说明书 二级同心溢流阀课程设计.docx
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说明书二级同心溢流阀课程设计
第1章绪论……………………………………………………………………………………1
1.1液压技术的发展历史……………………………………………………………1
1.2我国液压阀技术的发展概况……………………………………………………1
1.3本课题的目的及研究范围………………………………………………………2
第2章压力控制阀的分类………………………………………………………………4
第3章溢流阀………………………………………………………………………………5
3.1溢流阀的结构………………………………………………………………………5
3.2溢流阀的主要性能…………………………………………………………………8
3.3溢流阀的基本应用………………………………………………………………13
3.4溢流阀的组成部分………………………………………………………………14
3.5溢流阀的零件……………………………………………………………………15
3.5.1调节杆及其加工……………………………………………………………15
3.5.2调压螺帽及其加工…………………………………………………………17
3.5.3先导阀芯及其加工…………………………………………………………20
3.5.4先导阀座及其加工…………………………………………………………21
3.5.5主阀座及其加工……………………………………………………………22
总结…………………………………………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………………………………………26
第1章绪论
液压技术作为一门新兴应用学科,虽然历史较短,发展的速度却非常惊人。
液压设备能传递很大的力或力矩,单位功率重量轻,结构尺寸小,在同等功率下,其重量的尺寸仅为直流电机的10%~20%左右;反应速度快、准、稳;又能在大范围内方便地实现无级变速;易实现功率放大;易进行过载保护;能自动润滑,寿命长,制造成本较低。
因此,世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。
液压传动设备一般由四大元件组成,即动力元件——液压泵;执行元件——液压缸和液压马达;控制元件——各种液压阀;辅助元件——油箱、蓄能器等。
液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向,压力和流量;实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。
1.1液压技术的发展历史
液压技术作为一门新兴应用学科,虽然历史较短,发展的速度却非常惊人。
液压设备能传递很大的力或力矩,单位功率重量轻,结构尺寸小,在同等功率下,其重量的尺寸仅为直流电机的10%~20%左右;反应速度快、准、稳;又能在大范围内方便地实现无级变速;易实现功率放大;易进行过载保护;能自动润滑,寿命长,制造成本较低。
因此,世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。
液压传动设备一般由四大元件组成,即动力元件——液压泵;执行元件——液压缸和液压马达;控制元件——各种液压阀;辅助元件——油箱、蓄能器等。
液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向,压力和流量;实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。
1.2我国液压阀技术的发展概况
我国的液压工业及液压阀的制造,起始于第一个五年计划(1953~1957年),期间,由于机床制造工业发展的迫切需求,50年代初期,上海机床厂、天津液压件厂仿造了苏联的各类低压泵、阀。
随后,以广州机床研究所为主,在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上,自行设计了公称压力为2.5MPa和6.3MPa的中低压液压阀系统(简称广州型),并迅速投入大批量生产。
60年代初期,为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展,以山西榆次液压件厂为主,引进了日本油研公司的公称压力为21MPa的中高压液压阀系列,以及全部加工技术和制造、试验设备,并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统(简称榆次型)。
1968年,当时的一机部组织有关单位,在公称压力21MPa液压阀的基础上,设计了我国一套公称压力为31.5MPa的高压阀系列,并投入批量生产。
为使产品实现标准化、通用化、系列化,我国于1973年再次组成“液压阀联合设计组”,
在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上,借鉴了国外同类产品的结构,性能、工艺特点,又增补了多种规格和新品种,并使国产阀的安装连接尺寸首次符合国际标准。
并于1977年正式完成了公称压力为31.MPa的高压阀新系列的设计。
1978年起,通过全系列图纸的审查、试制、鉴定等工作,并在全国推广使用。
1982年,通过了全系列的定型工作。
故上述产品简称为“82年联合设计型高压液压阀系列”。
为适应高压、大流量的液压传动要求,济南铸锻研究所、上海704研究所和北京冶金液压机械厂等单位,自1976年开始,还引进、消化和研制了二通插装阀(简称CV阀),并在80年代初期,完成了自己的系列。
二通插装阀作为不同于常规阀的另一类液压阀类,也正在开拓着它的使用范围。
此外,随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用,1975年,大连组合机床研究引进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。
建国以来,我国液压行业及液压阀的制造生产,从无到有,发展很快,取得了巨大的成绩。
但与国外同类产品相比,品种和性能指标还有较大差距。
为了提高我国液压行业的综合素质,国家机械部制定了以下调整原则:
A类重点发展产品(包括国产的电液伺服阀、比例阀和数字控制阀以及引进、消化德国力士乐公司的压力为21、35、63MPa,通径为6~32mm的三大类液压阀和我国自行开发的叠加阀、插装阀及GE系列阀等);
B类允许保留和过渡产品(包括目前应用面广、市场需求最大,一时尚无替代产品;国内70年代、80年代开发的,现在已成为主导产品,虽然技术上达不到国际80年代水平,但需要保留一段时间的产品。
)
C类限制发展和逐步淘汰产品。
(指水平低,性能差,耗能耗材的产品,不符合标准的落后产品,不符合标准的老产品,具体指我国50、60年代设计的广州型中低压系列,及与之相仿的早期产品。
)
1.3本课题的目的及研究范围
作为工科类院校,特别是机械专业,液压技术是一门必不可少的课程,但由于学科本身内容的复杂程度和教学条件的限制,不能轻易地使教师讲得清楚,学生听得明白。
有监于此,本课将重点对溢流阀部分进行加工与设计,主要研究对象为溢流阀。
在进行加工的同时,对溢流阀部分零件进行编程。
最后,针对溢流阀的理论研究进行讨论,内容包括溢流阀的工作原理、结构特点、型号说明、应用情况以及各种阀的比较等,此外还对卡盘进行分类和工具的夹紧。
第2章 压力控制阀的分类与型号
液压系统中,用来控制系统的压力、流量和液流方向的元件均称为液压控制阀,简称液压阀。
液压阀品种繁多,规格复杂,按工作原理可划分为以下几种:
通断式控制元件(即开关或定值控制阀):
这是常用的一类液压阀,又称普通液压阀。
伺服式控制元件:
压力伺服阀、流量伺服阀等。
比例式控制元件:
比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀等。
在液压传动系统中,液流的压力是最基本的参数之一,执行元件的输出力或输出扭矩的大小,主要由供给的液压力所决定。
为了对油液压力进行控制,并实现和提高系统的稳压、保压、减压、调压等性能或利用压力变化实现执行机构的顺序动作等,根据油液压力和控制机构弹簧力相平衡的工作原理,人们设计制造了各种压力控制阀。
常见种类如下:
第3章 溢流阀
3.1 溢流阀的结构
溢流阀的基本功用是:
当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时,系统的油液通过阀口溢出一些,以维持系统压力近于恒定,防止系统压力过载,保障泵、阀和系统的安全,此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。
溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种。
一.直动型溢流阀
图3-1直动型溢流阀结构简图
(a)锥阀式(b)球阀式(c)滑阀式(d)溢流阀的基本符号
1-调压螺栓2-弹簧3-阀芯4-阀体(含阀座)
锥阀式和球阀式又叫座阀式溢流阀,特点是动作灵敏,密封性能好,配合没有泄漏间隙,但导向性差,冲击性较强,阀座阀芯易损坏。
滑阀式由于阀口有一段密封搭合量,稳定性较好,不易产生自激振动,但动作反应较慢。
下面以锥阀式DBD直动型溢流阀为例说时其工作原理:
图3-2锥阀式DBD直动型溢流阀(插装式)
(a)结构图(b)局部放大图(c)简化符号(d)详细符号
1-偏流盘2-锥阀3-阻尼活塞4-调节杆5-调压弹簧6-阀套7-阀座
(1)工作原理:
设弹簧预紧力为Ft,活塞底部面积为A则:
当PA 当PA=Ft时,阀口即将打开,此时,PA=F =KX0, P=PK(开启压力)=KX0/A 当PA>Ft时,阀口打开,P→T,稳压溢流或安全保护。 锥阀开启后,由[1]得锥阀的力平衡方程为: PA=K( + )+G F +Fs–Fj 即: P=[K( + )+G F +Fs–Fj]/A (3-1) 式中: K、 分别为弹簧刚度和预压缩量(m);G为阀芯自重(水平时不考虑): F 为阀芯与阀套间的摩擦力(N);Fs为稳态液动力(N);Fj为射流力(N)。 此处∵Fs=0,Fj=KX(N) ∴P=(K +G F )/A(3-2) (2)调压原理: 调节调压螺帽改变弹簧预压缩量,便可调节溢流阀调整压力。 (3)特点: 从式(3-2)可知这种阀的进口压力P不受流量变化的影响,被控力P变化很小,定压精度高。 但由于Ft直接与PA平衡,若P较高,Q较大时,K就相应地较大,不但手调困难,且Ft略有变化,p变化较大,所以一般用于低压小流量场合。 二.先导式溢流阀 先导阀--直动式锥阀,硬弹簧。 (1)组成: 带有导向圆锥面的锥阀(二级同心式)和软弹簧 主阀滑阀和软弹簧。 带有多节导向圆锥面的锥阀(三级同心式)和软弹簧 图3-3YF型三节同心先导溢流阀(板式) 1、阀体2、主阀座3、主阀芯4、阀盖(先导阀体)5、先导阀座 6、先导阀锥式阀芯7、调压弹簧8、调节杆9、调压螺栓10、手轮 11、主阀弹簧 先导型溢流阀的先导阀是一个小规格的锥阀式直动溢流阀,其弹簧用于调定主阀部分的溢流压力。 主阀的弹簧不起调压作用,仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设置。 (2)工作原理: 设Ac为先导阀阀座孔面积(m ),Fx、Kx为先导阀弹簧预紧力、刚度,Ft、G、Ff、Ky为主阀弹簧预紧力、自重、摩擦力。 当P2Ac 当P2Ac>Fx时,导阀打开,主阀两端产生压差: △p 当△p 时,主阀关闭。 △p>Ft+G+F 时,主阀打开稳压溢流或安全保护。 由[1]得主阀芯和导阀的力平衡方程分别为: 由上两式可得溢流阀进口压力为: (Pa) (3-3) 调压原理: 调节调压螺帽,改变硬弹簧力,即可改变压力。 特点: ∵溢流阀稳定工作时,主阀阀芯上部压力小于下部压力。 ∴即使下部压力较大,因有上部压力,弹簧可做得较软,流量变化引起阀心位置变化时,弹簧力的变化量较小,压力变化小。 又∵调压弹簧调好后,上部压力为常数。 ∴压力随流量变化较小,克服了直动式溢流阀的缺点。 还∵先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1%左右 ∴先导阀阀座孔的面积AC、开口量x、调压弹簧刚度KX都不必很大 ∴先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。 3.2 溢流阀的主要性能 一.静态特性: (1)压力调节范围 定义: 调压弹簧在规定范围内调节时,系统压力平稳(压力无突跳及迟滞现象)上升或下降最大和最小调定压力差值。 (2)启闭特性 定义: 溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力p与通过溢流阀的溢流量q之间的关系。 一般用溢流阀处于额定流量、额定压力Ps时,开始溢流的开启压力Pk和停止溢流的闭合压力P 分别与Ps的百分比来表示。 开启压力比: =(Pk/Ps) 100% 闭合压力比: =(P /Ps) 100% 两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。 一般规定: 开启压力比应不小于90%,闭合压力比应不小于85%,其静态特性较好。 (3)卸荷压力: 当溢流阀作卸荷阀用时,额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。 (4)最大允许流量和最小稳定流量: 溢流阀在最大允许流量(即额定流量)下工作时应无噪声。 二.动态特性 (1)压力超调量: 最大峰值压力与调定压力的差值。 (2)响应时间: 指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的10%上升到90%的时间。 (即图3-4中A、B两点的间的时间间隔) (3)过渡过程时间: 指从调定压力到最终稳态压力的时间。 (即图3-4中B点到C点间的时间间隔) (4)升压时间: 指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。 (即图3-5的△t1) (5)卸荷时间: 指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。 (即图3-5中的△t2) 图3-4流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性 图3-5溢流阀升压与卸荷特性 三.先导型溢流阀的静态特性分析: 以本次设计中绘制YF型溢流阀为例: 具体尺寸见相关装配图及零件图。 (1)开启过程: 设额定排放压力pn=16MPa,开启压力pk=14MPa,先导阀弹簧刚度为Kx=42N/mm、预压缩量为X0=5mm,主阀弹簧刚度Ky=20N/mm、预压缩量y0=40mm额定流量qn=120L/min,主阀芯与阀孔间的摩擦力为Ff,上、下腔的液压力分别为p2和p1,而其上下有效作用面积分别为A2和A1 A2= =1055mm2;A1= =1016mm2 =1.04(符合在1.03~1.05之间的条件) 主阀芯自重为: G=mg=0.18×9.8=1.764N, 先导阀孔座面积为: Ac= =14.85mm2 稳态时的主阀开度y=0.4mm,则: A.当液压系统压力p1低于先导阀的开启压力pk时,先导阀保持关闭。 根据[1]此时主阀芯受力条件为 A1p1 式中KX、Ky分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的刚度(N/m);X0、y0分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的预压缩量(m)。 此时阀口仍关闭。 B.当系统压力上升到先导阀的开启压力时,先导阀处于即将开启但未开启的状态,主阀芯受力关系仍为式(3-4) C.当系统压力升高超过先导阀开启压力时,先导阀打开,液压油经由阻尼孔流向先导阀再流回油箱。 此时主阀芯上下两腔将产生压力差,但尚未到达足以抬升主阀芯的程度,根据[1]主阀芯的受力方程为: A1p1q D.当系统压力上升到主阀开启压力时,通过阻尼孔的流量增大,产生的压力差使主阀芯处于平衡状态: 根据[1]有力平衡方程: A1p1n=A2p2n+Kyy0+G+Ff(3-6) 图3-6先导型溢流阀示意图 E.当系统压力高于主阀开启压力时,主阀开启,根据[1]其受力为 =A2p2+Ky(y0+y)+G+Ff(3-7) 式中,y为主阀口的开度(m); 为液体入射角,近似等于维阀半维角 =38.5(0);D1=16为主阀座孔直径(m);根据[7]主阀口流量系数C1=0.77~0.8(取0.8)为。 F.当系统压力升到调定压力时,阀内通过额定流量,根据[1]此时主阀芯受力方程为: =A2p2n+Ky(y0+y)+G+Ff(3-8) 到此,溢流阀开启完成。 (2)闭合过程: 其过程与开启过程相反,但各关键点相似,不同的是由于摩擦力方向改变,造成阀口的关闭压力比相应的开启压力要小。 (3)静态特性关系式 先导型溢流阀在稳态溢流条件下,满足下列关系式: A. 根据[1],主阀口出流方程式为 (m3/s)(3-9) 式中,p1为受控压力(Pa),油液密度 =900(kg/m3),其他参数意义同前。 B. 主阀芯受力平衡方程式: A2p2=Ky(y0+y)+ +G Ff (N)(3-10) 式中,Ff开启时取正号,闭合时取负号;其余参数意义同前。 C.通过主阀芯阻尼孔的流量方程式: 阻尼孔结构为细长孔,根据[3]其流量 q= (m3/s)(3-11) 式中阻尼孔截面积A0= =0.785(m2);根据[3]阻尼孔的流量系数C’=0.82。 D.先导阀口出流方程式根据[1]有: q= (m3/s)(3-12) 式中,根据[3]先导阀流量系数C2=0.77,先导阀阀座孔直径d=4(mm);x为先导阀阀口的轴向开度(m);先导阀芯的半锥角 =20(0)。 E.先导阀芯受力平衡方程式根据[1]有: Acp2=Kx(x0+x)+ (N)(3-13) 式中,各参数意义同前。 (4)溢流阀内泄漏量: 根据[10]按偏心环状缝隙的流量公式来计算: q= (cm3/s)(3-14) 式中,主阀芯直径D=4(cm) 主阀芯直径D与阀体间的单边配合间隙△r=0.005(cm) 公称压力Pg=16Mpa=16/0.09807≈163.15(kgf/cm2) 油液动力粘度 (kgf.s/cm2) 主阀芯与阀体的配合长度L=1.5(cm) L处均压槽数Z=7 均压槽宽B=0.05(cm) 则: q= =1.76×10-3(cm3/s) 3.3 溢流阀的基本应用 (1)稳压溢流回路: 溢流阀和定量泵、节流阀并联,阀口常开。 (如图3-7所示) 在采用定量泵的液压系统中,溢流阀与节流元件及负载并联,泵的供油量大于节流阀通道的需求量,此时,溢流阀作定压阀使用,阀口常开,使多余的油液回油箱,以保持节流阀进口的系统压力基本为恒定值。 (2)安全限压回路: 溢流阀和变量泵组合,正常工作时阀口关闭,过载时打开压力油经阀口回油箱,油压不再升高,起安全保护作用,故又称安全阀。 (如图3-8所示) 图3-7稳压溢流回路图3-8安全限压回路 (3)远程调压回路: 将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀进油口,并p远程 (4)系统卸荷回路: 溢流阀和二位二通阀组合(先导式)(如图3-10所示)将先导式溢流阀的遥控口K通过二位二通电磁换向阀直接与油箱连接,当换向阀的P、O口处于联通状态时,系统卸荷 (5)多级调压回路(如图3-11所示) (6)形成背压 图3-9远程调压回路图3-10系统卸荷回路 图3-11多级调压回路 3.4溢流阀的组成部分 溢流阀由溢流阀和单向阀组成。 当系统压力达到溢流阀的开启压力时,溢流阀开启,泵卸荷;当系统压力降至溢流阀的关闭压力时,溢流阀关闭,泵向系统加载。 使泵卸荷时的压力称为卸荷压力,使泵处于加载状态的压力称为加载压力。 溢流阀包括调节杆、调压螺帽、先导阀心、先导阀座和主阀座。 3.5溢流阀的零件 3.5.1调节杆及其加工 1.调节杆的加工编程: O0001 %1 M3S600T0101 G0X18Z0 G1X-0.5F80 G0X16Z2 G71U1R1P10Q20X0.5Z0.1F100 G0X100Z2 M3S1500T0101 N10G0X0Z2 G1Z0F100 G3X8Z-2R5 G1Z-32 X12 X14Z-33 Z-68 N20X16 G0X100Z100 M5 M0 M3S500T0202 G0X15Z-46 G1X8F20 G4P1 G0X16 Z-67 G1X5.3F20 X15F150 Z-64 X5.3F20 X15F150 Z-61 X5.3F20 X15F150 Z-58 X5.3F20 X15F150 Z-56 X14 X12Z-57F20 X5 Z-67 X-0.5F15 G0X100 Z100 M5 M30 2..工具夹紧 应用在数控车床上的卡盘有很多种,包括二爪卡盘、三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘等。 此零件加工应用的是三爪自定心卡盘(以下零件都是应用三爪自定心卡盘)。 如图: (1)将卡盘夹住工件的右边15mm—17mm,先加工直径为14mm,长度42mm的圆柱。 然后加工直径为8mm,长度为32mm的圆柱。 再加工半径为5的球。 最后倒角。 (2)拆卸工件,用卡盘夹住左边32mm,先加工直径为14mm,长度为21mm的圆柱。 然后加工直径为5mm,长度为10mm的圆柱。 再倒角。 换一把切槽刀,最后切直径为8mm,长度为4mm的槽。 3.5.2调压螺帽及其加工 1.调压螺帽的加工编程: O0002 %1 M3S600T0101 G0X45Z0 G1X-0.5F100 G0X44Z2 G71U1R1P10Q20X0.5Z0.1F100 G0X100Z2 M3S1500T0101 N10G0X40Z2 G1Z0F100 X42Z-1 Z-18 N20X44 G0X100Z100 M5 M30 O0002 %2 M3S600T0101 G0X45Z0 G1X18F100 G0X44Z2 G71U1R1P10Q20X0.5Z0.1F100 G0X100Z2 M3S1500T0101 N10G0X30Z2 G1Z0F100 X32Z-1 Z-18 X40 X42Z-19 N20X44 G0X100Z100 M5 M0 M3S600T0404 G0X20Z2 G71U1R1P30Q40X-0.5Z0.1F100 G0Z5 M3S1500T0404 N30G0X24.5Z2 G1Z0F100 X22.5Z-1 Z-18 N40X20 G0Z2 X100Z100 M5 M0 M3S600T0303 G0X22Z4 G76C1A60I0P0K0.93X24 Z—18U-0.1V-0.1Q0.4FI.5 G0Z2 X100Z100 M5 M30 2.工具夹紧 (1)将卡盘夹住工件的左端10mm---13mm,用外圆刀加工直径为32mm,长度为18mm的圆柱。 然后倒C2的角。 换一把内镗刀,加工直径为22.5mm,长度为18mm的孔。 再加工直径为20mm,长度为10mmd的内孔。 换一把内螺纹刀加工M24χ1.5,长度为18mm.。 (2)拆卸工件,将卡盘夹住右端12mm—14mm。 用外圆刀加工直径为42mm
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