3定比减压阀图2-3 定比减压阀定比减压阀能使阀出口压力与进口压力保持一定的比例关系，输出值是进口压力。若忽略减压阀内在因素的影响，当进口压力发生变化会使出口压力也按比例发生改变。原理：高压油从P1口进入减压阀，经减压后从P2流出，同时低压油会给阀芯一个相反的作用力，正常工作时，若忽略油液的动态力的变化和弹簧力的影响时可得到的阀心受力方程式+K（+X）= （2-

18、5） （2-6） 所以：大小柱塞的直径比决定了进出口压力之比。第三章3.1设计方案的分析与选定3.1.1设计的目的及范围机械设计专业离不开液压传动，就像鱼离不开水一样，如果没有液压传动技术，那么这样的机械就会有很多东西都无法实现，所以液压与气压传动成为了我在大学的必修课程。本次毕业设计重点对先导式减压阀的结构设计，主要的设计对象是：先导式减压阀 ，对先导式减压阀结构进行设计。对先导式减压阀工作原理、工作特点和内部结构进行分析探讨，最后对结构进行三维造型设计。3.1.2设计的任务要求此次毕业设计的课题由指导老师提供，题目：先导式减压阀的结构设计。不但要对先导式减压阀进行结构设计，还要运用三维造型

19、软件进行结构的造型设计。先导式减压阀的额定流量为：400L/min 调压范围为：1035Mpa造型设计：用Pro/E软件画出装配图3.1.3设计的总体思路本次设计为先导式减压阀的设计，所谓的先导式减压阀，就是由先导阀调定压力，然后经过减压阀内压力的反馈作用，使阀的内部压力降低并稳定，先导式减压阀的减压过程就是一个反馈过程。先导式减压阀由两部分构成：一部分是先导阀（直动式溢流阀），另一部分是减压阀结构。这里先导阀选择是锥阀式结构，先导阀起调压和稳压作用；而主阀可分为滑阀结构和插装式结构。两者阻尼孔的位置不同，滑阀结构固定液阻与主阀芯成一体，插装式结构固定液阻则是独立的，结构与主阀芯无关。根据现有

20、的科技手段和设计原理进行滑阀结构的先导式减压阀的设计。首先要根据要求进行先导式减压阀的参数选择、方案确定和结构设计，然后根据设计需求确定各零件的尺寸及造型的设计。由机械设计手册查得，先导式减压阀的工作压力范围为0.335MPa，额定流量为401250L/min。3.1.4 设计方案本次设计本人拟定两种方案：方案一：管接式图3-1 主阀为滑阀的先导式减压阀减压阀工作时，液压油经过减压口流出，一部分液压油从出油口的油孔流入阀芯底部，并经阻尼孔9进入先导阀前腔和主阀阀芯的上腔。通过调节手轮1调定阀到所需要的压力值。当液压油超过调定值时油液会顶开锥阀阀芯并随着泄油孔回油箱。外控口可接远程调压阀实现远程

21、调压。方案二：板接式图3-2 主阀为插装结构的先导式减压阀减压阀工作时，液压油正常流入进出口。当液压过高时，液压油就会通过由阻尼孔2和7组成的固定液阻的阻尼孔，液压达到一定值时会将锥阀芯顶开，油液流入主阀芯上腔并从会有空Y回油箱。通过这种反馈作用来进行减压工作。外控口可接远程调压阀实现远程调压。通过对比，管接式没有板接式那么复杂的降压调压原理，而且结构简单，所以我选择方案一进行结构设计。第四章4.1 减压阀的结构设计及计算4.1.1 减压阀的设计内容减压阀的设计计算工作有：选择额定工作压力1035MPa，选择方案一构形式；通过计算以额定流量400L/min确定阀的阀芯、弹簧阀体等主要结构尺寸（

22、根据尺寸绘制出计算好的零件的二维图）；再根据已知阀结构尺寸选定其他零部件的型号和尺寸，最后对主要部件弹簧进行性能校验和画出装配图。几何尺寸的确定主要包括主阀芯直径D和小直径D1,阻尼孔直径d0和长度L0,主阀阀口最大开口量Smax,阀体槽宽B1和B2，主阀弹簧的装配长度L等。根据设计的主阀的尺寸来设计弹簧的参数。首先计算出弹簧的预压缩量Y，在根据计算的出弹簧的刚度K，弹簧的预紧力P，弹簧的最大载荷F，弹簧的钢丝直径d和弹簧的工作圈数n，最后一步进行弹簧的稳定性的校验和计算。4.2、减压阀的设计步骤4.2.1主要结构尺寸的初步确定图4-1 阀体（1）减压阀的进出口直径D0（单位为m） D00.4

23、63×QVs =0.463×4006=37.8mm （4-1）注：Q-阀的公称流量；Vs-进出油口处油液的许用流速，一般取Vs=6m/s。所以，取进出口直径D0=40mm图4-2 阀芯（2）先导阀的主阀芯大直径为D，阀芯中间小直径D1。主阀芯大直径D适当加大可以提高阀的灵敏度也可以提高开启压力，确保减压阀的出口压力稳定。如果D的直径过大，则会使阀芯的体积增大质量也会增大，这样减压阀的过度反应时间变长。根据经验选择：D1D/2 (cm)通过主阀芯与阀体间环形通道的流量公式为：，上式中流量Q以公称流量Qq代入，环形通道中油液流速V6m/s，取D1=D/2,则： 16.67

24、15;Qq=4D2-D12×100×6 （4-2）D0.22Qq 式子中：Qq公称流量（L/min）,根据已知数据Qq=400L/min,计算得出：D44mm 。 所以，取D=46mm， D1=30mm（3）阻尼孔径d0及长度L0,设计时一般根据经验选取：d0=（0.080.12）×， L0=（719）×d0 （4-3） d0和L0准确性都十分重要，如果d0取得太大或L0太短，则阻尼孔就不是阻尼孔了，而变成了液流孔，也就起不到阻尼作用。反之，如果d0太小或者L0太长，减压阀的动态性能变差，减压阀的超调量变大。所以，取d0=1.0mm , L0=15mm（

25、4）主阀阀口最大开口量Smax。 （4-4）上式中，取D1=D/2，则 Smax0.187×D=0.187×46=8.6mm所以，取 Smax=8mm。（5）阀体的槽宽B1和B2。槽宽B1和B2可以根据结构确定（6）主阀芯与先导阀盖的间距L2L2Smax （cm） 式中Smax主阀阀口最大开口量0.8（cm）。（7）先导锥阀角2的选定。如图4-3 锥阀结构4.2.2主阀弹簧的设计根据机械设计 第八版 高等教育出版社 主编：濮良贵 纪名刚 所在章节提供。主阀弹簧的预紧力Pt可以按照以下范围来选取：对于工作压力为2131.5Mpa的减压阀，额定流量小于250L/min时，主阀弹

26、簧的预压紧力Pt=19.645N；额定流量q=250L/min500L/min时，主阀弹簧的预压紧力Pt=58.878.4N；额定流量q>1000L/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=2×8=16。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

27、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/min500Lmin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

28、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，2）机械设计 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=Dd=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B=2000MPa，查表16-2得，=0.8×0.5×2000 =0.4×2000=800Mpa。最大工作载荷为F，其强度计算公式为： 再根据设计公式：=K8FCd2 （4-9）=1.86mm (4-10)式中弹簧材料的许

29、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。d<2mm，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=Gd8FC3 ,G-弹簧的剪切弹性模量，所以根据表16-2得所取的G=80000MPa。n=80000×2×258×94.2×103=5.3 （4-11）所以n取n=64.2.3弹簧的稳定性弹簧的髙径比b=H0D2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

30、：濮良贵 纪名刚所给出的合适的值，当两端固定时，取b<5.3；当一段固定，另一端自由转动时，取b<3.7；当两端都自由转动时，取b<2.6 。根据公式：t=d+d+n+0.1d （4-12） =2+25/6+0.1×2=6.37取t=7弹簧的自由长度 H0=nt+2d=7×6+2×2=46mm （4-13）b=H0Cd=4620=2.3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: =1.25×800=1000Mpa （4-14）弹簧在极限载荷下的为： =127.

31、12N （4-15）弹簧最小工作载荷为：=0.4F=0.4×94.2=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=10×2=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

32、试压力为34MPa，损失（0.20.3MPa），所以 Fmax=33.8×32=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C=5 D=C×d=3×5=15 （4-24）K=4C-14C-4+0.615C=4×5-14×5-4+0.6155=1.31 （4-25）查表16-3，得B=1800MPa查表16-2，得=0.4B=0.4×1800=720MPaG-弹簧的剪切弹性模量，所以根据表16-2得所取的G

33、=80000MPa，=10。n=Gd8FC3=80000×10×38×238.9×43=10.04 （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B=2000MPa，查表16-2得，=0.8×0.5×2000 =0.4×2000=800Mpa。最大工作载荷为F，其强度计算公式为： 再根据设计公式： =K8FCd2 （4-27） d8FCK=1.6×1.31×238.9×5720=2.36mm取d=3mm。4.2.5弹簧的稳定性弹簧的髙径比b

34、=H0D2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<5.3；当一段固定，另一端自由转动时，取b<3.7；当两端都自由转动时，取b<2.6 。根据公式：t=d+d+n+0.1d （4-28） =3+10/10+0.1×3=4.3取t=5弹簧的自由长度 H0=nt+2d=10×5+2×3=56mm （4-29）b=H0Cd=5615=3.7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）

35、，所以弹簧不会失稳。极限载荷 根据公式: =1.25×720=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=5×3=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-