液壓元件課程設(shè)計(jì)-三位四通電磁換向閥設(shè)計(jì)

1、全套圖紙加扣 3346389411或3012250582液壓元件課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目 三位四通電磁換向閥設(shè)計(jì) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2液壓元件課程設(shè)計(jì)目錄 第一章 緒論.31.1 電磁換向閥的工作原理.41.2 電磁換向閥的滑閥機(jī)能.4第二章 電磁換向閥的設(shè)計(jì)計(jì)算.62.1 確定幾何尺寸.62.2 受力計(jì)算.82.3 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算.102.4 性能計(jì)算.152.5 強(qiáng)度校核.17第三章 課設(shè)小結(jié).19參考文獻(xiàn).20第1章 緒論方向控制閥是控制液壓系統(tǒng)中油液流動(dòng)方向的各類閥的總稱，一般包括換向閥和單向閥。換向閥按換向方式的不同還分為電磁換向閥、電液動(dòng)換向閥、液動(dòng)換向閥和手動(dòng)換

2、向閥等；單向閥按控制方式的不同則分為一般單向閥和液控單向閥兩種。由于受電磁鐵外形尺寸和推力的限制，電磁閥所能通過的流量較小，一般在允許增大壓力損失的條件下，最大的公稱流量只能為100L/min左右；電液閥和液動(dòng)閥所能通過的流量不像電磁閥那樣受到電磁鐵的限制，這就是在較大流量時(shí)不采用電磁閥而是采用電液閥或液動(dòng)閥的原因；對(duì)于手動(dòng)閥由于受到人的操作力的限制，雖然所能通過的流量比電磁閥要打，但最大的公稱流量比電磁閥和液動(dòng)閥要小些。換向閥有閥芯位置數(shù)和油口通路數(shù)的區(qū)分，常用的有二位四通和三位四通等具體分類及使用場(chǎng)合如下： 1.1 電磁換向閥的工作原理如圖所示，是常見的三位四通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)圖，圖示配用

3、的閥芯為O型滑閥機(jī)能（即中間位置P、A、B、O四個(gè)油口全封閉）。當(dāng)右邊的電磁鐵1通電，通過推桿5，電磁鐵1把閥芯3推到左邊位置，使PA和BO的油路連通；右邊的電磁鐵1斷電時(shí)，左邊的對(duì)中彈簧2把閥芯3推回到中間位置，使PA和BO的油路封閉。反之，當(dāng)左邊的電磁鐵1通電或斷電時(shí)，可使PB和AO的油路連通或封閉。1.2 電磁換向閥的滑閥機(jī)能為了擴(kuò)大電磁換向閥的應(yīng)用范圍，可用不同閥芯與同一閥體中，以改變閥芯在中間位置或原始位置時(shí)各油口的連通情況。電磁換向閥閥芯在中間位置或原始位置時(shí)各油口連通情況稱為換向閥的滑閥機(jī)能。三位四通換向閥中間位置的滑閥機(jī)能一般有很多種種，如下圖所示的圖形符號(hào)簡(jiǎn)明的表達(dá)了中間位置

4、各油口的連通情況。各種三位四通換向閥因結(jié)構(gòu)布置及相應(yīng)工作原理如下圖所示：本次所設(shè)計(jì)的電磁換向閥為Y機(jī)能，公稱直徑：d=6mm，公稱壓力 P=25MPa，壓力損失，內(nèi)泄漏量，回油口的允許背壓。第2章 電磁換向閥的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 確定幾何尺寸 確定幾何尺寸時(shí)，除了保證滿足性能要求外，還要在保證強(qiáng)度的條件下，力求減小閥的外形尺寸。（1） 根據(jù)孔徑d確定流量d=d0=10mm（2） 確定閥芯的徑向尺寸 閥芯的大直徑D 取系數(shù)為1.6D1.4d=16mm 考慮到加工工藝，取D為10mm。（3） 閥口最大開口量Xmax 取V=8m/s,Qs=(6/1.13)2x8=2.255x10-4m/s帶入數(shù)值的：

5、Xmax 0.009m取Xmax =0.01m（4） 確定閥體沉割槽直徑D1和寬度B得D1=(1.5-1.8)X10-2取D2=0.0018MB=1.1d=6.6mm（5） 計(jì)算封油長(zhǎng)度L 按最不利的情況考慮，。則上式可簡(jiǎn)化為 按照相關(guān)規(guī)定，計(jì)算A或B口的封油長(zhǎng)度時(shí)，實(shí)際允許的泄漏量應(yīng)為q/2. 若工作介質(zhì)選用20#抗磨液壓油。其粘度；半徑方向的配合間隙取。則： 設(shè)閥芯與閥孔的配合面內(nèi)有一條均壓槽，槽寬為0.5mm。 所以實(shí)際封油長(zhǎng)度（6） 確定閥芯的行程s2.2 受力計(jì)算受力計(jì)算的目的是在充分保證換向可靠的條件下，為彈簧設(shè)計(jì)和選擇電磁鐵提供依據(jù)。（1） 閥芯移動(dòng)時(shí)，由液體內(nèi)摩擦產(chǎn)生的液體摩擦

6、阻力，由于數(shù)值很小，一般可以忽略不計(jì)。（2） 液壓卡緊力Fmk f-摩擦系數(shù)取0.06； K-由均壓槽數(shù)決定的系數(shù)。前面已確定在配合面內(nèi)有一條平壓槽，故K=0.4 L-封油長(zhǎng)度，這里為 D-閥芯直徑，為D=0.001m FMK=2x0.27x0.06x0.4x0.0001x0.01x25000000=3.24N（3） 推桿上由“O”型圈產(chǎn)生的摩擦力 -推桿直徑。假設(shè)取 -“0”型圈的斷面直徑。由標(biāo)準(zhǔn)（GB3452-1-2005 O 形橡膠密封圈）查出為 -“0”型圈兩端的壓差。由于回油口允許的背壓Pb為6.1MPa。 （4） 穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力而式中將該式代入得：當(dāng)然穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力的表達(dá)式還可寫成

7、：現(xiàn)進(jìn)一步分析P口產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力：1 產(chǎn)生最大穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力時(shí)的開口量取0.61，取900KG/m³2 最大穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力FSMAX=11N負(fù)號(hào)說明穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力的方向是指向使閥口關(guān)閉的方向。3 最大開口量處的穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力2.3 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算彈簧是液壓元件，尤其是閥類元件的重要零件，它的質(zhì)量好壞將會(huì)影響到元件的性能。因?yàn)?，彈簧的設(shè)計(jì)是液壓元件設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。彈簧設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容：(1) 根據(jù)元件對(duì)彈簧提出的要求（負(fù)荷和剛度），正確選擇材料和熱處理；(2) 通過計(jì)算確定彈簧的幾何尺寸和有關(guān)參數(shù)；(3) 正確繪制彈簧零件圖合理標(biāo)注技術(shù)條件。 由于彈簧是一種重要的基礎(chǔ)件

8、，為了提高它的質(zhì)量，為了指導(dǎo)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，對(duì)圓柱螺旋彈簧，我國(guó)先后指定了四項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB1239-76和GB1358-78、JB3338-83和JB/T3338.2-1993。為了解決液壓件圓柱螺旋彈簧（以后簡(jiǎn)稱液壓件彈簧）的特殊需要，原機(jī)械工業(yè)部又進(jìn)一步制定了中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 3338.2-19993“液壓件圓柱螺旋彈簧技術(shù)條件”。JB/T 338.2-1993是設(shè)計(jì)液壓件彈簧的主要依據(jù)。關(guān)于單位，理應(yīng)采用國(guó)際單位，但鑒于目前圓柱螺旋彈簧的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用的仍是工程單位，為了使用標(biāo)準(zhǔn)方便起見，彈簧設(shè)計(jì)時(shí)仍暫按工程單位進(jìn)行，待標(biāo)準(zhǔn)修改后再做相應(yīng)的變更。彈簧的設(shè)計(jì)典型公式是：式中

9、-切應(yīng)力， K-曲度系數(shù)C-旋繞比，-彈簧中經(jīng)，mmP-外負(fù)載，D-彈簧鋼絲直徑，mmn -彈簧的有效圈數(shù)G- 切變模量 以上各參數(shù)中，外負(fù)載P和變形量F是彈簧設(shè)計(jì)時(shí)給出的已知條件，切變模量G是材料決定的數(shù)據(jù)，一旦材料確定后就是已知量，其余三個(gè)量d、D2和n是彈簧設(shè)計(jì)所需要確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)。（1） P100曲線所謂P100曲線是指彈簧的切應(yīng)力為時(shí)所受的負(fù)荷值。P100曲線中，橫坐標(biāo)表示彈簧的鋼絲直徑d，采用的是對(duì)數(shù)坐標(biāo)，縱坐標(biāo)表示彈簧的旋繞比C。由公式可得： 將以，P以P100代入，則 因此對(duì)應(yīng)一個(gè)P100值就可以得出一條曲線，圖中的粗實(shí)線即表示各種不同P100值時(shí)的P100曲線，它實(shí)質(zhì)是一條等

10、強(qiáng)度曲線，反映了一定的強(qiáng)度約束條件。 若令P代表彈簧剛度，代表彈簧單圈剛度，則因此，若取代入后，上式可改寫為：（2） P初步選定d、C(D2)、u后，對(duì)彈簧進(jìn)行確認(rèn)計(jì)算。 自由高度H0不受限制時(shí)，需進(jìn)行計(jì)算。 a、切變模量G 碳素彈簧鋼絲 合金鋼碳素絲 不銹鋼鋼絲（1Cr18Ni9Ti）硅青銅線（QSi3-1） b、若對(duì)彈簧自由剛度有要求。限制為Ho時(shí)，首先按公式計(jì)算彈簧的自由度Ho。 當(dāng)Ho<Ho時(shí) （a）擴(kuò)大節(jié)距。增大自由高度Ho，這時(shí)由于壓并應(yīng)力，因此需要在零件圖上標(biāo)注工作極限高度Hj，并注明不允許壓過此位。Hj對(duì)應(yīng)的工作極限切應(yīng)力。 （b） 適當(dāng)增加支撐圈。設(shè)增加的支撐圈圈數(shù)為，

11、則（3） 確認(rèn)計(jì)算 對(duì)于換向閥復(fù)位彈簧，為了減小軸向尺寸，一般使其工作負(fù)荷Pd的變形量F2占總就量的85%，并使，這實(shí)際是為了減小軸向尺寸的附加約束條件。 根據(jù)這個(gè)條件就可以求出彈簧壓并時(shí)的負(fù)荷和變形量。使 計(jì)算結(jié)果：總?cè)?shù) n1=n+n2=2.8+2.2=5節(jié)距 自由高度 壓并高度 最大壓并高度 工作變形量=2mm =4mm（4） 精度選取和零件圖 精度根據(jù)乙類2組由JB3338-83查出，標(biāo)注在零件圖上。2.4 性能計(jì)算（1）通過公稱流量時(shí)的壓力損失，式中：根據(jù)油液在閥內(nèi)流動(dòng)情況確定的沿程摩擦阻力系數(shù)；油液密度，對(duì)于石油基的液壓油一般取為900Kg/m3；計(jì)算沿程損失的流道直徑；計(jì)算沿程損

12、失的流道內(nèi)油液的平均流速；g重力加速度；油液在閥內(nèi)流動(dòng)時(shí)的局部阻力系數(shù)；計(jì)算局部壓力損失時(shí)的油液平均流速。在第一項(xiàng)沿程壓力損失內(nèi)應(yīng)包括：a、 閥內(nèi)油液流道的沿程損失。這一段流道長(zhǎng)度可從設(shè)計(jì)圖中量出。長(zhǎng)度較短時(shí)可先按4d。計(jì)算。b、 對(duì)于閥芯兩端油腔通回油的結(jié)構(gòu)。當(dāng)油液從B（或A）口流向0口時(shí)，又增加了一段沿程損失。但這一段流道多采用鑄造流道，其長(zhǎng)度不大。但過流面積較大，流速較低。所以這段損失很小。實(shí)際可以忽略。第二項(xiàng)局部壓力損失主要是閥口的損失： d=0.006m根據(jù)雷諾曲線（圖24）來確定，雷諾數(shù)對(duì)20#抗磨液壓油，=3859參考相關(guān)文獻(xiàn)，由于2320<<4000所以其流動(dòng)處于過

13、度區(qū)內(nèi)。根據(jù)可以查出=0.04對(duì)于臺(tái)肩式滑閥，當(dāng)閥口處于全開位置時(shí)，閥口的局部阻力系數(shù)為35.5，現(xiàn)取=5。=6.63（m/s）所以（2） 泄漏量 按最不利情況考慮，即，則2.5 強(qiáng)度校核（1） 閥體強(qiáng)度可按厚壁圓筒強(qiáng)度的計(jì)算方法進(jìn)行，即：式中：閥體的最小外徑或最小寬（高）度；閥體的最大孔徑。應(yīng)保證 （n=23）式中：閥體材料的抗拉強(qiáng)度極限。（2） 閥芯強(qiáng)度 計(jì)算危險(xiǎn)端面上的拉應(yīng)力式中：承壓面積；危險(xiǎn)斷面受力面積。應(yīng)保證 （n=23）式中：閥芯材料的屈服極限。（3） 螺釘強(qiáng)度計(jì)算連接底板螺釘?shù)睦瓚?yīng)力：式中：F作用在單個(gè)螺釘上的最大軸向載荷； dL螺釘?shù)穆菁y內(nèi)徑。應(yīng)保證 式中 螺釘材料的屈服極限

14、。第三章 課設(shè)小結(jié)經(jīng)過三周的課設(shè)，我對(duì)液壓閥有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。作為液壓系統(tǒng)的控制元件，液壓控制閥（簡(jiǎn)稱液壓閥）的功用是控制液流方向，壓力及流量，以使液壓執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)獲得所需的運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)速度（轉(zhuǎn)速）及推力（轉(zhuǎn)矩）等。液壓閥的基本結(jié)構(gòu)主要包括閥芯，閥體和驅(qū)動(dòng)閥芯相對(duì)于閥體運(yùn)動(dòng)的操縱控制機(jī)構(gòu)。閥芯的結(jié)構(gòu)形式多樣；閥體上開設(shè)有與閥芯配合的閥體（套）孔或閥座孔，還有外接油管的主油口（進(jìn)出油口），控制油口和外泄油口；閥芯的操縱控制機(jī)構(gòu)有手調(diào)（動(dòng)）式，機(jī)械式，電動(dòng)式，液動(dòng)式和電液動(dòng)式等。本次設(shè)計(jì)的液壓閥為Y型中位機(jī)能的三位四通電磁換向閥，整個(gè)設(shè)計(jì)流程包括了，根據(jù)產(chǎn)品功能要求初步選擇換向閥的型式，比如電磁鐵的型號(hào)，閥體沉割槽數(shù)目，管道布局型式等：根據(jù)具體的參數(shù)要求，設(shè)計(jì)計(jì)算流道通徑，閥芯直徑等基本尺寸：對(duì)初步設(shè)計(jì)的閥芯閥體進(jìn)行受力分析，并計(jì)算封油長(zhǎng)度等；利用P100圖進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算；分析計(jì)算閥的壓力損失與泄漏量，對(duì)閥的性能進(jìn)行評(píng)估等。完成了換向閥的裝配圖，閥體零件圖，推桿零件圖，彈簧零件圖，閥芯零件圖的繪制。這是一次對(duì)專業(yè)所學(xué)的綜合檢驗(yàn)，在課設(shè)以前，我對(duì)閥體的流道結(jié)構(gòu)一直一知半解，直到自己測(cè)繪并設(shè)計(jì)了一個(gè)換向閥，才對(duì)流道的三維布局有了較好的認(rèn)識(shí)。閥體閥芯配合，各零部件的制造工藝，各式各樣的熱處理等相關(guān)的知識(shí)也得到了回顧與應(yīng)用。 感謝三周以來，XX老師對(duì)我