本文針對(duì)用Solidworks進(jìn)行安全閥的零件建模和整體結(jié)構(gòu)的虛擬裝配中，彈簧在裝配中需要壓縮的要求。結(jié)合“自上而下”和“自下而上”的設(shè)計(jì)方法，提出了在Solidworks裝配環(huán)境中先裝入與彈簧兩端直接接觸的零件，再用插入新零件的方法，生成彈簧實(shí)體模型。這種關(guān)聯(lián)的彈簧建模方法，可以滿足安全閥工作中，彈簧根據(jù)壓力伸縮的需求。本文由上海五岳泵閥制造有限公司轉(zhuǎn)載分享，上海五岳專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各類(lèi)彈簧式安全閥，先導(dǎo)式安全閥，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。

1 安全閥的工作原理?
　　安全閥在油路中起過(guò)載保護(hù)作用，安全閥主要由閥體、閥芯、閥蓋，閥罩和彈簧及調(diào)整螺桿組成，其進(jìn)油口與系統(tǒng)壓力油相通，出油口與回油路相通，當(dāng)系統(tǒng)壓力大于閥芯所受向下的彈簧力時(shí)，閥芯升起，閥口打開(kāi)，系統(tǒng)壓力油經(jīng)閥口溢流到回油箱，當(dāng)系統(tǒng)壓力小于溢流閥的預(yù)定壓力時(shí)，閥芯所受向上作用力小于閥芯所受向下的彈簧力，這時(shí)閥芯在彈簧的作用下壓在閥體上，閥口關(guān)閉，調(diào)整螺釘可改變彈簧的彈簧力以調(diào)整溢流閥的開(kāi)啟壓力。所以安全閥中的彈簧是在一定的壓縮量下裝進(jìn)去的，而非自由狀態(tài)或者是完全壓縮狀態(tài)。?
　　2 Solidworks裝配方法?
　　Solidworks裝配中既可以采用“自上而下”的裝配，也可以采用“自下而上”的裝配。在“自下而上”設(shè)計(jì)中，先分別設(shè)計(jì)好各零件，然后將其逐個(gè)調(diào)入到裝配環(huán)境中，再根據(jù)裝配體的功能及設(shè)計(jì)要求對(duì)各零件之間添加約束配合。由于零部件是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，與“自上而下”設(shè)計(jì)法相比，使用“自下而上”設(shè)計(jì)法可以使用戶更能專(zhuān)注于單個(gè)零件的設(shè)計(jì)工作?！白陨隙隆钡脑O(shè)計(jì)方法從裝配體中開(kāi)始設(shè)計(jì)，允許用戶使用一個(gè)零件的幾何體來(lái)幫助定義另一個(gè)零件，或者生成組裝零件后再添加新的加工特征，進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)的零件設(shè)計(jì)。?
　　3 用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行彈簧建模?
　　從安全閥的工作原理知道，彈簧在一定壓縮量的情況下裝進(jìn)去的。彈簧是裝在彈簧座和閥芯之間，在一定的預(yù)緊力下，當(dāng)安全閥工作的時(shí)候，如果彈簧向下的力小于油壓時(shí)，閥芯被抬起，彈簧隨之被壓縮，閥芯和彈簧座之間的相對(duì)距離發(fā)生了變化。而彈簧座在裝配好后，位置是不發(fā)生變化的，也就是說(shuō)在安全閥工作的情況下，只有閥芯隨著油壓的變化，在豎直方向上有位移，同時(shí)，彈簧也會(huì)跟隨伸縮。?
　　先采用自下而上的方法建好安全閥中除過(guò)彈簧以外的每個(gè)零件的模型，然后采用自上而下的方法設(shè)計(jì)彈簧。安全閥中，與彈簧緊密關(guān)聯(lián)的是彈簧座和閥芯，所以本文在裝配中，只引入閥芯和彈簧座。在裝配環(huán)境下，插入彈簧座和閥門(mén)，讓彈簧座處于固定狀態(tài)，先使用同軸配合和基準(zhǔn)面重合的配合，這樣閥芯就可以在豎直方向上有自由度，然后使用高級(jí)配合中的極限距離配合，按照彈簧工作時(shí)實(shí)際的壓縮量的變化進(jìn)行設(shè)置，這樣閥芯在豎直方向上只能在一定距離內(nèi)運(yùn)動(dòng)。?
　　插入新零件，右鍵單擊新零件，選擇浮動(dòng)。在新零件的編輯界面上，分別選擇閥芯內(nèi)底面和彈簧座內(nèi)表面創(chuàng)建基準(zhǔn)面1和基準(zhǔn)面2，如圖1，基準(zhǔn)面1和基準(zhǔn)面2分別到閥芯內(nèi)底面和彈簧座內(nèi)表面的距離為彈簧兩頭的壓并高度。也就是基準(zhǔn)面1和2之間的距離是可以變化的，這樣就可以實(shí)現(xiàn)彈簧的壓縮。在經(jīng)過(guò)閥芯左右兩小孔的平面上，繪制草圖1，草圖1為直線，設(shè)置該直線的兩端分別和基準(zhǔn)面1和基準(zhǔn)面2重合，并且經(jīng)過(guò)彈簧座軸線，再繪制草圖2，草圖2的長(zhǎng)度為彈簧中徑的1/2長(zhǎng)。建立掃描曲面特征，以草圖2為輪廓，草圖1為路徑。在選項(xiàng)的方向扭轉(zhuǎn)類(lèi)型中選擇沿路徑扭轉(zhuǎn)，度數(shù)為彈簧有效圈數(shù)乘以360°[1]。?
　　在基準(zhǔn)面1上繪制草圖3，草圖3為圓，直徑為彈簧中徑大小。以草圖3建立螺旋線/渦狀線1，在定義方式中選擇高度和螺距，高度為基準(zhǔn)面1和閥芯內(nèi)底面之間的距離，螺距一般選擇1.1倍的彈簧絲的直徑，起始角度和方向根據(jù)具體情況來(lái)設(shè)置。用同樣的方法建立螺旋線/渦狀線2。必須保證螺旋線/渦狀線1、2和掃描曲面的旋轉(zhuǎn)方向是一致的[2][3]。?
　　由掃描曲面邊線，螺旋線/渦狀線1和2建立組合曲線。為了不影響視覺(jué)效果，可以將掃描曲面隱藏。在上視基準(zhǔn)面上，在螺旋線的邊線上建立圓形草圖5，圓的直徑為彈簧絲的直徑。以草圖5為輪廓，組合曲線為路徑進(jìn)行實(shí)體掃描，生成彈簧實(shí)體。然后對(duì)彈簧兩端建立磨平特征，選取上視基準(zhǔn)面，建立草圖，草圖的上下邊線分別要和彈簧座內(nèi)表面邊線和閥芯內(nèi)底面邊線重合或者共線，這樣才能保證閥芯和彈簧座之間的距離變化的時(shí)候，草圖邊線之間的距離也發(fā)生變化，然后用拉伸切除的方法建立磨平特征。最終效果如圖3，為了更清楚的顯示彈簧，將閥芯設(shè)置為透明。因?yàn)椴輬D1的長(zhǎng)度是可以改變的，所以通過(guò)移動(dòng)閥芯，點(diǎn)擊重建模型按鈕，彈簧的長(zhǎng)度就會(huì)跟著被壓縮或者伸長(zhǎng)，或者可以用動(dòng)畫(huà)模擬的方法來(lái)顯示彈簧的伸縮過(guò)程[4]。?
　　4 小結(jié)?
　　本文通過(guò)分析安全閥的工作原理，彈簧的作用和安裝位置，著重介紹了在Solidworks裝配環(huán)境下生成壓縮彈簧的方法。我們還可以用先建彈簧模型，再進(jìn)行裝配的設(shè)計(jì)方法，只要在彈簧建模過(guò)程中，保證彈簧有效長(zhǎng)度的草圖不是完全約束，它的長(zhǎng)度是可以變化的就可以實(shí)現(xiàn)彈簧在裝配過(guò)程中的壓縮。?