1.阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,具体步骤如下:
1)确定影响阀套内锥面锥角精度的因素
通过分析阀套阀芯结构装配关系及运行方式,确定影响阀套内锥面锥角精度的因素;
阀套阀芯结构装配关系,即阀芯设置于阀套内,且两者间隙配合,阀芯的密封外圆与其左端面形成密封线,密封线与阀套内锥面接触形成接触密封圆,接触密封圆直径与密封外圆直径一致,接触密封圆所在平面为密封接触截面,外锥面与阀块接触定位密封,阀套内锥面的小圆直径为进油通径,锥面大圆直径为阀套内锥面与阀套内槽油腔端面形成的截圆直径,与密封线上下两端分别连接的阀套内锥面母线构成阀套内锥面锥角;阀套滑动套装于先导阀座上,并在阀套、阀芯与先导阀座之间分别设置有预压弹簧,阀套复位弹簧力作用在定位基准面上,阀芯复位弹簧力作用在阀芯内腔环形端面上,在阀芯复位弹簧力的作用下密封线与阀套内锥面接触密封,在阀套复位弹簧力和阀芯复位弹簧力的共同作用下阀套与阀块接触密封;
运行方式,即补油时压力油通过阀套的面积差作用以克服阀套复位弹簧力和阀芯复位弹簧力的作用力,使阀套脱离与阀块接触开启补油;当高压油作用在阀芯两端时,由于阀芯的密封外圆直径与配合外圆直径存在差值,即存在压力作用面积差,系统压力未达到设定值时,密封线与阀套内锥面应力接触,当系统压力达到开启压力时,密封线与阀套内锥面脱离接触开启卸荷;
确定影响阀套内锥面锥角精度因素为:1.溢流阀的静、动态特性;2.补油开启压力;3.基于制造工艺的使用寿命;
2)构建基于工艺要求的阀套内锥面锥角偏差模型基于步骤1)中影响阀套内锥面锥角精度的因素,阀套内锥面锥角的设计基础参数项为阀套内锥面两端的大小圆和锥角,大圆直径即为锥面大圆直径,小圆直径即为进油通径,锥角即为阀套内锥面锥角;以阀套内锥面的理论设计母线为中心位置建立阀套内锥面锥角偏差模型,偏差角边界线以母线的中心点做旋转,且偏差角边界线的延长线与锥面大圆所在平面的交点不得超出最大法向磨削量所限定的范围、偏差角边界线的延长线与进油通径所在圆柱面的交点亦不得超出最大法向磨削量所限定的范围,由于阀套内锥面锥角并非90°,且基于梯形特性,偏差角边界线的延长线两端交点只有一端先达到极限位置,且当该端达到极限位置时,偏差角边界线与母线在同一平面内形成的小夹角即为偏差值,阀套实际内锥面锥角<90°,故上偏差角边界线的上端先达到上极限位置、下偏差角边界线的下端先达到下极限位置;据此,上偏差角根据上极限位置端点和中心点求取,下偏差角根据下极限位置端点和中心点求取;
3)验证阀套内锥面锥角偏差模型
由步骤2)可知,决定上偏差角和下偏差角的因素包括锥面大圆、进油通径、最大法向磨削量以及阀套内锥面锥角,通过设置计算参数,算出上偏差角值与下偏差角值;结合内圆磨加工能力及其他因素对阀套内锥面锥角的精度要求,对上偏差、下偏差作进一步约束,最终确定设计精度;
而后根据最终确定的上下偏差精度要求,验证阀套内锥面锥角偏差模型。
2.根据权利要求1所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,步骤1)中,因阀套内锥面锥角的设定值在溢流阀的静、动态特性中有着诸多的相互矛盾,故对阀套内锥面锥角值的最终设定,是根据溢流阀应用工况的静、动态特性要求权衡利弊后的最优化选定;
主阀口节流方程为:
主阀口稳态液动力方程为:
FW=2CXD1p sinα (2)式(1)~(2)中:QV–为通过主阀口的溢流量;
FW–为主阀口稳态液动力轴向分力;
C–为主阀口的溢流量系数;
X–为主阀开口量;
D1–为主阀密封直径;
α-为阀套内锥面锥角;
γ-为液流重度;
g-为重力加速度;
p-为溢流阀调定压力;
由式(1)和式(2)可知,阀套内锥面锥角值给定后的偏差对相关静动态特性的影响较小,在选定阀套内锥面锥角基值为65°时,阀套内锥面锥角值±1°的正弦值相对基值的正弦值影响均在千分位,相对于两者的基数,该因素能够忽略。
3.根据权利要求1所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,步骤1)中,采用单向阀补油,由单向阀补油方程式(3)可知影响补油开启压力:一是单向阀弹簧的刚度偏差,二是影响弹簧压缩量的轴向尺寸制造误差,三是单向阀补油面积差的直径制造误差;
单向阀补油方程为:
PbΔS=P1′·ΔL1+P2′·ΔL2+Fm (3)式(3)中:Pb–为单向阀补油开启压力;
P1′-为补油弹簧1刚度;
P2′-为补油弹簧2刚度;
ΔL1-为补油弹簧1装配轴向压缩量;
ΔL2-为补油弹簧2装配轴向压缩量;
Fm-为摩擦阻力;
ΔS-为单向阀补油面积差;
通过综合分析计算可知,单向阀补油面积差的直径制造误差极限偏差百分比低于1%,单向阀弹簧的刚度偏差与影响弹簧压缩量的轴向尺寸制造误差对常规的数控设备及内圆磨加工属于中等精度要求,故该因素忽略。
4.根据权利要求1所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,步骤1)中,因锥阀处于关闭状态时,阀套内锥面承受阀芯的高压静态载荷,但在卸荷后关闭瞬间产生冲击,故对阀套内锥面的要求是同时满足耐磨、耐压和耐冲击的特性,以达到预设计的使用寿命,为此阀套采用高强度调质料制成,进而确定使用寿命为影响阀套内锥面锥角精度的主要因素。
5.根据权利要求4所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,阀套在机加工时留有磨削余量,而后进行碳氮共渗热处理,热处理后再对留有余量部分进行磨削精加工,但碳氮共渗层较浅,为获得表面高硬度,阀套内锥面渗层的最大法向磨削量必须控制在0.1mm以内,即下偏差角、上偏差角达到极限位置时两端的最大磨削量均不得超出
0.1mm。
6.根据权利要求1所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,步骤3)中,上偏差角的计算方程式:下偏差角的计算方程式:
式中:β-为上偏差角;
θ-为下偏差角;
α-为阀套理论设计的内锥面锥角;
ζ1-为最大法向磨削量;
ΔA-为锥面大圆Di和进油通径Dp的差值;
通过上述计算,能够最终确定设计精度。
7.根据权利要求6所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,最终确定设计精度为±1°。
8.根据权利要求1所述的阀套内锥面锥角偏差精度模型构建方法,其特征在于,步骤3)中,阀套内锥面锥角处于上偏差状态时的最大磨削量计算方程式(6)、阀套内锥面锥角处于下偏差状态时的最大磨削量计算方程式(7)、阀套内锥面锥角处于上偏差状态时的最小磨削量计算方程式(8)及阀套内锥面锥角处于下偏差状态时的最小磨削量计算方程式(9):上偏差时最大磨削量λ′2max的计算方程式:式中:λ′2max-为内锥面锥角上偏差密封圆轴向最大磨削量;
β′-为上偏差角实际值;
α-为阀套理论设计的内锥面锥角;
ΔB-为[(Di-D1)/2]+[ζ1/2cos(α/2)];
ΔC-为[(Di-D1)/2]-[ζ1/2cos(α/2)];
下偏差时最大磨削量λ″2max的计算方程式:式中:λ″2max-为内锥面锥角下偏差密封圆轴向最大磨削量;
θ′-为下偏差角实际值;
ζ1-为最大法向磨削量;
α-为阀套理论设计的内锥面锥角;
ΔD-为(D1-Dp)/2;
上偏差时最小磨削量λ′2min的计算方程式:式中:λ′2min-为内锥面锥角上偏差密封圆轴向最小磨削量;
β′-为上偏差角实际值;
α-为阀套理论设计的内锥面锥角;
ΔD-为(D1-Dp)/2;
下偏差时最小磨削量λ″2min的计算方程式:式中:λ″2min-为内锥面锥角下偏差密封圆轴向最小磨削量;
θ′-为下偏差角实际值;
ζ1-为最大法向磨削量;
α-为阀套理论设计的内锥面锥角;
ΔC-为[(Di-D1)/2]-[ζ1/2cos(α/2)];
以设定的数据作为定量分析基础,将数据分别代入式(6)、式(7)、式(8)、式(9),得到密封圆轴向磨削量偏差与公差变化趋势特性图,以验证阀套内锥面偏差精度模型。