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電磁閥的理論計算與結(jié)構(gòu)設計

   電磁閥設計要解決的主要問題是密封問題，必須通過對電磁力、彈簧力和氣體壓力的計算確保電磁閥斷電時氣路被隔斷，在通電時電磁力能夠克服彈簧力和氣體壓力迅速打開氣路。同時合理設計密封結(jié)構(gòu)，選用合適的材料保證電磁閥在高溫(+50℃)和低溫(-20℃)環(huán)境中正常工作。

   電磁閥理論計算

   電磁力計算

    電磁鐵設計形式為Ⅲ型電磁鐵，具體外形見圖4。

    在該磁系統(tǒng)的磁路中，由于工作氣隙較小，故雖然存在漏磁通，但相對于主磁通來說可以忽略，故由《平衡力電磁鐵設計計算及實驗研究》中電磁鐵對銜鐵的吸力F為:

    所以，μ0=275.56×103;

    由上代入公式(6)得:F=1848.9N
電磁閥結(jié)構(gòu)設計

    要實現(xiàn)電磁閥密封要求，首先要保證主要密封件的結(jié)a構(gòu)設計合理，加工容易保證。參考進口電磁閥的工作原理，進行了如下改進設計。

閥桿的設計

    進口電磁閥的密封形式是利用閥桿兩端錐面，通過閥桿的移動分別密封入口端和放氣口端。這種密封形式要求閥桿的加工精度很高，特別是閥桿兩端錐面的同軸度要求在0.01mm以內(nèi)。這兩錐面用一般數(shù)控機床加工必須經(jīng)過在兩次定位分別加工，錐面同軸度要求很難保證，因此進口電磁閥在使用過程中性能很不穩(wěn)定，使用壽命較短，而國內(nèi)傳統(tǒng)電磁閥只能應用于低壓工作范圍，圖2為閥桿工作原理圖。

    在電磁閥的設計當中，通過改變閥桿結(jié)構(gòu)形式，將原來閥桿兩端錐面密封形式改為一側(cè)端面密封，另一側(cè)保持錐面密封。這樣錐面的同軸度和端面的垂直度和跳動度用普通數(shù)控機床可以在一次定位中加工出來，閥桿的設計精度就比較容易保證，同時降低了加工成本。圖3為閥桿改型設計簡圖。

 密封力的設計

    在電磁閥設計中，引進氣動密封力概念，即通過改變進氣口兩端面的橫截面積S1、S2，使截面S1>S2，在通入高壓氣體P0時，作用在兩截面的氣體壓力分別是:

    F′1=P0·S1

    F′2=P0·S2

    這樣，當電磁閥閉合時，由于兩截面均密封，在截面兩端形成壓力差F′1-F′2，產(chǎn)生氣動密封。此時電磁閥閉合時的密封力由氣體密封力和彈簧力共同提供，既保證了電磁閥閉合時所需要的密封力，同時可以降低了彈簧的設計強度，延長彈簧的使用壽命。

    以上計算結(jié)果從理論上證明了該電磁閥設計的合理性，同時這種高壓大流量電磁閥已應用在某型號地面測試儀中，實踐證明使用可靠，性能穩(wěn)定。它的研制成功解決了以往產(chǎn)品依賴進口的現(xiàn)象，并為同類產(chǎn)品的研制提供了可借鑒的方法。