粗糙表面法蘭盤(pán)式單向閥設(shè)計(jì)【含8張CAD圖帶外文翻譯】
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1粗糙表面法蘭盤(pán)式單向閥設(shè)計(jì)摘要：（1）本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品為粗糙表面法蘭盤(pán)式單向閥。（2）研究目的：為了解決城市地下水管道問(wèn)題，防止城市排出的污水倒流回城市。（3）研究方法：查閱文獻(xiàn)，工具書(shū)進(jìn)行單向閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及相關(guān)零件數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)算。并且繪制三維和二維圖紙。（4）結(jié)果：設(shè)計(jì)出符合要求的單向閥，并且實(shí)施有效，性能優(yōu)秀。（5）結(jié)論：本次設(shè)計(jì)的單向閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，穩(wěn)定性高，拆裝裝配及維修方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算說(shuō)明書(shū)中包括單向閥相關(guān)零件數(shù)據(jù)的計(jì)算和 cad 圖紙、solidworks 三維圖紙、本次設(shè)計(jì)的總結(jié)等。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)校核與建模分析，對(duì)所設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了系統(tǒng)化、全面化的分析校核，最終確保了閥門(mén)工作的安全性和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞:單向閥 閥芯 閥座 彈簧 水介質(zhì)2Design of flanged disc type one-way valve on rough surfaceAbstract:(1) the design product is rough surface flanged check valve.(2) research purposes: in order to solve the problem of urban underground pipeline, prevent the discharge of urban effluent back to the city.(3) research methods: check the literature and tool book to carry out the structural optimization of one-way valve and data design and calculation of related parts. And draw three-dimensional and two-dimensional drawings.(4) result: a one-way valve is designed, which is effective and excellent in performance.(5) conclusion: the designed one-way valve has the advantages of simple structure, reliable operation, high stability, convenient assembly and repair, and convenient maintenance. The calculation manual includes the calculation of the relevant parts data of one way valve and CAD drawings, SolidWorks 3D drawings, and the summary of the design.After the structural check and modeling analysis, the design of the control valve is systematically and comprehensively analyzed and checked, and the safety and stability of the valve work is ensured.Key words: One-way valve,spool,seat,spring,Water medium目 錄3摘要、關(guān)鍵詞（單向閥 閥芯 閥座 彈簧 水介質(zhì)）……………………………………1 Abstract、Keywords ……………………………………………………………………… 2 第一章.緒論…………………………………………………………………………………41.1 單向閥概述……………………………………………………………………41.2 課題背景及研究意義?！?1.3 有關(guān)單向閥的國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………………81.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 …………………………………………………………81.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 ………………………………………………………91.4 對(duì)單向閥的要求： ……………………………………………………………101.5 水介質(zhì)單向閥的核心問(wèn)題及應(yīng)用意義?！?0第二章.單向閥機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………112.1 單向閥的主體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) ………………………………………………………11 2.2 粗糙表面法蘭盤(pán)式單向閥設(shè)計(jì)的方案構(gòu)思、比較與分析………………………112.3 彈簧結(jié)構(gòu)類(lèi)型和作用機(jī)理，彈簧的分類(lèi)及其研究現(xiàn)狀。 ……………………132.4 設(shè)計(jì)閥口結(jié)構(gòu)和閥體結(jié)構(gòu)。 ……………………………………………………132.4.1 幾何尺寸的確定： …………………………………………………………132.4.2 受力計(jì)算和性能計(jì)算： ……………………………………………………152.4.3 強(qiáng)度計(jì)算： ………………………………………………………………16第三章. 圓柱形螺旋壓縮彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法………………………………………183.1 彈簧端部結(jié)構(gòu)的確定 …………………………………………………………183.2 彈簧鋼絲的材料及其機(jī)械性能 ………………………………………………183.3 彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 …………………………………………………………183.4 彈簧的工作圖和技術(shù)要求 ……………………………………………………30第四章.法蘭盤(pán)選用及設(shè)計(jì)…………………………………………………………………32第五章. 單向閥建模與仿真 ………………………………………………………………344.1 單向閥 …………………………………………………………………………344.2 液控單向閥 ………………………………………………………………………35第六章.結(jié)論 ………………………………………………………………………………36總結(jié)…………………………………………………………………………………………37參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………38第一章. 緒論1.1 單向閥概述4閥門(mén)是現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的控制部件。閥門(mén)也有各種各樣的功能和型號(hào)，型號(hào)不同，適合的地方就不一樣。最簡(jiǎn)單的流體控制閥是一種更復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)流體閥的截?cái)嘌b置，具有廣泛的規(guī)格和類(lèi)型。閥門(mén)的通徑大小不一，用于航空航天的十分微小的儀表閥就非常小，它只有 10mm，重十幾噸的工業(yè)管路用閥就非常大，它通徑達(dá)到 10m。閥門(mén)也可用于控制不同類(lèi)型的流體流動(dòng)?？諝?、水、蒸汽和各種腐蝕性化學(xué)品、泥漿、液態(tài)金屬和放射性物質(zhì)也可以通過(guò)閥門(mén)來(lái)控制。閥門(mén)的工作壓力極限也相對(duì)較小，達(dá)到 1.3×10-3MPa超低壓，大到 1000MPa 的超高壓。閥門(mén)廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)方式。氣動(dòng)、手動(dòng)、液壓、電動(dòng)、電動(dòng)氣動(dòng)或電液或電磁驅(qū)動(dòng)均可用于驅(qū)動(dòng)閥門(mén)。溫度、壓力或其他形式傳感信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)單向閥，驅(qū)動(dòng)后，單向閥將按預(yù)定的要求動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)行，止回閥也可以在不依賴(lài)于傳感信號(hào)的情況下關(guān)閉或打開(kāi)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或自動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥使閥門(mén)升程、滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這將改變閥的通道面積并控制開(kāi)閉。閥門(mén)的種類(lèi)很多，且有許多種分類(lèi)方法：1、按用途和作用分類(lèi)按用途和作用可以將閥門(mén)分為 5 類(lèi)，有切斷介質(zhì)流的截止閥、調(diào)節(jié)流量大小的控制閥、防止油液回流的止回閥，遺跡分流閥和安全閥。2、按主要參數(shù)分類(lèi)（1）按壓力分類(lèi)按壓力可以將閥門(mén)分為 5 類(lèi)，分別是真空閥、低壓閥、中亞閥、高壓閥和超高壓閥。（2）按介質(zhì)工作溫度分類(lèi)按照介質(zhì)溫度也可以將閥門(mén)分為 5 類(lèi)，分別是高溫閥、中溫閥、常溫閥、低溫閥遺跡超低溫閥（3）按閥體材料分類(lèi)按制造閥門(mén)的材料分類(lèi)可以將閥門(mén)分為 2 類(lèi)，有非金屬材料閥和金屬材料閥3、通用分類(lèi)法還有一種分類(lèi)方法叫做一般分類(lèi)法。目前，中國(guó)和世界上最常用的分類(lèi)方法也是這種分類(lèi)方法。采用這種分類(lèi)方法，閥門(mén)可分為閘閥、截止閥、止回閥等本次設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一個(gè)大流量的單向閥配合法蘭盤(pán)使用。單向閥的種類(lèi)也各種各樣。包括立式升降止回閥、直通式升降止回閥、對(duì)夾式止回閥、A 型止回閥最常見(jiàn)的直通閥等共11 種閥門(mén)。每種止回閥結(jié)構(gòu)不同，特點(diǎn)也不同，下面介紹一下幾種不同的止回閥及其特點(diǎn)，在下面將對(duì)止回閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。（1）立式升降止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：51. 流道是水平直通式、直角式或者直流式2. 常用法蘭或外螺紋連接。3. 法蘭連接端常用法蘭、對(duì)焊、內(nèi)螺紋或者承插連接。4. 閥瓣常選用球形、平面密封栓塞或者錐面密封栓塞（2）直通式升降止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 流道是垂直直通的。2. 常用法蘭或外螺紋連接。3. 法蘭連接端常用法蘭、對(duì)焊 11 內(nèi)螺紋或者承插式。4. 閥瓣常選用球形、平面密封11 栓塞或者錐面密封栓塞。（3）內(nèi)壓自緊密封升降式止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 水平直通式流道。2. 內(nèi)壓自緊密封式連接閥體與閥蓋。3. 連接端為法蘭、對(duì)焊或者承插式。4. 閥瓣形式為錐面密封柱塞或平面密封柱塞。（4）帶壓緊彈簧升降式止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 角式流道。2. 使用法蘭連接閥體與閥蓋。63. 使用法蘭、螺紋或承插連接端。4. 閥瓣采用球形、平面密封柱塞或者錐面密封柱塞（5）單瓣底閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 垂直直通流道。2. 馬管連接法蘭。3. 閥瓣采用平面密封塞形。（6）雙瓣旋啟底閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 垂直直通流道。2. 馬管連接法蘭。3. 閥瓣為雙瓣旋啟式。（7）旋啟式止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 水平直通流道。2. 平蓋法蘭用于通徑小的連接，蝶7形法蘭用于通徑大的連接。3. 法蘭連接端或?qū)高B接端。4. 搖桿固定方式為搖桿穿出體外或搖桿固定在閥蓋上。（8）內(nèi)壓自緊旋啟式止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 水平直通流道。2. 用內(nèi)壓自緊密封式連接閥體與閥蓋。3. 法蘭連接端或?qū)高B接端。4. 搖桿固定方式為搖桿穿出體外或搖桿固定在閥體內(nèi)凸臺(tái)上但是不穿出體外。（9）蝶式止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 回轉(zhuǎn)緊閉速度快。2. 構(gòu)造簡(jiǎn)單，小巧。3. 水平直通流道（10）管式直通式止回閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 水平直通流道。2. 法蘭連接或?qū)高B接。3. 彈簧結(jié)構(gòu)。81.2 課題背景及研究意義。課題背景：應(yīng)用于地下排水管網(wǎng)，介質(zhì)為含有固體雜質(zhì)的地下水，考慮介質(zhì)特殊的理化性能，分析傳統(tǒng)單向閥在固體顆粒流體介質(zhì)中頻繁損壞的問(wèn)題。研究意義：夏天時(shí)常常有暴雨，城市中雨水通過(guò)地下排水管網(wǎng)排外城外河流，但是如果城外河流水位較高就會(huì)產(chǎn)生往城市倒灌的情況，更加重了城市中的水患。本次設(shè)計(jì)的單向閥將解決這一情況，本次單向閥安裝在城市地下排水管網(wǎng)的出口處，使得城市地下水只能向河流排出，河流中的水不能倒灌回城市。這樣就從一定程度上解決了夏天城市水患的問(wèn)題。1.3 課題的國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀。1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀：在國(guó)外，液壓閥的發(fā)展十分迅速，各國(guó)專(zhuān)家也在極力研究單向閥，這使得國(guó)外的閥門(mén)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械工業(yè)的發(fā)展速度。近年來(lái)，世界各地的液壓產(chǎn)品產(chǎn)值十分高，并且呈現(xiàn)加速趨勢(shì)。在美國(guó)、日本和德國(guó)等主要發(fā)達(dá)國(guó)家中，日本的人均產(chǎn)值是最高的，這是由于日本工廠不斷增加自動(dòng)化設(shè)備和管理來(lái)提高生產(chǎn)管理水平。此外，日本企業(yè)一直與其他國(guó)家合作，向國(guó)外工廠推廣零部件，以實(shí)現(xiàn)零部件的專(zhuān)業(yè)化。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和新材料的等高新技術(shù)逐漸改良并且在液壓閥設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，我國(guó)也取得了新的發(fā)展。到現(xiàn)在，國(guó)外單向閥在以下方面已有顯著地成果：1）元器件小型化：易于適應(yīng)電子設(shè)備的直接控制，同時(shí)節(jié)約能源消耗2）節(jié)能：降低能耗和控制系統(tǒng)的發(fā)熱已成為設(shè)計(jì)單向閥系統(tǒng)時(shí)必須考慮的問(wèn)題之一3）環(huán)境保護(hù)：環(huán)保止回閥應(yīng)盡量減少泄漏，不產(chǎn)生噪音4）新材料的應(yīng)用：新型磁性材料的應(yīng)用是與電磁閥單向閥結(jié)合在一起的。5）非礦物油介質(zhì)元件：非礦物油介質(zhì)元件是應(yīng)用于特殊場(chǎng)合例如醫(yī)學(xué)，防腐蝕場(chǎng)合等[4]。而今后，其值得關(guān)注的趨勢(shì)有更高效的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)、高效節(jié)能元件的研發(fā)和環(huán)保與純水液壓系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。我們也應(yīng)學(xué)習(xí)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，并開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品，朝著這個(gè)目標(biāo)而努力。在許多工業(yè)領(lǐng)域里，國(guó)外眾多學(xué)者對(duì)高水基元件進(jìn)行了開(kāi)發(fā) [1-4]，這些人研究之后，將閥門(mén)達(dá)到了 1~32MPa 的壓力范圍，并進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段。但是閥門(mén)流量受到限制，流量會(huì)比較小。從當(dāng)前的研究狀況來(lái)看，國(guó)外液控單向閥工作壓力最高可達(dá)到 45MPa，流量最高可達(dá) 2000L/min 以上，相比國(guó)產(chǎn)的單向閥閥，國(guó)外的單向閥性能較為穩(wěn)定可靠。經(jīng)過(guò)多年的研究，國(guó)外已開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的高性能液壓閥。液壓閥是一種特別適合于液壓支架工作性能的閥門(mén)。液壓閥的主要類(lèi)型有德國(guó)宏、DBT 型號(hào)等。止回閥在使用過(guò)程中常出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，震動(dòng)現(xiàn)象會(huì)對(duì)單向閥控制精度、壽命及液壓系統(tǒng)性能造成不利的影響。二十世紀(jì)末，美國(guó)科學(xué)家提出了一種新型的減震方法并大量應(yīng)用在實(shí)踐中。單向閥工作是否可靠取決于單向閥密封性能，如果密封元器件不好，就會(huì)影響單向閥的性能。之前也有人對(duì)密封性能進(jìn)行了研究并且進(jìn)行了試驗(yàn)。1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：?jiǎn)蜗蜷y種類(lèi)眾多，應(yīng)用廣泛。常應(yīng)用于家庭管道，汽車(chē)油路，鍋爐房以及大型生9產(chǎn)工廠。在家庭中，管道直徑通常比較小，而且是低壓，管道承受壓力較小，不用擔(dān)心管道破裂，一般不用法蘭盤(pán)式連接。而在鍋爐房以及大型生產(chǎn)工廠中，管道直徑比較大，壓力高，管道極其容易破裂，法蘭也可用于更換管道的某一段。不同法蘭盤(pán)閥有多種用途如汽車(chē)管道、減速機(jī)、鍋爐壓力容器、石油、化工、造船等工業(yè)。本次設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)粗糙法蘭盤(pán)單向閥的連接以應(yīng)用于地下排水管網(wǎng)，介質(zhì)為含有固體雜質(zhì)的地下水，考慮介質(zhì)特殊的理化性能，分析傳統(tǒng)單向閥在固體顆粒流體介質(zhì)中頻繁損壞的問(wèn)題。中國(guó)液壓技術(shù)是從礦物油概念作為動(dòng)力傳遞介質(zhì)，在二十世紀(jì)初，發(fā)明了柱塞泵、三種閥、四、50 年代的電液伺服閥的發(fā)明和電的建立。液壓伺服控制理論，70 年代的插裝閥和比例閥的發(fā)明，所有這些都是液壓閥的現(xiàn)場(chǎng)皮革。生命的進(jìn)程[ 3 ]。80 年代至 90 年代，國(guó)家進(jìn)行了水利行業(yè)的重點(diǎn)改造，引進(jìn)了國(guó)外許多技術(shù)，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比，存在著很大差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品技術(shù)水平低、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、通用性差等方面。在航空航天、海洋工程、微型機(jī)械設(shè)備和高溫火災(zāi)環(huán)境等新的高新領(lǐng)域中，特殊的構(gòu)件很少，即使在空白狀態(tài)下，這種落后的局面也在迅速發(fā)生變化，這就是液壓技術(shù)和工程技術(shù)。中國(guó)的 NG 社區(qū)。面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)[ 7 ]。20世紀(jì) 60 年代，我國(guó)專(zhuān)業(yè)人員也開(kāi)始進(jìn)行對(duì)液壓支架的研究和開(kāi)發(fā)，主要研究液壓支架用閥。但是這么多年發(fā)展比較慢，這是因?yàn)闆](méi)有創(chuàng)新科技，而是學(xué)習(xí)國(guó)外德國(guó)與前蘇聯(lián)的科技。這就導(dǎo)致我國(guó)液壓支架用閥落后于國(guó)外，也影響了高端液壓支架技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新。幾十年后，我國(guó)將計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元、流體軟件運(yùn)用到閥門(mén)技術(shù)中后，我國(guó)才對(duì)液壓閥進(jìn)行了更深入的研究，但是也是在起步階段，所研究的閥流量也無(wú)法與國(guó)外相比。從目前我國(guó)的研究狀況來(lái)看，我國(guó)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員也對(duì)支架閥進(jìn)行緊鑼密鼓的研究開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)最新液壓支架閥經(jīng)過(guò)修改，它的流量也達(dá)到了 1000L/min。國(guó)內(nèi)主要有 KDF1B、KDF1D 和 YD—2PK63／62 型平面密封寬、KDF2 球閥 32。但大流量支架的液壓控制閥工作穩(wěn)定性和可靠性存在很大問(wèn)題，這幾種閥門(mén)失效快，性能差。因此，我國(guó)大型礦產(chǎn)要求高產(chǎn)高效的閥門(mén)，所以只能依賴(lài)進(jìn)口。國(guó)內(nèi)外液壓支架大流量閥的相關(guān)研究主要集中在卸載沖擊特性研究和流場(chǎng)分析方面的研究 [33]。我國(guó)主要研究如何減小液控單向閥的卸載沖擊，這也是對(duì)支架用液控單向閥的研究。我國(guó)從上世紀(jì) 90 年代就開(kāi)始研究如何對(duì)液控單向閥進(jìn)行卸載和止回閥沖擊的原理。直到目前我國(guó)專(zhuān)家改進(jìn)了結(jié)構(gòu)并且應(yīng)用阻尼進(jìn)行減震和二級(jí)卸載法，這樣就增大了單向閥的流量和減小卸載沖擊。山西礦業(yè)學(xué)院樊書(shū)臣和陳艷康（6）兩位院士對(duì)液壓止回閥的瞬態(tài)液壓沖擊問(wèn)題有興趣和研究。他們用一臺(tái)新的機(jī)器來(lái)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和繪制曲線，并提出了一種新的理論。李冀州（7），北京煤炭科學(xué)研究院，對(duì)液壓控制單向閥進(jìn)行了各種卸載動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。曲線分析后，提出當(dāng)控制閥閥桿在瞬時(shí)力平衡狀態(tài)下打開(kāi)單向閥時(shí)，高速液體的動(dòng)量變化使控制閥桿向后仰，導(dǎo)致單向閥突然關(guān)閉是液體控制單向。閥的液壓共振的根本原因不是垂直柱中大量壓縮的必然釋放，而不是垂直缸的彈性變形都可以轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓壓力迅速上升。E 使寬芯運(yùn)動(dòng)向閉合方向移動(dòng)。德國(guó)進(jìn)口液控單向閥〔8〕。韓紀(jì)志等人全面分析研究了這種止回閥的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，單向閥在這種系統(tǒng)使用中會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，他們也分析該元件出問(wèn)題的原因，之后進(jìn)行了綜合實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)用，并提出了具有針對(duì)性的改進(jìn)方案。煤炭科學(xué)研究總院王勇等人 [9]因?yàn)榕乱嚎貑蜗蜷y產(chǎn)生震動(dòng)而影響系統(tǒng)的性能而對(duì)液壓支架立柱專(zhuān)用液控單向閥產(chǎn)生的振動(dòng)和單向閥進(jìn)行研究，建立了一個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)檢驗(yàn)止回閥的實(shí)際工作情況?；诖罅髁恳簤嚎刂崎y產(chǎn)生的液壓沖擊機(jī)理，以 Ltd 北京天馬-馬可電液控制系統(tǒng)有限公司 Han Wei 為例，分析了大10流量單向閥的結(jié)構(gòu)與液壓沖擊的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證明，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)能有效地減小液壓沖擊[10 ]目前，中國(guó)重工業(yè)企業(yè)仍然害怕液壓控制單向閥，甚至在改進(jìn)后單向閥也存在很多問(wèn)題，這都會(huì)影響工業(yè)例如煤礦的工作。在用的單向閥通過(guò)流體體積小但是卸載沖擊較大，這大大影響煤礦工作效率。密封材料也不好，采用了聚甲醛這種性能差的非金屬材料。而在結(jié)構(gòu)上卻采用了非整體裝配，缺點(diǎn)就是維護(hù)很不方便并伴隨著危險(xiǎn)。隨著液壓止回閥的需求不斷增加，鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)開(kāi)發(fā)了一種新型液壓研究中心筒式高壓大流量液壓止回閥已應(yīng)用于國(guó)家專(zhuān)利，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果?！?1〕1.4 對(duì)單向閥的要求：①開(kāi)啟壓力要小。②能產(chǎn)生較高的反向壓力，否則會(huì)產(chǎn)生逆流，反向的泄露要小。③流體從正向流入時(shí)，閥的阻力損失（壓力損失）盡可能要小。④閥芯運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，閥門(mén)運(yùn)行無(wú)振動(dòng)、閥門(mén)運(yùn)行時(shí)沖擊小，產(chǎn)生噪聲小。1.5 水介質(zhì)單向閥的核心問(wèn)題及應(yīng)用意義:純水流體傳動(dòng)中，因?yàn)槭忻嫔虾苌儆辛髁枯^大的純水單向閥，所以核心問(wèn)題是純水單向閥的設(shè)計(jì)與制造。考慮到純水的性能，所以高分子材料、工程陶瓷等新型工程材料的應(yīng)用也很重要。研究與設(shè)計(jì)下水道用純水大流量單向閥對(duì)大雨傾盆時(shí)住宅小區(qū)向河道內(nèi)可靠、有效的排水，防止小區(qū)被淹有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。第二章.單向閥機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)112.1 單向閥的主體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。單向閥的主體結(jié)構(gòu)有閥體、閥芯（錐閥閥芯為錐形，球閥閥芯為鋼球）、彈簧等。其特點(diǎn)是只允許液體單向流動(dòng)（即流體從入口進(jìn)，出口出），不能反向流動(dòng)，否則逆流會(huì)損壞閥門(mén)。管道和板和插件是安裝單向閥的三種方式。管狀為螺紋孔，將管接頭擰入管子內(nèi)。板式，是一個(gè)輕質(zhì)的孔，圍繞孔（或安裝板）將有 O 形環(huán)槽，采用 O 形環(huán)密封，是使用螺釘將單向閥安裝在閥塊或安裝板上。閥座和插入式頂桿與螺紋連接，頂桿可與過(guò)液腔連接形成筒式液壓元件，因此整個(gè)液體控制單向閥稱(chēng)為整體，便于安裝和維護(hù)。液壓控制單向閥，即安裝方便，維修方便，可通過(guò)更換液壓缸組件直接修理。2.2 粗糙表面法蘭盤(pán)式單向閥設(shè)計(jì)的方案構(gòu)思、比較與分析本次設(shè)計(jì)要求：流量 Q=350 L/min，開(kāi)啟壓力 pk=0.035MPa，工作壓力 p=10 MPa，安裝在外徑 320mm 的管道外課題背景：應(yīng)用于地下排水管網(wǎng)，介質(zhì)為含有固體雜質(zhì)的地下水，考慮介質(zhì)特殊的理化性能，分析傳統(tǒng)單向閥在固體顆粒流體介質(zhì)中頻繁損壞的問(wèn)題。本次單向閥設(shè)計(jì)從旋啟式單向閥、升降式單向閥、蝶式單向閥和管道式單向閥中選用一種。1、法蘭盤(pán)式升降式單向閥如圖一所示，P1 為單向閥進(jìn)水口，B 為閥芯，P2 為單向閥出水口， C 為法蘭盤(pán)。水流經(jīng)過(guò)管道從 P1 流入，經(jīng)過(guò)A 處， B 處閥芯的彈簧由于流水壓力從而縮短，閥芯向上開(kāi)啟，水流通過(guò)B 處閥芯從出水口 P2 流出。此單向閥有如下特點(diǎn)：1、升降式單向閥密封性好，流體阻力大。2、臥式宜安裝在水平管道上，立式宜安裝在垂直管道上。3、因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的單向閥是應(yīng)用于地下排水管網(wǎng)的，所以會(huì)含有很多固體雜質(zhì)，水流經(jīng) A 處時(shí)因?yàn)楣艿缽澢?，水流變緩，所以雜質(zhì)會(huì)在 A 處堆積，影響單向閥性能。4、此單向閥運(yùn)用法蘭盤(pán)連接，穩(wěn)定性好，便于拆卸檢修。因?yàn)楸敬螁蜗蜷y設(shè)計(jì)要求安裝外徑為 320mm，而升降式單向閥只適合外徑較小的場(chǎng)合，故不選用此類(lèi)單向閥。C圖一122、法蘭盤(pán)式旋啟式單向閥如圖二所示。水流經(jīng)過(guò)管道從左側(cè)入口流入沖擊閥瓣，將閥瓣頂至水平位置，然后經(jīng)過(guò)內(nèi)部從右側(cè)管道流出。此類(lèi)單向閥有如下特點(diǎn)1、適用于清凈介質(zhì)，不適用于含有固體顆粒和粘度較大的介質(zhì)。2、閥體較大，閥芯，閥瓣，螺栓等零件都可裝于閥體內(nèi)，閥體整體度較高，流體流入后只能從出口出去，不容易泄漏。唯一可能泄漏的地方被密封墊片和密封環(huán)擋住。3、搖臂和閥瓣間采用球面連接的結(jié)構(gòu)，閥瓣自由度較大，可以在很大角度內(nèi)自有轉(zhuǎn)動(dòng)，并且進(jìn)行可以適當(dāng)?shù)奈恢醚a(bǔ)償。4、因?yàn)殚y瓣有一定的重量，所以要求水流有一定的壓力，不適用于流量小，壓力小的情況。3、蝶式單向閥如圖三，1 為閥體、2 為閥芯、3 為閥瓣。介質(zhì)從左邊入口流入閥體，頂開(kāi)閥瓣然后從右側(cè)流出。此類(lèi)單向閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能安裝在水平管道上，而且密封性較差，不采用此類(lèi)單向閥。4、圖四，管道直通式單向閥是閥瓣沿著閥體中心線滑動(dòng)的閥門(mén)，是新出現(xiàn)的一種閥門(mén)，它體積小，重量輕加工工藝性好，是單向閥發(fā)展方向之一。但流體阻力系數(shù)比旋啟式單向閥高，13綜合比較這四種單向閥，升降式單向閥密封性好，便于拆卸檢修，適用于有固體雜質(zhì)的管道，但是適合流量小的情況，不適合本次設(shè)計(jì)。蝶式單向閥密封性較差，并且只能安裝在水平官道上，不適合本次設(shè)計(jì)。管道式單向閥發(fā)展前景好，且流體阻力系數(shù)比旋啟式單向閥高，適合本次設(shè)計(jì)。管道直通式單向閥比較適合本次設(shè)計(jì)，故本次設(shè)計(jì)選用管道直通式單向閥。管道直通式單向閥按結(jié)構(gòu)分類(lèi)又分為球閥，錐閥式兩種。本次設(shè)計(jì)要求流量較大，流量 Q=350 L/min，選用錐閥。而且工作壓力也較大 p=10 MPa，適合本次設(shè)計(jì)。按連接方式又分為法蘭連接，對(duì)焊連接，對(duì)夾式連接。本次設(shè)計(jì)要求在粗糙表面上使用法蘭連接，故選用法蘭連接。2.3 彈簧結(jié)構(gòu)類(lèi)型和作用機(jī)理，彈簧的分類(lèi)及其研究現(xiàn)狀。彈簧可分為 6 類(lèi)：扭力彈簧、拉伸彈簧、壓縮彈簧、漸進(jìn)彈簧、直線彈簧和短彈簧。， ， 、質(zhì)量水平。近 年 來(lái) 我 國(guó) 科 技 發(fā) 展 十 分 迅 速 術(shù) 水 平也 帶 動(dòng) 發(fā) 展 了 彈 簧 的 技彈簧作為通用零部件， 例如建筑，科技等方面，彈簧功能包括減在 許 多 方 面 都 會(huì) 用 到震、蓄能、控制等功能。應(yīng)用領(lǐng)域涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，包括航空航天、高速鐵路、汽車(chē)、醫(yī)療器械、玩具等。近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展得到了促進(jìn)。機(jī)械設(shè)備的更新?lián)Q代和需求的提高，極大地促進(jìn)了彈簧工業(yè)的技術(shù)水平。目前，中國(guó)春季生產(chǎn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量的雙重升級(jí)。裝備優(yōu)良的配套產(chǎn)品，出口國(guó)外市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的質(zhì)量和效率。其中，為國(guó)內(nèi)汽車(chē)、合資企業(yè)和穩(wěn)定桿生產(chǎn)各類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)。它為火力發(fā)電廠提供了亞臨界、超臨界和超超臨界壓力，這是 200 公里/小時(shí)的動(dòng)車(chē)組等同時(shí)，現(xiàn)階段春的主要問(wèn)題是：產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)、能力不足、產(chǎn)品質(zhì)量與綜合、結(jié)構(gòu)矛盾突出。其中，彈簧產(chǎn)業(yè)的核心是以核心技術(shù)創(chuàng)新為主，原有的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品不多，研發(fā)周期長(zhǎng)，如高應(yīng)力閥彈簧、離合器和超純高強(qiáng)度線材等2.4 設(shè)計(jì)閥口結(jié)構(gòu)和閥體結(jié)構(gòu)。已知設(shè)計(jì)要求：流量 Q=350L/min,開(kāi)啟壓力 Pk=0.035MPa，工作壓力 P=10MPa,安裝在外徑為 320mm 的管道上。2.4.1 幾何尺寸的確定：1. 進(jìn)出水口直徑（參見(jiàn)圖 4-43）根據(jù)第二章第一節(jié)進(jìn)出水口直徑 d 的計(jì)算公式式中 Qg-----公稱(chēng)流量（L/min） )92()( 463.0??cmVgQVg-----進(jìn)、出油口直徑 d 處油液流速，一般可取 Vg=6(m/s)。代入數(shù)據(jù)得3650.46??14顯然 d=320mm＞36mm,滿足要求2.閥座內(nèi)孔直徑 Dz(參見(jiàn)圖 4-43))64()3.0~1(???cmdDz（取 Dz=318mm，但是考慮到本次設(shè)計(jì)需要使用法蘭盤(pán)連接單向閥與管道，所以單向閥外徑需要與管道平行，Dz 減去最小壁厚得到 310mm式中 d-----進(jìn)、出油口直徑(cm)。式（4-66）為經(jīng)驗(yàn)公式。3.關(guān)于閥芯錐角的半角 的計(jì)算和閥座錐角的半角 的計(jì)算(參見(jiàn)圖 4-51）z?z??閥芯錐角的半角 的計(jì)算對(duì)于單向閥一般取αz =45° （4-67）αˊz= αz+（2°～3°） （4-68）4.通過(guò)公稱(chēng)流量時(shí)錐閥閥口開(kāi)口量 Π根據(jù)第二章第一節(jié)錐閥閥口開(kāi)口量計(jì)算公式，結(jié)合單向閥的情況得??)694()(2sin67.1?????cmsPgzDCQ????式中 Qg----- 公稱(chēng)流量 δ；C----- 錐閥流量系數(shù)，可取 C=0.77；Dz-----閥座內(nèi)孔直徑(cm) ；αz-----閥芯錐角的半角（°）；g-----重力加速度（m/s2）；γ-----油液重度（kgf/cm2）；這里的介質(zhì)為水，γ=0.01kgf/cm3；這里只考慮低開(kāi)啟壓力時(shí)的情況，[△Ps]s?-----低開(kāi)啟壓力時(shí)，當(dāng)通過(guò)公稱(chēng)量時(shí)錐閥閥口壓力損失的設(shè)定值，可取[△Ps]s?=[△Ps]?-(1～2） （kgf/cm2）[△Ps]?是低開(kāi)啟壓力時(shí)壓力損失允許值，這里因?yàn)橐话鉡△Ps]≦4kgf/cm2,所以△Ps 取[△Ps]?=4kgf/cm2,所以[△Ps]s? =3kgf/cm2。代入數(shù)據(jù)得0.82746530.1982sin45310.76.7?????????5. 閥芯徑向孔直徑 dj(參見(jiàn)圖 4-41）只對(duì)直通式單向閥計(jì)算閥芯徑向孔直徑 dj,其他單向閥可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況確定。按油15液流速要求，閥芯徑向孔直徑 dj 為)714()(1067.4???cmVajZQgdj?式中 Qg-----公稱(chēng)流量（l/min）；Vaj-----閥芯徑向孔處油液流速（m/s）,可取 Vaj=6(m/s)；Zj-----閥芯徑向孔數(shù)，查資料得 S 型管式單向閥有 4 個(gè)徑向孔。代入數(shù)據(jù)得，1.7564103.dj???π2.4.2 受力計(jì)算和性能計(jì)算：1.閥芯將開(kāi)始移動(dòng)時(shí)所受的液壓作用力 Fkq*，這里只考慮低壓開(kāi)啟時(shí)的作用力 Fkq1,??)794()(42 ?????kgfPqzDFkq?式中 Dz-----閥座內(nèi)孔直徑(cm)；[Pkq]*-----開(kāi)啟壓力設(shè)計(jì)要求(kgf/cm2)。之前已求得 Dz=3.5cm,已知開(kāi)啟壓力 Pk=0.035Mpa=3.5kgf/cm2,代入數(shù)據(jù)得，）（π kgf264183.5410kq21???F2.錐閥閥口處在設(shè)定的壓力損失 ，油液作用于閥芯上的液壓力 同上只考慮*Ps]≦[ Fay低壓開(kāi)啟時(shí)的壓力損失，??)804()(42 ??????kgfszDFay?式中 Dz-----閥座內(nèi)孔直徑(cm)。之前已求得[△Ps]s1=0.03Mpa=3kgf/cm2,代入數(shù)據(jù)得，）（π kgf264304310ay1??F3.閥芯運(yùn)動(dòng)阻力 Fv根據(jù)式(4-6)閥芯運(yùn)動(dòng)阻力的表達(dá)式可得)814()(????kgfVLDFv???式中 -----閥芯與閥體孔的配合直徑(cm)；D---- (cm)；L≦≦16---- 可用閥芯動(dòng)作時(shí)間為 0.01s 時(shí)的平均速度代替；V,≦m/s≦----- 油液動(dòng)力粘度(kgf.s/cm2)；?-----閥芯與閥體孔的單邊配合間隙(cm)。??前面已求得 D=Dz=310mm,參照第三節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算示例，取 L=0.8cm,閥芯運(yùn)動(dòng)速度 V=40cm/s,查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 9-1，選標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)為 IT8，由公稱(chēng)尺寸取標(biāo)準(zhǔn)公差為 89um=8.9×10-3cm,故單邊配合間隙為 4.45×10-3cm,查資料得水在 10℃，20℃，30℃時(shí)的動(dòng)力粘度分別為 1.308×10-3Pa.s,1.005×10-3Pa.s,0.801×10-3Pa.s，這里取1.005×10-3Pa.s=1.005×10-7kgf.s/cm2，代入數(shù)據(jù)得，）（π kgf0.74104.5.83v3--???F4.錐閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力 根據(jù)第一章液動(dòng)力分析后計(jì)算得到上流式錐閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力*w的計(jì)算公式為)47(2sin??? ???pDc結(jié)合單向閥的情況，并且不考慮方向性，則，??)82()i??? kgfzPzFs式中 C-----錐閥流量系數(shù)，可取 ；0.7=C-----閥座內(nèi)孔直徑 ；zD(cm)δ*-----按式（4-70）求得的錐閥閥口開(kāi)口量 ；≦cm（-----通過(guò)公稱(chēng)流量時(shí)錐閥閥口壓力損失設(shè)定值(kgf/cm2)；s*P]≦[αz-----閥芯錐角的半角（o）。之前已求得 Dz=3.5cm,δ*=1.059cm,[△Ps] s*=0.03Mpa=3kgf/cm2,αz=45o,代入數(shù)據(jù)得）（π kgf238sin9031.50.7w??????F2.4.3 強(qiáng)度計(jì)算：1.閥體最小壁厚閥體最小壁厚按第四強(qiáng)度理論計(jì)算，表 3-19 第四強(qiáng)度理論最小壁厚??cpdtLB??????3.2式中 d′-----閥體腔中最大內(nèi)徑（mm）；P-----取公稱(chēng)壓力數(shù)值的 1/10（Mpa）；tB′-----考慮腐蝕余量后閥體的壁厚（mm）；[σ L]-----材料的許用拉應(yīng)力（Mpa）；C-----考慮鑄造偏差、工藝性和介質(zhì)腐蝕等因素而附加的裕量（mm）；前面已求得 P=10Mpa,d′=310mm,由表 3-20 附加裕量 C,取 C=3mm,閥體材料選擇 HT150,則[σ L]=21.5Mpa,代入數(shù)據(jù)得10.85m3-2.531t ????，B17當(dāng) tB≧t B′時(shí)為合格，圓整后取 tB=11mm。第三章.圓柱形螺旋壓縮彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法183.1 彈簧端部結(jié)構(gòu)的確定彈簧端部結(jié)構(gòu)有 YI-1、YI-2、YI-3 三種形式（見(jiàn)圖 5-1）：YA-1 型支承環(huán)（死圓）在兩端各有 3/4 個(gè)環(huán)，即 N1-N＝1.5（N1 —全圈數(shù)，N —有效環(huán)數(shù)），兩端為平面，有效環(huán)從各端 3/4 圈開(kāi)始。Y-2 型支撐環(huán)在兩端各有 1 個(gè)環(huán)，即 N1-N＝2，端部是扁平的，尖端附著在相鄰的圓環(huán)上，有效環(huán)開(kāi)始從每個(gè)端部的 1 個(gè)環(huán)計(jì)算。Y-3 型支撐環(huán)在兩端各有 5/4 個(gè)圓圈，即 N1-N＝2.5，兩端平滑，尖端靠近相鄰環(huán)的 1/4 個(gè)圓圈，從每一端的 5/4 個(gè)圓計(jì)算有效圓。當(dāng)彈簧力需要均勻變形時(shí)，宜采用 Y-2 型 Y-3 型。最好采用 Y-3 型。但是根據(jù)本次設(shè)計(jì)需要，選擇 Y-1 型。3.2 彈簧鋼絲的材料及其機(jī)械性能根據(jù)彈簧在液壓閥中的力（2 種載荷），彈簧材料一般選用 I 組碳素彈簧鋼絲。其力學(xué)性能可確定如下：抗拉強(qiáng)度 σb 按 YB248-64 選??；允許扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力 ≦0.5σ=τ允許扭轉(zhuǎn)工作應(yīng)力 4[剪切彈性模數(shù) G 為彈簧鋼絲直徑 280kgf/cm2,d/=G5.,≦mfc1. 3.3 彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算①?gòu)椈芍笖?shù) C彈簧指數(shù)，即螺旋比，是彈簧直徑 D2 與鋼絲直徑 D 之比（5-1）d2?為了使彈簧穩(wěn)定和振動(dòng)而不太軟，C 值查表取得如下結(jié)果：這里取 C=8,d=16,則代入公式得 。128m=6×dC=D2②彈簧曲度系數(shù) K′曲度系數(shù) K′是影響強(qiáng)度計(jì)算的系數(shù)，根據(jù)理論推導(dǎo)（見(jiàn)下面彈簧鋼絲直徑 d 的計(jì)算）)25(231????d19但彈簧實(shí)際受力情況是不同于理論分析的受力的所以?xún)烧卟荒苡猛粋€(gè)公式，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)采用下面經(jīng)驗(yàn)公式更精確)35(61.04?????CK式（5-3）是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的曲度系數(shù) K′的計(jì)算式，代入數(shù)據(jù)得2..??③彈簧大徑 D 和內(nèi)徑 D1，由①得 D2=128mm,d=16mm,D=D2+d=128+8=136mm (5-9)D1=D2-d=128-6=122mm (5-10)④彈簧有效圈數(shù) n由式（5-21）得(5-29) t3248dKG??在彈簧工作行程 h 由單向閥長(zhǎng)度確定，所以 h 的長(zhǎng)度是固定的, 如果有效圈數(shù)太少，那么彈簧的螺旋角 α 就會(huì)隨之增大，這會(huì)影響彈簧的性能，會(huì)影響到它的強(qiáng)度，一般彈簧的螺旋角應(yīng)為 α=6 °～9°。根據(jù)彈簧制造的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，當(dāng) n≦2 時(shí)，彈簧設(shè)計(jì)會(huì)不達(dá)標(biāo)，彈簧力過(guò)小，實(shí)際的彈簧力比設(shè)計(jì)的彈簧力要降低 25%。鑒于以上情況，彈簧的有效圈數(shù)應(yīng)為n≧3 ～4 (5-30)這里取 n=6.5 圈⑤彈簧總?cè)?shù) n1為了使彈簧受力后變形均勻以便與單向閥相配合，彈簧端部的最佳位置為 180，即圓的總數(shù)為 N1，數(shù)目為 0.5。N1 和 N 之間的關(guān)系是(5-31)2.5)≦(1+n= 由④得 n=6.5 圈 ，取中間值，則 n1=6.5+2=8.5⑥彈簧剛度 Kt如圖 5-3 所示，彈簧微分經(jīng)過(guò)計(jì)算后的長(zhǎng)度 dl 上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變量為)15(??dlrr??式中 dθ -彈簧微分經(jīng)過(guò)計(jì)算后的長(zhǎng)度 dl 上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變量彈簧鋼絲的半徑，γ2??根據(jù)扭轉(zhuǎn)變形的虎克定律）（ 12-5 1rG??因?yàn)?0pWM?1?，所以Gdlrrp???)135(??JMrWldpp?式（5-13）中)145(321643?drJp?Jp 稱(chēng)為彈簧鋼絲剖面的極慣性矩。由圖 5-3 可知，相應(yīng)于彈簧微分長(zhǎng)度 dl 的彈簧軸向極限變形量為）（ 15-2coscos????dDdabbdfj ????式中 α-----彈簧的螺旋角。將式（5-13）代入式（5-15）得)165(4222?????GJLFjdlGJMdlDf ppjpj將式（5-16）在彈簧有效圈數(shù)的展開(kāi)長(zhǎng)度上積分）（ 17-54202JLFlfpjLpjj ???彈簧有效圈數(shù)的展開(kāi)長(zhǎng)度 L′為)8(cos2?????nD因?yàn)?α=6°～9°，所以 cosα≈1,這樣)195(2??nL前面已求得 D2=128mm,n=6.5,代入數(shù)據(jù)得，L′=π×128 ×6.5≈2613mm將式（5-19）和式（5-14）代入式（5-17）得)205(8432??GdnFDfjj由式（5-20）得21）（ 21-58324nDGdfFKjt?之前已求得 d=16mm,D2=128mm,n=6.5,彈簧材料選低碳鋼，由彈簧鋼絲直徑 d 取剪切彈性模量 G 為 70Gpa,代入數(shù)據(jù)得2695.108.2673249t ?????）（ ）（⑦彈簧極限負(fù)荷下所形成的極限變形量 fj 和彈簧極限負(fù)荷下所形成的單圈變形量 fj′前面已求得 Fkq1=55.4kgf﹥Fay1=41.6kgf,取較大者作為極限負(fù)荷 F,因?yàn)榱Φ膫鬟f性，前后大小不變，故可用閥芯所受作用力作為彈簧所受作用力，所以Fj=Fkq1=55.4kgf )45(81623231 ????dFDWMjjp??前面已求得 D2=128mm,d=16mm,代入數(shù)據(jù)得，731 05.084.????）（π?)(1643222dFjj?同理代入數(shù)據(jù)得，5232 109.1083.56.?????）（π?所以彈簧剪切面上的剪切應(yīng)力 τ 為，（5-6） ）（ m/n2.3.. 75721 ???由式（5-7）得)25(8232????KDdCFj ??將式（5-22）代入式（5-20）得，）（ 23-52KGdnfj????前面已求得 D2=128mm,n=6.5,G=70Gpa,d=16mm,K′=1.26 22?m/n1052.37???代入數(shù)據(jù)得，23927 106..10815.52.3f ???????）（πJ允許極限負(fù)荷下單圈變形量，322jj 105..61dnf ???????KGDπ?⑧彈簧最大工作負(fù)荷 Ft2 和最小工作負(fù)荷 Ft1因?yàn)閺椈稍跇O限負(fù)荷下工作，金屬容易產(chǎn)生疲勞，彈簧的壽命會(huì)降低，所以對(duì)于 2類(lèi)負(fù)荷，彈簧的最大工作負(fù)荷應(yīng)取稍小值為)25(8.02??jt取 Ft2=0.8Fj,前面已求得 Fj=Fkq1=55.4kgf,代入數(shù)據(jù)得 Ft2=0.8×55.4=44.32kgf,彈簧在開(kāi)始變形的一段范圍內(nèi)，彈簧力與變形量其實(shí)并不是呈現(xiàn)為線性關(guān)系，所以設(shè)計(jì)中要使彈簧避開(kāi)這一段變性范圍。根據(jù)彈簧制造實(shí)踐，認(rèn)為彈簧最小工作負(fù)荷應(yīng)取為)275(3.01??jtF 取 Ft1=0.3Fj,代入數(shù)據(jù)得，F(xiàn)t1=0.3×55.4=16.62kgf.⑨彈簧在最大工作負(fù)荷下的變形量 f2 和最小工作負(fù)荷下的變形量 f1f2≦0.8fj (5-26) ,取 f2=0.8fj,前面已求得 fj=1.66×10-2m,代入數(shù)據(jù)得，f2=1.66×10-2×0.8=1.328×10-2(m),同理 f1≧0.3fj (5-28),取 f1=0.3fj,代入數(shù)據(jù)得，f1=1.66×10-2×0.3=4.98×10-3(m)⑩彈簧間隙 當(dāng)彈簧限位時(shí)，為了使彈簧受力與變形量趨近于線性關(guān)系，應(yīng)使間隙 δ 為，)325(02.1????dnfj式（5-32）是西德 DIN2089 提出的經(jīng)驗(yàn)公式。當(dāng)彈簧無(wú)限位裝置時(shí)，應(yīng)使間隙 δ 為，)(?jf?前面已求得 fj′=2.5×10-2m,n=6.5,d=6mm,代入數(shù)據(jù)得，有限位時(shí)，）（）（ m17.0802.5610.22321 ???????無(wú)限位時(shí)，代入數(shù)據(jù)得）（ m5.22??23?彈簧節(jié)距 t)345(???dt?一般 t 約為~2D這里取無(wú)限位裝置時(shí)計(jì)算，代入數(shù)據(jù)得，）（ m4105.16t???彈簧自由高度 H0 和壓并高度 Hb,H0 和 Hb 是與彈簧兩端面的磨平程度相關(guān)的，主要與磨平的量有關(guān)，所以，要計(jì)算H0 和 Hb,先要確定彈簧每端的理論磨平量。從增大彈簧端面的接觸面積來(lái)說(shuō)，似乎應(yīng)使端面彈簧鋼絲的頭部到磨尖為止，但是當(dāng)頭部磨尖后，彈簧兩端頭部尖角會(huì)刮傷被接觸零件的表面，同時(shí)對(duì)彈簧的端部結(jié)構(gòu)為 YI-1 和 YI-2 型來(lái)說(shuō)，在頭部磨尖的一小段范圍內(nèi)，受力后易變形，從而會(huì)增加彈簧在圓周方向變形的不均勻性。為此，彈簧端面的理論磨平量不是到頭部磨尖為止，而是磨到使頭部保留 1/4d(d---彈簧鋼絲直徑),也就是說(shuō)每端磨到 3/4 圈。確定了理論磨平量以后，從圖 5-1 可知：對(duì)于 YI-1 型彈簧)35(0???dntH6)1(b代入數(shù)據(jù)得,）（ m28.545.60????）（）（ 10bH對(duì)于 YI-2 型彈簧，）（ 37-5.0dnt????)8(1?b代入數(shù)據(jù)得，）（ m290.56.45.60????H）（）（ 18.b對(duì)于 YI-3 型彈簧，)395(20???dntH??）（ 40-b同理代入數(shù)據(jù)得，）（ m298.51645.60????24）（）（ m13625.6b????H對(duì)式（5-35）～式（5-40）經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，可得出 YI-1,YI-2,YI-3 型彈簧自由高度 H0 和壓并高度 Hb 的計(jì)算通式為，??)45(.010? dn?）（ 2-b??彈簧在制造時(shí)端面的實(shí)際磨平量是一個(gè)不定值，這是因?yàn)閺椈射摻z的直徑存在偏差，并且鋼絲在卷繞時(shí)直徑會(huì)變形。如果只控制彈簧每端的磨平量，則加工后彈簧的實(shí)際壓并高度往往大于理論計(jì)算的壓并高度。所以，彈簧在制造時(shí)每端的磨平量總是大于 3/4d,即每端磨到 3/4 圈，到達(dá)到彈簧的理論計(jì)算壓并高度為止。?壓縮彈簧細(xì)長(zhǎng)比 b,檢驗(yàn)彈簧穩(wěn)定性有很多指標(biāo)，最重要的指標(biāo)就是細(xì)長(zhǎng)比 b，細(xì)長(zhǎng)比 b 是自由高度 H0與中徑 D2 的比值，即，)435(20??Hb前面已求得 YI-1 型，YI-2 型，YI-3 型的 H0 分別為 282.5mm290.5mm,298.5mm,且D2=128mm,代入數(shù)據(jù)得，.1285b?690.33根據(jù)彈簧細(xì)長(zhǎng)比 b,其穩(wěn)定性可按圖 5-4 經(jīng)驗(yàn)曲線來(lái)檢驗(yàn)。在圖 5-4 中，橫坐標(biāo)比細(xì)長(zhǎng)比 b,縱坐標(biāo)為彈簧在最大工作負(fù)荷下的變形量 f2 與自由高度 H0 的百分比。當(dāng)兩者的交點(diǎn)在曲線 2 之下時(shí)，則認(rèn)為彈簧穩(wěn)定性可靠；當(dāng)兩者的交點(diǎn)在曲線 2 之上與曲線 1之下時(shí)，則對(duì)于兩端磨平的壓縮彈簧需有導(dǎo)向裝置；當(dāng)兩者的交點(diǎn)在曲線 1 之上時(shí)，則認(rèn)為彈簧工作時(shí)不穩(wěn)定。圖 5-4 彈簧穩(wěn)定性判別曲線來(lái)源于西德 DIN2089,它是在理論計(jì)算和試驗(yàn)修正的基礎(chǔ)上得出的。?彈簧螺旋角2tanDt???)45(2?trcg前面已提到，螺旋角要求為 6°～9°。前面已求得，t=16mm,D 2=128mm,代入數(shù)據(jù)得，???5.42Dtarcg??25?彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度 L,)45(cos12????nDL前面已求得，D? =128mm,n1=8.5,α=45°, 代入數(shù)據(jù)得，）（π m83.2.0???彈簧壓并時(shí)的外徑 D′,??)465(1.0212 ??????????? ndH前面已求得彈簧選 YI-2 型，所以 H0=290.5mm,D=136mm,n=6.5,n1=8.5,代入數(shù)據(jù)得，）（）（ m29.5.681.362 ?????????????D式（5-46）是經(jīng)驗(yàn)公式，來(lái)源于西德 DIN2089。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證安置彈簧的零件的孔徑大于 D′.?彈簧允許極限負(fù)荷下的高度 Hj、最大工作負(fù)荷下的 H2 和最小工作負(fù)荷下的高度 H1,)475(0??jjf）（ 8-22）（ 9101f前面已求得，H 0=0.290m,fj=1.66×10-2m,f1=0.498×10-2m,f2=1.328×10-2m,代入數(shù)據(jù)得，）（ m.265.29.j???）（8.0148.0.21 ????彈簧自振頻率 υ如果彈簧的自振頻率 υ 與液壓系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)頻率接近，就會(huì)出現(xiàn)共振，所以為了解決共振問(wèn)題，我們需要計(jì)算壓力控制閥中彈簧的自振頻率，這樣才能避免出現(xiàn)共振。彈簧振動(dòng)時(shí)主要受到 3 個(gè)力的作用：F g,Ft 和 Fz。 這三個(gè)力的關(guān)系是：)50(??ztg慣性力 Fg,表征著彈簧運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，彈簧力 Ft 表征著彈簧壓縮的變形。如果不計(jì)阻尼力 Fz， 則彈簧的動(dòng)能就等于彈簧的變形位移能。由于阻尼力 Fz 的存在，動(dòng)能和變形位能在相互轉(zhuǎn)換中逐漸減弱，直至消失。由于能量消失，彈簧失去能量就會(huì)停止振動(dòng)?，F(xiàn)假定彈簧兩端固定（如圖 5-5 所示），在離左端 x 處取一微分長(zhǎng)度 dl,dl 長(zhǎng)度質(zhì)量上的慣性力 Fg 為26)51(42222?????tdltfgltfmFg???式中 γ-----彈簧鋼絲的重度；f-----彈簧的變形量，它是彈簧長(zhǎng)度 l 的函數(shù)，即 f=ψ(l);g-----重力加速度。彈簧微分長(zhǎng)度 dl 的變形量 df 為，dlf??今取一圈彈簧計(jì)算，即 dl=πD?，則lff2?為區(qū)分彈簧微分長(zhǎng)度 dl 的彈簧力 Ft，把式（5-20）中的允許極限負(fù)荷 Fj 代以一般彈簧力 F,F 是彈簧長(zhǎng)度 l 的函數(shù)，即 F=ψ(l)。彈簧微分長(zhǎng)度 dl 的彈簧力 Ft 為dlft??由式（5-20）的關(guān)系可得??24 23243881lfDGdlfDdlflF???????所以)5(24??dlfFt彈簧阻尼力包括材料的內(nèi)摩擦力、外部接觸介質(zhì)阻力、彈簧兩端圈的摩擦力以及各種能量損失，它與運(yùn)動(dòng)速度成正比。若設(shè) μ 為單位彈簧鋼絲長(zhǎng)度在單位時(shí)間內(nèi)的阻力，則彈簧微分長(zhǎng)度 dl 的阻尼力為)53(???dltfFz?將式（5-51）、式（5-52）、式（5-53）代入式（5-50 ）得dltflfDGtfgl ????????242284)54(242 ??tfldtfd可以認(rèn)為彈簧質(zhì)量按彈簧長(zhǎng)度平均分布，則圖 5-5 中的 x 一段的彈簧長(zhǎng)度 l 為xHnl2?27所以fxHnDfl???2?xl2）（ 5-22222xfnDHlxfnlflf????????????????將式（5-55）代入式（5-54）得242222 84xfnDHGdgtfdtf ?????????2324222841xfgHnDGdtfntf ??????因?yàn)閺椈蓜偠萵dKt328?彈簧重量??24DdW所以222 xfWgHKtfgntft?????????設(shè),222aDbt?，則28）（ 56-22xfatfbt????彈簧的阻尼力較小，故 Fz 可忽略不計(jì)，即認(rèn)為 μ=0，b=0。這樣。式（5-56）可簡(jiǎn)化為)57(22???xfatf式（5-57）是一個(gè)典型的縱波傳遞微分方程式，它表明彈簧變形量 f 是距離 x 的函數(shù)，又是時(shí)間 t 的函數(shù)?？扇??txf???所以ttf????22txtf?f??????22xtxf代入式（5-57）得????222xtat????????上式兩邊除以 φ（x）·ψ （t ）得????)58(1222 ???xt要滿足式（5-58）的條件是兩邊都等于一個(gè)常量，現(xiàn)設(shè)此常量為（ ﹣ω2），則??)59(022 ????tt????222??xa??)605(022 ?????式（5-59）和式（5-60）為二階常系數(shù)齊次線性微分方程，它們的特解分別為29?????????iextxt???根據(jù)歐拉公式，式（5-59）和式（5-60）的通解分別為??)615(cossin11 ??tBtAt?）（ 2-22xxx????式（5-61）和式（5-62）中，A1 、B1、A2、B2 為常數(shù)，可由邊界條件決定。因?yàn)??tf?所以? )635(cossincosin2211 ?????????? xBxAtBtAf ???彈簧的邊界條件是兩端固定，即當(dāng) x=0 時(shí)，f=0 ，代入式）（5-63）??2110ssi0tt所以，B0=0，當(dāng) x=H 時(shí)，f=0 ，代入式（5-63）?HAtBtA???incoin211??上式等于零的必要和充分條件是）（ 64-50si?H要滿足式（5-64）的條件是,,32,?m??即HH???,,?ω 為彈簧的圓頻率，一階（m=1）的彈簧自振頻率 υ 為 ）（ 65-)(248211232hzGgnDddgnDGWKat ????????因?yàn)閺椈刹牧蠟榈吞间摚饕煞譃殍F，所以 pa70m16d1205.6ns/8.9g/k723???，，， ，?30代入數(shù)據(jù)得， ）（）（π z3.1980.72108.25.6u 393 H?????3.4 彈簧的工作圖和技術(shù)要求彈簧的工作圖如圖 5-6,。在圖 5-6 中還應(yīng)標(biāo)注重要尺寸的公差值。因?yàn)樵谝簤洪y中彈簧對(duì)性能有很大影響，所以這些重要尺寸的公差應(yīng)按 1 級(jí)精度要求選取。不同尺寸的不同精度等級(jí)的公差值見(jiàn)表 5-1 和 5-2。彈簧技術(shù)要求應(yīng)包括下列內(nèi)容：⑴展開(kāi)長(zhǎng)度；⑵旋向；⑶有效圈數(shù)；⑷總?cè)?shù)；⑸熱處理（低溫回火）；⑹表面處理（噴丸、發(fā)黑）；⑺強(qiáng)壓處理；⑻軸線對(duì)兩端面的不垂直度（按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 1 級(jí)精度要求）；⑼工作負(fù)荷的允許偏差（按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 1 級(jí)精度要求）；⑽其他未注公差（按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 2 級(jí)精度要求）。表 5-1 D、D1 公差 單位：毫米彈簧指數(shù)（C=D2/d ）精度等級(jí)4～8 ＞8～16最小公差值1 ±0.01D2 ±0.015D2 ±0.202 ±0.015D2 ±0.02D2 ±0.303 ±0.02D2 ±0.03D2 ±0.40表 5-2 H0 公差 單位：毫米自由高度（H0） 1 級(jí)精度 2 級(jí)精度 3 級(jí)精度＜20 ±0.7 ±1.2 ±1.8＞20～60 ±1.0 ±1.5 ±2.5＞60～120 ±1.5 ±2.5 ±4.0＞120～200 ±2.0 ±3.5 ±6.0＞200～300 ±3.0 ±4.5 ±9.0＞300～450 ±4.0 ±7.0 ±1231＞450～600 ±5,5 ±9.0 ±15＞600 ±0.01H0