貴州大學液壓元件溢流閥設計

課程設計課程名稱：液壓元件課程設計學院：專業(yè)：姓名：學號：年級：任課教師：年月日論文成績評語年月日溢流閥摘要：關鍵詞：目錄正文一、緒論（一）溢流閥簡介及其主要作用溢流閥是一種液壓壓力控制閥，在液壓設備中主要起定壓溢流作用，穩(wěn)壓，系統(tǒng)卸荷和安全保護作用。定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量。當系統(tǒng)壓力增大時，會使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口壓力，即泵出口壓力恒定（閥口常隨壓力波動開啟）。穩(wěn)壓作用：溢流閥串聯(lián)在回油路上，溢流閥產(chǎn)生背壓，運動部件平穩(wěn)性增加。系統(tǒng)卸荷作用：在溢流閥的遙控口串接溢小流量的電磁閥，當電磁鐵通電時，溢流閥的遙控口通油箱，此時液壓泵卸荷。溢流閥此時作為卸荷閥使用。安全保護作用：系統(tǒng)正常工作時，閥門關閉。只有負載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調定壓力）時開啟溢流，進行過載保護，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高10%～20%）。實際應用中一般有：作卸荷閥用，作遠程調壓閥，作高低壓多級控制閥，作順序閥，用于產(chǎn)生背壓（串在回油路上）。溢流閥一般有兩種結構：1、直動型溢流閥。2、先導式溢流閥。對溢流閥的主要要求：調壓范圍大，調壓偏差小，壓力振擺小，動作靈敏，過載能力大，噪聲小。（二）龍門刨床工作臺的主要技術參數(shù)龍門刨床工作臺的液壓系統(tǒng)圖21—工件2—工作臺3—滑動導軌4—驅動液壓缸5—先導式溢流閥2、主要技術參數(shù)（1）工作臺自重：G1=40000N（2）工件最大自重：G2=70000N（3）單刀刨削的切削力：Fy=16000NFz=18000N（4）滑動導軌上摩擦系數(shù)：f=0.2（5）工作臺最大行程：S=2m（6）工作臺快進速度（不切削工件）：V1=6m/min（7）工作臺工作進給（切削工件）速度：V2=60mm/min（8）工作臺空載返程最大速度：V3z=6m/min（9）工作臺往復運動的加速度、減速度時間：△t=0.5秒（10）忽略液壓缸密封件產(chǎn)生的阻力，視液壓缸的回油背壓為零。（11）液壓缸的工作壓力：Pz=6.3MPa溢流閥設計內容及要求1.設計內容1、確定液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)主要有：液壓缸的工作負載與推力（2）液壓缸的缸筒內徑和活塞桿直徑（3）液壓缸各工作階段所需的流量（4）液壓泵的最大工作壓力和最大流量（5）溢流閥的工作壓力和額定流量2、溢流閥主要結構尺寸的初步確定3、溢流閥主要零件的結構設計4、溢流閥的強度計算溢流閥的強度計算主要有：（1）閥體最小壁厚的計算（參照液壓缸缸筒壁厚的計算方法計算）（2）連接零件的強度計算（參照液壓缸連接螺紋強度計算、連接螺栓強度計算的計算方法計算）5、溢流閥的密封設計6、繪制溢流閥的的裝配圖（1號圖）和零件圖（2號或3號圖，2-3張）。零件圖規(guī)定：（1）應為閥體、主閥芯、閥蓋、先導閥座、主閥座等主要零件。（2）零件圖必須選為相鄰零件，必須有結構及尺寸的聯(lián)系。整理編寫說明書設計說明書包括設計題目、設計任務、設計依據(jù)和全部設計內容。2.設計要求1、液壓元件課程設計是一項全面的設計訓練，它不僅可以鞏固所學的理論知識，也可以為以后的設計工作打好基礎。在設計過程中必須嚴肅認真，刻苦鉆研，一絲不茍，精益求精。2、液壓元件課程設計應在教師指導下獨立完成。教師的指導作用是指明設計思路，啟發(fā)學生獨立思考，解答疑難問題，按設計進度進行階段審查，學生必須發(fā)揮主觀能動性，積極思考問題，而不應被動地依賴教師查資料、給數(shù)據(jù)、定方案。3、設計中要正確處理參考已有資料與創(chuàng)新的關系。，利用已有資料可避免許多重復工作，加快設計進程，同時也是提高設計質量的保證，同時也要根據(jù)設計任務的特定設計要求和具體工作條件，具體分析，創(chuàng)造性地設計。4、學生要認真復習教材，閱讀有關規(guī)范、設計手冊等資料，按設計進程要求保質保量的完成設計任務。二、液壓系統(tǒng)的計算及設計靜摩擦負載Ffs=μG=0.2x（40000+70000）=22000(N)動摩擦負載Ffd=μG=0.1x（40000+70000）g=11000（N）慣性負載Fi=G/g×△v/△t=2200（N）工作負載F=Ft+Ffd=18000+11000=29000（N）取液壓缸的機械效率ηm=0.9，可得下表工況外負載F/N推力（F/ηm）/N計算公式結果快進啟動F=Fs2200024444加速F=Ffd+Fi1320014667恒速F=Ffd1100012222工進F=Fe+Ffd4000044444快退啟動F=Fs2200024444加速F=Ffd+Fi1320014667恒速F=Ffd1100012222（一）液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)（1）液壓缸的工作負載與推力工作負載為：F=40000（N）推力F2=44444N（2）液壓缸的缸筒內徑和活塞桿直徑由公式P=F/S=4F/πD2可得內徑D=√（4F2/πP）=√（4×44444/6.3π）=89.9mm活塞桿直徑d=0.707D=0.707×89.9=63.6mm則液壓缸實際有效面積為：A1=6344A2=3175（）A=A1-A2=3169（）（3）液壓缸各工作階段所需的流量根據(jù)上述條件，忽略液壓缸密封件產(chǎn)生的阻力，視液壓缸的回油背壓為零。經(jīng)計算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量如下：流量a、快進（恒速時）階段的流量q=Av=6344x6xx=38.06（L/min）b、工進階段的流量qmax=Av=6344x60x=3.806（L/min）c、快退（恒速時）階段的流量q=v=3175x6xx=19.05（L/min）液壓泵的最大工作壓力和最大流量由各工作階段的負載值可知，在工進階段工作壓力達到最大。由于進油路原件較少，故泵至缸間的進油路壓力損失取為Δp=0.5MPa。泄漏系數(shù)取K=1.2則液壓泵的最大工作壓力為：Pmax=F/A+Δp=4×400000/π×89.92+0.5=12.8+0.5=13.3MPa液壓泵的最大流量為（快進階段）：Qmax=Kq=1.2×38.06=45.67L/min（5）溢流閥的工作壓力和額定流量由溢流閥的工作壓力和額定流量均要略大于液壓缸的工作壓力和額定流量，則取溢流閥的工作壓力F=14MPa，q=46L/min溢流閥主要結構尺寸的初步確定1）進油口直徑由額定流量和允許流速來決定，v為浸出油口處油液的許用流速，一般取v=6m/s。則有D0=2）主閥座孔直徑d0。適當增大主閥座孔直徑d0有利于提高閥的靈敏度，單d0過大會使閥不易穩(wěn)定。一般現(xiàn)根據(jù)經(jīng)驗公式確定主閥閥芯過流部分的直徑D2，然后確定d0，取D2=0.8D0=10.2mmd0=D2-1.5×=10.1985mm3）主閥閥芯大直徑D及上端小直徑D1適當增大主閥閥芯大直徑D，可以提高閥的靈敏度，降低壓力超調量；可以提高開啟壓力，保證閥的壓力穩(wěn)定。但D值過大，將使閥的結構尺寸和閥芯質量加大、主閥上腔容積增加，導致動態(tài)過度時間延長。取D=2D2=2×10.2=20.4mm主閥上腔受壓面積A1稍大于下腔受壓面積A。一般取上下腔面積比A1/A=1.01，因此有D1==9.57mm主閥芯半錐角α1、主閥座孔半錐角α2和擴散角。取α1=46°α2=43°=28°過渡直徑D3去許用流速Vo=18m/sD3≥=10.04mm主閥阻尼小孔直徑及長度。按經(jīng)驗選取=1.0mm=10.0mm7）先導閥錐角2按經(jīng)驗取2=40°8）主閥閥芯的最大升程。為卸荷壓力，取=0.2MPa=4.26mm9）主閥閥芯上端與閥蓋之間的距離S，要求S≥h，取S=4.3mm先導閥閥座直徑及的確定按經(jīng)驗取=4=4.0mm=1.6mm11）主閥彈簧的設計取主閥彈簧的預壓緊力為25N=3h=12.78mm主閥彈簧的剛度k1為k1==1.956KN/m主閥彈簧的自由長度主閥彈簧預壓縮量12）導閥彈簧的裝配長度=+（1-2）mm是導閥的自由長度溢流閥主要零件的結構設計先導式溢流閥由閥芯、閥體、調壓彈簧、上蓋、調節(jié)桿、調節(jié)螺母等組成。（1）閥芯:溢流閥主閥芯上下側面積差的大小直接影響到閥的性能，應該通過計算確定。設計的主閥芯有三個配合面，因此同軸度要求較高，這不僅提高了加工精度的要求，且裝配時較困難。閥芯右端裝彈簧，彈簧右端裝調節(jié)桿，閥芯及調節(jié)桿上Φ5.5部分的圓柱裝在彈簧的內控中。調節(jié)桿的右端再旋上調節(jié)螺母，調節(jié)螺母調整好后，再用鎖緊螺母并防止松開，在調節(jié)桿的槽中裝O形密封圈，以防止漏油。(2)閥體：閥體是主閥的主要零件，為了使流體流過閥體通道時盡可能縮小渦流區(qū)并減輕流速場的激變，以減小壓力損失，所以閥體內部孔道的幾何形狀比較復雜，以鑄造成形為宜。鑄件的外形應隨內孔的形狀而變化，使鑄件的壁厚得以均勻過渡，保證鑄件具有良好的鑄造性能。閥體在結構設計時，除必須保證足夠的強度以外，還必須是閥體具有良好的剛度，使閥在總裝后和長期使用中保證閥芯動作靈活可靠而不至于由于閥體在外力作用下變形太大而卡住。（3）調節(jié)桿：通過旋調調節(jié)螺母推動調節(jié)桿壓動彈簧松緊，從而調節(jié)閥芯所承受的壓力，最終達到調節(jié)系統(tǒng)內部壓力的作用。（4)調節(jié)彈簧：當進油壓力足夠大時，其產(chǎn)生的液壓力能夠克服彈簧作用于閥芯上的彈力，閥芯左移而開啟溢流。（5）上蓋：閥蓋是用來封閉閥體并與調節(jié)螺母連接，閥體與閥蓋接觸時必須基本保證線接觸，從而使閥口具有可靠的密封性能。八丶溢流閥的強度計算4、溢流閥的強度計算溢流閥的強度計算主要有：閥體最小壁厚的計算（參照液壓缸缸筒壁厚的計算方法計算）取=1.5p對應無縫鋼查手冊有=100--110MPa，取=110MPa按薄壁圓通的中徑公式計算，有=連接零件的強度計算（參照液壓缸連接螺紋強度計算、連接螺栓強度計算的計算方法計算）F=d1==7.4mm，按粗牙普通螺紋標準（GB/T196-2003）,選用螺紋公稱直徑d=10mm（螺紋小徑d1=8.647>7.4mm）5、溢流閥的密封設計參考文獻1、隗金文主編，《液壓傳動》，東北大學出版社，2001年12月2、李壯云主編，《液壓元件與系統(tǒng)》，機械工業(yè)出版社，2005年6月3、華東工學院編，《機械零件設計手冊》—液壓傳動與氣壓傳動，冶金工業(yè)出版社4、《機械零件設計手冊》5、《液壓傳動課程設計指導書》，貴大機械學院機械設計系編，2003年1月。6、網(wǎng)絡文獻貴州大學機械工程學院課程