一种减压阀的结构设计及其造型毕业说明书 - 图文

毕业设计说明书

题目名称：一种减压阀的结构设计及其造型 院系名称： 机 电 学 院 班 级： 机 自 XXXX 学 号： XXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXXXX

2012年6月

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

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A kind of pressure reducing valve structure design and modelling

Abstract

Along with the development of the technology industry, Hydraulic system in tod- ay's 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 hydraulic system sta- bility and work ability, The improvement of science and technology, The pressure re- ducing valve's 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 valve 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 new 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 connections 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 rationalization

In the graduation 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 and 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

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目 录

第一章 引言........................................................................................................ 1 第二章 减压阀...................................................................................................... 3

2.1减压阀的简介.......................................................................................... 3 2.2定值减压阀.............................................................................................. 3 2.3定比减压阀.............................................................................................. 5 2.4 定差减压阀............................................................................................. 6 2.5 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.......................................................................... 8

3.1设计的目的及范围.................................................................................. 8 3.2设计的任务要求...................................................................................... 8 3.3 设计的总体思路..................................................................................... 8 3.4 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.................................................................... 11

4.1 减压阀的设计内容............................................................................... 11 4.2减压阀的设计步骤................................................................................ 11

4.2.1主要结构尺寸的初步确定....................................................... 11 4.2.2 主阀弹簧的设计........................................................................ 13 4.2.3 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.......................................... 19

5.1 减压阀主要构件的材料选择............................................................... 19

5.1.1 阀体（壳体）的材料选择........................................................ 19 5.1.2 阀芯与阀套的材料选择............................................................ 19 5.1.3 先导式减压阀的远程控制口K的用途 ................................... 19 5.1.4 液压阀主要构件加工工艺........................................................ 19 5.2 减压阀回油路的设计........................................................................... 20

5.2.1 减压回路的工作原理................................................................ 20 5.2.2减压阀设计应该注意事项......................................................... 21 5.2.3 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.................................................................... 25

6.1减压阀的主要静态性能指标................................................................ 25 6.2减压阀的动态性能................................................................................ 26 6.3减压阀的设计造型图............................................................................ 27

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第七章 结论........................................................................................................ 29 参考文献.............................................................................................................. 30 致谢...................................................................................................................... 31

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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（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。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。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其参数匹配是否合理。减压阀的功能主要是

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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。

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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

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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P1≈P2。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（P2>P1），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（m2）；Kx、Ky分别为先导阀和主阀弹簧刚度(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：P3Ac

当：P3Ac>Ft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P3—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：

P3Ac?Kx(X0?X)

P2A?P3A?Ky(Y0?Ymax?Y) （14-3）

所以，出口压力：

Kx(X0?X)Ky(Y0?Ymax?Y)?P2=

AcA （14-4）

又∵ X<

∴ P2=

KxX0?C Ac调节调压弹簧，改变硬弹簧力，即可改变出口压力。

特点： 在减压阀出口油液不再流动时，由于先导阀卸油仍未停止，减压口仍有油液流动，阀就处于工作状态，出口压力也就保持调定压力不变。

先导式减压阀和先导式溢流阀它们之间虽然有很多相似之处，不过也存在本质的差异：首先，减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口处的压力基

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本不变。其次，再不工作的状态下，减压阀的进、出油口互通，而溢流阀的进、出油口则不相通。最后，为了保持减压阀出口压力调定值恒定，它的导阀弹簧腔需要通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的导阀的弹簧腔和泄漏油可以通过阀体上的通道和出油口相通，不需要单独外接油箱。

如果外来干扰使进口压力P1升高，则出口压力P2也升高，主阀芯上移，节流口减小，P2又降低，主阀芯在新的位置上处于平衡，而出口压力P2基本维持不变；反之亦然。

定压输出减压阀是各种减压阀中应用最多的一种，其作用是用来减低液压系统中某一回路的油液压力，起到用一油源能够同时输出两种或者两种以上的不同油压的目的。必须说明的是减压阀的出口压力还与出口的负载有关系，若因负载的建立的压力低于调定压力，则出口压力有负载决定，此时的减压阀不起到减压作用，进出口压力相等，即减压阀保证出口压力恒定的条件是先导阀开启。此外当减压阀出口负载很大，以至于使减压阀出口油液不会流动时，此时仍有少量油液通过减压阀口经过先导阀至泄油口L流回油箱，阀处于工作状态，减压发出口压力保持在调定压力值。

2.3定比减压阀

定比减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使进出口压差或出口压力与某一负载压力之比为常数并保持恒定，故称定比减压阀。

工作原理：高压油P1经过减压口后从以P2流出，同时低压油作用于阀芯上腔，在稳态时，忽略阀心所受到的稳态液动力、阀芯的自重和摩擦力时可得到的阀心受力平衡式

P1A1+K（X0+X）=P2A2 （14-9）

式子中 K—弹簧刚度

X0、X—弹簧预压缩量及阀口开度。

若忽略刚度很小的弹簧力，则有近似的阀芯平衡方程式：

P1D2 （14-10） ?P2d2由上式可知道只要选择适当的大小柱塞的直径比，即可获得所需的进、出口压力比。

如下图

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如图 2-2

DdP1(a)(b)2.4 定差减压阀

减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使进出口压差或出口压力与某一负载压力之差为常数并保持恒定，故称定差减压阀。

P1>P2P1-P2=常数xP2P1dDP1P1P2(b)(a)

图2-3 定差减压阀 (a)工作原理； (b)符号

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工作原理：高压油P1经节流口减压后以低压P2流出，同时低压油经阀芯中心孔将压力P2传至阀芯上腔，其进出油压在阀芯有效作用面积上的压力与弹簧力相平衡根据[1]有：

△P=P1?P2?K(X0?X)?(D2?d2)/4 （Pa） （14-15）

式中，K、X0分别为弹簧刚度（N/m）和预压缩量（m）;P1、P2、X、D和d如图4-3所示。

应用： 与节流阀组合作调速阀，使通过节流阀的流量基本不受外界负载影响。

2.5 我国引进的德国力士乐公司压力阀系列

减压阀的代号意义[12]如下：

如图2-4

①先导式减压阀=DB；不带通径主阀芯的先导阀：通径10=DBC、通径25、32=DRC（不标通径和连接方式）；带主阀芯的先导阀=DRC（注明通径10或32、不标注连接方式） ②公称通径；

③板式连接=无标记；管式连接=G；

④调节手柄＝1，带保护罩的调节螺栓＝2，带锁的调节手柄＝3； ⑤30系列=30

⑥控制压力10Mpa=100；控制压力31.5Mpa=315

⑦控制油供排方式：内供内排=无标注；外供内排=X；内供外排=Y（泄漏油从Y口排出）；外供外排=XY；

⑧有单向阀=无标记；没有单向阀=M ⑨矿物质液压油=无标记；磷酸酯液压液=V ⑩附加说明

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第三章 设计方案的分析与选定

3.1设计的目的及范围

作为理工科类院校，特别是机械设计自动化专业，液压技术是一门必不可少的课程。本次毕业设计重点对减压阀部分设计及分析，主要研究对象为减压阀，对减压阀部分进行设计。最后，针对减压阀的理论研究进行讨论，内容包括减压阀的工作原理、结构特点、以及静态性能的分析等。

3.2设计的任务要求

本次毕业设计的课题来源为指导老师提供，题目为一种减压阀的结构设计及造型。不但要对减压阀进行结构设计，还要运用三维造型软件进行外观的的造型设计。

减压阀的额定流量为：500L/min 调压范围为：14～35Mpa

造型设计：用Pro/E或者SolidWorks 软件画出装配图

3.3 设计的总体思路

本次设计为先导式定值输出减压阀的设计，由于先导式定值输出减压阀由导阀和主阀两部分构成。导阀通常是锥阀式结构；而主阀有全周开口节流口的滑阀结构和弓形节流口的插装式结构。两者的液阻半桥中的固定液阻（阻尼孔）的位置不同，前者固定液阻与主阀芯成一体，后者固定液阻则是独立的，结构与主阀芯无关。结合现有的新技术和新观点进行滑阀结构的减压阀的设计。

首先要根据要求的参数进行方案确定、结构设计，然后根据设计确定各零件的尺寸、设计及造型。

由机械设计手册查得，直动型减压阀的工作压力范围为0.5～63MPa，额定流量为2～350L/min。先导式减压阀的工作压力范围为0.3～35MPa，额定流量为40～1250/min。

根据手册选择减压阀的类型，确定为先导式减压阀。目前，先导式减压阀常出现的问题是：调压失灵、主阀芯磨损或径向卡紧、工作压力调定后出油口压力自行升高、噪声、压力波动及振荡等多种情况。

由于先导式减压阀工作要求定压精度高、灵敏度高、工作平稳，无振动和噪声当、主阀关闭时密封要好，泄露要小。因此在机构设计上要考虑以上主要要求。为满足以上的结构设计要求，需先大量的查询目前的结构设计案例，进行分析，

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取长补短。

在设计中主要从以下几个方面解决关键的技术问题： 1）调压失灵 2）阀芯径向卡紧

3）工作压力调定后出油口压力自行升高 4）噪声、压力波动及振荡；

3.4 设计方案的对比与确定

先导式定值减压阀的结构有两种方案： 方案一：管式连接

结构如上图3-1 主阀为滑阀的先导式减压阀

阀体6上开有进油口P1、P2，阀盖5上开有遥控口K和外泄油口L。主阀芯中部的阻尼孔9为液压半桥的输入液阻（固定液阻）。减压阀稳态工作时，二次压力油进入主阀芯底部，经阻尼孔9进入主阀弹簧腔，并进入先导阀芯3前腔，导阀上的液压力与调压弹簧2的设定力相平衡并使导阀开启，主阀芯上移，实现减压和稳压。调节调压手轮1即可改变调压弹簧的设定压力，从而改变减压阀的二次压力设定值，导阀泄油通过外泄口L接回油箱；通过管路在遥控口K外接电磁换向阀和远程调压阀，可以实现多级调压。此种结构的先导式减压阀（压力可以达到32MPa）。

方案二：板式连接

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结构如上图3-2 主阀为插装结构的先导式减压阀

主阀为插装结构的先导式减压阀，阀体上的A、B、Y分别为二次压力油口、一次压力油口和外泄油口。可动阀芯4相对于阀套3上、下移动，串联的阻尼孔2和7组成的固定液阻和导阀芯11的可变液阻形成先导液压半桥。稳态工作时，二次压力油经阻尼孔2、流道6进入导阀前腔，并经阻尼孔9进入主阀上腔，二次压力克服调压弹簧12的弹簧力将导阀开启，先导油液经流道14和油口Y排回油箱，主阀芯4上移开启，实现减压与稳压。阻尼孔9为动态液压阻尼，用以提高平稳性。通过调节调压机构，即可改变二次压力的设定值。遥控口用于外接远程调压阀实现多级减压。

本次设计主要采用方案一管式连接，它的结构简便，社会上用途的广泛，主要用于液压系统，承受调节压力范围广。

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弹簧的展开长度L为：L=

?D2n3.14?20?9.5=596.75≈597mm。 ?cos?cos6.607） 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

3端各有3/4～1圈的并紧支承圈，端面经磨平并与弹簧的轴线垂直。

4

图4-2

技术要求：1.总圈数：n1=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Ⅱ组类。当压力为35Mpa

?时，压力损失（0.2Mpa～0.3Mpa），先导阀的最大载荷Fmax=34.83?22=437N。

42）选择弹簧的指数C，有表12-6[2] 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

4C-10.6154?4-10.615K????=1.40 (12-3)

4C-4C4?4-44有表12-1[2]查得，弹簧材料在d=3mm时，碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限

?B=1700Mpa，查表12-3得，????0.4?B=0.431700=720Mpa。最大工作载荷为F，

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其强度公式为：??K8FC???? ?d2KFC1.40?437?4=2.94mm (12-5)

720再根据设计公式：

d?8KFC?????1.6?????1.6?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=

D2，D2为弹簧的中径； d K—曲度系数，又称应力修正系数。 d<3mm，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

G?d有公式n?，G—弹簧材料的剪切弹性模量，对于钢G为80000Mpa，38FC青铜G为40000Mpa；

G?d80000?10?3=10.7，取为11圈 (12-2) n??338FC8?437?4所以，n=7； 5）弹簧的稳定性校核

节距 由表12-4[1]查得:t=d+?≥d+?/n+0.1d=3+10÷11+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：

H0= nt + 2d=5311+233=61mm。 (表12-4)

高径比: b=H0/D2=

bc=5.3，故稳定。

H061=5.08, 一端固定，一端可以自由转动，?Cd4?36）其他计算

极限载荷 有表12-3查得

?j??s?1.25???=1.253720=900Mpa

3.14?32?900?则弹簧的极限载荷Fj为： Fj?=567.72N 8CK8?4?1.40?d2?j最小工作载荷取为：F1=0N

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弹簧的刚度计算,有式子得：K2?极限载荷下的变形量：?j?FjK?Gd80000?3=42.61N/mm。 （12-7） ?8C3n8?43?11567.72=13.32mm 42.61最小工作载荷的变形量为0。

极限载荷下的弹簧高度：Hj?H0??j=61-13.32=47.68mm。 最大工作载荷下的弹簧高度：H2?H0??1=61-10=51mm。 最小工作载荷下的弹簧高度：H1?H0?61mm 弹簧的中径D2、外径D、内径D1为：

D2=Cd=433=12mm ,D=D2+d=15mm , D1=D2-d=9mm

总圈数：n1=n+2.5=11+2.5=13.5

??tan?1弹簧螺旋线升角：

t5?tan?1=7.56°≈7.6° （表12-4） ?D23.14?12弹簧的展开长度L为：L=7）画工作图

?D2n3.14?12?13.5=513.189≈513.2mm。 ?0cos?cos7.6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

3端各有3/4～1圈的并紧支承圈，端面经磨平并与弹簧的轴线垂直。

4

图4-3

技术要求：1.总圈数：n1=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。

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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，以便提高阀及系统工作的可靠性。 5.1.2 阀芯与阀套的材料选择

油压阀中阀芯、阀套等精密零件一般选用45钢、40Cr、Cr12MoV、12CrNi3A、18CrMnTi、18CrNiWA及GCr15等高级工具钢、高合金结构钢、优质钢及轴承钢等材料。要求材料具有良好的耐磨性、线胀系数和变形量小等优点。为了提高阀芯的耐磨性，必须使材料的表面达到一定的硬度（一般的要求≥58HRC）。因而，针对不同的材料可选用淬火、渗碳、渗氮等不同的热处理手段。 5.1.3 先导式减压阀的远程控制口K的用途

先导式减压阀中的远程控制口K有两个作用：①远程调压，通过油道接到另外一个减压阀（远程调压阀的结构和减压阀的先导控制部分一样），调节远程调压阀的弹簧力，即可调节减压阀诸法心上端的也压力，从而对减压阀的二次压力实行远程控制调压，但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过减压阀本身导阀的调整压力；②多级调压，通过电磁换向阀外接多个远程调压阀，便可实现多级调压。

5.1.4 液压阀主要构件加工工艺

阀类元件要求阀芯在阀体孔内移动灵活、工作可靠，泄漏小且寿命长。在油压阀中，通常各种滑阀的配合间隙为0.005～0.035mm，配合间隙公差为0.005～0.015mm；其圆度和圆柱度的允许一般为0.002～0.008mm；对于台阶式阀芯和阀孔，各圆柱面的同轴度允差为0.005～0.01mm；对于平板阀阀芯与阀座的平面度误差应该不大于0.0003mm；阀芯与阀孔的配合表面，一般要求粗糙度为Ra

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的值为0.1～0.2μm。考虑到孔的加工比外圆困难，一般规定阀芯外圆的表面粗糙度Ra为0.1μm,阀孔内圆表面的Ra值为0.2μm.

可见，对于阀芯和阀孔的形状精度，位置精度及其表面粗糙度都有较严格的要求。若对于水压阀则上述各项要求会更加高，为了达到所要求的加工精度，阀芯的加工在进行车、铣、磨后，最后还需要光整加工。阀芯外圆常用的加工方法有研磨和高光洁度磨削。阀孔的加工一般在进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔后，再光整后加工。孔常有的光整加工方法：精细镗、珩磨、研磨和挤压等。

5.2 减压阀回油路的设计

5.2.1 减压回路的工作原理

当泵的输出压力是高压而局部回路或者支路要求低压时，可以采用减压回路，例如机床液压系统中的定位、夹紧、回路分度以及液压元件的控制油路等，它们往往要求比主油路较低的压力。减压回路较为简单，一般是在所需要低压的支路上串联减压阀。采用减压回路虽然能够方便的某支路稳定的低压，但压力油经过减压阀口时要产生压力损失，这是它的缺点。

最为常用的减压回路为通过定值减压阀与主油路相连如下图(a)所示,回路中的可调节流阀6为主油路低压（低于减压阀调整压力）时防止油液倒流，起到短时保压作用。

图5-1

利用先导式减压阀的外控制口K外接远程调压阀，可以组建成二级、三级等减压回路。如上图a为二级减压阀回路，液压泵的最大压力值有溢流阀设定，

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使回路获得二级压力，但调压时必须使阀9与先导式减压阀4的调整压力满足P9

为了使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应该小于0.5Mpa，最高调整压力至少应该比系统压力小0.5MPa。当减压回路中的执行元件需要调速时，调速元件应该放在减压阀的后面，以避免减压阀的泄漏（指由减压阀泄油口流回油箱的油液）对执行元件的速度产生影响。 5.2.2减压阀设计应该注意事项

①应该根据液压系统的工况特点和具体要求选择减压阀的种类，并且要注意减压阀的启闭特性的变化趋势与溢流阀相反（即通过减压阀的流量增大时二次压力有所减小）。另外一点应该注意减压阀的泄油量较其他控制阀多，始终有用油液从导阀流出来（有时候会多达1L/min以上），从而影响到液压泵容量的选择。

②正确选择减压阀的连接方式，正确选用连接件（安装底板或者管接头），并且要注意到连接处的密封；阀的各个油口应该正确接入系统，外部的卸油口必须直接接回油箱。

③根据系统的工作压力和流量合理选定减压阀的额定压力和流量（通径）规格。

④根据减压阀在系统中的用途和作用确定和调节二次压力，必须要注意减压阀设定压力与执行器负载压力的关系。主减压阀的二次压力设定值应该高于远程调压阀的设定压力。二次压力的调节范围决定于所用的调压弹簧和阀的通过流量。最低调节压力应该保证一次与二次压力之差为0.3～1Mpa。

⑤调压时应该注意以正确旋转方向调节调压机构，调压结束时应该锁紧螺母固定。

⑥如果需要通过先导式减压阀的遥控口对系统进行多级减压控制，则应该将遥控口的螺堵拧下来，接入控制油路；否则应将遥控口严密堵封。

⑦卸荷溢流阀的回油口应该直接接回到油箱，以减小背压。

⑧减压阀出现减压失常或者噪音振动较大等故障时，应该进行诊断排除，拆洗过的减压阀组成零件应该正确安装，并注意防止二次污染。 5.2.3 减压阀常见的故障及诊断排除

减压阀的常见故障有调压失灵、主阀芯磨损或径向卡紧、工作压力调定后出油口压力自行升高、噪声、压力波动及振荡等多种情况。

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1）调压失灵（不能够减压或者无二次压力）。

调压失灵常见的现象如；

调节调压手轮时，出油口的压力不上升。其原因之一是主阀芯阻尼孔堵塞，出油口油液不能够流入到主阀芯上腔和导阀部分前腔，出油口压力传递不到锥阀上，使导阀失去对主阀出油口压力调节的作用。又因为阻尼孔堵塞后，主阀上腔失去了油压P 3的作用，是主阀变成了一个弹簧力很弱的直动型滑阀，故在出油口压力很低时就将主阀减压口关闭，使出油口建立不起压力。另外，主阀减压口关闭时，由于主阀芯卡住，锥阀未安装在阀座孔内，外控口未堵住等，也是使出油口压力不能上升的原因。

出油口压力上升后达不到额定数值，其原因有调压弹簧选用错误，永久变形或者是压缩行程不够，锥阀磨损过大等原因。

调节调压手轮，出油口压力和进油口压力同时上升或者下降。其原因有锥阀座阻尼小孔堵塞，泄油口堵住和单向阀泄漏等原因。

锥阀座阻尼小孔堵塞后，出油口压力同样也传递不到锥阀上，使导阀失去对主阀出油口压力调节的作用。又因阻尼小孔堵塞后，便无先导流量流经主阀芯阻尼孔，使主阀上、下腔油液压力相等，主阀芯在主阀弹簧力的作用下处于最下部位置，减压阀口通流面积为最大，所以出油口的压力就跟随进油口压力的变化而变化。

如泄油口堵住，从原理上来说，等于锥阀座阻尼小孔堵塞。这时候，出油口压力虽然能够作用在锥阀上，但同样也无先导流量流经主阀芯阻尼孔，减压口通流面积也为最大，故出油口压力也跟随进油口压力的变化而变化。

单向减压阀的单向阀部分泄漏严重时，进油口压力就会通过泄漏处传递给出油口，使出油口压力也会跟随进油口压力的变化而变化。另外，当减压阀口处于全开位置时，由于主阀芯卡住，也是使出油口压力随进油口压力变化的原因。

调节调压手轮时，出油口压力不下降。其原因主要是由于主阀芯卡住引起。出口压力达不到最低调定压力的原因，主要由于先导阀中的“O”型密封圈与阀盖配合过紧等。

故障的原因可能为：①泄油口不通或者是泄油通道堵塞，使主阀芯卡阻在原始的位置上，不能够关闭。②无油源。③主阀弹簧折断或者是弯曲变形。

诊断排除的方法：①检查拆洗泄油管路、泄油口使其通畅，假如油液污染了，应该更换油。②检查油路排除故障。③更换弹簧。

2）阀芯径向卡紧（二次压力不能继续升高或者是压力不稳定）

由于减压阀和单向减压阀的主阀弹簧力很弱，主阀芯在高压情况下容易发生径向卡紧现象，而使阀的各种性能下降，也将造成零件的过度磨损，并缩短阀的

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使用寿命，甚至会使阀不能工作，因此必须加以消除。

故障的原因可能为：①先导阀密封不够严。②主阀芯卡阻在某一个位置，负载有机械干扰。③单向减压阀中的单向阀泄漏过大。

诊断排除的方法：①修理或者更换先导阀或阀座。②检查排除执行器机械干扰。③拆检、更换单向阀零件。

3) 调压过程中压力非连续升降（工作压力调定后出油口压力自行升高）。

在某些减压控制回路中，如果用来控制电液换向阀或外控顺序阀等，当电液换向阀或者外控顺序换向或工作后，减压阀出油口的流量即为零、但压力还需保持原先调定的压力。在这种情况下减压阀的出油口压力往往会升高，这是由于主阀泄漏量过大所引起。

在这种工况中，因减压阀出口流量变为零，流经减压口的流量只有先导流量，由于先导流量很小，一般在2L/min以内，因此主阀减压口基本上处于全关位置，先导流量由三角槽或者斜面处流出。如果主阀芯配合过松或磨损过大，则主阀泄漏量增加。按照流量连续性定理，这部分泄漏量也必须从主阀阻尼孔内流出，流经阻尼孔的流量即由原有的先导流量和这部分泄漏量两部分组成。因阻尼孔面积和主阀上腔油液压力P3未变（P3由已经调整好的调压弹簧预压缩量确定），为使通过阻尼孔的流量增加，而必然引起主阀下腔油液压力P2的升高。因此，减压阀出口压力调定好后，如果出口流量为零时，出口压力会因为主阀芯配合过松或者磨损过大而升高。

故障的原因可能为：调压弹簧弯曲或者折断 诊断排除的方法：拆检换新。 4）噪声、压力波动及振荡

由于减压阀是一个先导式的双级阀，其导阀部分和溢流阀的导阀部分向通用，所以引起噪声和压力波动的原因也和溢流阀基本相同。

减压阀在超流量的使用中，有时候会出现主阀振荡现象，使出口压力不断地升压—卸荷—升压—卸荷，这是由于过大的流量使液流力增加所致。当流量过大时，软弱的主阀弹簧平衡不了由于过大流量所引起的液流力的增加，因此主阀芯在液流力作用下使减压口关闭，出油口压力和流量即为零则液流力也是零，于是主阀芯在主阀弹簧力的作用下，又使减压口打开，出油口压力和流量又增大，于是液流力又增加，使减压口关闭，出油口压力和流量又为零。这样就形成主阀芯振荡，使出油口压力不断地变化，因此减压阀在使用时不宜超出推荐的公称流量。

故障的原因可能为：先导阀弹簧自振频率与减压过程中产生的压力-流量脉动合拍，产生共振。

诊断排除的方法：迅速拧调节螺杆，使之超过共振区，如无效或实际上不允

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许这样做（如压力值正在工作区，无法超过），则在先导阀高压油进口处增加阻尼，如果在空腔内加一个松动的堵，缓冲先导阀的先导压力-流量脉动。

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第六章 减压阀的性能指标及造型

6.1减压阀的主要静态性能指标

减压阀的主要静态性能指标有：调压范围、压力稳定性、压力偏移、进口压力变化引起的出口压力变化量、外泄漏量、反向压力损失和动作可靠性等。 （1）调压范围

减压阀的调压范围是指将调压阀的调压手轮从全松到全闭时，阀出口压力的可调范围。减压阀的出口压力范围应该随着调压手轮的调节而平稳的上升或下降，不应该有突跳和迟滞现象。 （2）压力稳定性

压力稳定性是指出口压力的振摆。对于公称压力为16Mpa以上的减压阀，一般会要求压力振摆值不超过±0.5Mpa；对于公称压力为16Mpa以下的减压阀，压力振摆值不超过±0.3Mpa。 （3）压力偏移

压力偏移是指出油口的调定压力在规定时间内的偏移量。一般按1min计算，对采用Ha、Hb、Hc、Hd四根不同调压弹簧的减压阀，其压力偏移值一般对应要求为0.2Mpa、0.4Mpa、0.6Mpa和1.0Mpa。 （4）进口压力变化引起的出口压力变化量

当减压阀进口压力变化时，必然对出口压力产生影响，出口压力的波动值越小，减压阀的静性能也越好。测试时，一般使被试减压阀的进口压力在比调压范围的最低值高2MPa至公称压力的范围内变化时，测量出口压力的变化量。对于采用Ha、Hb、Hc、Hd四根不同调压弹簧的先导式减压阀，一般规定，其压力偏移值分别不超过0.2Mpa、0.4Mpa、0.6Mpa和0.8Mpa。 （5）流量变化引起的出口压力的变化量

当减压阀的进口压力恒定时，通过阀的流量变化往往引起出口压力的变化，使出口压力不能保持调定值。测试时，是被试减压阀的进口压力调为公称压力，出口压力为调压范围的最低值，当通过调压阀的流量从零至公称流量范围内变化时，减压阀出口的压力变化量。 （6）外泄漏量

外泄漏量是指当减压阀起到减压作用时，每分钟从泄油口流出的先导流量。其数值一般应该小于1.5～2.0L/min。测试时，是被试减压阀的进口压力调为公

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称压力，出口压力为调压范围的最低值，测得的泄油口流量即为外泄漏量。 （7）反向压力损失

对于单向减压阀，当反向通过公称流量时，减压阀的压力损失即为反向压力损失。一般规定反向压力损失应该小于0.4Mpa。 （8）动作可靠性

动作可靠性是指减压阀的出油口压力在反复的升压和卸荷中，动作应该正常并且没有异常的声音和振动。

6.2减压阀的动态性能

减压阀的动态性能反映的是其工况发生突变时二次压力变化的过程，与溢流阀类似，通常也用时域特性进行评价。将减压阀或者单向减压阀的出油口突然卸荷或突然升压，通过液压试验系统和压力传感器及相关二次电气仪表，即可得到升压与卸荷时的瞬态特性曲线如图a,整个动态响应过程是一个过渡过程，时域特性反映了减压阀或单向减压的快速性、稳定性和准确性等，具体指示及意义如下：

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出口压力超调量△p是指过程中出口出峰值压力和调定压力之间的差值。出口压力升压时间t1指出口压力由卸荷状态时的压力升至调定压力时所需的时间；出口压力升压稳定时间t2指出口压力升到调定压力后至压力稳定时所需的时间；出口压力回升时间t3是指出口压力由卸荷状态时的压力升至调定压力稳定时所需的时间；升压过程时间t4是指出口压力由卸荷压力状态升压至进口压力达稳定时所需的时间；升压动作时间t5是指发出电信号至进口压力升压到稳定时所需的时间；出口压力卸荷时间t6指出口压力由调定压力状态卸荷至卸荷压力时所需的时间；卸荷过程时间t7指进口压力由调定压力状态到出口压力至卸荷压力时所需的时间；卸荷动作时间t8指发出电信号使出口压力到卸荷压力时所需的时间。

一个性能优良的减压阀的被控压力（出口压力）应该具有较小的压力超调量，较小的压力振荡即达到稳态时较短的调整（稳定）时间。

6.3减压阀的设计造型图

减压阀造型图如下6-2

半剖图结构如下6-3

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减压阀装配爆炸图如下6-4

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第七章 结论

本此毕业设计主要以DR50系列的减压阀为基础，并结合现在市场上的阀门技术特征和最新观点对先导式减压阀进行了改进完善，所做的工作如下：

1）通过查阅资料，了解当前国内外对减压阀的研究状况； 2）对目前减压阀的结构、原理进行了系统的分析和研究；

3）打破了传统思路，对现有的减压阀进行了改进，把先导式减压阀的阀芯进行改造，更换材料使其更加耐磨，灵敏度更高。

4）完成了油道、主阀弹簧、先导弹簧、主阀芯、先导阀体和主阀体的设计。 通过以上工作，总结分析先导式定值输出减压阀的设计过程，可以得出主要结论的如下：

1）本次设计的减压阀结构简单，加工精度低，耐磨性高、寿命长，使得加工成本大大降低；

2）在一定程度上提高了先导式定值输出减压阀的工作性能，降低了减压阀的振动和噪声，延长了减压阀的使用寿命；

3）维修更加便利，容易拆卸组装。

由于本人技术水平有限，可能在本次设计还存在有些不足之处。考虑不周全，主要是由于对液压先导式定值输出减压阀相关资料的缺乏而不能确定阀体腔的合理结构尺寸，需要进一步的研究和试验来解决这一问题。

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参考文献

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中原工学院毕业设计（论文）

致谢

在本次毕业设计中，通过查阅有关液压技术方面的书籍及资料，加深了以前学过的知识，更加深刻理解了液压阀中减压阀的工作原理，进而延伸到整个液压系统中减压阀的重要作用。最后转入正题，进行对先导式减压阀的了解，计算，静态分析，与整体设计，层层递进，对先导式减压阀有了更加深刻的理解。相信走出校园对今后工作有很大帮助。

自己在此次设计过程中，得到樊瑞老师的悉心指导，从课题选择、方案论证到具体的设计和调试，她严谨的工作态度和深厚的专业知识，和蔼的为人，循循善诱的教导方式和深入透彻的分析能力都给我留下了深刻的印象，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，导师提出了许许多多宝贵的设计意见，在最后的论证修改过程中老师还在百忙之中，抽出时间为我们提供了必要的指导和帮助，令我获益良多。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。同时，答辩组老师的定期抽查检验是对我们在设计过程中出现的错误最好的杜绝，老师的良苦用心为得就是让我们少走弯路，能够顺利的提前完成本次毕业设计，再此也非常感谢答辩老师，你们辛苦了！另外在此过程中也得到其他同学的支持与帮助，对此本人表示衷心感谢！

总之，在两个月的毕业设计过程中的有过面对难题时的惶恐不安，也有解决问题后的信心满怀,在攻克了道道难关之后终于完成了所有的任务，在看着手上的最终成果，心中有种说不出喜悦感，虽然不确定自己所做的结果是否能通过老师的检验，但此过程中我是真诚地付出过，我将问心无愧的面对任何的结果。毕业设计是我本科生涯的一个句号,谁都想将它画得圆圆满满，但它也是漫漫人生路途中的一个豆号，我将以此次设计经验来勉励自己，继续为理想而奋斗。我的设计是在老师和同学共同帮助下完成的结果，在设计的两个月里，我们合作的非常愉快，他们教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！

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致谢

在本次毕业设计中，通过查阅有关液压技术方面的书籍及资料，加深了以前学过的知识，更加深刻理解了液压阀中减压阀的工作原理，进而延伸到整个液压系统中减压阀的重要作用。最后转入正题，进行对先导式减压阀的了解，计算，静态分析，与整体设计，层层递进，对先导式减压阀有了更加深刻的理解。相信走出校园对今后工作有很大帮助。

自己在此次设计过程中，得到樊瑞老师的悉心指导，从课题选择、方案论证到具体的设计和调试，她严谨的工作态度和深厚的专业知识，和蔼的为人，循循善诱的教导方式和深入透彻的分析能力都给我留下了深刻的印象，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，导师提出了许许多多宝贵的设计意见，在最后的论证修改过程中老师还在百忙之中，抽出时间为我们提供了必要的指导和帮助，令我获益良多。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。同时，答辩组老师的定期抽查检验是对我们在设计过程中出现的错误最好的杜绝，老师的良苦用心为得就是让我们少走弯路，能够顺利的提前完成本次毕业设计，再此也非常感谢答辩老师，你们辛苦了！另外在此过程中也得到其他同学的支持与帮助，对此本人表示衷心感谢！

总之，在两个月的毕业设计过程中的有过面对难题时的惶恐不安，也有解决问题后的信心满怀,在攻克了道道难关之后终于完成了所有的任务，在看着手上的最终成果，心中有种说不出喜悦感，虽然不确定自己所做的结果是否能通过老师的检验，但此过程中我是真诚地付出过，我将问心无愧的面对任何的结果。毕业设计是我本科生涯的一个句号,谁都想将它画得圆圆满满，但它也是漫漫人生路途中的一个豆号，我将以此次设计经验来勉励自己，继续为理想而奋斗。我的设计是在老师和同学共同帮助下完成的结果，在设计的两个月里，我们合作的非常愉快，他们教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！

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