本文针对用Solidworks进行安全阀的零件建模和整体结构的虚拟装配中，弹簧在装配中需要压缩的要求。结合“自上而下”和“自下而上”的设计方法，提出了在Solidworks装配环境中先装入与弹簧两端直接接触的零件，再用插入新零件的方法，生成弹簧实体模型。这种关联的弹簧建模方法，可以满足安全阀工作中，弹簧根据压力伸缩的需求。本文由上海五岳泵阀制造有限公司转载分享，上海五岳专业生产各类弹簧式安全阀，先导式安全阀，并终身为使用单位提供相关产品技术支持。

1 安全阀的工作原理 
　　安全阀在油路中起过载保护作用，安全阀主要由阀体、阀芯、阀盖，阀罩和弹簧及调整螺杆组成，其进油口与系统压力油相通，出油口与回油路相通，当系统压力大于阀芯所受向下的弹簧力时，阀芯升起，阀口打开，系统压力油经阀口溢流到回油箱，当系统压力小于溢流阀的预定压力时，阀芯所受向上作用力小于阀芯所受向下的弹簧力，这时阀芯在弹簧的作用下压在阀体上，阀口关闭，调整螺钉可改变弹簧的弹簧力以调整溢流阀的开启压力。所以安全阀中的弹簧是在一定的压缩量下装进去的，而非自由状态或者是完全压缩状态。 
　　2 Solidworks装配方法 
　　Solidworks装配中既可以采用“自上而下”的装配，也可以采用“自下而上”的装配。在“自下而上”设计中，先分别设计好各零件，然后将其逐个调入到装配环境中，再根据装配体的功能及设计要求对各零件之间添加约束配合。由于零部件是独立设计的，与“自上而下”设计法相比，使用“自下而上”设计法可以使用户更能专注于单个零件的设计工作。“自上而下”的设计方法从装配体中开始设计，允许用户使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或者生成组装零件后再添加新的加工特征，进一步进行详细的零件设计。 
　　3 用关联设计的方法进行弹簧建模 
　　从安全阀的工作原理知道，弹簧在一定压缩量的情况下装进去的。弹簧是装在弹簧座和阀芯之间，在一定的预紧力下，当安全阀工作的时候，如果弹簧向下的力小于油压时，阀芯被抬起，弹簧随之被压缩，阀芯和弹簧座之间的相对距离发生了变化。而弹簧座在装配好后，位置是不发生变化的，也就是说在安全阀工作的情况下，只有阀芯随着油压的变化，在竖直方向上有位移，同时，弹簧也会跟随伸缩。 
　　先采用自下而上的方法建好安全阀中除过弹簧以外的每个零件的模型，然后采用自上而下的方法设计弹簧。安全阀中，与弹簧紧密关联的是弹簧座和阀芯，所以本文在装配中，只引入阀芯和弹簧座。在装配环境下，插入弹簧座和阀门，让弹簧座处于固定状态，先使用同轴配合和基准面重合的配合，这样阀芯就可以在竖直方向上有自由度，然后使用高级配合中的极限距离配合，按照弹簧工作时实际的压缩量的变化进行设置，这样阀芯在竖直方向上只能在一定距离内运动。 
　　插入新零件，右键单击新零件，选择浮动。在新零件的编辑界面上，分别选择阀芯内底面和弹簧座内表面创建基准面1和基准面2，如图1，基准面1和基准面2分别到阀芯内底面和弹簧座内表面的距离为弹簧两头的压并高度。也就是基准面1和2之间的距离是可以变化的，这样就可以实现弹簧的压缩。在经过阀芯左右两小孔的平面上，绘制草图1，草图1为直线，设置该直线的两端分别和基准面1和基准面2重合，并且经过弹簧座轴线，再绘制草图2，草图2的长度为弹簧中径的1/2长。建立扫描曲面特征，以草图2为轮廓，草图1为路径。在选项的方向扭转类型中选择沿路径扭转，度数为弹簧有效圈数乘以360°[1]。 
　　在基准面1上绘制草图3，草图3为圆，直径为弹簧中径大小。以草图3建立螺旋线/涡状线1，在定义方式中选择高度和螺距，高度为基准面1和阀芯内底面之间的距离，螺距一般选择1.1倍的弹簧丝的直径，起始角度和方向根据具体情况来设置。用同样的方法建立螺旋线/涡状线2。必须保证螺旋线/涡状线1、2和扫描曲面的旋转方向是一致的[2][3]。 
　　由扫描曲面边线，螺旋线/涡状线1和2建立组合曲线。为了不影响视觉效果，可以将扫描曲面隐藏。在上视基准面上，在螺旋线的边线上建立圆形草图5，圆的直径为弹簧丝的直径。以草图5为轮廓，组合曲线为路径进行实体扫描，生成弹簧实体。然后对弹簧两端建立磨平特征，选取上视基准面，建立草图，草图的上下边线分别要和弹簧座内表面边线和阀芯内底面边线重合或者共线，这样才能保证阀芯和弹簧座之间的距离变化的时候，草图边线之间的距离也发生变化，然后用拉伸切除的方法建立磨平特征。最终效果如图3，为了更清楚的显示弹簧，将阀芯设置为透明。因为草图1的长度是可以改变的，所以通过移动阀芯，点击重建模型按钮，弹簧的长度就会跟着被压缩或者伸长，或者可以用动画模拟的方法来显示弹簧的伸缩过程[4]。 
　　4 小结 
　　本文通过分析安全阀的工作原理，弹簧的作用和安装位置，着重介绍了在Solidworks装配环境下生成压缩弹簧的方法。我们还可以用先建弹簧模型，再进行装配的设计方法，只要在弹簧建模过程中，保证弹簧有效长度的草图不是完全约束，它的长度是可以变化的就可以实现弹簧在装配过程中的压缩。 （完）