安全阀结构尺寸的计算机辅助设计

。一{ ，绝戽hJ， q， c 9 安全阀结构尺寸的计算机辅助 上海航空机械制造r 壁兰茎 塞—旦 、， 6。．,k- 【提要l 本文提出了按调压弹簧直径、阀孔尺寸和弹簧钢丝直径离散值。埘定一个可行区．由小到 大进行运算 且满足各约束要求，比较出一蛆阀孔最大和弹簧直轻最大的数据，来设计安全问结构尺寸 的计算机辅助算法；介绍了一些经验数据和实倒 图 1所示钢球式安全阀由钢球、调压弹簧、调压螺 钉、弹簧座、阀座等零件组成 靠调压弹簧的弹力平衡 作用于活门 上的压力，当压力大于弹簧的弹力时，液 将钢球顶开泄压，以达到控制压力、保障安全的目的。 这种安全蹦，在手动泵的液压产品中得到广泛应用 图 l 钢球式安全阀 这种安全阀要求性能稳定 灵敏，要达到此要求， 必须解决调压弹簧 钢球和阀孔间设计尺寸的匹酣和 调压弹簧的制作等同题。本文将重点讨论设计问 题 尺寸匹配是安全阐设计的一个难点 我们摸索到 十 } 十 } 十 } 十 十 十 干燥：用吹风机畋干。 【3)性 能 发黑液： 外观：绿色均匀液体； 味：无味； pH 值 ：3 5～4 5； 引燃性：不燃。 发黑膜： 特点：牢度和致密性随发黑后存放时间的延 长而增加， 外观：无花斑； 耐磨性：用纱布均匀用力擦100：不见金属本 色； 耐蚀性：配成下列溶液 HC1 c】191 25mL ～ 种用计算机计算安全阀的辅助算法，只要把安全阀 的工况条件输^计算机，就可算 出匹配好的安全阀结 构尺寸 只要输人的工况准确，可以做到一次性成 功 经多趺验证，此法甚为宴用。 一 、算法说明 此种算法采用逐个 比较法 ，和我们通常的设计～ 样，算几组数据 ，按一定要求 比较 出一组较佳数据，用 计算机计算可以比手算多算出许多组，比较的结果，可 以更接近要求 具体算法是按调压弹簧直径、阀孔尺 寸和弹簧钢筵直径离散值，划定_二个可行区，由小到大 进行运算，且满足各约束的要求，比较出一组阀孔最大 和弹簧直径最大的数据作为计算结果。这样计算的闽 孔最大，易于加工和装配，弹簧直径最大易于绕制。设 计计算的结果与优化设计基本一致 ，而且易于掌握。 二、设计的已知条件 l_油缸的压力 0 油缸压力 由液压 产品的吨位和结构所决定。 从设计安全阀出发 ， 宜小。 2．调压螺钉螺纹的尺寸 调压螺钉螺纹的尺寸主要影响调压弹簧的外径 D，调压螺钉螺纹尺寸大的，D也可以大 调压螺钉螺 十 } 十 } 十 } 十 十 { 十 K：C 0 3g 蒸馏承 75mL 点滴温度 25℃，时间 t>1．5rain 4．注意事项 t1)发黑液使用温度应控制在所需的范围内，温 度过低，发黑膜不易形成；温度过高，发黑膜的耐蚀性、 耐膪性差。 (2j处理时每遭工序间歇应尽量短，防止金属 面被重新污染， 【3)当发黑液在规定时间、规定温度不能发黑时， 应及时更换新液 总之，开发金属零件系列发黑液，可以代替 目前普 遍采用的电镀发黑和高温碱性发蓝，节约设备和能源， 具有较好的经 济效益和社会效益 ④ 参 考 文 献 (略) l992年第 1期 维普资讯 http://www.cqvip.com 靠 培 1． 择 一 ＼ 纹一般多用 M 10×1的 也有用 M 12×1 25的 M9 x 1或 M9×1 25的则使用较步 3．调压弹簧的自由高度 H 调压弹簧的 自由高度 H，主要决定于安全 的结 构尺寸，但要保证弹簧的绕制圈数不步于 3剧，且确保 其稳定性 4．活门座孔底锥角Ⅸ 活门座孔底有平底(锥角为 180 )和锥底(锥角 小于 l 8O ，一般 为 120 )两种。平底加工困难，但 小孔与孔底呈直角，阀线容易形成。锥底容易加工，且 锕球复位窨易，但阀底 qS,~L呈钝角，阀线形成 困难 一 般铅 直方 向活 门多用平底 ，倾 斜方 向活 门多用锥 底。孔底锥角 直接影响钢球的R寸。 5．最大工作负荷系数 最夫工作负荷系数 c2足安全阀调压弹簧设计的 关键参数 之一，用来决定 调压弹簧 的最大 工作负载 根据经验 ， 值定为安全网调压上限作用在调压 弹簧上的力为宜。如果额载时作用在安全阀调压弹簧 上的力为 P，而 P2：P= ．可见 也就是调压范围系 数，一般 C2=1 1～1．25(按产品的要求而异) 如果阀 孔直径 乩一定则： 1 ： d： P P。 P： C 2 P 0 6．调压弹簧的材料 调压 弹簧材料常用 II 组和 I组碳素弹簧钢 丝， 65Mn和 50CrV钢丝 II 组钢丝较 I组好绕制，但 I 组许 用扭转极限应力M 较高．II 组和 I组都不需淬 ，^。50CrV钢丝则需 要热处理．且造价 昂贵 ．选何种 材料视技术能力和产品的结构参数而定 选用材料的 目的在于决定【 。但应注意，同种材料钢蝗直径不 同，M 亦不同．它随直径 d的增大而减少 一般液压 产品安全阀的词压弹簧为III类弹簧．为便于计算，可 将 III类弹簧的M 表示为直径 d的函数式。 三、确定 D、 和d的范围 1．弹簧外径 D 弹簧 外径可根据调压螺钉螺纹尺寸确定 个范 围，用 M9×1螺纹时 ，D可在 6-8～7 7mm 范围内选 取：用 M 10×I螺纹 时．可在 7 ～8 7mm 范围 内选 取：如果螺纹为 M12×I．25时，可在 9 7～ 10 5mm 范 围内选取 2．安全阀孔直径如 安垒阀孔 足安垒 阀设 计的关 键 ，如果 值 小，调压时的压力不大，调压弹簧设计容 易。但孔小了 势必给加工带来 困难，且使 用的钢球小，阀线 不易形 成 ．钢球复位及装配都 比较难，所 以 一般大 为好 如 在 1 5～3mm 范围内均可使用 航空工艺技术 3．钢丝直径 d 弹簧钢丝直径 d取决于调 压的压力和旋绕比 压 力人则钢丝要粗些。外径一定，钢丝粗则旋绕 比小，过 el,~U难于绕制 所 d的选取则在满足可绕性的条件 下尽可能粗些 。一般在 1 5～3mm 范围内选取，并应 符台中的系列尺寸。 四、约束要求 I．旋绕比C的要求 调压弹簧结构小．弹力大，所 其旋绕 比 C要 比 普 通 的 弹 簧小 ，为确保 其 可绕 性 ，一般 应 小于 2 75。则有 c =鲁=旦 ≥2 75(。 为调压弹簧中 径 ) 2．扭转强度条件的要求 极限扭 转应力要求 不大于许用极 限扭转应力 ，则 有 8P，C D ． r =— — — ≤M z 式 中：P ——极限工作负荷，N； =I 25P：； C——曲度系数， c．=而4C I+ 引 ) 3．保证弹簧在最大载荷下不发生碰圈的要求 按 III类弹簧计算则有： 一 f：+C d 0． +C d≤， D ：P， 式中：l， =__ 为极限工作负荷F单圈变 形 mm； — — 单圈弹簧间隙．mm； — — 最大工作负荷下单圈变形，mm G——不发生碰圈系数，一般取 O 06～0 I。 4．调压弹簧稳定性的要求 固调压弹簧多设计成两端有弹簧座的，所 其稳 定 眭 b：旦 ： __ ≤5 3 一 D D d 式中：6——稳定性指标； — — 弹簧 自由高度，mm， 5．工作圈数要求 H = 旦二士型≥3(弹簧支承圈数为2圈时) 式中：，r一弹簧工作圈数： 一 弹簧节距．mm，t= — 正 因为安垒 阀的弹簧为常温下 【作 的 III类弹簧． 3】 维普资讯 http://www.cqvip.com 需要考虑温度、疲劳强度和共振等条件的约康 五、有关计算 1．弹簧剐度计算 ： — 1 0 — 00 ‘ D 式中：P ——弹簧剐度．MPa； = 旦二 (弹簧支承圈数为2 he) 2．弹簧极限 晟大 晟小工作负荷计算 P 2 s， Pi ， 3．弹簧最小、最大、极限工作变形计算 PI ，I i P P ， =音 4．钢球直径的计算 钢球 的直径 决定 于进油 口的尺寸和活门孔底锥 前 钢球直径的大小．影响阀线的形成，既不能过九 电 能过小。宴践 经验，钢球的直 往 钢球与 阀孔 接触时 切面的法线交角为 一7 5。时 为宜 ，故 其 卣 往 ： ! 一 式中： ：(360 )／4， — 一 活门孔底锥角，度： — — 钢球计算 直径，mm，应按 钢球标准系列尺 、r 六、计算实例 设计 一车库用液压千斤顶的安全阑，已知： 1 油缸液压压力 =82．81M Pa； 2 调压螺钉螺纹为 M12×1 25； 3 调压范围为 100％～1I 5％； 4 渊 压 弹 簧 采 用 I组 碳 索 钢 丝 ，自由 高 度 Ⅳ 【7 5ram 支 承 圈 数 为 2， 碰 圈 系 数 取 =O 07。 按 和D为最大，术， 1 阍孔 Jo, 2 钢球 直径 以： 3 调雎 弹簧外径 D，钢丝直径 自由高度 H。节 距 f，工作囤数 4．弹簧最小．最大．极限工作变形 ， ； 5 弹簧报限、最大、最小工作负荷 P ． 、P 下表 图 2 程序框 目 接此种算法的程序框图(囤2 计算，计算结果见 2 30ram l l_】5ram 3 78ram 2 3】mil1． D 10 40ram I 2 88mm “ 2 50ram PI 1 199N 】7 88m m P2 1 398N 3 l4ram P】 I 498N 4 50ram ～ J — l、．： 参 考 文 献 (略) } { } } { FMS多机模拟仿真系统 南京毓空 学院王宁生副教授主持完成的国家“七五 科 技攻关砸 }{‘FMs多微 机模拟仿真系统 ，性能达到 当代国 际水 ，茫围内处于领先地位，已通垃部级技术鉴定． 由于建立委性制造 系统的投资较大-涉及的技术复杂． 宴际开发自 一定风险 往拄因为考虑不周而造成决策上的失 误 为此，建立系统前 ，必须应用仿真技术和多机模拟系统 进行模拟规划 I盐讣．并对已设计的系统进}亍评价- 提供科 学决策的依据 保证系统的合理性 FMS多微机 模拟仿真 系统由多台微机厦相应 的软件等组成，通垃动画显示，模扭 仿真整十系统的活动。如刀具流、工件流和刀具加王轨迹等， 并能 表格形式输出仿真统计结幂，使 FMS系统设计的戋 误率减少到最低限度，井可提 供提高设备利用率的途径，以 节约建立实际的 FMS系统的总投资 谈模拟仿真系统还可 用于对技术^员进行 FMS培训-“及作为 FMS软件开发和 检 桷工具。谖系统在航空 ．航天 汽年、造船等钉监均有着 f 阔的 用前晟 (彭建华) 嚣 _H。 卜 诗 _ 1992年第1期 维普资讯 http://www.cqvip.com