SolidWorks的液壓閥塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、SolidWorks的液壓閥塊結(jié)構(gòu)設(shè)計31液壓閥塊的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計311液壓閥塊的結(jié)構(gòu)特點按照結(jié)構(gòu)和用途劃分，液壓閥塊有條形塊(Bar Manifolds)、小板塊(Subplates)，蓋板(Cover plates)、夾板(Sandwich Plates)、閥安裝底板(Valve Adaptors)、泵閥塊(PumpManifolds)、邏輯閥塊(Logic Manifolds)、疊加閥塊(Accumulator Manifolds)、專用閥塊(Specialty Manifolds)、集流排管和連接塊(Header and Junction Blocks)等多種形式3536。實際系統(tǒng)中的

2、液壓閥塊是由閥塊體以及其上安裝的各種液壓閥、管接頭、附件等元件組成。(1)SolidWorks閥塊體閥塊體是集成式液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它既是其它液壓元件的承裝載體，又是它們油路連通的通道體。閥塊體一般都采用長方體外型，材料一般用鋁或可鍛鑄鐵。閥塊體上分布有與液壓閥有關(guān)的安裝孔、通油孔、連接螺釘孔、定位銷孔，以及公共油孔、連接孔等，為保證孔道正確連通而不發(fā)生干涉有時還要設(shè)置工藝孔。一般一個比較簡單的閥塊體上至少有40-60個孔，稍微復(fù)雜一點的就有上百個，這些孔道構(gòu)成一個縱橫交錯的孔系網(wǎng)絡(luò)。閥塊體上的孔道有光孔、階梯孔、螺紋孔等多種形式，一般均為直孔，便于在普通鉆床和數(shù)控機(jī)床上加工。有時出于特殊的

3、連通要求設(shè)置成斜孔，但很少采用。(2)SolidWorks液壓閥液壓閥一般為標(biāo)準(zhǔn)件，包括各類板式閥、插裝閥、疊加閥等，由連接螺釘安裝在閥塊體上，實現(xiàn)液壓回路的控制功能。(3)SolidWorks管接頭管接頭用于外部管路與閥塊的連接。各種閥和閥塊體組成的液壓回路，要對液壓缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以及進(jìn)油、回油、泄油等，必須與外部管路連接才能實現(xiàn)。(4)其它附件包括管道連接法蘭、工藝孔堵塞、油路密封圈等附件。312液壓閥塊的布局原則閥塊體外表面是閥類元件的安裝基面，內(nèi)部是孔道的布置空間。閥塊的六個面構(gòu)成一個安裝面的集合。通常底面不安裝元件，而是作為與油箱或其它閥塊的疊加面。在工程實際中，出于安裝和操

4、作方便的考慮，液壓閥的安裝角度通常采用直角。液壓閥塊上六個表面的功用(僅供參考)：(1)頂面和底面液壓閥塊塊體的頂面和底面為疊加接合面，表面布有公用壓力油口P、公用回油口O、泄漏油口L、以及四個螺栓孔。(2)前面、后面和右側(cè)面(a)右側(cè)面：安裝經(jīng)常調(diào)整的元件，有壓力控制閥類，如溢流閥、減壓閥、順序閥等：流量控制閥類，如節(jié)流閥、調(diào)速閥等。(b)前面：安裝方向閥類，如電磁換向閥、單向閥等；當(dāng)壓力閥類和流量閥類在右側(cè)面安裝不下時，應(yīng)安裝在前面，以便調(diào)整。(c)后面：安裝方向閥類等不調(diào)整的元件。(3)左側(cè)面左側(cè)面設(shè)有連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出油口，外測壓點以及其他輔助油口，如蓄能器油孔、接備用壓力繼電器油孔等

5、。液壓閥塊塊體的空間布局規(guī)劃是根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖和布置圖等的設(shè)計要求和設(shè)計人員的設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行的。經(jīng)常性的原則如下：(1)安裝于液壓閥塊上的液壓元件的尺寸不得相互干涉。(2)閥塊的幾何尺寸主要考慮安裝在閥塊上的各元件的外型尺寸，使各元件之間有足夠的裝配空間。液壓元件之問的距離應(yīng)大于5mm，換向閥上的電磁鐵、壓力閥上的先導(dǎo)閥以及壓力表等可適當(dāng)延伸到閥塊安裝平面以外，這樣可減小閥塊的體積。但要注意外伸部分不要與其他零件相碰。(3)在布局時，應(yīng)考慮閥體的安裝方向是否合理，應(yīng)該使閥芯處于水平方向，防止閥芯的自重影響閥的靈敏度，特別是換向閥一定要水平布置。 (4)閥塊公共油孔的形狀和位置尺寸要根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)

6、計要求來確定。而確定閥塊上各元件的安裝參數(shù)則應(yīng)盡可能考慮使需要連通的孔道最好正交，使它們直接連通，減少不必要的工藝孔。(5)由于每個元件都有兩個以上的通油孔道，這些孔道又要與其它元件的孔道以及閥塊體上的公共油孔相連通，有時直接連通是不可能的，為此必須設(shè)計必要的工藝孔。閥塊的孔道設(shè)計就是確定孔道連通時所需增加工藝孔的數(shù)量、工藝孔的類型和位置尺寸以及閥塊上孔道的孔徑和孔深。(6)不通孔道之間的最小壁厚必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。(7)要注意液壓元件在閥塊上的固定螺孔不要與油道相碰，其最小壁厚也應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核等等。根據(jù)以上原則，液壓閥塊布局的優(yōu)化方法如下：(1)如果在液壓閥塊某面上的液壓元件的數(shù)量不超過4個，

7、則分別布置液壓元件在4個角附近，不一定在角上這樣可以保證在兩個邊附近進(jìn)行工藝孔設(shè)計。(2)如果在液壓閥塊某面上的液壓元件的數(shù)量不超過8個，則除了分別布置液壓元件在4個角附近以外，其它液壓元件可根據(jù)情況分別布置在4個邊附近。這樣可以保證在一個到兩個邊附近進(jìn)行工藝孔設(shè)計。(3)如果液壓閥塊某面上的液壓元件的數(shù)量超過8個以上，可以考慮使用智能方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于一般情況下，液壓閥塊包含的液壓元件總和不會超過10個以上，所以分配到各個面上的液壓元件數(shù)量不會超過lO個，一般在3到5個左右。由于在一般液壓閥塊設(shè)計中很少涉及到大量的液壓元件布置，所以根據(jù)前兩條的規(guī)則可以滿足系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。313液壓閥

8、塊的設(shè)計思路集成塊單元回路圖實質(zhì)上是液壓系統(tǒng)原理的一個等效轉(zhuǎn)換，它是設(shè)計塊式集成液壓控制裝置的基礎(chǔ)，也是設(shè)計集成塊的依據(jù)。閥塊圖紙上要有相應(yīng)的原理圖，原理圖除反映油路的連通性外，還要標(biāo)出所用元件的規(guī)格型號、油口的名稱及孔徑，以便液壓閥塊的設(shè)計。設(shè)計閥塊前首先要讀通原理圖，然后確定哪一部分油路可以集成。每個塊體上包括的元件數(shù)量應(yīng)適中。閥塊體尺寸應(yīng)考慮兩個側(cè)面所安裝的元件類型及外形尺寸，以及保證塊體內(nèi)油道孔間的最小允許壁厚的原則下，力求結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。32基于特征的液壓閥塊的交互設(shè)計321SolidWorks閥塊的特征分析特征是設(shè)計者對涉及對象的功能、形狀、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、檢驗、管理與

9、使用信息及其關(guān)系等具有確切的工程含義的深層次抽象的描述，是產(chǎn)品描述信息的集合3738。不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的對象，特征的抽象和分類方法有所不同。在機(jī)械產(chǎn)品中，將構(gòu)成零件的特征分為以下幾大類：輔助特征、幾何特征等。(1)輔助特征輔助特征是進(jìn)行基于特征的零件實體建模設(shè)計的輔助工具，并不是所設(shè)計實體模型的組成部分。在實體建模時，如何恰當(dāng)?shù)厥褂幂o助特征來順利完成實體建模，具有很大的技巧性。在實體模型的特征創(chuàng)建完畢后，輔助特征可被隱藏或重新顯示。輔助特征主要包括：工作平面、工作軸、工作點、構(gòu)造特征和特征管理設(shè)計樹。工作平面又稱工作基準(zhǔn)面，是輔助創(chuàng)建草圖及其特征和執(zhí)行特征操作終止的工作平面。是一個無限邊界

10、的平坦面，因?qū)嶓w建模的設(shè)計必須在某一平面上完成二維草圖繪制后，進(jìn)行特征操作。所以，工作平面主要作用是確定草圖平面，同時也可以作為特征操作的終止參數(shù)平面和創(chuàng)建其他工作平面的中間媒體。(2)幾何特征幾何特征是構(gòu)成零件實體模型的基本要素，是基于特征的實體建模的含義所在，是創(chuàng)建基體特征和進(jìn)行細(xì)節(jié)特征操作的主要部分。根據(jù)創(chuàng)建方式不同，將幾何特征分為草圖特征和直接生成特征。草圖特征是由二維輪廓線或橫斷面進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣形成的特征，因此草圖特征又分為拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、掃描和放樣特征。直接生成特征是直接參數(shù)地創(chuàng)建在實體模型上的特征，是系統(tǒng)或設(shè)計者已定義好的參數(shù)化特征，在建模時，只需進(jìn)行特征定位和輸

11、入?yún)?shù)化尺寸值即可形成的特征。閥塊的特征可以知道，有最基本的基體特征，其余就是孔道及沉槽，整體設(shè)計特征如下圖所示： 322基于特征的SolidWorks API對象在對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)時，首先要建立SolidWorks的連接，創(chuàng)建SolidWorks的應(yīng)用對象：這兩個函數(shù)創(chuàng)建了一個新的工作區(qū)，使能夠進(jìn)行建模和裝配?！斑x擇”可以說是在使用SolidWorks時用得最多的一個命令，有很多命令在使用時都要選擇操作對象，通過調(diào)用ModelDoc對象中的SelectBylD函數(shù)來實現(xiàn)：ModelDocSelectBylD(objectName，objectType，x，y，z)這個函數(shù)在

12、應(yīng)用時需要輸入五個參數(shù)：objectName表示要選擇對象的名稱，該名稱是SolidWorks在創(chuàng)建對象時按先后順序自動命名的，如基準(zhǔn)面l、基準(zhǔn)面2、Arcl、Line3、D1草圖1PartlSLDPRT：objectType要輸入對象的類型，如PLANE(面)、SKETCHSEGMENT(草圖上的對象如直線、圓弧等)、DIMENSION(尺寸標(biāo)注)；x，y，Z是平面上任一點的坐標(biāo)值。在所選平面上插入草圖，調(diào)用ModelDoc中的InscrtSketch函數(shù)：ModelDocInsertSketeh()畫直線調(diào)用ModelDoe對象中的CreateLine2函數(shù)：ModelDocCreateL

13、ine2(xStart,yStart,zStart，xEnd，yEnd，zEnd)ConstructionGeometry=TruexStart、yStaa、zStart、rend、yEnd、zEnd分別是直線的起點和終點坐標(biāo)；ConstruetionGeometry=True時表示畫中心輔助線。畫矩形調(diào)用ModelDoc中的SketchRectangle函數(shù)：PartSketchRectangle(vall，val2，zl，val3，val4，z2，val5)vail和val2分別是左上角的X值和Y值，val3和val4分別是右上角的X值和Y值，z1和z2分別是左上角和左下角的Z值。畫圓調(diào)用

14、ModelDoc·對象中的Create Circle2函數(shù)：ModeIDocCteateCirele2(xg，yc，zc，xp，yp，zp)xc、yc、zc、xp、yp、zp分別是圓心和圓上一點的坐標(biāo)值。基本實體建模命令：拉伸調(diào)用PanDoc中的FeatureExtrusion函數(shù)：PartDocFeatureExtrusion(sd，flip，dir,tl，t2，dl，d2，dchkl，dchk2，ddirl，ddir2，dangl，dang2，offsetReverse1，ffsetReverse2)sd為TRUE時表示單向拉伸為FALSE時雙向拉伸，以0、l表示；dir為TRU

15、E時表示正向拉伸。為真時有效；dir為TRUE時表示反向拉伸，為真時有效；tl、t2表示終止類型。可取下列值：0(給定深度)、1(貫穿)、2(為貫穿下一個)、3(成形到一頂點)、4(成形到一面)、5(到離指定面指定的距離)、6(兩側(cè)對稱)；dl、d2表示拉伸的深度；ddirl、ddir2為TRUE時表示帶拔模角拉伸；dangl、dan92為TRUE時表示向內(nèi)拔模，為FALSE是向外拔模；offsetRe2verseI，offsetReverse2控制到離指定面指定的距離，在t1、t2為5時有效。其中d2、dchk2、ddir2、dang2、offsetReverse2在雙向拉伸時有效。切除拉伸

16、調(diào)用PartDoc中的FeatureCut函數(shù)：PartFeatureManagerFeatureCut(sd，flip，dir,tl，t2，dl，d2，dchkl，dchk2，ddirl，ddir2，dangl，dan92，offRevea1，offsetReverse2；keeppieceindex，normalcut) sd為TRUE時表示單向拉伸，為FALSE時雙向拉伸，以0、1表示；flip為TRUE時表示切除輪廓外的材料；dir為TRUE時表示反向拉伸，為真時有效；t1、t2表示終止類型，可取下列值：0(給定深度)、l(貫穿)、2(為貫穿下一個)、3(成形到一頂點)、4(成形到一面

17、)、5(到離指定面指定的距離)、6(兩側(cè)對稱)；dl，d2表示切割的深度；ddirl、dd砬為TRUE時表示帶拔模角拉伸；dangl、dan92為TRUE時表示向內(nèi)拔模，為FALSE是向外拔模；offsetRe2versel，offsetReverse2控制到離指定面指定的距離，在tl、t2為5時有效。其中d2、dchk2、ddir2、dan92、offsetReverse2在雙向拉伸時有效。NormalCut正常切除時為TRUE，否則為FALSE。23閥塊特征的SolidWorks參數(shù)化設(shè)計基于特征參數(shù)化建模技術(shù)是將特征設(shè)計方法與參數(shù)化技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，從而實現(xiàn)對多種設(shè)計方式(自頂而下或自

18、底而上等)和設(shè)計形式(原始設(shè)計、相似設(shè)計和衍生設(shè)計等)的支持39。這種理念的提出，改變了傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)完全靠設(shè)計者指出零件幾何圖素的位置這一限制，將零件幾何體的多個圖素結(jié)合在一起，形成一個以特征為操作單位的新語義實體，這將包含比幾何圖素多得多的零件描述。對于一個特征來說其構(gòu)成的幾何圖索之間的拓?fù)潢P(guān)系是不變的，特征形狀的變化只能通過給特征指定不同的參數(shù)值來實現(xiàn)40。對零件的修改就可轉(zhuǎn)化為對構(gòu)成零件特征參數(shù)的修改，使得用戶不用直接參與修改零件幾何圖素位置關(guān)系的工作，大大方便了零件的設(shè)計與后期修改。本設(shè)計主要采用特征參數(shù)化技術(shù)。系統(tǒng)首先對閥塊進(jìn)行特征分析，然后進(jìn)行確定特征建立的次序，將特征歸納為參數(shù)

19、的表達(dá)形式；最后利用Solidworks進(jìn)行建模，在程序中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動。利用SolidWorks類型庫的支持對該系統(tǒng)的模塊進(jìn)行二次開發(fā)。草圖特征和螺紋孔定位銷孔采用基于特征的全參數(shù)造型技術(shù)，用戶可以方便地利用特征造型技術(shù)新建零件實體，也可通過SolidWorks系統(tǒng)所提供的特征樹等功能對己有零件實體進(jìn)行編輯和修改。采用VB開發(fā)參數(shù)化建模和造型實質(zhì)上是在更深的層次中應(yīng)用SolidWorks，即直接利用VB程序?qū)olidWorks的內(nèi)部特征函數(shù)進(jìn)行調(diào)用從而實現(xiàn)特征的生成、修改、編輯、保存等操作。創(chuàng)建基體特征的時候采用人機(jī)交互的形式建立模型，設(shè)置合理的設(shè)計變量，再通過VB程序驅(qū)動設(shè)

20、計變量實現(xiàn)模型的更新。首先根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖和布置圖等的要求，初步確定液壓閥塊的大小。在SolidWorks中設(shè)計閥塊的基體特征，閥塊的基體是一個長方體，考慮到后期孔道特征的在各個面的創(chuàng)建，需要在長方體上增加輔助特征，即三個工作基準(zhǔn)面：后視基準(zhǔn)面，左視基準(zhǔn)面和下視基準(zhǔn)面，由于面的命名沒有什么規(guī)律，很多時候是程序自動來命名的，這樣，不方便使用SelectbyID來選擇，也不能使用坐標(biāo)值來選擇一個面，那樣做更加糟糕，所以創(chuàng)建了三個輔助平面，對面進(jìn)行布爾的判斷。然后，根據(jù)液壓閥塊在總裝圖中的位置初步確定液壓閥塊主油路孔和各元件在閥塊體上的位置，在選擇的基準(zhǔn)面上確定一點，插入草圖，并且實現(xiàn)螺紋孔和定位

21、銷孔的特征實現(xiàn)，將所用的每一個元件的底板草圖尺寸從建立的相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出，驅(qū)動草圖特征在選擇面上的生成。隨著設(shè)計系統(tǒng)的增加，相應(yīng)的各類液壓閥的底板草圖尺寸在數(shù)據(jù)庫中的模板也會增加，但每次增加的數(shù)量會相應(yīng)的減少。這樣，就創(chuàng)建了如圖32所示的閥塊上的草圖特征及與參數(shù)無關(guān)的螺栓孔和定位銷孔的特征。33孔道連通設(shè)計331孔道設(shè)計的原則液壓閥塊的六個構(gòu)造基面上都分布有各種類型的孔道。閥塊孔道連通設(shè)計過程就是根據(jù)裝配關(guān)系設(shè)計方案和原理圖的要求，確定各類孔道的孔深，以實現(xiàn)預(yù)定的控制要求3839。閥塊孔道設(shè)計必須滿足以下要求：(1)滿足用戶要求，如尺寸限制、油孔位置、方位面等用戶的特殊需求。(2)滿足原理圖

22、中對孔道連通關(guān)系的要求，該通的孔應(yīng)保證連接暢通，并滿足規(guī)定的通流面積要求，不該連通的孔不通，并滿足壁厚要求。為保證閥塊設(shè)計的質(zhì)量，在閥塊孔道設(shè)計中必須遵循以下準(zhǔn)則：(1)孔道深度的數(shù)值不包括孔尖的深度，是指孔道主體部分(圓柱體)的深度； (2)連通孔道應(yīng)盡量直通，不能直通的孔道，應(yīng)保證工藝孔位置安排合理、工藝孔數(shù)目最少、幾何尺寸最小且加工簡單；(3)相交兩孔應(yīng)至少包容小孔半徑，垂直相交兩孔孔深至少達(dá)到另一孔中心線，對面相交兩孔相交部分深度應(yīng)至少達(dá)到兩孔最小半徑值。對于不能直接相連的待通孔，需要設(shè)計工藝孔。而工藝孔的設(shè)計，不僅要滿足于連通兩待通孔，還應(yīng)使油流通暢、能滿足一定的通流面積。所以在設(shè)計

23、工藝孔位置、尺寸時除了遵循以上準(zhǔn)則外，還應(yīng)遵守以下規(guī)范：(1)工藝孔位置應(yīng)保證至少通過小孔的一半；(2)工藝孔的半徑等于小孔的半徑Rg=Min(Rl，R2)。332孔道連通設(shè)計孔道連通設(shè)計的實質(zhì)就是實現(xiàn)閥塊上任意兩條孔道的連通。分析兩孔道的相對位置關(guān)系是孔道連通設(shè)計的關(guān)鍵，它決定了孔道設(shè)計的連通方法、工藝孔數(shù)目和工藝孔設(shè)計的情況等40。閥塊上兩孔道間的位置關(guān)系有以下幾種情況：(1)兩孔道位于同一平面(簡稱兩孔同面)對于兩孔同面的孔道連通設(shè)計比較簡單直觀，下面來重點研究一下兩孔對面和兩孔臨面的情況。設(shè)液壓閥塊的長寬高分別為L，w，H。設(shè)待連通的兩個孔的坐標(biāo)分別為(2)兩孔道位于相對平面(簡稱兩孔對面)兩孔位于相對平面的時候，分為兩種情況：前視基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)面l(后視基準(zhǔn)面)；右視基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)面2(左視基準(zhǔn)面)。先研究第一種情況，當(dāng)兩點在前視基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)面1上的時候，此時工藝孔需要打兩個，孔心分別為：其中x是根據(jù)底板尺寸和位置自主確定的。(3)兩孔道位于相鄰平面(簡稱兩孔鄰面)兩孔位于相鄰平面的時候，分為四種情況，兩孔在右視基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)面1，兩孔在基準(zhǔn)面3與基準(zhǔn)面l，兩孔在右視基準(zhǔn)面與前視基準(zhǔn)面，兩孔在基準(zhǔn)面3與前視基準(zhǔn)面這里只列出第一種情況，其他以此類推。兩孔在右視基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)面1的時候，此時需要打一個工藝孔，工藝孔的坐標(biāo)是 34輔