貴州大學(xué)液壓元件溢流閥設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)課程名稱：液壓元件課程設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：年級(jí)：任課教師：年月日論文成績評語年月日溢流閥摘要：關(guān)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(shè)備中主要起定壓溢流作用，穩(wěn)壓，系統(tǒng)卸荷和安全保護(hù)作用。定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量。當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時(shí)，會(huì)使流量需求減小。此時(shí)溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進(jìn)口壓力，即泵出口壓力恒定（閥口常隨壓力波動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dāng)電磁鐵通電時(shí)，溢流閥的遙控口通油箱，此時(shí)液壓泵卸荷。溢流閥此時(shí)作為卸荷閥使用。安全保護(hù)作用：系統(tǒng)正常工作時(shí)，閥門關(guān)閉。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時(shí)開啟溢流，進(jìn)行過載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高10%～20%）。實(shí)際應(yīng)用中一般有：作卸荷閥用，作遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，作高低壓多級(jí)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(jié)構(gòu)：1、直動(dòng)型溢流閥。2、先導(dǎo)式溢流閥。對溢流閥的主要要求：調(diào)壓范圍大，調(diào)壓偏差小，壓力振擺小，動(dòng)作靈敏，過載能力大，噪聲小。（二）龍門刨床工作臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)龍門刨床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)圖21—工件2—工作臺(tái)3—滑動(dòng)導(dǎo)軌4—驅(qū)動(dòng)液壓缸5—先導(dǎo)式溢流閥2、主要技術(shù)參數(shù)（1）工作臺(tái)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(dòng)導(dǎo)軌上摩擦系數(shù)：f=0.2（5）工作臺(tái)最大行程：S=2m（6）工作臺(tái)快進(jìn)速度（不切削工件）：V1=6m/min（7）工作臺(tái)工作進(jìn)給（切削工件）速度：V2=60mm/min（8）工作臺(tái)空載返程最大速度：V3z=6m/min（9）工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速度、減速度時(shí)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(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.設(shè)計(jì)內(nèi)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(fù)載與推力（2）液壓缸的缸筒內(nèi)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(jié)構(gòu)尺寸的初步確定3、溢流閥主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4、溢流閥的強(qiáng)度計(jì)算溢流閥的強(qiáng)度計(jì)算主要有：（1）閥體最小壁厚的計(jì)算（參照液壓缸缸筒壁厚的計(jì)算方法計(jì)算）（2）連接零件的強(qiáng)度計(jì)算（參照液壓缸連接螺紋強(qiáng)度計(jì)算、連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算方法計(jì)算）5、溢流閥的密封設(shè)計(jì)6、繪制溢流閥的的裝配圖（1號(hào)圖）和零件圖（2號(hào)或3號(hào)圖，2-3張）。零件圖規(guī)定：（1）應(yīng)為閥體、主閥芯、閥蓋、先導(dǎo)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(jié)構(gòu)及尺寸的聯(lián)系。整理編寫說明書設(shè)計(jì)說明書包括設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)依據(jù)和全部設(shè)計(jì)內(nèi)容。2.設(shè)計(jì)要求1、液壓元件課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全面的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，它不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，也可以為以后的設(shè)計(jì)工作打好基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)肅認(rèn)真，刻苦鉆研，一絲不茍，精益求精。2、液壓元件課程設(shè)計(jì)應(yīng)在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成。教師的指導(dǎo)作用是指明設(shè)計(jì)思路，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，解答疑難問題，按設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行階段審查，學(xué)生必須發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極思考問題，而不應(yīng)被動(dòng)地依賴教師查資料、給數(shù)據(jù)、定方案。3、設(shè)計(jì)中要正確處理參考已有資料與創(chuàng)新的關(guān)系。，利用已有資料可避免許多重復(fù)工作，加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，同時(shí)也是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的保證，同時(shí)也要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的特定設(shè)計(jì)要求和具體工作條件，具體分析，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)。4、學(xué)生要認(rèn)真復(fù)習(xí)教材，閱讀有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊等資料，按設(shè)計(jì)進(jìn)程要求保質(zhì)保量的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。二、液壓系統(tǒng)的計(jì)算及設(shè)計(jì)靜摩擦負(fù)載Ffs=μG=0.2x（40000+70000）=22000(N)動(dòng)摩擦負(fù)載Ffd=μG=0.1x（40000+70000）g=11000（N）慣性負(fù)載Fi=G/g×△v/△t=2200（N）工作負(fù)載F=Ft+Ffd=18000+11000=29000（N）取液壓缸的機(jī)械效率ηm=0.9，可得下表工況外負(fù)載F/N推力（F/ηm）/N計(jì)算公式結(jié)果快進(jìn)啟動(dòng)F=Fs2200024444加速F=Ffd+Fi1320014667恒速F=Ffd1100012222工進(jìn)F=Fe+Ffd4000044444快退啟動(dòng)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(fù)載與推力工作負(fù)載為：F=40000（N）推力F2=44444N（2）液壓缸的缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑由公式P=F/S=4F/πD2可得內(nèi)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(shí)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(jì)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(jìn)（恒速時(shí)）階段的流量q=Av=6344x6xx=38.06（L/min）b、工進(jìn)階段的流量qmax=Av=6344x60x=3.806（L/min）c、快退（恒速時(shí)）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(fù)載值可知，在工進(jìn)階段工作壓力達(dá)到最大。由于進(jìn)油路原件較少，故泵至缸間的進(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)尺寸的初步確定1）進(jìn)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(dāng)增大主閥座孔直徑d0有利于提高閥的靈敏度，單d0過大會(huì)使閥不易穩(wěn)定。一般現(xiàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(dāng)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(diào)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(jié)構(gòu)尺寸和閥芯質(zhì)量加大、主閥上腔容積增加，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)過度時(shí)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(kuò)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(yàn)選取=1.0mm=10.0mm7）先導(dǎo)閥錐角2按經(jīng)驗(yàn)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(dǎo)閥閥座直徑及的確定按經(jīng)驗(yàn)取=4=4.0mm=1.6mm11）主閥彈簧的設(shè)計(jì)取主閥彈簧的預(yù)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(yù)壓縮量12）導(dǎo)閥彈簧的裝配長度=+（1-2）mm是導(dǎo)閥的自由長度溢流閥主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先導(dǎo)式溢流閥由閥芯、閥體、調(diào)壓彈簧、上蓋、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)螺母等組成。（1）閥芯:溢流閥主閥芯上下側(cè)面積差的大小直接影響到閥的性能，應(yīng)該通過計(jì)算確定。設(shè)計(jì)的主閥芯有三個(gè)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(shí)較困難。閥芯右端裝彈簧，彈簧右端裝調(diào)節(jié)桿，閥芯及調(diào)節(jié)桿上Φ5.5部分的圓柱裝在彈簧的內(nèi)控中。調(diào)節(jié)桿的右端再旋上調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)螺母調(diào)整好后，再用鎖緊螺母并防止松開，在調(diào)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(shí)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(nèi)部孔道的幾何形狀比較復(fù)雜，以鑄造成形為宜。鑄件的外形應(yīng)隨內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除必須保證足夠的強(qiáng)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(dòng)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(diào)節(jié)桿：通過旋調(diào)調(diào)節(jié)螺母推動(dòng)調(diào)節(jié)桿壓動(dòng)彈簧松緊，從而調(diào)節(jié)閥芯所承受的壓力，最終達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部壓力的作用。（4)調(diào)節(jié)彈簧：當(dāng)進(jìn)油壓力足夠大時(shí)，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(diào)節(jié)螺母連接，閥體與閥蓋接觸時(shí)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(qiáng)度計(jì)算4、溢流閥的強(qiáng)度計(jì)算溢流閥的強(qiáng)度計(jì)算主要有：閥體最小壁厚的計(jì)算（參照液壓缸缸筒壁厚的計(jì)算方法計(jì)算）取=1.5p對應(yīng)無縫鋼查手冊有=100--110MPa，取=110MPa按薄壁圓通的中徑公式計(jì)算，有=連接零件的強(qiáng)度計(jì)算（參照液壓缸連接螺紋強(qiáng)度計(jì)算、連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算方法計(jì)算）F=d1==7.4mm，按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（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(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1、隗金文主編，《液壓傳動(dòng)》，東北大學(xué)出版社，2001年12月2、李壯云主編，《液壓元件與系統(tǒng)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年6月3、華東工學(xué)院編，《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》—液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)，冶金工業(yè)出版社4、《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》5、《液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，貴大機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系編，2003年1月。6、網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院課程