毕业设计（论文）-Y型先导式溢流阀设计说明书.docx

图书分类号:密级:设计说明书Y型先导式溢流阀设计说明书学生姓名_学号班级指导教师专业名称学院名称2022年8月20日摘要随着机械行业的不断的进步和发展，各类机械不断的被应用到现实生活中，机械离不开液用，液压显得尤为重要,液压不断地被应用到各类机械中，用来实现机械的基本动作，从而带动了液压行业的不断提档升级。液压传动系统的一般结构相对来说比较简单、架构的重量也比较轻、整个结构相对来说比较紧凑、占用空间较小;传递动力比较均匀和平稳,如果负载发生变化的时候，速度一般情况下比较平稔和稳定:除此之外，液压元件还有一个特殊的功能，可以白润滑,使用的寿命也比较长；易实现自动化;液压元件现在基本上已经实现统一标准，统一应用规则,这样便有利于设计、加工制造使用等优点。本文设计的是一种Y型先导式溢流阀，这种先导式溢流阀主要由主阀控制部分和先导控制部分组成，先导部分结构原理与直流式溢流阀相同，先导式溢流阀是利用主阀芯上1'两端油液的压力差来使主阀阀芯移动的，可利用远程控制门实现和荷和多级调压，溢流阀在非工作状态下，阀口常闭，采用内泄漏形式。主要用各类机械的液压系统中，可以说在机械行业的液压系统中非常实用，同时能应时恶劣的环境，应用非常广泛，对丁此类型的先导式溢流阀的研发设计是非常必要的，有很好的前原，可以带来可观的经济效益。关健词液压：先导式溢流阀：前景：经济效益：AbstractWiththecontinuousprogressanddeve1.opmentofthemachineryindusiry,a1.1.kindsofmachineryareconstant1.yapp1.iedtorea1.1.ife,machinerycannotdowithouthydrau1.icpressure,hydrau1.icpressureisparticu1.ar1.yimX)rtant.hydrau1.icpressureisconstant1.yapp1.iedtoa1.1.kindsofmachincr),.usedtoachievethebasicactionofthemachincrj,.thusdrivingthecontinuousupgradingofthehydrau1.icindustry.Thegenera1.structureofthehydrau1.ictransmissionsystemisre1.ative1.ysimp1.e,theweightofthestructureisre1.ative1.y1.ight,hewho1.estructureisre1.ative1.ycompact,occupy1.essspace；Thetransmissionpowerismoreuniformandstab1.e,ifthe1.oadchanges,thespeedisgenera1.1.ystab1.eandstab1.e;Inaddition,hydrau1.iccomponentshaveaspecia1.function,canbese1.f-1.ubricating,thescn,icc1.ifeisa1.sore1.ative1.y1.ong;Easytoautomate;Hydrau1.iccomponentshavebasica1.1.yachievedaunifiedstandard,unifiedapp1.icationru1.es,whichisconducivetothedesign,processing,manufacturinganduseoftheadvaniagcs.DesigninthispaperisakindofYtypepi1.otoperatedre1.iefva1.ve,thepi1.otoperatedre1.iefva1.veismain1.ycontro1.1.edbythemainva1.veandpi1.otcontro1.panoftheguidepartstructureprincip1.eisthesameasstraightthroughtheoverf1.owva1.ve,pi1.otoperatedre1.iefva1.veistheuseofthemainva1.vecoreoi1.pressuredifferenceonbothendsupanddowntothemainva1.vecoreismoving,canusearemotecontro1.portofun1.oadingandmu1.ti1.eve1.surgetank.Overf1.owva1.veinthenon-workingstate,theva1.veportisnorma1.1.yc1.osed,usingtheformofinterna1.1.eakage.Main1.yusedina1.1.kindsofmachineryhydrau1.icsystem,canbesaidinthemachineryindMryhydrau1.icsystemi$verypractica1.,andcandea1.withtheharshenvironment,theapp1.icationisVerywide,forthistypeofpi1.otre1.iefva1.veresearchanddeve1.opmentdesignisverj,necessary,hasagoodprospect,canbringconsiderab1.eeconomicbenefits.KeywordsHydrau1.icpressure;Pi1.ottypere1.iefva1.ve;Prospects;Economicbenefits;摘要IAbstract111绪论11.1 课题研究背景11.2 研究现状11.3 研究目的11.4 主要研究设计内容22Y型先导式溢流阀的参数及原理分析32.1 基本性能参数52.2 作用和分类32. 2.1作用33. 2.2分类32.3 原理分析52.4 开启与闭合62. 4.1开启63. 4.2闭合72.5 结构分类72.6 组成零件92.6.I主阀部分92.6.2先导部分93参数设计计算133.1主要结构尺寸的确定133.2静态特性计算153.2.I基本方程式153.2.2弹黄刚度和预压缩量计算17致谢21参考文献22IV1绪论1.1 课题研究背景液压被越来越广泛的应用到现实生活中，各类大型机械都会应用到液压，实现整个机涔动作需要设计整个液压系统，而液压系统起着至关重要的执行元件之一就是溢流阀。本文介绍的是一种Y型先导式溢流阀，这种先导式溢流阀主要由主阀控制部分和先导控制部分组成，先导部分结构原理与直流式溢流阀相同，先导式溢流阀是利用主阀芯上下两湍油液的压力差来使主固阀芯移动的，可利用远程控制口实现卸荷和多级调压，溢流阀在非工作状态下，阀口常闭,采用内泄漏形式。主要用于车辆、工程机械、起重运输机械、矿山机械及其他机械中，在我国现实各类机械中起着至关重要的作用，并且长期被运用到各类机械中。这种丫型先导式溢流阀拆卸方便、结构紧凑、操作简单、易于维修养护，可以应对及其恶劣的自然环境，多种优点使得这种类型的溢流阀更加适用F各类机械的液压系统中，用来调节系统压力，实现远程调节，多级调节。它的设计及推广使用是必要的，可以在现实生活中产生经济效益和社会效益。1.2 研究现状近年来，随着液压技术的不断发展和壮大，越来越多的关于先导式溢流阀的设计出现在市场上，但是主要都是一些直动式的溢流阀，还不能更好的适用全系列、全尺寸的各类机械液压系统中，同时还面临着提升工作的效率、提升整个系统稳定性能、延长整个系统的寿命、结构设计更加合理化等。虽然近些年有一些新型的先导式溢流阀的设计研发，但是有些结构还不能完全满足大型机械整体需求，功能还较为单一。Y型先导式溢流阀应用的普遍性和广泛性决定了其市场的广阔性，现在市场上的溢流阀同质化特别严重，先进技术性还未普及，大批量的溢流阳还有相当多的问题需要进行研究和解决，特殊象域专业设计还有欠缺，所以长期致力于先导式溢流阀的设计改进等研究显得尤为重要。随着液压技术、先进的计算机技术不断的深入液压设计，丫蟹先导式溢流阀在不久的招来一定会变得更加简易化、集成化、标准化、科技化、丰富化，从而更加广泛的被应用到各类机械液压系统中去。1.3 研究目的本次设计目的是为了进步优化丫型先导式溢流阀的整体设计,包括整体结构的优化,阀体阀芯的进一步优化，尺寸链的选择与优化，结构优化等，加强整个机械设备性能不断提升和安全、高效的运行,提高技术水平,满足现代生产、安全发展,提高工程、工业机械液压缸的使用，延长零件的使用寿命。1.4 主要研究设计内容本文主要是对Y型先导式溢流阀的设计计莫与优化设计，对整体的结构，局部结构和相关尺寸进行优化设计，同时结合到现实中的一些常用的基本功能进行融入进去。主要内容如下：（I）根据任务要求，介绍本课题的研究内容的背景、发展现状以及研究的主要目的和内容；（2）调研，查阅文献.整理收集资料。明确课题任务，完成相应的外文朗讯：（3）对丫型先导式溢流阀的原理进行分析与模块化划分，收集不同规格、不同类型的溢流阀的参数：设计模块化组合结构：确定原理、参数、计算，设计各零部件模型，校核：（4） 丫型先导式溢潦幅的设计、尺寸的选择、组奘装配、二维图纸等设计：（5）用SW20I6绘制丫型先导式溢流阀三维图（零件三维，装配三维）、用CAD绘制二维图等：（6）对整个设计过程进行一个系统的总结：（7）整理设计资料,完善并提交设计成果;2. Y型先导式溢流阀的参数及原理分析2.1 基本性能参数(1)额定压力p<=16MPrto(2)额定潦量Q=24Umin。(3)调压范ISP1.mi)pimn=1.6MPa。(4)调成最高调成压力P1.mIn时，导阀的开启压力pz*X).9PImJX。(5)调成最高调成压P1.a时，主阀的开启压力pu>0.95p1.m;此时的溢流量Qa0.01Qe.(6)调成最而调成压PIz时,主佣的闭合压力PI会09pz;此时的溢流髭QbWO.01QS(7)卸荷压力p=0.4MPao(8)内泄流量q0.00251.min。2.2 作用和分类3. 2.1作用溢流阀是压力控制阀中最基本的种，以它为基础可以组合成各种进行阀前(进口)压力控制的压力控制阀,如电磁溢流阀就是由溢流阀和电磁换向阀组合而成的。溢流阀在液压系统中使用极为普遍，所有液压系统都要至少使用一个溢流阀作为定压阀或安全阀。溢流阀的主要功用是：1)维持液压系统中的压力近丁恒定：2)对液压系统实行调压：3)防止液压系统超载,起安全作用;时液压系统进行卸荷，以降低系统的功率损耗和热量.4. 2.2分类溢流阀的品种较多，按它的基本动作般可分为直动型和控制型两种，控制型溢流阀即是先导式溢潦阀(1)直动型溢流阀图21直动型溢流阀结构筒图（八）推阀式（b）球阀式（C）滑阀式（d）溢流阀的基本符号I-调压螺栓2-弹簧3-阀芯4-阀体（含阀座）惟阀式和球阀式乂叫座阀式溢流阀，特点是动作灵敏，密封性能好，配合没石泄漏问隙，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。（2）控制型溢流阀（先导式溢流阀）ff1.1-23Y里中.低压溢流阀卜阀体2-主阀阀芯卜主阀弹簧5-调节螺每P-透油口2-先导图阀座3-先导阙阀座4-先导阀弹簧T-回油口a-f1.,尼孔c-尼小孔图2-2Y型先导式溢流阀控制型溢流例的先导阀是个小规格的推阀式直动溢流阀，其弹簧用于调定主阀部分的溢流压力。主阀的用簧不起调压作用，仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设践。直动型和控制型的差别在于控制阀芯启闭的方式：直动型阀芯的启闭是在系统液压力直接作用卜进行的：控制型阀芯的启闭由先导阀来控制。显然，控制型溢流阀的工作原理要比直动型溢流阀更杂，但在性能指标和使用范围等方面，控制型优于直动型。2.3 原理分析图2-3装配图1阀体2-主阀阀芯3-主阀螺寤4-导阀阀体5-先导岗螺塞6-先导阀阀座7-先导阀脚芯8-先导阳弹簧座9-调节螺母10-调剂螺母挡圈13-主阀弹簧14、15、16-密封件17-螺塞溢流阀由主阀和先导阀两部分组成，如图2-3,开始时，主阀芯在弹簧力的作用下，P与T口是关闭状态，事先调定一定的压力，通过旋转调节螺母9来设定压力值，在油路压力未达到溢流阀调定的压力时，导阀、主阀在各自的弹簧作用下处于关闭状态，主阀芯左腔、主阀芯右腔、先导阀芯下腔压力相等。当油路压力升商到接近调定的压力时，导阀被推开，便有小量油液通过节潦孔、导阀阀口、主阀阀芯的中心孔从出油口流出。这样，由于节流孔中有油液通过，便在主阀芯两腔之间形成用力差，给主网阀芯造成个向左的力。但此力还不足以克服主阀弹簧的预乐缩力，因此主阀还不能打开。当油路压力继续升高，导阀开口量加大，通过节流孔的流量加大，主阀芯活塞两腔之间的压力差加大，便可克服主阀弹簧的力和阀芯摩擦力（忽略阀芯重力），使主阀打开。压力油便通过主阀阀门从出油口溢流，使油路压力不再升尚而保恃此时的数值，这就是调定的压力值。这样，溢流阀就起到控制油路压力的作用0当油路压力下降，与上述过程相反，主福与导阀就将依次关闭，溢潦阀停止溢流。由这一工作过程可见，导阀起着感受压力变化的作用，主阀起若溢流的作用。通过调压9,改变导渊弹簧的作用力，也就改变J'整个溢流阀控制的压力。如果从导阀前腔向外开一个远控口（去掉螺堵即可形成远控口），用导管连接一个远处的直动式溢流阀（相当于导阀），而将本身的导阀弹簧压到最紧位置，则此先导式溢流阀便成为远控溢流阀，可用作远距离控制。2.4 开启与闭合2.4.1开启A1一-主阀芯活塞下边面枳：A2一一主阀芯活塞上边面积：p1一一主阀芯下腔压力：P2一一主阀芯下腔压力：K,一一先导阀弹簧刚度（N/Q:K）一一主阀弭喷刚度（Nfm）；XO一一先导阀弹簧的预压缩址（，“）；yo主阀弹簧的预压缩量（m）:G主阀芯重力：F1.-阀芯与阀套的摩擦力：（1）当液压系统压力Pi低于先导阀的开启压力PA时，先导阀保持关闭。此时主阀芯受力条件为Aipt<A,p,+Kfyc+G+Fj（2-1）此时阀口关闭.（2）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,主同芯受力关系仍为式（2-1）。（3）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，主脚芯的受力方程为：Atpt<A,p,+Kyy0+G+Ff（2-2）（4）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：Afp,=A2p2+K,y0+G+F（2-3）（5）当系统压力高于主阀开启压力时，主阀开启，其受力为AfPC/D'ypisin26=A,p2+KV（典+y）+G+5（2-4）式中：y主阀门的开度（"7）；液体入射角，近似等于脚芯半锥角的（°）；D1一一主阀座孔直径（，”）：Ci主卿口流量系数，G=0.770.8（取0.8）.（6）当系统压力升到调定压力时，阀内通过额定流量，此时生阀芯受力方程为:Ap1.qrAWSin24=A,p,+,（y0+y>+G+到此，溢流阀开启完成。1 .4.2闭合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。2 .5结构分类溢流阀的结构型式通常有下列：.种:<1）直动滑阀型（图2-6）图2-6出动滑阀型溢流阀Fig.2-6Direct-actingsp1.typere1.iefva1.ve这种阀的结构简单，但性能较差，仅限于低压小流坡下使用，主要用于控制精度不太高的场合“而且，它不能实现卸荷和远控调压。（2）无平衡面积的座阀式先导控制型（图2-7）这种阀也限于低压和小流址下使用，若阻尼孔选择合理经先导岗的作用，能较好地工作。（3）具有平衡面积的座同式先导控制型这种阀按其主阀芯配合面的情况有两种结构：一种具有三级配合面,常称为三级同心式，见图2-8；另一种具有二级配合面，常称为二级同心式.这种阀的结构虽不及上述二种简单，但其工作性能要比上述任何种好。三级同心式与二级同心式相比,二级同心式优于三级同心式，现分析比较如卜丁I）三级同心式结构比二级同心式豆杂，主要零件（如主阀芯、阀体等）的加工精度要求也比二级同心式高，从而使制造成本提高：同时，三级同心式溢流阀在装配或使用中不慎常影晌到它的动作可靠性>图2-8三节同心式先杼型溢流阀Fig.2-8ThreCCOnCCntriCPi1.otRcIiefVa1.vc2）主阀口的过流面积三级同心式小于二级同心式（见图2-9）。在实现卸荷时，由于三级同心式阀芯的尾磔伸在脚座内，通道成很狭的环形，加上阀座直径很小,因而过流断而面积很小，使卸荷时的剩余压力较而.二级同心式阀的通道中没有如尾碟之类的障碍物，且同座处直径很大，过潦面积大，故剩余压力较低。3）二级同心式例比较稳定。三级同心式阀中，当液流高速流出时,由于流动方向惯性在尾碟底部形成一个负压涡流区（负压是不稳定的）。而先导阀的控制流出流正好进入此不稳定负压区，负压直接作用到先导阀的阀芯背部（即调压弹筏-侧），使先导阀阀芯的运动受到影响，也就是引起阀口的开门量不稳定，最终引起溢流阀所控制的压力不稳定.二级同心式阀中没有这种现象.国力&选图2-9三节同心式与二节同心式过流面积比较Fig.2-9ThreeCOfKenIriCComPare11wareawithtwoconcentric4）二级同心式同具有噪声小的优点，因液流经阀口至溢流口是个扩散流动，使高速液流迅速的降速，所以，减少了噪声。三级同心式阀由于液流经阀口至溢流口是一个收缩潦动，溢潦口的流速相比之下较高，所以噪声较大。当然，这只是从潦速声来说的，5）二级同心式具有良好的通用性，以溢流阀为基础，只要作少量的变动，就可以变成各种型式的压力阀。因为阀芯和阀食组成一个部件安更在阀体的一个通用的内腔里，利用溢流阀的阀体，只要变换一下先导阀的控制部分或调换适合其他功用的阀芯和脚套,就可以变成顺序阀、卸荷阀,减压阀,平衡阀等各种型式的压力控制阀.当然，三级同心式阀从动态性能观点来看，也有其设计上的可取之处，例如，主阀口直径小，面枳梯度就小，流量增益低，有利于稳定储备，即对稳定性有利：又例如，主阀芯上的尾碟，使桎态液动力有助于阀口关闭，也是增加稳定性的措施。另一方面，主阀阀口作为一个振动环节，如果能尽量减弱主阀芯的振动，仍可获得低噪声的溢流阀。三线同心大阀具有这方面改进的余地，例如：将主阀芯尾碟拉长，在尾碟处加节流环，使油液压力从进口到溢流口逐级释压，便是一种很好的低噪声溢流阀“2.6组成零件2.6.1主阀部分主阀由阀体、阀芯、脚座等主要零件组成。（D阚体阀体是主阀的主要零件，为r使流体流过阀体通道时尽可能缩小涡流区并减轻流速场的激变，以减小压力损失，故阀体内部孔道的几何形状较匆杂，以铸造成形为宜。铸件的外形应随内孔的形状而变化.使铸件的壁厚得以均匀过度，保证铸件具有良好的铸造性能。阀体在结构设计时，除必须保证足够的强度以外,还必须使阀体具有良好的刚度，使阀在总装后和长期使用中保证阀芯动作灵活可兼而不至于由于阀体在外力作用下变形太大而卡住。（2）阀芯控制型溢流阀主伸芯上下侧面积差的大小直接影响到阀的性能，应通过计算确定。上卜侧面枳差可采用各种方式达到。图28中的主阀芯有三个配合面，因此同釉度要求较高,这不仅提高了加工精度的要求，且装配时较困雄。特别是主阀芯的小端和阀盖之间有配合要求，若加工和装配稽不注意，甚至由于安装阀盖螺钉的缘故，都有使阀芯被卡死的可能。图2-5中主阀芯带有消振尾磔，几何形状比较熨杂。（3）阀座阀座用来支承主阀芯，主阀芯与阀座接触时必须基本保证线接触，从而使阀口具有可靠;的密封性能。阀芯和阀座在阀口处的形状和俳角大小，对主阀芯的受力大小（指主阀芯在开启后的受力情况）和动作平稳性有关系。因为油液流动情况的复杂性，所以往往要通过反复试故，才能确定最佳的锥阀门形状和锥角的大小.2.6.2先导部分先导阀由阀芯、陶座、调压弹簧、调压装置等零件组成,在压力控制阀中（如溢潦阀、电磁溢流阀、减压同等）通常都有先导阀，因此在设计时必须保证通用性。先导阀的结构股分为直动式和差动式二种。（I）阀芯直动式的阀芯常用的有二种结构（见图2-13）,图中a）为锥阀结拘，b）为球阀结构对于球阀结构，根据网芯的组成又可分成两种：一种是球和弹簌座分体,另一种是球和弹簧座成整体的。比较推阀和球例两种结构，当阀芯的开口量相同，即阀芯与阀座离开相同的距离时，球阀比推阀具有较大的过流面枳。所以球阀结构使主阀开启比较迅速，从而使升压时间卜较短（见图2/4）；但是球阀的过流面积变化较大，这样阀芯动作就不太稳定，易出现振动，从而使主脚稳定时间S较长（见图2-14）。b）球阀结构图2/3幅芯类型图2-14动态特性图Eig.2-14Dynamiccharacteristicschart差压式阀芯和直动式阀芯的区别在于锥阀的尾部带有一段配合面（见图2-15）,主要特点是利用承压面的面积差来减小作用在阀芯上的液压力，这使调压弹彼容易设计，并提高r调压稔定性。但它有两个配合面，结构比直动式兔杂，加工精度也比直动式耍求高。图2-15(fig.2-1.5)图2-1.6(f.2-16)（2）阀座阀座的结构应按阀芯的结构而定。直动式阀座设有二级孔（见图2-16）,一端小孔起适当的阻尼作用，能消除尖叫和振动。此外还必须尽量减少导阀前腔的容枳，若结构布巴的需要致使容枳过大时，可加添消振垫如图2-17a）所示），以改变这一容腔流速场分布,或采用消振塞（如图2-17b）所示），利用微型吸振原理来消除尖叫和振动.H2-17消振桀Fig.2-17Damperxd（3）调压装置调压装巴由调压弹黄和调压机构两部分组成。直动式先导阀作用在阀芯上的液压力直接与弹簧力相平衡，平衡方程为：p2a2=K2（X2+X2）导同座孔面积a2由通过导阀座孔的流星大小确定。当弹簧的预压缩量X2取定为某值时，调压弹簧的刚度Kc的值取决于导阀前腔油压P2的大小。对于直动式先导阀,从低压到高压只用一根调压斯赞是困难的。从上式可知：在最高调节压力时，调压弗簧的刚度Kn要求较大，Kn俏越大，弹黄的位移时压力的变化越敏感，这给低压范围稳定可靠的调压带来困难。可以用增大Xn值的方法来适当减小K1值，但这会给调压弹筱的设计带来困难，并且会超过弹簧的稳定性指标（即细长比）。为此，常根据调压范围分成几根调压弹簧来调压，我国在公称用为320N0112,压力控制网中的直动式先导阀，将调压弹簧分成四根，调用范用划分为四档：H11（6-80N/cm2）；HM40160N0n2）;H48O2OON/cm2）：Hd（160-320NZcm%根据先导阀的结构，对每根调压弹,进行设计时，在结构尺寸上必须注意以下几点：I）弹黄的内径必须一致；2）外径均不得大装弹簧的孔径；3）自由高度要尽量设计得一致。差压式先导阀因同芯存在承压面的面积差，所以作用在阀芯上的液压力比直动式小，液压力和弹簧力的平衡方程为：p2（a2-a2）=kt2（xt2÷x2）式中a'2是阀芯尾部配合的面积（见图2-15）,当适当减小（az-a'2）时，K1.2和Xc值也可相应减小，这使调压弹簧的设计比较容易，尤其是K口的减小，可改善低压范闹的避压稳定性，从而在低压到高压的范用内，可诚少调压弹簧的根数。压素和放松调压斯簧的调压机构一般有四种型式，图2/8中的a）为手轮式，b）为钥匙锁千分表式，c为带有钳封保险式，d）为套筒调节式。可根据使用需要在上述四种形式中选用，其中手轮式是常见的调压机构，它调节方便，结构简单“图2-18调压机构Fig.2-I8Regu1.atoragencies调压装巴的设计还必须考虑到调压弹筏和阀芯装拆方便，以便在使用中进行检食和拆换零件.对装有“O”型密封圈的弹簌座与导阀阀体孔的配合应合适，太松在调压手轮处会出现外汤漏，太紫乂会使调压范用的最低调节压力降不下来。3参数设计计算先导式溢潦阀的工作原理要比直动型溢流阀兔杂，但在性能指标和使用范围等方面，先导型优尸直动型。三级同心式阀生阀口直径小，面积梯度就小，流量增益低，有利于稳定储招，即对稳定性有利：主阀芯上的尾碟，使稳态液动力有助于阀口关闭，也是增加稳定性的措施。另一方面，主阀阀口作为一个振动环节，如果能尽量减弱主阀芯的振动，仍可获得低噪声的溢流阀。三级同心式阀具有这方面改进的余地，将主阀芯星碟拉长，在里碟处加节流环，使油液压力从进口到溢流口逐级稀压，便是一种很好的低噪声溢流阀。3.1主要结构尺寸的确定(1)进油口直径d由额定潦量和允许流速来决定=,j对于高压阀，Vo8nVs.取8ns已知条件Q=24,min得出d=1.1式中：Qe额定流量(1.Zniin)：V进出油11直径d处油液允许流速，一般为6m8ms,取v=8me(2)确定主阀芯的直径阀芯的大直径DD>(1.4-1.7)doD1.4×8×10,=11.2×10,(m)取D=I1.X1.O'(m)(3)阀口最大开口量取J=I.5X10'(m)(4)确定固体沉割槽直径D1.D1.=(1.4-1.5)D=<1.4-1.5)×1.1.×10'(m)=(15.4-16.5)×103(in)取D1.=I6XK1(m)(5)主阀芯与阀体的配合长度1.由公式1.=(0.6-1.5)D,得13.2<1.33mm(6)节流孔直径<10.长度1.O按经验取<10=0.8-2mm,1.O=(7-I9)d取d=2nun.1.O=25inin(7)导阀阀芯半推角a】按经验取a=20°导阀座的孔径(12和<13按经验取<12=(25)d.d3=3mm,取d2=5mm,d6=3nn(10)主阀弹簧的装配长度1.I1.I=1.2-h1.式中：1.2一一主阀曲簧的自由长度，见静态特性计篮:部分：h1.一主阀弹黄预压缩量，见静态特性计算部分。1.1.的数值要在主阀弹簧设计后才能确定。(11)导阀弹簧的装配长度1.21.2=1.3+()2)mm式中：1.3导阀师簧自由长度。1.2的数值要在导阀弹簧设计后才能确定，见静态特性计算部分。(12)溢流阀阀体壁厚式中：§一一阀体壁厚(m)：D阀体内径(m).D=0.01.Im：Py-试验压力,一般取戢大工作压力的(1.257.5)倍(MPa):阀体材料的许用应力，铸钢：K=1001IOMPa.代入，得：0.0032(m)3.2静态特性计算3.2.1 基本方程式先导式溢流阀的静态特性决定下导阀、主阀和节流口结构参数“因此，计莫静态特性时要列写流量方程式和力平衡方程式，作为计算,态特性的基础。主阀阀口节流方程式Q、=GoC式中：0一一通过主阀的潦量：；"W流'H系数：A=；TxSina1.(£)-fsin2a)=rDXsinaA主阀节流面积，X为主阀开度。2由此可得:Q1=GnDIXSma1.JBP1.(2)主阀芯受力平衡方程式主俯芯轴线方向所受的作用力包括弹簧力、重力、摩擦力、主阀芯溢流孔压降引起的作用力、主阀芯活塞下腔和主阀芯活塞上腔压力的作用力、阀口溢流时产生的液动力。如主阀芯等速上升，则可列出受力平衡方程式为：PA=P1+K(+)+G+F2+Fy1.式中：p1.一一主御芯活寒下腔作用力：K1.主阀弹簧刚度：,'一一主阀弹簧预压缩员：G一主阀芯重量：F'一一主阀芯所受的摩擦力：F2一一主阀芯溢流孔压降引起的作用力；F,1.主阀芯所受的液动力；根据液流情况，/可按下式计算：Gi=-RK-HcosaJ式中：V,-阀口流速：V：液体流出速度彩的轴向分量。因为开口附近过流面枳远大于阀口截面枳，而且尾部与主阀芯轴线垂直。所以，尾部附近潦速的轴向分量接近于零，即V；=0。阀门流速4可按下式计兑:在局部阻力系数SNO时，流速系数8=1。因此可得:F,=PQo1.COSa1.F11=pC1.-D1,sina1csa1.F11=CiDip1.xsin2由式可知，P“的作用方向于相同。计算出来的稳态液动力略为偏大一些。若尾部过大,出口通道过小，即附近截流面枳减小，则叱加大。这样，实际液动力会比计算出来的小，若主阀开度较大则使得匕过小与过大则稳态液动力可能出现零值甚至反向。所以，设计时要加以注意。将上式联立可得主阀芯平衡方程式：piAy=p2A4+K(h+x)+G+Fi+F2+C1.D1.r1.sin2ai(3)节流孔流量方程式当截流孔中流动为层流时，潦过节流孔的流量与节流孔前后压差(P1.-P一成正比：当节流口中的流动为紊流时，流量已与(P%/成比例。实际上节流孔中的流动多处于从潦展到素流的过渡状态，所以已与(P6>%成比例“已可按下述经验公式计算，式中的单位必须是米、千克、秒制。、Q,=(-,7)x(p,-p2)x式中：p一一主阀芯活塞下腔作用力7P:主阀芯活塞上腔作用力；Qo-通过节流孔的流址：A>节潦孔裁面积：V_油的运动粘度：y油的重度。(4)导阀阀口节流方程式Qi=C2A21-(P2-P)式中：Q2一一通过导阀得流量：”C1一一导网流应系数：一一导网节流面积：A,=sinaAd2-sin2a)11c,ysina,式中：y一一导阀得开度.将压力PJ看成近似等于零，则：Qi=G11<2ysin(5)导阀芯受力平衡方程式导阀芯轴线方向所受得作用力有弹簧力、液动力、导脚前腔C中压力生得作用力等。受力平衡方程为：P2A2=Xj(+y)+F式中：F2一一导阀座孔径心处的被面积K2一一导阀冲簧刚度：,导阀弹簧预压缩量：Fv2导阀芯所受的液动力。液动力P,2的求法与P“相似，得：P2A1=K2(hi+y)+C2Jrd2,sin2ai式(3-1)、(3-9)中的流量系数C、G是难以精确确定的。严格的说，在阀的不同工作情况卜,，流量系数又不同的数值。通常将流量系数看成常数，带来的误差并不大，却可以大大地域化计算。主阀与导阀的阀口处的流量系数可分别取为：C=0.8:C>=O.77冷态特性计算的目的，一方面是根据对静态特性设计要求，求出主闻弹簧和导阀弹彼的刚度和预压缩盘，作为进行弹簧设计的依据：另一方面是校核上面所确定的主要结构尺寸，看能否满足对静态特性的要求,并进行必要的谢整与夏算，直到特性满足要求为止。3.3.2弹簧刚度和预压缩量计算1、生阀弹簧刚度K1.和预压缩量h由式3.2中可得，当主阀刚要打开，还未打开时：ptAi=p2A+G+耳+K1.A=P%_P/G-=A<41.-0+A-P2IA-G-儿利用上式可求出K1.和hi，但必须先做以下工作：(1)主阀刚要打开，还未打开，PI为主阀的开启压力,取PI为最高调定压力PgX下的开启压力，即:P1.2°95这PI=O.95x16=152MPa此时潦址为：Qa0.01Qe=0.01×60=0.61./min(2)由节流孔流疥方程式求p”取节流孔流量Q1.Qu.得:_z,1”屈Q“反P1.P1.oA>A其中V是运动粘度，Y是油液重：度，-10×106n3.5'1y-f>可得:Pz=15.7MPa(3)主阀芯摩擦力向，可表示为：F=fFg+仟Oo式中：f摩擦系数：Fdz6处的侧压力：FixiDn处的恻压力。侧压力与缝隙两端压力差”、缝隙长度/、圆柱直径。成正比。将其他因数用系数K表示,并取摩擦系数/=0.1,则P1.可表示为：F1.0.KD,1.2p2-pi)+0.KDK(P1.-PJ将压力P3看成近似等下零，K为系数，K=O15O3,直径小、接触长度短时取大值，则：F产。吟必+O.1.KD&S-pJF1=3.48N(4)求主岗芯溢潦孔出压降引起的作用力R溢流孔d3压降Apj由沿程阻力和进口、出口处的局部阻力所组成，可表示为：=(+咽吟式中：f一一进口处局部阻力系数：G一出口处同部阻力系数：一一沿程阻力系数。通过主阀芯溢潦孔的流量等于通过导阀的流量Qx取近似QaOQIQs丁是，主阀芯溢流孔流速为：vJ。,J(OCQ),11dj11d;宙诺数的表达式为：R=U母由FQz很小，RC很小，主阀芯溢流孔内流动为E流，可以=0.040.05.G=0.2,4=2。于是，由压降Apa引起的作用多为：ET*幻,+£+人?噎F2=0.28N（5）在最高调定压力PhmX下主阀芯的开口量:XHI16.67Q.CgSina1.ZX10=4.7mm在最高调定压力下，其开口量为4.7（6）求出主阀最大开度XgX在卸荷情况卜.（通过额定流量QQ主阀有最大开度，由此可得:×max16.67Qe式中：Ci一一主阀潦量系数;Y一一油液重度：Qe公称流量：Px卸荷压力：g重力加速度。取CI=O.8,y=O.9O3aSi1.O3（Nm3）,带入上式计算XmaX=5.6mm然后按经验取：hi=（1.-5）xmax=12mm（7）主阀芯重属G主阀芯可G以做简单的估计，主阀芯质量大约：M=OOI8kg所以其重量为：G=Mg=O.OI8*9.8=0.1764N将上式子带入主方程可得：=P-P2Ai-G-Fi-F2K1=15.255N/mm主阀弹簧的选择：自由长度为1.=45""",预压缩量h1.=1.()mm,其弭性刚度为15.255Nmm2、导阀弹簧刚度Ka和预压缩量Jn由公式可知：当导阀刚要打开，还未打开时，P2A2+C211d,sin2a-yp,=K,(,+y)此时p?为导例的开启压力。取P2为最高调定压力PmX下的开启压力，p:在前面已经