先導(dǎo)式減壓閥的設(shè)計 方案 第一章 引言 液壓傳動有很多機械傳動沒有的優(yōu)勢，如調(diào)節(jié)方便、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡單、傳動能量大等。 我國液壓元件工業(yè)興起于 1953。興起初期，我國生產(chǎn)液壓元件以廣州機床研究所為主要代表。通過反求工程來制造出自己的液壓元件并取得了很大的成果。如減壓閥、溢流閥、節(jié)流閥等都做的很成功。液壓是一門新的學(xué)科，能夠掌握好液壓技術(shù)的，可以加強一個國家的機械的大力發(fā)展，更好的增強國力。 50年代的中國處于一個發(fā)展落后的建設(shè)時期，當(dāng)時的國力很弱，所以只有機械的大力發(fā)展才能帶動國家的發(fā)展。但是，大型的機械需要有很好地液壓系統(tǒng)來支撐，所以自主研發(fā)液壓閥志在必得。 我國是一個發(fā)展中國家前期的局勢動蕩使得國家科技十分落后，液壓閥在別的國家發(fā)展的都比較早。所以我國的液壓元件的制造業(yè)經(jīng)歷了一個從無到有的過程。因為發(fā)展的晚所以必定會有差距，但我國的液壓閥制造發(fā)展的十分迅速。如今我過的液壓閥制造技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并針對液壓閥的技術(shù)參數(shù)形成了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。 在國外。液壓技術(shù)十分純熟。外國設(shè)計制造的液壓閥性能良好。與我國的同類液壓閥進(jìn)行對比，國外的液壓閥傳遞能量更大，尺寸結(jié)構(gòu)更簡單，反應(yīng)速度更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)。液壓技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，工業(yè)、民用、軍工等所有機械涉及到的都用到了液壓系統(tǒng)。如：工程機械、汽車、機床、船舶、農(nóng)林機械、醫(yī)療器械、飛 機、坦克、導(dǎo)彈等。 正因為液壓系統(tǒng)的應(yīng)用如此廣泛，所以對減壓閥的設(shè)計和研究十分有必要。本課題針對先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究。對其結(jié)構(gòu)參數(shù)和特點進(jìn)行改良，并做出三維造型。 第二章 壓技術(shù) 液壓技術(shù)是利用液體的液動力來進(jìn)行能量傳遞，將液體的能量轉(zhuǎn)化為機械能，從而帶動機械運動，液壓傳遞的能量大、精確度高，所以在機械領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用很廣泛。無論是民用還是軍工，液壓的使用無處不在。傳遞液動力是需要一個良好的密閉環(huán)境，一絲的泄露都可能導(dǎo)致傳動的誤差，因此液壓元件密封性和耐磨損度要求很高。利用滾壓工藝加工液壓 元件可以很好地解決密封性和耐久度的問題。 壓技術(shù)應(yīng)用 由于液壓系統(tǒng)的有點十分突出，所以在機械領(lǐng)域內(nèi)，無論是高精度還是高能量傳動等都能得到廣泛的應(yīng)用。具體應(yīng)用如下表： 行業(yè)名稱 應(yīng)用舉例 行業(yè)名稱 應(yīng)用舉例 工程機械 挖掘機、裝載機、壓路機 制造機械 組合機床、沖床、自動線 礦山機械 鑿石機、開掘機、提升機、液壓支架 輕工機械 打包機、注塑機 灌裝機械 食品包裝機、真空鍍膜機 建筑機械 打樁機、液壓千斤頂 汽車工業(yè) 高空作業(yè)車、汽車起重機 冶金機械 軋鋼機、步進(jìn)加熱爐 鑄造機械 砂型壓實機、加料機、壓鑄機 紡織機械 紡織機、印染機 鍛壓機械 壓力機、模段機、空氣錘 壓技術(shù)的發(fā)展 自帕斯卡在 17 世紀(jì)中葉提出靜壓傳動原理，世界第一臺水壓機于18 世紀(jì)在英國制造出來算起，液壓傳動已有百年的歷史了。由于早期的液壓技術(shù)的不成熟和當(dāng)時社會的生產(chǎn)力低下，所以液壓傳動技術(shù)應(yīng)用并不廣泛。 由于 19 世紀(jì)是有工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動了液壓傳動技術(shù)的大力發(fā)展和步入成熟。自 20 世紀(jì) 50 年代中國開始自主研發(fā)制造液壓閥至今，中國的液壓技術(shù)有了一個質(zhì)的飛躍。中國歷經(jīng)一個從無到有的過程。到現(xiàn)在中國液壓閥已經(jīng)發(fā)展到了有自己的系列和標(biāo)準(zhǔn)。短短的幾十年的時間，液壓技術(shù)發(fā)展到這個程度，最重要的原因就是需求。沒有需求就沒有存在的意義。在機械行業(yè)里，很多的機器都離開了液壓都將不能很好地完成工作。如汽車，如果沒有液壓系統(tǒng)制動系統(tǒng)將無法變得像現(xiàn)在這么靈敏。如重型工程機械，如果沒有液壓系統(tǒng)，哪來那么大的扭矩來提供動力？如果沒有液 壓系統(tǒng)，數(shù)控機床的精密性將大打折扣。就是因為有需求，才使得液壓閥發(fā)展的如此迅速。就是因為有需求才使得液壓閥的發(fā)展前景一片光明而且會使液壓閥向更精確、更大功率、更高效、更節(jié)能、集成度更高和功能復(fù)合化發(fā)展?，F(xiàn)如今，電液比減壓閥、數(shù)字閥、電液伺服液壓缸的使用越來越多，這將成為液壓閥發(fā)展的新趨勢。 壓閥 減壓閥是其出油口壓力低于進(jìn)油口壓力且使壓力達(dá)到一定的值時使壓力保持一定的平衡關(guān)系的裝置。減壓閥的使用場合是需要減壓的液壓系統(tǒng)的支路上。 按調(diào)節(jié)要求的不同，有保證出口壓力恒定的定值減壓閥、保證進(jìn)出口壓力差恒定的定差減壓閥和保證進(jìn)出口壓力成一定比例的定比減壓閥。如無特變指明，所說的減壓閥就是指定值減壓閥。減壓閥有兩種形式的，但 液壓系統(tǒng)只基本都是用先導(dǎo)式減壓閥，直動式減壓閥運用較少。 由于減壓閥能使出口壓力低于進(jìn)口壓力且維持恒定，不受入口壓力和通過流量大小等的影響，因此在液壓傳動中先導(dǎo)式減壓閥主要用于某一支路壓力需要比主系統(tǒng)壓力低且穩(wěn)定的工作壓力場合。當(dāng)系統(tǒng)中的某一支路需要一個比系統(tǒng)壓力低的壓力時，我們可以在其支路上串聯(lián)一個先導(dǎo)式減壓閥。 導(dǎo)式定值減壓閥 圖 2圖所示，該閥由上方的溢流閥進(jìn)行先導(dǎo)調(diào)壓，然后再由主閥減壓。 壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入閥內(nèi)，產(chǎn)生壓力 后壓力油經(jīng)過減壓口減壓后從出油口出來壓力由 2。這就是減壓過程。 出口壓力油通過閥體 6 與閥蓋 8 上的油孔進(jìn)入閥蓋 8 上與主閥 7 連接的孔中的下腔。通過錐閥閥座 4 中的阻尼孔進(jìn)入錐閥閥座的內(nèi)油管作用在錐閥閥芯 3 上。當(dāng)油液的壓力低于低于設(shè)定值時，則液壓油的油壓無法將錐閥閥芯頂開，主閥阻尼孔 9 中沒有能夠流動的液壓油，因此主閥上下腔無法產(chǎn)生壓力差，所以無法達(dá)到減壓效果。 當(dāng)油液的壓力高于先導(dǎo)閥彈簧的彈力時，則液壓油將錐閥閥芯頂開，液壓油從先導(dǎo)閥的泄油孔回油箱，由于油液的損失，使得主閥上下端產(chǎn)生壓力差，液壓油作用在主閥底部的壓力高于閥芯上端的壓力使主閥向上提升，從而減壓口面積減小，達(dá)到減壓效果。降壓后的出口壓力會穩(wěn)定在調(diào)定的范圍內(nèi)。 設(shè)：主閥和先導(dǎo)閥有效作用面積分別為 A、 簧剛度分別為 導(dǎo)閥彈簧預(yù)壓縮量 導(dǎo)閥開口量 X；主閥彈簧預(yù)壓縮量 閥開口量 Y 和主閥最大開口量 ： 當(dāng)： ，油液壓力大于先導(dǎo)閥彈簧的彈力，錐閥閥口打開，液壓油從鞋油口流回油箱，起減壓作用。 圖中 設(shè)定壓力值； 壓力平衡關(guān)系： x（ ） （ 2 )( m a y （ 2 所以，出口壓力： 閥彈簧預(yù)壓緊力 96 294N。主閥彈簧的預(yù)壓縮量 Y=（ 2 5） S （ 4 式中的系數(shù)，在大流量時取最大 值，反之取小值。 S 主閥開口量（ 所以，取 Y=2。 減壓閥經(jīng)過阻尼孔后的壓力損失經(jīng)驗為 :2 3 根據(jù)計算公式得： 1P m 壓 （ 4 S m a a x 2 （ 4 式子中， r 閥芯底面槽的半徑 1（ Y 主閥彈簧的預(yù)壓縮量 ( 閥口最大開口量（ 計算得出 :925N/m。 在主閥彈簧的剛度 預(yù)壓縮量 Y 選定之后，計算出主閥彈簧的預(yù)壓緊力公式 t/Y 得， 額定流量 q=250L/，主閥彈簧的預(yù)壓緊力在 范圍內(nèi)，所以符合要求。取 在已知條件：主閥彈簧的最大載荷 F= ） =3925(量 為 25算出彈簧的主要尺寸。 圖 4主閥彈簧 根據(jù)工作要求確定彈簧的結(jié)構(gòu)、材料和許用應(yīng)力，要求中需滑閥動作靈敏、可靠；所以這種彈簧材料為碳素彈簧應(yīng)該列為第組類 1）首先初選彈簧的直徑為 d=2 第八版 高等教育出版社 主編：濮良貴 紀(jì)名剛 表 166里也考慮到了外徑為 20右得 C=10。 3）計算彈簧絲的直徑，有公式得：曲度系數(shù) = (4因為彈簧在一般條件下工作，所以選擇彈簧材料在 d=2，由表 16擇， 查表 16 =2000=800大工作載荷為 F，其強度計算公式為： 再根據(jù)設(shè)計公式： （ 4 800 K F C= (4式中 彈簧材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（ F 軸向載荷（ N）； d 彈簧絲的直徑（ C 彈簧指數(shù)，又稱為旋繞比 K 曲度系數(shù)，又稱應(yīng)力修正系數(shù)。 d2明與初選值相符。 故采用 d=2 4）計算彈簧的工作圈數(shù) 根據(jù)公式： n= ,以根據(jù)表 16=80000 n= （ 4 所以 n取 n=6 簧的穩(wěn)定性 彈簧的髙徑比較大時，彈簧容易失穩(wěn)，所以想要彈簧不失穩(wěn)，則需要讓彈簧的髙徑比小于其失穩(wěn)的臨界值。根據(jù)機械設(shè)計 第八版 高等教育出版社 主編：濮良貴 紀(jì)名剛所給出的合適的值，當(dāng)兩端固定時，取 b；當(dāng)一段固定，另一端自由轉(zhuǎn)動時，取 b；當(dāng)兩端都自由轉(zhuǎn)動時，取 b 。 根據(jù)公式： （ 4 =2+25/6+取 t=7 彈簧的自由長度 =d=7=46 （ 4 = 因為在主閥中彈簧一段固定，另一端自由轉(zhuǎn)動，所以取得 所要求的值（ 所以彈簧不會失穩(wěn)。 極限載荷 根據(jù)公式 : s=800=1000 （ 4 彈簧在極限載荷下的 1 4 0 =（ 4 彈簧最小工作載荷為： 1F = （ 4 彈簧在最大載荷下的變形量： j （ 4 最大載荷下的彈簧高度： （ 4 最大工作載荷下的彈簧高度： 12546102 （ 4 最小工作載荷下的彈簧高度： 10=466 （ 4 彈簧的中徑 2D 、外徑 D、內(nèi)徑 1D 為： 2D =0 2=20,D= 2D +d=22, 1D = 2D 8圈數(shù)： 1n =n+ （ 4 彈簧螺旋線升角：t 21 = （ 4 導(dǎo)閥彈簧的設(shè)計 圖 4先導(dǎo)閥要實現(xiàn)調(diào)壓和穩(wěn)壓作用，先導(dǎo)閥首先是起調(diào)壓作用。取可調(diào)試壓力為34失（ 所以 （ 4 故?。?d=3 先導(dǎo)閥要實現(xiàn)調(diào)壓和穩(wěn)壓作用，所以 取 。 查機械設(shè)計 第八版 高等教育出版社 主編：濮良貴 紀(jì)名剛 ，根據(jù)表 16（ 4 K= （ 4 查表 16 查表 16 以根據(jù)表 16=80000 =10。 = （ 4 取 n=10圈。 因為彈簧在一般條件下工作，所以選擇彈簧材料在 d=2，由表 16擇，查表 16 =2000=800大工作載荷為 F，其強度計算公式為： 再根據(jù)設(shè)計公式： （ 4 d=3 簧的穩(wěn)定性 彈簧的髙徑比較大時，彈簧容易失穩(wěn)，所以想要彈簧不失穩(wěn)，則需要讓彈簧的髙徑比小于其失穩(wěn)的臨界值。根據(jù)機械設(shè)計 第八版 高等教育出版社 主編：濮良貴 紀(jì)名剛所給出的合適的值，當(dāng)兩端固定時，取 b；當(dāng)一段固定，另一端自由轉(zhuǎn)動時，取 b；當(dāng)兩端都自由轉(zhuǎn)動時，取 b 。 根據(jù)公式： （ 4 =3+10/10+ t=5 彈簧的自由長度 =d=10=56 （ 4 = 因為在主閥中彈簧一段固定，另一端自由轉(zhuǎn)動，所以取得 所要求的值（ 所以彈簧不會失穩(wěn)。 極限載荷 根據(jù)公式 : s=720=9 （ 4 彈簧在極限載荷下的 =（ 4 彈簧最小工作載荷為： 1F =0 彈簧的剛度計算 ,有式子得：1158 380 0008 32 （ 4 彈簧在最大載荷下的變形量： j j （ 4 最大載荷下的彈簧高度： 。 （ 4 最大工作載荷下的彈簧高度： 61056102 （ 4小工作載荷下的彈簧高度： （ 4簧的中徑 2D 、外徑 D、內(nèi)徑 1D 為： 2D = 3=15,D= 2D +d=18, 1D = 2D 2圈數(shù)： 1n =n+0+ （ 4 彈簧螺旋線升角：t a nt a n 121 = （ 4 圖 4導(dǎo)式減壓閥裝配圖 圖 4減壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 4導(dǎo)式減壓閥爆炸圖 結(jié) 論 通過對先導(dǎo)式減壓閥的深入了解和探究，為了對先導(dǎo)式減壓閥進(jìn)行研究，我才能夠網(wǎng)上購買了一個舊的先導(dǎo)式減壓閥，將其拆卸以加深對其構(gòu)造的了解。結(jié)合現(xiàn)有的成品和有關(guān)文獻(xiàn)資料，我進(jìn)行了自己的先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計。我下載了很多文獻(xiàn)資料，有期刊、論文、報紙和研究成果等，還有課本所學(xué)和機械設(shè)計手冊。通過對這些文獻(xiàn)的閱讀，我深入的了解了先導(dǎo)式減壓閥的工作原理和工作特性以及先導(dǎo)式減壓閥的優(yōu)缺點等。 了解先導(dǎo)式減壓閥以后，我通過了對各類減壓閥的分析，結(jié)合其優(yōu)缺點，選擇了理想的先導(dǎo)閥和主閥的結(jié)構(gòu)。我擬定了兩種不同的方案，最終確定了管接式的先導(dǎo)式減壓閥作為設(shè)計對象，自擬閥的流量和工作壓力后，進(jìn)行閥的進(jìn)出口直徑、閥芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)、各個部件上的節(jié)流口、主閥和先導(dǎo)閥的彈簧的設(shè)計計算。根據(jù)計算的數(shù)據(jù)對先導(dǎo)閥錐閥和閥座、主閥閥體、先導(dǎo)閥閥體和調(diào)節(jié)栓進(jìn)行選型。 連接螺釘以國家標(biāo)準(zhǔn)選定。 參考文獻(xiàn) 1 主編 /劉樂平 陳衛(wèi)國 戴哲敏 液壓與氣壓傳動 江西教育出版社 . 2 濮良貴，紀(jì)名剛主編，機械設(shè)計 ，高等教育出版社， 3 李壯云主編，液壓元件與系統(tǒng)，第 2版，機械工業(yè)出版社， 4 主編 /洪家娣 李 明 黃興元 機械設(shè)計指導(dǎo) 江西高校出版社 . 5 成大先 行本）：機械傳動 S學(xué)工業(yè)出版社，6 李志鵬 ， 劉名蘭 ， 王貴生 ， 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