一种减压阀的结构设计及其造型毕业说明书.doc

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1、 中原工学院毕业设计（论文） 摘 要随着工业技术的发展，液压系统在当今机械领域用途越来越广泛，各种大、中、小型液压设备中，液压减压阀是系统中的一个关键性的压力控制元件，它们的性能和寿命在很大程度上决定着整个液压系统的平稳性和工作能力。科学技术的不断进步，减压阀的性能及结构也越来越完善，如工业设备、医疗机械以及轮船和航空上都得到了广泛应用。因此对于减压阀相关知识的学习和认识十分必要。本次设计主要以当今市场上的减压阀为基础，对先导式定值输出减压阀进行设计。在本次毕业设计过程中采用了一些有关减压阀的新技术和新观点，并用于先导式定值输出减压阀的设计。设计中对减压阀结构进行了探讨，并且比较了两种方案的优

2、劣特点，选择了现今已越来越得到广泛应用的管式螺纹连接定值输出减压阀。在现有的减压阀基础上通过改变主阀芯的材料，从而提高减压阀的灵敏度，使产品在满足设计条件要求的情况下，更加经济合理化。在这次毕业设计中主要参考了DR50型先导式减压阀的相关产品的结构和技术参数，并以其为基础，重新设计了先导式定值输出液压减压阀阀芯的结构参数，通过计算和不断优化使减压阀的部分或整体性能有所提高完善。关键词：先导式减压阀，管式连接，阀芯结构参数A kind of pressure reducing valve structure design and modellingAbstractAlong with the d

3、evelopment of the technology industry, Hydraulic system in tod- ays machinery field use more and more widely, In all the big or small hydraulic equi- pment, Hydraulic pressure reducing valve is system of a key pressure control compo- nents, Their performance and life to a great extent determine the

4、hydraulic system sta- bility and work ability, The improvement of science and technology, The pressure re- ducing valves properties and structure is also more and more perfect, Such as indust- rial equipment , medical machinery ,ships and aircraft are extensively applied. So for pressure reducing va

5、lve knowledge of learning and understanding is necessary.This design mainly in the market today of the pressure reducing valve for the fo- undation, Pilot type setting value output pressure reducing valve design. In the gradu- ation design process adopted some of the pressure reducing valve about ne

6、w technolo- gy and new ideas, And used topilot type setting value output pressure reducing valve design, In the design of pressure reducing valve structure were discussed, And a com- parison of the two plans quality characteristics, Choose the now has more and more widely applied pipe threaded conne

7、ctions fixed value output pressure reducing valve, In the existing based on pressure reducing valve by changing the main valve core ma- terials, So as to improve the sensitivity of the pressure reducing valve, Make products to meet the design requirement in the case, More rationalizationIn the gradu

8、ation design main reference the forerunner of the pressure reducing valve DR50 type of related products structure and technical parameters, And as the f- oundation, To guide the design of hydraulic pressure reducing valve setting value ou- tput valve core structure parameters, Through calculation an

9、d continuous optimization of the pressure reducing valve to part or whole performance improved perfect.Keywords：Pilot Operated Reducing Valves Tube Type Conjunction The Valve Core Structure Parameters目 录第一章 引言1第二章 减压阀32.1减压阀的简介32.2定值减压阀32.3定比减压阀52.4 定差减压阀62.5 我国引进的德国力士乐公司压力阀系列7第三章 设计方案的分析与选定83.1设计的目

10、的及范围83.2设计的任务要求83.3 设计的总体思路83.4 设计方案的对比与确定9第四章 减压阀的结构设计及计算114.1 减压阀的设计内容114.2减压阀的设计步骤114.2.1主要结构尺寸的初步确定114.2.2 主阀弹簧的设计134.2.3 先导阀弹簧的设计计算16第五章 减压阀结构材料的选择及回油路的设计195.1 减压阀主要构件的材料选择195.1.1 阀体（壳体）的材料选择195.1.2 阀芯与阀套的材料选择195.1.3 先导式减压阀的远程控制口K的用途195.1.4 液压阀主要构件加工工艺195.2 减压阀回油路的设计205.2.1 减压回路的工作原理205.2.2减压阀设

11、计应该注意事项215.2.3 减压阀常见的故障及诊断排除21第六章 减压阀的性能指标及造型256.1减压阀的主要静态性能指标256.2减压阀的动态性能266.3减压阀的设计造型图27第七章 结论29参考文献30致谢31第一章 引言液压技术在功率密度、结构组成、响应速度，调速保护，过载保护、电液整台等方面独特的优势，使其成为现代传动和控制的重要技术手段和不可替代的关键基础技术之一，其应用遍及国民经济各个领域。 我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（19531957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

12、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。1977年正式完成了公称压力为31.MPa的高压阀新系列的设计。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。经过几十年的发展，减压阀的种类已经相当全面，有关液压阀的国家标准已相当完备，针对减压阀的技术参数已形成了系列化，标准化。这为液压阀的发展奠定了良好的基础

13、。因此，在近些年中，液压阀的技术和生产呈百花齐放的趋势。这也为行业的发展提供了良好的基础，经过早期的技术引进，中期的技术改进，在现阶段液压阀的技术发展逐渐向技术创新的方向发展。经过近些年与国际技术先进厂家的合作，液压阀的技术虽然有了长足的进步，但是国内在液压阀方面技术力量和生产水平与国外同类产品相比，品种和性能指标还有较大差距。在国外，液压阀的生产设计较早，并且经过了长期的技术积累和技术进步，国外在液压阀的技术发展上已形成了完善、良性的发展体系，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，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

14、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。任何一个液压系统，不论其如何的简单，都不能够缺少液压阀；同一工艺目的的液压机械设备，通过液压阀的不同组合与使用，可以组成油路结构截然不同的多种液压系统方案，故液压阀是液压技术中品种与规格最多、应用最广泛、最活跃的元件；减压阀作为液压阀的一种，其在液压系统中起着非常重要的作用。一个液压系统设计的合理性、安装维护的便利性以及能否按照既定要求正常可靠地运行，在很大程度上取决于其中所采用的各种液压阀的性能优劣及

15、其参数匹配是否合理。减压阀的功能主要是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门，其属于压力控制阀类。 液压传动与控制中使用最多的减压阀主要有定值输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀三大类型。其中定值输出减压阀是在近代液压技术发展过程中实用的更为广泛。与定差减压阀、定比减压阀相比，定值输出减压阀具有结构简单、尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低等突出优点。在各类液压阀中，定值输出减压阀由于它主要功能是其二次压力（出口压力）是恒定值，在许多液压系统中都需要有匀速平稳进给运动，所以保持输出油路压力恒定是很重要的，必须使用减压阀。减压阀是液压系统中的一类

16、关键控制元件。本课题的研究方向基于现有的减压阀的设计制造技术，针对本次毕业设计要求的大压强、大流量进行设计，并在从设计的角度就注意解决现有减压阀存在的一些问题，主要是对减压阀阀芯改造。并运用三维造型软件对设计的减压阀进行三维造型。通过设计造型以达到用途与外观的完美结合。第二章 减压阀2.1减压阀的简介减压阀是一种将出口压力调节到低于进口压力的控制阀。用于减低系统中某一分支液压油路的压力，以满足液压设备执行元件的需要，常见于各种液压控制系统、夹紧系统、辅助系统及润滑系统中。减压阀按调节要求的不同，减压阀分为定值减压阀、定比减压阀和定差减压阀。定压减压阀用于控制出口压力为定值，使液压系统中某一部分

17、得到较供油压力低的稳定压力；定比减压阀用来控制它的进、出口压力保持调定不变的比例；定差减压阀则用来控制进、出口压力差为定值。2.2定值减压阀定值减压阀的结构和工作原理定压输出减压阀有直动式和先导式两种结构形式，直动式减压阀较少单独使用。在先导式减压阀中，根据先导级供油的引入方式的不同，有先导级由减压出口供油和先导级由减压进口油两种结构形式。图2-1工作原理如图2-1：进口压力P1经减压口减压后压力变为出口压力P2，出口压力油经主阀体上的通道6和底座8上的通道进入主阀芯9的下腔，再经过主阀芯上的阻尼孔进入主阀芯的上腔和先导阀的前腔，然后再通过锥阀座4中的阻尼孔后，作用到先导锥阀3上。当出口压力低

18、于调定压力时，先导阀口关闭，主阀芯下端的阻尼孔中没有油液流动，主阀芯上、下两端的油压力相等，主阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，减压口全开，不起减压作用，即P1P2。当出口压力超过调定压力时，出油口部分液体经过阀座上的通道、主阀芯阻尼孔、主阀腔、先导阀口、先导阀上的泄漏油口L流回油箱。阻尼孔有油液通过，产生压力损失，使主阀芯上下腔产生压力（P2P1），此压力差所产生的作用力大于主阀弹簧力时，主阀上移，使节流口（减压口）关小，减压作用增强，直到主阀芯稳定到某一平衡位置，此时出口压力P2取决于先导阀弹簧所调定的压力值。设A、Ac分别为主阀和先导阀有效作用面积（）；Kx、Ky分别为先导阀和主阀弹簧

19、刚度(N/m)；X0 、X分别为先导阀弹簧预压缩量和开口量（m）；Y0、Y、Ymax分别为主阀弹簧预压缩量、主阀开口量和最大开口量(m),则：当：AcFt时，先导阀打开，主阀上下两端产生压力差，主阀芯提升，起减压作用式子中是主阀芯上腔的压力值（Mpa）；Ft设定压力值（N）；忽略稳态液动力时，根据1先导阀和主阀的力平衡方程为： （14-3） 所以，出口压力：P2= （14-4）又 X，Y1000L/min时，主阀弹簧预压紧力Pt=196294N。主阀弹簧的预压缩量Y推荐按下列计算公式计算得：Y=（25）S (9-53)式中的系数，在大流量时取最大值，反之取小值。S主阀开口量（cm）。所以，取

20、Y=20mm。减压阀经过阻尼孔后的压力损失经验为:23bar（即0.20.3Mpa）根据计算公式得： (9-54)式子中，Pmin=0.2Mpa，Pmax=0.3Mpa，r阀芯低面槽的半径（cm），Y主阀弹簧的预压缩量(cm)，Smax阀口最大开口量（cm）。计算得出:k1=3140N/m。在主阀弹簧的刚度K1和预压缩量Y选定之后，计算出主阀弹簧的预压紧力Pt，有公式K1=Pt/Y得，Pt=62.8N。Pt在额定流量q=250L/min500L/min时，主阀弹簧的预压紧力Pt=58.878.4N范围内，所以符合要求。现在已知条件：主阀弹簧的最大载荷F=K1（Smax+Y）=3140(0.01

21、+0.02)=94.2N，变量为30mm,计算出弹簧的主要尺寸。根据工作要求确定弹簧的结构、材料和许用应力，要求中需滑阀动作灵敏、可靠；所以这种弹簧材料为碳素弹簧应该列为第组类1） 首先初选弹簧的直径为d=2mm，2） 选择弹簧的指数C，有表12-62 李振清，彭荣济，崔国泰合编，机械零件，北京工业学院出版社.1987，C=10 这里也考虑到了外径为20mm左右。3） 计算弹簧丝的直径，有公式得：曲度系数 =1.145 (12-3)有表12-12查得，弹簧材料在d=2mm时，碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限=2000Mpa，查表12-3得，=0.42000=800Mpa。最大工作载荷为F，其强度公式

22、为：再根据设计公式：=1.86mm (12-5)式中弹簧材料的许用扭转应力（Mpa）； F轴向载荷（N）；d 弹簧丝的直径（mm）； C弹簧指数，又称为旋绕比，C=，为弹簧的中径； K曲度系数，又称应力修正系数。d2mm，说明与初选值相符。故采用d=2mm的弹簧丝。4） 计算弹簧的工作圈数有公式，G弹簧材料的剪切弹性模量，对于钢G为80000Mpa，青铜G为40000Mpa；=6.37，取为7圈 (12-2)所以，n=7；5） 弹簧的稳定性校核弹簧的自由高度与中径之比，称为高径比b,也称为细长比。当高径比b值较大时，轴向载荷F如果超过一定的限度，就会使弹簧产生侧向弯曲而失稳，这在工作中是不允许

23、的，故设计压缩弹簧时应该给予校核。要使压簧不产生失稳现象，其高径比应该小于临界高径比即b=/,的值视弹簧端部支承方式而定。端部支承为两端固定时=5.3，一端固定，一段可自由转动时=3.7，两端可自由转动时=2.6。弹簧的节距 t， 由表12-41查得:t=d+d+/n+0.1d=2+307+0.2=6.49mm (表12-4)相邻两圈间的间隙(mm)，所以，取t=7mm.两端支承圈共为2.5圈，有表12-4查得弹簧的自由高度为：= nt + 2d=77+22=53mm。 (表12-4) 高径比: b=/=2.65, 一端固定，一端可以自由转动，=3.7，故稳定。6） 其他计算极限载荷 有表12

24、-3查得=1.25800=1000Mpa则弹簧的极限载荷为： =127.12N最小工作载荷取为：=0.4F=0.494.2=37.68N极限载荷下的变形量：=40.4mm极限载荷下的弹簧高度：=53-40.4=12.6mm。最大工作载荷下的弹簧高度：=53-30=23mm。最小工作载荷下的弹簧高度：=53-10=43mm。弹簧的中径、外径D、内径为：=Cd=102=20mm ,D=+d=22mm , =-d=18mm总圈数：=n+2.5=7+2.5=9.5弹簧螺旋线升角：=6.6弹簧的展开长度L为：L=596.75597mm。7） 画工作图弹簧的端部结构对弹簧的正常工作起着很重要的作用。比较重

25、要的压簧的两端各有3/41圈的并紧支承圈，端面经磨平并与弹簧的轴线垂直。图4-2技术要求：1.总圈数：=9.5 2.工作圈数：n=7 3.旋向 右旋4.展开长度L=597mm， 5.制造技术条件按GB1239-76。4.2.3 先导阀弹簧的设计计算1）首先初选弹簧的直径为d=3mm，根据工作要求确定弹簧的结构、材料和许用应力，这种弹簧也选用碳素弹簧钢丝，但应该列为第组类。当压力为35Mpa时，压力损失（0.2Mpa0.3Mpa），先导阀的最大载荷Fmax=34.8=437N。2）选择弹簧的指数C，有表12-62 李振清，彭荣济，崔国泰合编，机械零件，北京工业学院出版社.1987。C=4 这里也

26、考虑到了外径为12mm左右。3）计算弹簧丝的直径，有公式得：曲度系数=1.40 (12-3)有表12-12查得，弹簧材料在d=3mm时，碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限=1700Mpa，查表12-3得，=0.41700=720Mpa。最大工作载荷为F，其强度公式为：再根据设计公式：=2.94mm (12-5)式中弹簧材料的许用扭转应力（Mpa）； F轴向载荷（N）；d 弹簧丝的直径（mm）； C弹簧指数，又称为旋绕比，C=，为弹簧的中径； K曲度系数，又称应力修正系数。d3mm，说明与初选值相符。故采用d=3mm的弹簧丝。4）计算弹簧的工作圈数有公式，G弹簧材料的剪切弹性模量，对于钢G为80000M

27、pa，青铜G为40000Mpa；=10.7，取为11圈 (12-2)所以，n=7；5）弹簧的稳定性校核节距 由表12-41查得:t=d+d+/n+0.1d=3+1011+0.3=4.2mm相邻两圈间的间隙(mm)，所以，取t=5mm.两端支承圈共为2.5圈，有表12-4查得弹簧的自由高度为：= nt + 2d=511+23=61mm。 (表12-4)高径比: b=/=5.08, 一端固定，一端可以自由转动，=5.3，故稳定。6）其他计算极限载荷 有表12-3查得=1.25720=900Mpa则弹簧的极限载荷为： =567.72N最小工作载荷取为：=0N弹簧的刚度计算,有式子得：=42.61N/

28、mm。 （12-7） 极限载荷下的变形量：=13.32mm最小工作载荷的变形量为0。极限载荷下的弹簧高度：=61-13.32=47.68mm。最大工作载荷下的弹簧高度：=61-10=51mm。最小工作载荷下的弹簧高度：弹簧的中径、外径D、内径为：=Cd=43=12mm ,D=+d=15mm , =-d=9mm总圈数：=n+2.5=11+2.5=13.5弹簧螺旋线升角：=7.567.6 （表12-4）弹簧的展开长度L为：L=513.189513.2mm。7）画工作图弹簧的端部结构对弹簧的正常工作起着很重要的作用。比较重要的压簧的两端各有3/41圈的并紧支承圈，端面经磨平并与弹簧的轴线垂直。图4-

29、3技术要求：1.总圈数：=13.5 2.工作圈数：n=11 3.旋向 右旋4.展开长度L=513.2mm， 5.制造技术条件按GB1239-76。第五章 减压阀结构材料的选择及回油路的设计5.1 减压阀主要构件的材料选择5.1.1 阀体（壳体）的材料选择以液压油为工作介质的普通液压阀中阀体的材料绝大多数为孕育铸铁（如HT250、HT300等）或者是球墨铸铁（如QT400-15、QT500-3等），少量采用合金铸铁和蠕墨铸铁，油道多数为铸造成型。液压件铸件毛坯要有足够的强度、韧性、弹性模量等力学性能及致密性，以便承受较高的工作压力；铸造毛坯要有精度的定位基准、准确光整的外形及光滑的铸造内流道，以便满足数控机床、加工中心等加工手段的要求并减小系统压力损失；铸件内腔应该清洁，无任何残砂、锈蚀、氧化皮和其他杂物