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液压阀上都有哪些力?有什么作用?

  • 更新日期 - 2019年08月06日 09:13

液压阀的阀芯在工作过程中所受到的作用力是多种多样的,掌握各种作用力的特点及计算方法是设计及使用液压阀的基础。下面将介绍液压阀设计分析中常见的几种作用力。

该章节只做简单介绍,详细计算方法请关注后续章节。

液压阀上都有哪些力?有什么作用?

液压力

在液压元件中,由于液体重力引起的液体压力差相对于液压力而言是极小的,可以忽略不计。因此,在计算时认为同一容腔中液体的压力相同。液压力F等于压力P与作用面积S的乘积。

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液动力

液流经过阀口时,由于流动方向和流速的变化造成液体动量的改变,使阀芯受到附加的作用力,这就是液动力。在阀口开度一定的稳定流动情况下,液动力为稳态液动力;当阀口开度发生变化时,还有瞬态液动力的作用。

稳态液动力

如图所示,取进出口之间的阀芯与阀体孔所构成的环形通道为控制体积。对于某一固定的阀口开度X而言, 控制体积对阀芯轴线方向的稳态液动力F可根据动量定律计算。

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瞬态液动力

除稳态液动力外,作用在阀芯上的液流力还有瞬态液动力。所谓瞬态液动力,是指由于阀口开度变化引起流经阀口的液流速度变化,导致流道中液体动量变化而产生的液动力。或者说,瞬态液动力是指在非稳态和瞬态情况下,由于流经阀腔的流量不稳定,流体的加速度所产生的液动力。瞬态液动力的作用方向始终与阀腔内液体的加速度方向相反。

如下图a所示,当阀口增大且流体向外流动时,由于流量增大,阀腔内液体的加速度指向右,因此作用在阀芯上的瞬态液动力Fi指向左,使阀口趋于关闭。若阀口增大时流体向内流动(如下图b),则阀腔内液体的加速度指向左,因此作用在阀芯上的瞬态液动力F指向右,使阀口趋于开启,此时,瞬态液动力对阀芯的运动是一个不稳定因素。从滑阀工作稳定性的角度出发,这种情况应尽量避免。

液压阀上都有哪些力?有什么作用?

在阀芯所受到各种作用力中,瞬态液动力的数值所占的比例不大,在一般液压控制阀中通常忽略不计,只在频响较高的阀(如伺服阀或高响应的比例阀)的动态特性分析中才予以考虑。

液压侧向力与摩擦力

如果滑阀的阀芯与阀体孔都是完全精确的圆柱形,而且径向间隙中不存在任何杂质,径向间隙处处相等,则配合间隙中压力沿圆周是均布的,阀芯上没有不平衡的径向液压力。但由于制造误差以及阀在实际工作中不可能保持精确的同心位置在线播放丝服制袜ol,萝99莉视频在线,因此,阀芯将由于径向液压力分布不均匀而被推向一侧,形成数值相当可观的液压侧向力与摩擦力。

如图下图a所示,当阀芯两端存在锥度,且大端压力大于小端压力时,称为倒锥。倒锥时侧向力使阀芯偏心增大,阀芯大端与阀体孔内壁接触,使阀芯受到较大的摩擦力而影响它的运动。当侧向力过大时,甚至会出现“卡死”现象。

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弹簧力

在液压阀中,弹簧的应用极为普遍。液压元件中所使用的弹簧主要为圆柱螺旋压缩弹簧,其弹簧力与变形量为线性关系,因此弹簧刚度为常数。某些液压阀也使用碟形弹簧,通常将单片碟形弹簧重叠成弹簧组,其弹簧力和变形量之间为非线性关系,弹簧刚度是变化的,用于对变形量和弹簧力特性有特殊要求的液压阀(如远程调压阀等)中。

液压阀上都有哪些力?有什么作用?

重力和惯性力

一般液压阀的阀芯等运动件所受的重力与其他作用力相比可以忽略不计。除了有时在设计阀芯上的弹簧要考虑阀芯自重及摩擦力的影响外,一般分析计算通常不考虑重力。惯性力是指阀芯在运动时,因速度发生变化所产生的阻碍阀芯运动的力,它也是一种质量力。在分析

阀的静态特性时可不考虑;但在进行动态分析时必须计算运动件的惯性力,有时还应考虑相关的液体质量所产生的惯性力,包括管道中液体质量的惯性力