1、全套圖紙加扣 3346389411或3012250582液壓元件課程設計計算說明書設計題目 三位四通電磁換向閥設計 班 級 姓 名 學 號 指導教師 2液壓元件課程設計目錄 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能.4第二章 電磁換向閥的設計計算.62.1 確定幾何尺寸.62.2 受力計算.82.3 彈簧的設計計算.102.4 性能計算.152.5 強度校核.17第三章 課設小結.19參考文獻.20第1章 緒論方向控制閥是控制液壓系統中油液流動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、電液動換向閥、液動換向閥和手動換

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不采用電磁閥而是采用電液閥或液動閥的原因；對于手動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閥要小些。換向閥有閥芯位置數和油口通路數的區分，常用的有二位四通和三位四通等具體分類及使用場合如下： 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構圖，圖示配用

3、的閥芯為O型滑閥機能（即中間位置P、A、B、O四個油口全封閉）。當右邊的電磁鐵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，左邊的對中彈簧2把閥芯3推回到中間位置，使PA和BO的油路封閉。反之，當左邊的電磁鐵1通電或斷電時，可使PB和AO的油路連通或封閉。1.2 電磁換向閥的滑閥機能為了擴大電磁換向閥的應用范圍，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各油口連通情況稱為換向閥的滑閥機能。三位四通換向閥中間位置的滑閥機能一般有很多種種，如下圖所示的圖形符號簡明的表達了中間位置

4、各油口的連通情況。各種三位四通換向閥因結構布置及相應工作原理如下圖所示：本次所設計的電磁換向閥為Y機能，公稱直徑：d=6mm，公稱壓力 P=25MPa，壓力損失，內泄漏量，回油口的允許背壓。第2章 電磁換向閥的設計計算2.1 確定幾何尺寸 確定幾何尺寸時，除了保證滿足性能要求外，還要在保證強度的條件下，力求減小閥的外形尺寸。（1） 根據孔徑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） 計算封油長度L 按最不利的情況考慮，。則上式可簡化為 按照相關規定，計算A或B口的封油長度時，實際允許的泄漏量應為q/2. 若工作介質選用20#抗磨液壓油。其粘度；半徑方向的配合間隙取。則： 設閥芯與閥孔的配合面內有一條均壓槽，槽寬為0.5mm。 所以實際封油長度（6） 確定閥芯的行程s2.2 受力計算受力計算的目的是在充分保證換向可靠的條件下，為彈簧設計和選擇電磁鐵提供依據。（1） 閥芯移動時，由液體內摩擦產生的液體摩擦

6、阻力，由于數值很小，一般可以忽略不計。（2） 液壓卡緊力Fmk f-摩擦系數取0.06； K-由均壓槽數決定的系數。前面已確定在配合面內有一條平壓槽，故K=0.4 L-封油長度，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”型圈產生的摩擦力 -推桿直徑。假設取 -“0”型圈的斷面直徑。由標準（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） 穩態軸向液動力而式中將該式代入得：當然穩態軸向液動力的表達式還可寫成

7、：現進一步分析P口產生的穩態軸向液動力：1 產生最大穩態軸向液動力時的開口量取0.61，取900KG/m³2 最大穩態軸向液動力FSMAX=11N負號說明穩態軸向液動力的方向是指向使閥口關閉的方向。3 最大開口量處的穩態軸向液動力2.3 彈簧的設計計算彈簧是液壓元件，尤其是閥類元件的重要零件，它的質量好壞將會影響到元件的性能。因為，彈簧的設計是液壓元件設計中的一項重要工作。彈簧設計一般包括以下內容：(1) 根據元件對彈簧提出的要求（負荷和剛度），正確選擇材料和熱處理；(2) 通過計算確定彈簧的幾何尺寸和有關參數；(3) 正確繪制彈簧零件圖合理標注技術條件。 由于彈簧是一種重要的基礎件

8、，為了提高它的質量，為了指導設計和生產，對圓柱螺旋彈簧，我國先后指定了四項國家標準：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（以后簡稱液壓件彈簧）的特殊需要，原機械工業部又進一步制定了中華人民共和國機械行業標準JB/T 3338.2-19993“液壓件圓柱螺旋彈簧技術條件”。JB/T 338.2-1993是設計液壓件彈簧的主要依據。關于單位，理應采用國際單位，但鑒于目前圓柱螺旋彈簧的有關標準采用的仍是工程單位，為了使用標準方便起見，彈簧設計時仍暫按工程單位進行，待標準修改后再做相應的變更。彈簧的設計典型公式是：式中

9、-切應力， K-曲度系數C-旋繞比，-彈簧中經，mmP-外負載，D-彈簧鋼絲直徑，mmn -彈簧的有效圈數G- 切變模量 以上各參數中，外負載P和變形量F是彈簧設計時給出的已知條件，切變模量G是材料決定的數據，一旦材料確定后就是已知量，其余三個量d、D2和n是彈簧設計所需要確定的結構參數。（1） P100曲線所謂P100曲線是指彈簧的切應力為時所受的負荷值。P100曲線中，橫坐標表示彈簧的鋼絲直徑d，采用的是對數坐標，縱坐標表示彈簧的旋繞比C。由公式可得： 將以，P以P100代入，則 因此對應一個P100值就可以得出一條曲線，圖中的粗實線即表示各種不同P100值時的P100曲線，它實質是一條等

10、強度曲線，反映了一定的強度約束條件。 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，對彈簧進行確認計算。 自由高度H0不受限制時，需進行計算。 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、若對彈簧自由剛度有要求。限制為Ho時，首先按公式計算彈簧的自由度Ho。 當Ho<Ho時 （a）擴大節距。增大自由高度Ho，這時由于壓并應力，因此需要在零件圖上標注工作極限高度Hj，并注明不允許壓過此位。Hj對應的工作極限切應力。 （b） 適當增加支撐圈。設增加的支撐圈圈數為，

11、則（3） 確認計算 對于換向閥復位彈簧，為了減小軸向尺寸，一般使其工作負荷Pd的變形量F2占總就量的85%，并使，這實際是為了減小軸向尺寸的附加約束條件。 根據這個條件就可以求出彈簧壓并時的負荷和變形量。使 計算結果：總圈數 n1=n+n2=2.8+2.2=5節距 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 精度根據乙類2組由JB3338-83查出，標注在零件圖上。2.4 性能計算（1）通過公稱流量時的壓力損失，式中：根據油液在閥內流動情況確定的沿程摩擦阻力系數；油液密度，對于石油基的液壓油一般取為900Kg/m3；計算沿程損失的流道直徑；計算沿程損

12、失的流道內油液的平均流速；g重力加速度；油液在閥內流動時的局部阻力系數；計算局部壓力損失時的油液平均流速。在第一項沿程壓力損失內應包括：a、 閥內油液流道的沿程損失。這一段流道長度可從設計圖中量出。長度較短時可先按4d。計算。b、 對于閥芯兩端油腔通回油的結構。當油液從B（或A）口流向0口時，又增加了一段沿程損失。但這一段流道多采用鑄造流道，其長度不大。但過流面積較大，流速較低。所以這段損失很小。實際可以忽略。第二項局部壓力損失主要是閥口的損失： d=0.006m根據雷諾曲線（圖24）來確定，雷諾數對20#抗磨液壓油，=3859參考相關文獻，由于2320<<4000所以其流動處于過

13、度區內。根據可以查出=0.04對于臺肩式滑閥，當閥口處于全開位置時，閥口的局部阻力系數為35.5，現取=5。=6.63（m/s）所以（2） 泄漏量 按最不利情況考慮，即，則2.5 強度校核（1） 閥體強度可按厚壁圓筒強度的計算方法進行，即：式中：閥體的最小外徑或最小寬（高）度；閥體的最大孔徑。應保證 （n=23）式中：閥體材料的抗拉強度極限。（2） 閥芯強度 計算危險端面上的拉應力式中：承壓面積；危險斷面受力面積。應保證 （n=23）式中：閥芯材料的屈服極限。（3） 螺釘強度計算連接底板螺釘的拉應力：式中：F作用在單個螺釘上的最大軸向載荷； dL螺釘的螺紋內徑。應保證 式中 螺釘材料的屈服極限

14、。第三章 課設小結經過三周的課設，我對液壓閥有了進一步的認識。作為液壓系統的控制元件，液壓控制閥（簡稱液壓閥）的功用是控制液流方向，壓力及流量，以使液壓執行元件及其驅動的工作機構獲得所需的運動方向，運動速度（轉速）及推力（轉矩）等。液壓閥的基本結構主要包括閥芯，閥體和驅動閥芯相對于閥體運動的操縱控制機構。閥芯的結構形式多樣；閥體上開設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（進出油口），控制油口和外泄油口；閥芯的操縱控制機構有手調（動）式，機械式，電動式，液動式和電液動式等。本次設計的液壓閥為Y型中位機能的三位四通電磁換向閥，整個設計流程包括了，根據產品功能要求初步選擇換向閥的型式，比如電磁鐵的型號，閥體沉割槽數目，管道布局型式等：根據具體的參數要求，設計計算流道通徑，閥芯直徑等基本尺寸：對初步設計的閥芯閥體進行受力分析，并計算封油長度等；利用P100圖進行非標準彈簧的設計計算；分析計算閥的壓力損失與泄漏量，對閥的性能進行評估等。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。這是一次對專業所學的綜合檢驗，在課設以前，我對閥體的流道結構一直一知半解，直到自己測繪并設計了一個換向閥，才對流道的三維布局有了較好的認識。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的知識也得到了回顧與應用。 感謝三周以來，XX老師對我