柴油机专用换向阀工艺结构设计

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1、无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)I摘摘 要要换向阀在液压回路控制中起着更改油液线路的重要作用。在现代工业中，液压传动的应用所以能得到的迅速的发展，是由于它存在着工作平稳、动作灵敏、不少的优点。本课题的设计任务是手动三位四通换向阀的设计，研究背景中介绍了课题的来源，研究的目的和期望达到的结果。通过查阅相关的各种资料，据此熟习了设计的内容，合理的安排设计任务的进度。关键词 换向阀，工作腔，阀心，阀体，三位四通无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)II目录目录1引言 .31.1课题来源及意义.31.2对换向阀注意的几个问题.32换向阀和零

2、件的结构工艺性分析 .82.1换向阀设计的基本要求.82.2换向阀设计的构造与工作原理.82.3换向阀的滑阀机能（图 2.3）.122.4作用在滑阀阀芯上的力.143总体方案设计及选择 .244换向阀的设计和校核 .294.1确定进出油孔直径.294.2阀芯外径阀杆直径和中心直径.294.3密封与润滑.314.4主要设计计算.31小结 .32致谢 .33参考文献.34无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)31引言引言1.1课题来源及意义液压传动技术最早是 19 世纪末在西方发展起来的，我国从 50 年代后期开始起步。它是一门古老又新兴的学科，近百年有长足的发展。由于

3、它有不少的优点所以各国都非常重视液压技术的开发应用，液压技术的采用日益增多，采用液压传动和控制的机床在整个机床产品中的比重已越来越大。六十年代以后，世界各国在机床上都较普遍地采用了液压技术，诸如，机床液压、矿山机械、石油、化工、冶炼技术以及宇航、航空方面，特别是在高效率自动和半自动机床、组合机床、程序控制机床以及自动换刀数控机床上，应用得更为广泛，它已成为机床发展的一个重要的方面。采用液压传动和控制的机床在整个机床产品中的比重已越来越大。还有电气和液压相结合，达到更完美的配合。可以说液压传动技术的发展，密切的关系着国计民生的许多方面。液压传动的应用所以能得到的迅速的发展，是由于它存在不少的优点

4、：1液压传动装置运行平稳、反映快、惯性小、能高速启动、制动和换向。2在同等功率情况下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。3液压传动装置能在运行中方便的实现无级调速，且调速范围最大可达1：20004. 操作简单、方便，便于实现自动化，特别是电液联合应用时，能够充分发挥两者的优点，易于实现复杂的自动工作循环。 。5液压传动易于实现过载保护，相对运动表面间能自行润滑，故寿命较长。6液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计、制造和推广使用。使用换向阀的最根本目的是获得各种的回油路。所以设计换向阀也和其它技术工作一样，不仅是一个技术问题，而且是个经济问题。每当设计一个换向阀之前，都要进行必要

5、的技术经济分析，使所设计的换向阀获得最佳的经济效果。对设计换向阀进行经济技术分析时，应从精度设计和结构设计两方面考虑。1.2设计换向阀应注意的几个问题下面指出几个在换向阀结构设计中带有共性的问题，在审核图时应特别注意1).设计换向阀必须满足工艺要求，结构性能可靠，使用安全，操作方便，有利于实现优质、低耗，改善劳动条件，提高标准化、通用化、系列化水平。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)42).换向阀应具有良好的工艺性、应便于制造、操作、维修。3).换向阀的结构应合理。稳定可靠，由足够的强度和刚度。所设计的换向阀应具有合理的结构否则会影响液压系统的工作性能，或者甚至

6、会给液压系统的油路带来负面的影响。4).注意材料和热处理方法的合理选择。正确选择零件的材料和热处理方法，对于保证换向阀工作可靠性，延长使用寿命以及对操作，维修均有重要影响，设计时应加以注意。5).换向阀结构应具有良好的装配工艺性。结构设计要具有良好的装配工艺性，便于安装和操作。6).换向阀的易损件应便于更换与检验问题。换向阀结构设计应考虑到易损零件的更换和修理。 对于磨损块，受力大的易损部分，应尽量设计成组合式结构，降低成本。通常称为液压控制阀，可分为三大类：、1方向控制元件 控制液压系统中液流的方向。有但想法和各种换向阀。2压力控制元件 控制液压系统中液体的压力。有溢流阀、减压阀、顺序阀、压

7、力继电器。3流量控制元件 控制液压系统中液体的流量。有节流阀、调速阀、分流阀等。各种液压控制阀都是由阀体、阀芯和操纵机构组成。操纵机构的形式很多，有手动、机动、液动、电动、电液动等操纵机构。为了简化机构和使用方便，可将几个阀组合在一个阀体中，构成组合阀。如单向减压阀、单向节流阀、电磁溢流阀等。方向控制元件分类无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)5电液动阀电动（电磁）阀液动阀机动阀手动阀按操纵方式板滑阀）滑阀（圆柱滑阀平滑阀型转阀转阀型按构造形式多位阀三位阀二位阀按阀芯停留位置数四通阀三通阀二通阀按通油路数换向阀机控单向阀液控单向阀向阀普通单向阀（简称）单单向阀4.

8、4.常见常见三位四通手动换向阀三位四通手动换向阀的数据参数的数据参数 序号产品名称产品型号对应同类产品型号公称通径（mm）有效截面积（mm2）最低控制力（N）工作压力范围（MPa）工作行程（mm）泄漏量（mL/min）1三位四通手动换向阀34P8-L8Q34SR287.5-0.890-2三位四通手动换向阀34P8-L10Q34SR21020-0.890-334P8-L15Q34SR21555-0.890-4三位四通手动换向阀34Pa8-L8K34R8Q34R8QF34R88203000.8101505三位四通手动换向阀34Pa8-L10K34R8Q34R8QF34R810403000.8251

9、50方向控制元件无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)66三位四通手动换向阀34Pa8-L15K34R8Q34R8QF34R815603000.8251507三位四通手动换向阀34P8-62R346-01.0-8三位四通手动换向阀34P8-82R348-01.0-9三位四通手动换向阀34P8-102R3410-01.0-10三位四通手动换向阀34P8-152R3415-01.0-11三位四通手动换向阀34P8-202R3420-00.8-12三位四通手动换向阀34P8-252R3425-00.8-13三位四通手动换向阀34P8-L634ZR8FR12428-00.8

10、-14三位四通手动换向阀34Pa8-L434AR84-141-15三位四通手动换向阀34Pa8-L634AR86-181-16三位四通手动换向阀34Pb8-L634ZR8FR0242K34ZR86-00.8-17三位四通手动换向阀34Pb8-L834ZR8FR0242K34ZR88-00.8-18三位四通手动换向阀34Pc8-L6XQ3406616-1.6Nm01.0-19三位四通手动换向阀34Pc8-L12XQ34066112-3.0Nm01.0-无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)720三位四通手动换向阀34R6-L10Q35SR5102412000.8-21

11、三位四通手动换向阀34R6-L15Q35SR5154016000.8-22三位四通手动换向阀34Ra6-L4XQ3504604701.0-23三位四通手动换向阀34Ra6-L6XQ35066061001.0-24三位四通手动换向阀34Ra6-L8XQ3508608701.0-25三位四通手动换向阀34Ra6-L10XQ35106010701.0-26三位四通手动换向阀34Ra6-L12XQ351560121001.0-换向阀按期结构可以分为滑阀型和转阀型两大类。转阀型换向阀由于阀芯上的液压径向力不易平衡是操纵力矩较大，且密封性较差，故只适用于低压小流量的系统中。滑阀型换向阀应用最为广泛，其优点

12、是由于其阀芯上的液压径向力已与平衡。因此，操纵省力；对污染不太敏感；易于实现多种机能；工作可靠；工艺性好。（1） 按阀芯再在阀体内停留的工作位置数可分为二位和三位阀。（2） 按其与外部连接的油路数可分为二通、三通、四通、五通等。（3） 按操纵机构的型式可分为手动、机动、液动、电动、电液动等。按阀芯在初始位置时各通油口之间的连通情况形成具有各种滑阀机能的阀（见图.）换向阀用来改变液压系统中液流的方向或控制液流的通与断。如用来控制执行机构的油路，可实现执行机构的正向或反向运动。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)82换向阀和零件的结构工艺性分析2.1换向阀设计的基本要

13、求对换向阀的性能主要要求是：1) 工作可靠准确而迅速的换向和复位。2) 压力损失小要求结构设计合理，以使结构紧凑而压力损失尽量小。3) 内外密封性好内部漏油要小于允许值，外部不允许漏油本换向阀设计的要求和任务1）能够达到换向的目的，并且能有很好的操作性能。2）为了实现自动的恢复到原来的位置，弹簧力要能克服各种的阻力恢复到恰当位置。3）要注意各种配合良好，安装无误，不能出现漏油现象，或者不能复位的现象。2.2换向阀设计的构造与工作原理换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通，关断或变换油流的方向 三位四通阀的阀芯在阀体内有三个位置。当阀芯处于中间位置时，油腔P、A、B、O 均不相同。当阀芯处

14、于左边位置时，进油腔 P 和油腔 B 相通，而油腔 A 与回油腔 O 相通。当阀芯处于右边位置时，进油腔 P 和油腔 A 相通，油腔 B 通过环槽和回油腔 0 相通。滑阀型换向阀由阀体、圆柱形阀芯和操纵机构组成，如图所示。它利用圆柱形无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)9阀芯在阀体孔内的滑动并停留在不同的位置上来改变液流的通路，而阀芯的滑动是由各种不同的操纵机构来实现的。圆柱形阀芯为台肩形，一般有 2-5 个台肩。台肩直径与阀提上的阀孔精密配合，既可使阀芯在阀孔内滑动，又可对油液起密封作用。阀孔内开有 3-5 个沉割槽。换向阀通向外部的通油口一般与沉割槽连通，这样

15、，当阀芯在阀孔内停留在不同的位置上，即可改变液流的通路。如图所示：1阀体 3手柄 6阀芯图 3-1 三位四通手动换向阀工作原理示意图2.2.1 换向阀的工作原理下图所示：当阀芯向右移动一定的距离时，由液压泵输出的压力油从阀的 P 口经 A 口输向液压缸左腔，液压缸右腔的油经 B 口流向油箱，液压缸活塞向右运动；反之，若阀芯向左移动一距离时，液流反向，活塞向左运动。下图中当阀芯向左运动时，表示该换向阀左位工作，也就是 P 与 A、B 与 T2 相通；反之，与 T1 相通。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)10手动换向阀手动阀是手动杠杆操纵的换向阀，由于一般液压传动

16、系统中以控制油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。实现油路的换向、顺序动作，卸荷等。本设计是三位四通的手动换向阀（自动复位型），用手操纵杠杆式手柄可推动阀芯的运动。阀芯在阀体内的定位方式有两种：一种是弹簧钢珠定位，可使阀芯在左、中、右三个位置上定位；另一种是弹簧自动复位，它只能使阀芯自动处于中心位置，而左、右两个位置必须通过用于手扶住手柄才能保持。P 为进油口，O 为出油口，A、B 至油缸左、右二腔，L 为泄油口。 无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)11外形及安装尺寸模板如下图无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明

17、书( 论 文)12 外形及安装尺寸模板2.3换向阀的滑阀机能（图 2.3）无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)13各种的操纵方式的三位换向阀，都可以根据不同的使用要求，使其在中间位置时各通油口之间有各种不同的连通方式，这种连通方式称为滑阀机能。三位四通换向阀常用的滑阀机能示于图 3-21。图中所画的是滑阀处于中间位置时的图形和符号。实际上三位滑阀的具体结构有多种型式，图中所画的三位滑阀只是作为一个例子，用来说明怎样利用阀芯形状和尺寸的变化来得到各种滑阀机能的基本原理。三位换向阀除了在中间位置有各种滑阀机能外，有时也将阀芯在某一端位图图 2.3无 锡 职 业 技 术

18、 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)14置的各通油口连通情况设计成特殊的机能，这时就用两个字母来分别表示滑芯在中间位置和一端位置的滑阀机能，常用的有 OP 型和 MP 型等滑阀（见图 3-21） 。具有 OP 型和 MP 型滑阀机能的换向阀主要用于差动电路，以便得到快速行程。二位四通换向阀，也可以设计成初始位置沙锅内有不同的滑阀机能，如O、H、Y、P、J、C、K、X、M、N 型滑阀机能等。除次之外，各种换向阀还可根据某种需要设计一些通路性质更为特殊的滑阀机能。2.4作用在滑阀阀芯上的力滑阀工作时,液体作用与阀芯上有各种力,这些力有时可能很大,成为损害阀本身工作或液压系统工作的主要原因.

19、因此,在阀体设计时必须要知道这些力的来由大小和特性.表面上看,一定阀芯所需的力只要能克服摩擦力、惯性力及弹簧力即可。但实践证明，处于压力油作用下的阀芯，移动它所需的力在某些情况下与压力油作用情况相比可能要大几百倍。这不但要求有较大的阀芯操纵力，而且可能出现阀芯卡死现象。因此不但要研究滑阀阀芯上的液体作用力，还要设法消除或减轻这些作用力。研究表明，液体作用于阀芯上的力主要有三种：侧压摩擦力，稳态液动力，暂态液动力。侧压摩擦力阀芯与阀孔配合中，由于液体从高压到低压通过间隙时在其中造成压力分布不对称，将会形成侧压摩擦力。有流体力学理论得知，压力分布随间隙变化规律而变。在间隙变化对轴线对称的情况下，间

20、隙内的压力分布是对称的，因而作用于阀芯的侧压力是零。在间隙变化对轴线不对称的情况下，间隙内的压力分布也不对称（平行缝隙出外） ，而压力分布不对称就会在阀芯上出现侧压力。因此，阀芯与阀孔不同心（包括非平行缝隙）或阀芯歪斜或由于加工精度不够时间隙不对称都会引起侧压力。如果侧压力作用使阀芯进一步偏心，间隙更加不对称，则严重时引起阀芯与阀体间隙内的油膜被挤坏，形成半干摩擦,造成阀芯摩擦力大大增加，即出现所谓液压卡紧。为了减小侧压摩擦力，可在阀芯台肩上开卸荷槽（或称均压槽） ，以改变缝隙间的压力分布。如图 2-4-1 所示，未开卸荷槽时，侧压力正比于压力分布曲线 AB、CD 与坐标轴包围面积之差。开卸荷

21、槽后，侧压力正比于阴影部分面积。可见开了卸荷槽以后侧压力明显变小。实践表明，开一条卸荷槽可减小起动摩擦力 37%，开三条卸荷槽可减小 70%，槽数太多则泄漏剧增，反而不利了。实践还表明，开一条卸荷槽的位置，应在台肩轴向 22.555%处（高压端为起点） ，无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)15对减小侧压力最为有效。图图 2-4-1 卸荷槽的作用卸荷槽的作用稳态液动力稳态液动力是当滑阀开口一定（稳定流动）时，由于流经阀腔和阀口的液流截面积及方向的改变，导致液流动量的变化而产生的液动力。由图 2-4-2 可见，液流流进或流出阀口，其方向均与轴线成 角，因此稳态液动力

22、可分解为轴向分力与侧向分力。由于滑阀开口在圆周上是对称的分布的，因此侧向分力互相抵消，只有轴向稳态液动力对阀芯去作用。图图 2-4-2阀口不变时液流流经滑阀的情况阀口不变时液流流经滑阀的情况无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)16稳态液动力可根据动量定理来计算,对图 2-4-2 (a)而言,有cos)cos(212QvvvQPPuyu与方向相反。对图 2-4-2（b）而言，有yuP2vcos)cos(112QvvvQPPuyu与方向相同。可见对液流流出和流进阀口而言，作用在阀芯上的稳态yuP1v液动力方向都是使阀口关小。因此，可以用同一个式子表示 （3-11）co

23、sQvPyu式中 作用于液体上的轴向外力；uP液体作用于阀芯上的轴向稳态液动力；yuP单位时间内流过阀口液体的质量；Q阀口液流速度；v阀口液流速度方向与轴线的夹角。引用以下表示阀口流速与流量的公式： （3-12）pv2Q=CWx （3-13）p2式中 速度系数C流量系数X滑阀窗口开度W滑阀窗口宽度滑阀窗口前后压力差p将式（3-11） 、 （3-12） 、 （3-13） ，得轴向稳态液动力计算公式为 （3-14）cos2pCWxPyu影响角度大小的因素有：阀芯阀孔之间的径向间隙，阀口工作边的圆角半径，滑阀窗口开度大小，阀口两边对轴线是否垂直等。对比较理想的滑阀而无 锡 职 业 技 术 学 院毕业

24、 设 计 说 明 书( 论 文)17言，角度，可看成常数。若取090cos，则36. 069coscos,62. 0,98. 00cpWxPyu43. 0稳态液动力正比于阀芯位移 x，故称弹性力对阀芯起液压弹簧的作用。为了减小滑阀的操纵力,可以对稳态液动力进行补偿.常见的补偿方法有以下几种.(1)利用压力降补偿稳态液动力图 2-4-3 所示的滑阀，阀芯的两端颈部的直径加大，使环形通道面积减2d小。因此，液流流经环形通道时将会出现压力降。此压力降作用于台肩上形成的液压力与液动力方向相反，起到补偿液动力的作用。根据试验确定，当时，能够补偿稳态液动力的 50%.这种补偿方法比较简单，4)()(222

25、212dddd但只在大流量时才有效。图图 2-4-3利用压力降补偿稳态液动力利用压力降补偿稳态液动力（2）利用负力窗口补偿稳态液动力图 2-4-4 所示的滑阀，改变了回油路上滑阀腔的形状，使其产生的轴向液无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)18动力与进油路上滑阀腔产生的轴向液动力方向相反，及其方向是要使窗口开大，于是整个阀芯上所受轴向液动力得到补偿但是滑阀腔的特殊形状无法从理论上求取，只能由试验确定，而且制造也比较难。图图 2-4-4 利用负力窗口补偿稳态液动力利用负力窗口补偿稳态液动力（3）利用分布小孔式的阀口补偿稳态液动力所谓分布小孔式的阀口是在阀套上开一系列

26、小孔来代替控制窗口，如图 3-26(a)所示。小孔沿圆周方向对称分布，它们在轴向位置上依次错开但有搭接。阀芯在中立位置时台肩将小孔全部盖住。当阀芯移动时小孔将依次露出，露出的小孔与半露出的小孔同时起节流窗口的作用，但是两者形成的液动力却不一样。通过露出的小孔的液流方向是与该小孔轴线平行的，即垂直于阀芯曲线，因此不形成对阀芯的轴向液动力。引起轴向液动力的只是那些半露的小孔所通过的液流，但这只是全部通过液流的一小部分，所以轴向液动力可大大减小。另外通过适当安排小孔位置的方法，可使液动力大小在全行程上比较均匀，如图 3-26(b)所示。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文

27、)19图图 2-4-分布小孔式的阀口及其稳态液动力分布小孔式的阀口及其稳态液动力3暂态液动力暂态液动力是当滑阀开口变化（非稳定流动）时，由于流经阀口的液流速度改变，导致阀腔环形通道中液流动量变化而产生的液动力。暂态液动力可通过对阀腔中液流喁喁动量定理来计算（见图 2-4-5）.dtdQLdtdvfLdtdvmPxxz式中作用于阀腔中液体上的轴向外力；zPm阀腔中液体质量；f阀腔环形截面积；L滑阀进出油口之间沿轴向的距离；Q阀腔中液体流量。的反作用力就是液流作用于阀芯的暂态液动力，它的方向恒于阀腔中液zP体加速度方向相反。因此暂态液动力可表示为 （3-15）dtdQLPyz式中负号表示与方向相反

28、。将式（3-13）代入式（3-15）得yzPdtdQ dtdxKdtdxPLCWPlyz2（3-16）无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)20PLCWkl2yzP与dtdQ成比例，可见暂态液动力是一种阻尼力。lk成为阻尼系数，而 L称为阻尼长度。式（3-16）中取消了右边的负号，这是因为暂态液动力方向不但与滑阀移动的方向（即的正负）有关，而且与液流流经滑阀的方向有关。图 3-dtdx27（c）为液流流出阀口，若阀口开大（为正） ，则阀腔液流向右加速，产生dtdx的暂态液动力使阀口关小，这对于阀芯运动来说相当于正阻尼作用。图 3-27（b）为液流流进阀口，若阀口开大

29、（为正） ，则阀腔液流向左加速，则阀dtdx腔液流向左加速，产生的暂态液动力使阀口更开大，这对于阀芯运动来说相当于负阻尼作用。图图 2-4-阀口变化时液流流过滑阀的情况阀口变化时液流流过滑阀的情况我们称液流流出阀口（图 3-27（a） ）情况的1LL 为正阻尼长度，称液流流进阀口（图 3-27（b） ）情况的2LL 为负阻尼长度。在同一个阀上，如果结构上能保证成对的阀口中正阻尼长度1L大于负阻尼长度2L，则阀芯运动时暂态液动力起正阻尼作用，不致造成阀的不稳定。4.滑阀易产生的故障及解决方法。滑阀易产生的故障为着阀芯卡紧现象。其中有液压卡紧，也有机械卡紧。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设

30、计 说 明 书( 论 文)21为解决液压卡紧，国内外都在设计中采用阀芯外工作表面加工若干个平衡槽的办法，其效果很好。对于机械卡紧也都制定了一些相应的技术规范来限制其配合间隙和偏心量等主要影响因素。但尽管这样，卡紧现象仍时有发生，下面就卡紧产生的原因和解决办法作详细讨论。（1）产生卡紧的原因产生卡紧的原因a.液压卡紧来自滑阀副几何形状误差和同轴度误差所引起的径向不平衡压力，即液体在高压下通过偏心环状锥形间隙，并且沿液体流动方向缝隙是逐渐扩大的，这时就会产生通常所说的液压卡紧现象。1) 阀芯因加工误差而带有倒锥(锥体大端朝向高压腔)，在阀芯与阀孔中心线平行且不重合时，阀芯受到径向不平衡力的作用。使

31、阀芯和阀孔的偏心矩越来越大，直到两者表面接触而发生卡紧现象。此时，径向不平衡力达到最大值。2) 阀芯无几何形状误差，但是由于装配误差使阀芯在阀孔中歪斜放置，或者颗粒状污染物凝聚楔入阀孔与阀芯的间隙，使阀芯在孔中偏斜放置，产生很大的径向不平衡力及转矩。3) 在加工或工序间转移过程中，将阀芯碰伤，有局部凸起及残留毛刺。这时凸起部分背后的液压流将造成较大的压降，产生一个使凸起部分压向阀孔的力矩。这也是液压卡紧的一种成因。4) 设计时为防止径向不平衡力的产生，杜绝液压卡紧，在阀芯上开若干个环形槽，以均衡阀芯受到的径向压力，一般称为平衡槽。但在加工中有时环形槽与阀芯不同心；或由于淬火变形，造成磨削后环形

32、槽深浅不一，这样亦会产生径向不平衡力导致液压卡紧。b.机械卡紧换向阀在使用中除发生液压卡紧外，有时还会发生机械卡紧，机械卡紧一般有下列原因。1) 液压油中的污染物(如砂粒、铁屑、漆皮)楔入阀芯与阀孔间隙使之卡紧。2) 阀芯与阀孔配合间隙过小造成卡紧。3) 对于手动换向阀，由于其结构上的原因，阀芯、阀孔都较长，因而存在着直线度误差。又由于残余应力的存在，有时会使阀芯在使用中产生弯曲，严无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)22重时阀芯与阀孔间会产生较大的接触压力，阀芯运动时产生摩擦，造成阀芯运动阻滞，产生机械卡紧。同时，由于弯曲会导致某些台肩的偏置，这些偏置的台肩在高

33、压油的作用下，又很容易产生液压卡紧。4) 对于组合式多路换向阀，由于其结合面的平面度误差，或结合面有凸起的磕伤，以及组合螺栓预紧力过大等原因也容易造成阀孔变形而导致卡紧。5) 无论是组合式还是整体式多路换向阀都设计有上、下盖或是定位套等定位件。由于这些组成件的偏心也容易引起阀芯的偏置，因而导致运动阻滞，造成卡紧。(2) 避免卡紧现象的措施避免卡紧现象的措施1) 滑阀的液压卡紧是共性问题，不仅换向阀有，其他液压阀也存在，故传统设计中都有避免卡紧的措施，严格控制阀芯、阀孔的制造精度，一般，阀芯和阀孔的圆柱度允差为 0.3 m，表面粗糙度：阀芯为Ra0.2，阀孔为Ra 0.4，两者配合间隙为 0.6

34、 0.12 m，并在阀芯的适当位置(靠近高压区侧)上开设环形槽，宽 0.51mm，深约 0.5 mm，且环形槽要与外圆保证同心。2) 阀芯的精度允许时，可以磨顺锥(即小端朝向高压区)，结构允许的情况下，可以采用锥形台肩，台肩小端朝向高压区，有利于阀杆径向对中。3) 仔细清除芯上各台肩及阀孔沉割槽边上的毛刺。仔细清除热处理件的氧化皮，且在转序时利用工位器具防止零件磕碰。4) 装配过程中要防止零件磕碰，要注意清洁，各螺栓的预紧力要适当，以防阀孔变形。5) 要保证液压系统的清洁度，防止油液被污染。6) 提高阀体的铸造质量，减少阀芯的热处理残余应力，防止弯曲变形。7) 对于组合式换向阀，为了消除阀片间

35、结合面平面度对卡紧的影响，可使其中一个面的中间部分低 12 m，这既可减少阀孔的变形，又不致影响结合面的密封。其示意图如图 A 。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)23图图 A A 消除结合面平面度对卡紧影响的示意图在手动换向阀中，全部内腔和油道都是由机械加工而成，没有铸造腔室。这样既可避免由于铸造阀腔粘砂而导致的系统污染，又具有工艺简单、制造成本低的特点。在该阀中，卸荷阀的控制油路受换向阀芯控制。换向阀芯处在中立位置，卸荷阀处卸载状态。当换向阀芯下行至其台肩全部挡住卸载孔时，切断了控制口的卸载通道。卸荷阀关闭，系统处工作状态，此时换向阀芯处于“提升”位置。换向

36、阀芯上的 3 个均布小孔与卸载控制通道相通由于小孔外端面积大于通道的面积，所以高压油的压力均匀地作用在阀杆上，消除了阀杆由于单侧受力而产生的卡紧，效果很好。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)243总体方案设计及选择总体方案设计及选择3.1 零件工艺性分析阀体铸造的工艺性，是指铸造件对铸造工艺的适应性。一般情况下，对铸造件工艺性影响最大的是制件的结构形状、形位公差及技术要求等。铸造件的工艺性合理与否，影响到铸造件的质量、材料消耗、生产率等，设计中应尽可能提高其工艺性。结构工艺性 铸造件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把铸造件设计成结构

37、紧凑合理而又方便的形状，以减少切削部分的材料。各部分的连接一般要有圆弧连接和拔模斜度，以利于模具加工。铸造件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应用适当的圆角相连。铸造件凸出或凹入部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽。铸造件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或因材料易产生变形。3.2 零件结构分析 阀体为铸造件，阀体类铸件是铸造生产中具有代表性的典型件，虽然尺寸规格有很多种，但其结构形式基本相似，现仅将 80 阀体采用消失模铸造工艺介绍说明如下。 （1）铸件情况 设计的阀体是手动换向阀系统中的部件之一，铸件材质为

38、 45 钢，零件的形状和尺寸。采用消失模铸造生产，可一次成型，无分型面并省去制芯工序，同时尺寸精度和生产效率也得以提高。如图 3-1 所示。（2）工艺性设计及浇注系统设计 铸件的工艺性设计按铸铁件常规工艺设计考虑，收缩率为 10 ；加工余量按不同位置分别选取为 48mm；铸件的浇注位置应考虑阀体内腔填砂容易， 按消失模浇注系统设计的基本原则确定为开放式。考虑到生产现场的砂箱尺寸规格和数量，采用两件组合浇注，在此基础上进行浇注系统的设计。 无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)25图 3-1 模具的结构形式及设计步骤（3）施涂料、造型和抽真空 涂料选用铸铁件号并以喷涂

39、方式施涂。 按组合后的最大轮廓尺寸，在保证周围吃砂量不低于 80mm 的情况下选用适宜的砂箱（消失模铸造专用砂箱） 。固定好组合模样后逐层填入石英砂（每层填砂量控制在 100120mm 范围） ，特别是阀体内腔转角处可适当用手工辅助紧实。完成造型后即可抽真空，真空度为 0.040.05Mpa 左右即可。 （4）浇注 浇注温度定为 1450，浇注时间为 14 秒。浇注 12 秒后即可掀去塑料薄膜，随即断开真空泵，1 小时后翻箱落砂。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)263.3 阀芯零件结构工艺性分析阀芯为车削和钻削而成的零件，如图图 3-2 所示 图图 3-2阀芯

40、是由车削和钻削而成的零件，其设计的结构应该适应车削的各种操作。在加工阀芯的时候，要注意的是：行为公差要达到要求，表面粗造度的要求也是比较高。表米那粗造度不能达到的话，就容易产生泄漏。从而引起换向阀不能达到要求。解决的方法是：使用特殊的夹具，在钻阀芯的孔时。在阀芯的四周用四支经过加工的弧形顶板，固定住阀芯，这样就不容易引起跳动。阀芯组件：20Cr，调质后表面淬火，心部保持较高的综合机械性能，而表面则具有较高的硬度（HRC50）和耐磨性；阀套常用与阀芯同一种材料，以免温度变化引起卡死。表面要渗碳，并淬硬至 HRC55。经验证明这种摩擦副在液压油中摩擦力最小。阀体材料常用铸铁HT30-54。阀芯的维

41、护方法：l）拆卸零件卸下阀芯端盖处的螺钉，按顺序依次取下各零件，注意保护阀芯上的密封圈不致损坏，并清洗、编号。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)27（2）检测用千分尺测量阀芯外径的实际尺寸；用内径千分表测得阀孔的实际尺寸，肉眼观察发现孔内有局部拉毛现象。（l）拆卸零件卸下阀芯端盖处的螺钉，按顺序依次取下各零件，注意保护阀芯上的密封圈不致损坏，并清洗、编号。 （2）检测用千分尺测量阀芯外径的实际尺寸；用内径千分表测得阀孔的实际尺寸，肉眼观察发现孔内有局部拉毛现象。(4)研磨修复根据阀孔的实测尺寸用铸铁精加工二根研磨棒，尺寸分别为2803 mm 和 2804mm，并

42、在棒的正反向加工槽宽和糟深均为 l 15 mm的螺纹槽，另外精磨一根外径 2805（002，004）mm 的光棒作最终检测用。将煤油浸人待研磨的阀孔中约 lh，然后将 28 03 mm 的工艺研磨棒的螺纹槽中涂满氧化铝研磨剂，插人间孔中正反向抽动及转动，大约 15h后停止，抽出研磨棒，清洗并检测棒和孔的尺寸；用直径 2804 mm 的研磨棒按上述方法再次研磨约 lh。经清洗阀孔后，检测阀孔尺寸未出现尺寸变大的现象。最后用 28 05 mm 的检测棒并辅以煤油润滑，插人阀孔中抽动；如手感有吸力和阻滞现象，表明研配情况较好。（5） 根据阀芯外径的情况，将其与阀孔的配合表面在外圆磨床上精磨掉0.1m

43、m，按照一定的比例配制电镀液，用电刷镀的方式在闹芯的表面镀铬，镀层厚度为 0.5-0.7 mm，以研磨好的阀孔实际尺寸为基准，精磨阀芯，。 刚试漏、安装将各零件清洗后按顺序装配好，用上述注人煤油的方式试漏，约 2h 后观察油口液面未发现有明显的下降现象。阀组经重新装车试验，各项压力指标恢复正常，故障现象消失。阀体：铸铁 HT30-54，最后要进行时效处理；手柄杆： 45 钢 具体位置如下图所示：无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)28 手柄球：胶木；螺母：Q235；端盖：HT150；左右阀盖：HT200；手柄杆、销、螺钉等：45 钢；弹簧：60Si2Mn，热轧弹簧

44、钢，有较高的疲劳强度，广泛用于各种机械、交通工具等。自动送料机构的设计无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)294换向阀的设计和校核换向阀的设计和校核首先要按通路的要求确定阀体上沉割槽数目和阀芯上台肩数目以及它们之间的相互位置，保证确实可操纵换向。其次决定其主要尺寸。选定尺寸的原则是使液流在阀内产生的损失不要太大，即应限制阀内的液体流速。但流速也不要太小，以免阀的尺寸、重量过大。然后设计或选择其他组成元件（弹簧、电磁铁等） 。前面对滑阀的侧压力和轴向液动力进行了分析。此外，为了使作用在阀芯上的 力侧向平衡，在阀套或阀体上开通油孔时应彼此径向成对，或开内环槽（沉割槽）

45、以形成整个圆周通油，再从内环槽上开同油孔通至阀套外或阀体外。为了使作用在阀芯上的力轴向平衡，所以密封部分应有同样大小的直径。这些基本要求都要在结构设计时实现。4.1确定进出油孔直径确定进出油孔直径0d按所通过的最大流量 Q 及允许的流速来计算，即0vmmvQd4 .33400设定最大流量为 3.5L/s，允许流速一般为.5 . 430smv 33.4mm 所一定取 34mm0d0d4.2阀芯外径阀杆直径和中心直径阀的内泄露按下面的环状缝隙流量公式计算，各处内泄露流量的总和应不大于阀的内泄漏允许值。 （3-17）mmlpDD32)5 . 11 (1223式中 D阀芯直径；阀芯与阀体孔的半径间隙；

46、间隙两端的压力差；p密封长度；l偏心比；)(e无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)30阀芯对阀孔的偏心量；e油液动力粘度。在 D 和 d 形成的环形通道内液体流速为222214)(4DdDQdDQv可取为， 可取为的 22.5 倍以减小阀的尺寸和重量，即取Dd3254v0v=68，对非航空用阀可取，于是可由上式计算得出 D 和 d，然后将vsm0vv D 和 d 圆整为标准值。若阀芯有中心孔，可将其直径取为进油孔直径。1d0d轴向尺寸沉割槽宽度 b 取决于，按经验如取=24，c=0.570.65,则阀的CvQf 压力损失不会超过工作压力的 2%。也可以取沉割槽宽度

47、，以便从沉割槽向外开进出油孔。01 . 1 db 遮盖量 a 取决于密封要求，对 D 小于 10mm 的情况取 a=12mm,超过10mm 时 a=23mm。阀芯台肩宽度为。abl20阀芯从中立位置向一侧移动距离（行程）不应该大于 b+a。沉割槽之间的距离应保证阀芯向左或向右移动后，通过执行机构的工作kl油口不被盖住。因此。0lblk其他设计要点（1）径向间隙。阀芯台肩与阀空之间的间隙，当直径为 10mm 时可取0.0050.009mm。椭圆度，锥度等不应超过 0.0020.003mm。（2）卸荷槽。一般在阀芯台肩宽度超过 8mm 时都应开卸荷槽。槽的尺寸深和宽一般为 0.51mm。（3）阀的

48、操纵力应大于轴向稳态液动力，侧压摩擦力，复位弹簧力之和。复位弹簧力应大于侧压摩擦力。（4）在保证换向速度的前提下，有时为了防止导管内压力突增，在阀芯台肩边缘上开小槽以缓和液压撞击现象。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)314.3密封与润滑机械装置的密封有两个主要作用：（1） 阻止液体、气体工作介质，润滑剂泄漏等。（2） 防止灰尘，水分进入润滑部位。阀内可能有泄油的密封腔，应使其通回油路，以免油液积蓄起来影响阀的工作性能。换向阀是用于液压系统的元件，所以可以自己为自己润滑。4.4主要设计计算（1）阀体：阀体为铸造件，取长为 142 mm、宽为 105 mm、两口之

49、间的间距保持 44 mm.（2）阀芯：阀芯按 4.2 的设计步骤取得20Cr，调质后表面淬火阀心直径 D = 32 mm、两孔之间间距可取 172mm、深割槽宽取 4mm、槽顶间距为 6mm。径向间隙。阀芯台肩与阀空之间的间隙，当直径为10mm 时可取 0.0050.009mm。椭圆度，锥度等不应超过0.0020.003mm。卸荷槽。一般在阀芯台肩宽度超过 8mm 时都应开卸荷槽。槽的尺寸深和宽一般为 0.51mm。（3）密封与紧固零件螺钉、圆柱销：参照 GB7085，GB11986 选取。 密封圈：型密封圈 202.65,GB3452.1-82；2-O 型密封圈563.55，GB3452.1

50、-82挡圈：挡圈 20,GB894.2-86.销：A516,GB119-86.设计小结设计小结无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)32 两个月的毕业设计就快结束，回想一下这两个月来,自己真是收获颇多.首先是熟悉工作环境,了解其它有关部门的一些生产流程。再对公司本身设计规范要求作一些了解.刚开始,感觉对产品一窍不通,公司的一些产品图看都看不懂,压力很大,有种力不从心的感觉.后来在指导老师的帮助下,我开始从看图做起，慢慢的开始适应,并开始了解一些结构的作用和设计中的注意事项,现在,我已经了解了换向阀的结构并且能绘出一些零件图,并能对图面进行一些处理了,虽然有时还会有错

51、,但我会继续努力改进,争取让错误越来越少.二维图是用“AUTOCAD”软件绘的，虽然以前曾学过，也用过，但由于长时间不用有点陌生，绘图前进行了熟悉，渐渐的就熟练起来，同时还学会了“AUTOCAD2002”的一些特殊的命令。翻译的完成提高了我的词汇量和查阅资料的能力.最后一道步骤是写毕业设计说明书，说明书是写“你怎样把这个设计做出来的一个过程” ，涉及面较广，字数多，所涉及到的范围十分广泛，而且与我们以前课程设计时的说明书也有很大的不同：它要求更严格，知识面更加的广，困难的程度更高。通过写说明书，知道了毕业设计该怎幺做，到底该做些什幺，目的清楚，明确。 两个月的毕业设计既使我我了解到机械设计是从

52、使用要求等出发，对机械的工作原理、结构、运动形式、力和能量的传递方式，以及各个零件的材料和形状尺寸等问题进行构思、分析和决策的工作过程巩固了在学校学习的知识，并把它们用与实践当中，也使我熟悉了公司的产品，有关行业的情况，为以后的工作打下了坚实的基础。无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)33致谢致谢历时两个多月时间的毕业设计转眼就要结束了，回想起来这其中充满了苦苦思索的痛苦，强刚度校核却超过了许多材料应力的惆怅，探索出新方法、新方案后的兴奋和自豪，更多的就是计算、校核，再计算、再校核的反复几乎让人不堪折磨。毕业设计可以说是对大学三年所学课程的一次大阅兵，也是对即将走

53、上工作岗位的我们一次较为正式的热身训练。它需要我们把工程制图、机械设计、机械工程材料和金属工艺学等等课程联系起来，继而用到机械制造工艺上，需要我们把工程制图、机械原理、机械零件和材料力学融会贯通，在实际运用中操作自如。我一直相信学习是一种艰苦而长久的劳动。通过毕业设计我有了更为深刻的感受。我若没有师长、同学们的帮助是无论如何都无法一步一步接近成功的。本设计的说明书到此就算告一个段落了。在设计之前以及之中，在思路发生偏差之时，在遇到问题和瓶颈之时，师长和同学们都给予我相当多的启发和帮助。早在本设计开始之前，老师就针对本设计的重点，给予我启发性的指导；而且帮忙借了很多的专业书籍；在查阅资料和进行计

54、算设计的过程中，他又一直定期检查（每个星期五中午） ，要求很是严格并指出其中的疏误之处；在对我的设计中遇到的某些难点提出问题时，他都毫无保留地支持和鼓励我。设计过程中，有时手头资料不足，同学们总是会热情地借给我或者会提供我相关线索，遇到问题时他们也会提出好的意见和建议给我，使我获益良多啊。学校的辅导老师林老师和李老师在百忙之中抽出时间给我们进行辅导，他们把我们设计中所有的规范制作成电子文档，并通过消息通知到每个同学，在设计的过程中他们还不厌其烦的为我们校正错误，给我们提供各种技术帮助使我获益良多。从开始着手这个设计，到完成这一份设计说明书，集思广益可谓我最大的收获！谢谢你们，没有你们的热情帮助

55、，我无法顺利完成毕业设计到现在这样的程度。在你们的帮助下，我了解了要如何做好一个设计，如何把一个设计做得更好。当然，由于本人水平有限，经验不足，这个设计中的疏误之处再所难免，请师长们指正为感！无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)34无 锡 职 业 技 术 学 院毕业 设 计 说 明 书( 论 文)35参考文献1 孙大涌先进制造技术北京：机械工业出版社，2000 2 周凯实现基层敏捷制造的新途径组合机床与自动化技术，1998，2 3 林晓新工程制图北京：机械出版社，2001，74 郑修本机械制造工艺学（第 2 版） 北京：机械工业出版社，1999，5 5倪森寿 机械制造工艺与装备 化学工业出版社， 20026 姜佩东液压与气动技术北京：高等教育出版社，20007 徐灏机械设计手册（第三卷第二版） 北京：机械工业出版社，2001，98 王学东，武良臣基于有向图的敏捷夹具元件装配序列研究制造自动化，2001，79 马玉贵液压元件使用与维修技术大全北京：中国建材工业出版社，1995