超高压电磁换向球阀复位弹簧的可靠性分析

　　1 引言

　　电磁换向阀的可靠与否对整个系统的可靠性影响很大,换向阀的误动作或使用中卡死,将严重影响整机的正常工作.电磁换向阀的复位弹簧是影响其可靠性的关键零件,其可靠性在设计过程中尤为重要,对提高整个液压系统的可靠性具有重要意义.

　　其中复位弹簧的疲劳断裂,是电磁换向阀的主要失效模式之一.所以本文将主要探讨超高压电磁换向球阀复位弹簧可靠性的设计问题.

　　2 弹簧可靠性计算

　　液压元件可靠性是指元件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力,它贯穿于设计制造和使用的各个阶段,但首先取决于设计阶段,所以为取得高可靠度液压元件,首先应确保新设计元件的固有可靠度达到规定的目标值.

　　液压元件及其零件可靠性设计运用概率理论,采用随机变量模型.研究表明,圆柱螺旋压缩弹簧的失效循环次数符合对数正态分布.由应力和强度干涉理论可知,可靠度是/强度大于应力的整个概率0,表示为

式中S—零件的强度; s—零件的应力.

　　如能满足上式,则可保证零件不会失效,否则将会失效.

　　当应力和强度分布都为对数正态分布时,可以将其转化为标准正态分布,然后用下面的联结方程先求出联结系数Z,再利用标准正态分布面积表求出可靠度.

式中—强度均值;—应力均值;σ_S—强度标准差;σ_s—应力标准差.

　　3 电磁换向球阀弹簧可靠性设计步骤

　　3. 1 确定失效应力分布

　　弹簧最大载荷F₂的合力作用于弹簧的中心,如图1^[1]所示,对弹簧轴线的切面来说,既受到力矩T=的作用,又受到最大载荷F₂的作用.由图示可见螺旋弹簧中的最大剪应力发生在弹簧丝的内侧,如果弹簧受力后所产生的剪切应力S认为是均匀分布在弹簧支撑圈上的,则其应为力矩T和最大载荷F₂对切面所产生的剪应力之和,表示为

式中k—曲度系数;

式中C—弹簧指数(旋绕比);F₂—弹簧所受最大轴向压力;

　　D₂—弹簧中径;d—弹簧丝直径.

　　由于弹簧的剪应力为τ三个参数F₂、D₂和d的函数,所以采用代数法综合其均值与标准差,即:设有一个含多个随机变量的函数Z=(x₁,x₂......xn),若已知其中每一随机变量x_i的均值μi和标准差σ_i,则可以把这一函数综合成为一个含单一随机变量的函数,方法是确定这个单一函数的均值μ和标准差σ^[2]。

　　根据代数综合法得剪应力的均值和标准差分别为:

式中d—弹簧丝直径的均值; D—弹簧中径的均值;F₂—弹簧最大载荷的均值;