一种微型集成式二维电磁开关阀的制作方法

本发明属于流体传动及控制领域中的液压控制元件，具体涉及一种微型集成式二维电磁开关阀。

背景技术：

近年来，利用伺服螺旋机构原理工作的二维电液开关阀具有阀芯转动和轴向移动的双自由度、控制灵活、精度高、频响快、低滞环、泄漏量小、结构简单等优点，目前主要在航空航天等领域。

为了满足机载设备对其质量轻和体积小的要求，必须对液压元件小型化。为了有足够的驱动力，二维液压阀均采用电-机械转化器放大力或力矩，在小型化过程中，势必会缩小电-机械转换器，导致驱动力或力矩不足，同时还会造成内部空间小，弹簧变小，导致回复力不足等问题；另外现有的二维液压阀中阀芯、阀套、同心环均有两级同心的要求，导致对加工装配精度要求较高，难以加工。之前发明专利(cn106122145a)和发明专利(cn106122146a)均对以上问题进行过优化，但是电-机械转换器在工作过程中对间隙比较敏感，工作过程中不可避免的磨损会产生一定间隙，降低其使用寿命。

技术实现要素：

为了克服液压阀小型化引起电-机械转化器驱动力不足、复位弹簧恢复力小的问题，且能满足机载设备对液压元器件抗干扰能力强、质量轻、体积小、响应快的需求，本发明提供了一种无两级同心结构，利用扭簧转动阀芯低压复位的机载微型集成式二维电磁开关阀。本发明阀芯、阀体与电磁铁集成，可以做的更小、更轻。

本发明采用的技术方案如下：

微型集成式二维电磁开关阀，其特征在于：包括左端盖、阀体、密封盖板、阀芯组件、线圈骨架、线圈、右端盖。阀芯组件包括耐磨头、阀芯。线圈缠绕在线圈骨架上，一同插入阀体内并固定，阀芯可转动的设置在阀体内，耐磨头与阀芯左端中心流道过盈固定连接，扭簧设置在阀芯与阀体之间，左端盖通过螺钉与阀体固定连接，密封盖板与左端盖过盈固定连接，右端盖通过螺纹与阀体固定连接。

所述阀体为导磁材料，外部为圆柱形，左侧凸出为方形端面，方形端面与左端盖通过螺钉固连；阀体内部分别有环形盲槽和中心通孔，环形盲槽靠近阀体方形端面的一侧，外环圆柱面上设有多个均布的内齿，阀体内齿与阀芯外齿配合在线圈通电情况下导磁产生周向切向力，周向切向力对阀芯中心产生力矩，环形盲槽的另一侧为线圈、线圈骨架提供安装空间；阀体中心通孔左端分别设有进油口p和出油口a，中心通孔为阶梯孔，左侧为阶梯小孔，右侧为阶梯大孔，阶梯小孔内设有两个环形槽自左向右依次为第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽与出油口a沟通，第二环形槽与进油口p沟通，阶梯大孔靠近阶梯处设有扭簧卡位槽，用于固定扭簧，阶梯大孔右侧与右端盖通过螺纹固连。

所述阀芯为导磁材料，阀芯左侧为圆盘状，圆盘外圆设有多个均布的外齿，阀芯外齿与阀体内齿数量相同及分布状态一致，阀芯外齿与阀体内齿配合在线圈通电情况下导磁产生周向切向力，周向切向力对阀芯中心产生力矩；圆盘端面分别设有中心对称分布的一对大圆孔和一对小圆孔，大圆孔与小圆孔周向90度错开，阀体进油口p与出油口a分别穿过阀芯左侧圆盘端面一对大圆孔，且大圆孔起到阀芯旋转限位功能，一对小圆孔为低压流道；阀芯设有两个台肩自左向右依次为第一台肩和第二台肩，阀芯第一台肩与左侧圆盘中间设有多个均布的低压通油孔，阀芯第二台肩分别设有一对中心对称的高压槽和一对中心对称的低压孔，且高压槽与低压孔交替设置，阀芯中心沿轴向设有中心流道，中心流道左端与低压通油孔沟通，右端与低压孔沟通，中心流道左侧用耐磨头堵住，阀芯右侧端面设有螺纹孔，通过螺纹与弹簧座固连；阀芯靠近右端面圆柱面上设有扭簧卡槽，对扭簧周向定位，实现阀芯与扭簧同步转动。所述耐磨头为球头圆柱，左端为球面，右端为平端面，耐磨头与阀芯中心流道左端过盈固连。

所述左端盖左侧为方形，右侧为圆环形，左侧方形端面设有回油口t，右侧圆环内圆与密封盖板过盈固连。所述密封盖板为圆柱板，密封盖板上设有四个均布的相同的圆形孔，其中任意对称的一组圆形孔为阀体进油口p、出油口a提供避让空间，另一组圆形孔沟通左端盖回油口t与阀体内部腔体。

阀芯可转动的设置在阀体内，左端盖、密封盖板、线圈骨架将阀体内腔密封形成低压腔，低压腔通过密封盖板圆形孔与左端盖回油口t沟通，回油口t通低压油箱，低压腔通过阀芯的低压通油孔，经中心流道与低压孔沟通；阀芯第一台肩与阀体第一环形槽密封形成工作压力腔，工作压力腔与阀体出油口a沟通，出油口a通系统油路，出油口a位于阀芯第一台肩的运动轨迹上，工作过程中，阀芯的轴向移动使工作压力腔交替与高压腔、低压腔沟通；阀芯第二台肩与阀体第二环形槽密封形成高压腔，阀芯高压槽与高压腔常通，高压腔与阀体进油口p沟通，进油口p通液压泵高压出口，进油口p位于阀芯第二台肩的运动轨迹上，工作过程中，阀芯的轴向移动使高压腔与工作压力腔交替沟通、闭合；阀芯第二台肩与右端盖将阀体内腔密封形成敏感腔，在工作过程中，阀芯的旋转使敏感腔与阀芯高压槽、低压孔交替沟通。

所述阀体阶梯小孔内壁沿轴向设有一对中心对称的矩形直槽，矩形直槽的出口端与敏感腔沟通，矩形直槽的入口端位于阀芯高压槽出口端的运动轨迹和低压孔出口端的运动轨迹上，且矩形直槽的槽宽与高压槽、低压孔之间的距离相等；所述敏感腔可通过矩形直槽、高压槽与高压腔沟通，以向敏感腔内输入高压油，敏感腔可通过矩形直槽、低压孔、中心流道、低压通油孔与低压腔沟通，以向敏感腔内输入低压油。

优选地，阀芯组件还包括弹簧座，弹簧座与阀芯右端螺纹固定连接，弹簧座与阀体将扭簧在轴向定位。

优选的，所述耐磨头左端球面与密封盖板为点接触，可减小阀芯旋转时的摩擦力，保证阀芯在转动过程中只受液压卡紧力的作用，大大提高了其相应速度。

优选的，所述弹簧座底的外圆与所述阀体内阶梯大孔内壁之间有较小的环形缝隙，环形缝隙在阀芯带动弹簧底座轴向往复移动过程中起到液压阻尼的作用，可消除对阀芯与阀体、左端盖、右端盖的刚性冲击。

优选的，所述左端盖右侧环形外圆装有第一密封圈，所述密封盖板与所述左端盖之间分别装有第五密封圈、第六密封圈，分别对应套在阀体出油口a、进油口p，第一密封圈、五密封圈、第六密封圈均用于密封低压腔左侧；所述线圈骨架内外圆分别设有第三密封圈、第四密封圈，用于密封低压腔右侧；所述右端盖装有第四密封圈，用于密封敏感腔。

具体工作过程如下：

当电信号未接入时，设为初始位置，电磁铁线圈断电，阀芯在扭簧预紧力的作用下，阀芯高压槽、高压腔与进油口p常通，阀芯高压槽与阀体矩形直槽不沟通，敏感腔不通高压油，阀芯低压孔经中心流道、低压流道孔、低压腔与回油口t常通，阀芯低压孔通过阀体矩形直槽与敏感腔沟通，此时敏感腔为低压，敏感腔和低压腔压力相同，阀芯左端面作用面积大于右端面作用面积，作用在阀芯左端面轴向向右的力大于作用在阀芯右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下，阀芯向右移动至最右端位置，此时阀芯第一台肩左侧与工作压力腔为开口，阀芯第一台肩右侧将工作压力腔与高压腔密封隔开，工作压力腔的油液流入低压腔，高压腔与其他腔体均不沟通，即出油口a与回油口t沟通，出油口a与进油口p堵塞。

当电信号接入时，电磁铁线圈通电，阀芯左侧圆盘受切向力对阀芯产生力矩，阀芯在该力矩作用下周向旋转，阀芯旋转一定角度后，阀芯左侧圆盘上一对大圆孔分别与阀体进油口p、出油口a外壁一侧接触，旋转在此限位，此时阀芯旋紧扭簧；阀芯低压孔与阀体矩形直槽不沟通，阀芯高压槽经阀体矩形直槽与敏感腔沟通，此时敏感腔为高压，作用在阀芯左端面轴向向右的力小于作用在阀芯右端面轴向向左的力，阀芯轴向向左移动至最左端位置，此时阀芯第一台肩右侧与高压腔为开口，阀芯第一台肩左侧将工作压力腔与低压腔密封隔开，高压腔的油液流入工作压力腔，低压与其他腔体均不沟通，即进油口p与出油口a沟通，出油口a与回油口t堵塞。

当电信号断开时，电磁铁线圈断电，在扭簧力的作用下，阀芯逆向周向旋转，直至阀芯左侧圆盘上一对大圆孔分别与阀体进油口p、出油口a外壁另一侧接触，旋转在此限位，阀芯再次处于初始位置，各油口、各腔体沟通状态和阀芯位置均与初始状态一致。此时，完成电磁开关阀开关一次，重复上述操作，实现开关阀连续工作。

所述轴向指的是阀芯中心轴所在的方向；所述周向指的是阀芯绕中心轴旋转所在的方向。

所述阀芯、阀体中心对称的槽、孔的对称中心指的是阀芯中心轴线。

本发明的有益效果体现在：

1、阀芯与衔铁、阀体与电磁铁外壳集成，相比其他开关阀和现有的2d开关阀，零部件少，体积更小，质量更轻，结构更简单；

2、阀芯与衔铁集成，阀芯左端圆盘外圆直径远大于阀芯直径，可有效放大驱动力矩，以克服阀芯初始动作时的液压卡紧力，同时降低对电磁铁线圈的功率要求；

3、采用液压力驱动阀芯滑动，驱动力大，频率响应高；

4、弹簧座外圆与阀套阶梯大孔内圆在工作过程中有环形缝隙，形成液压阻尼，消除刚性冲击；

5、接触面均为球面与平面间的点接触，可大大减小阀芯转动时的摩擦阻力矩，从而降低了对电磁铁驱动力矩的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为阀体的结构示意图。

图4为阀芯组件的结构示意图。

图4a为图4的e1-e1截面图。

图4b为图4的e2-e2截面图。

图5a为敏感腔通低压的原理示意图。

图5b为敏感腔通高压的原理示意图。

具体实施方式

下面参照图1至图5b进一步说明本发明的技术方案。

所述微型集成式二维电磁开关阀，其特征在于：包括左端盖1、阀体2、密封盖板3、阀芯组件、线圈骨架6、线圈7、右端盖10，阀芯组件包括耐磨头5、阀芯4。线圈7缠绕在线圈骨架6上，一同插入阀体2内并固定，阀芯4可转动的设置在阀体2内，耐磨头5与阀芯4左端中心流道d过盈固定连接，扭簧8设置在阀芯4与阀体2之间，左端盖1通过螺钉与阀体2固定连接，密封盖板3与左端盖1过盈固定连接，右端盖10通过螺纹与阀体2固定连接。

所述阀体2为导磁材料，外部为圆柱形，左侧凸出为方形端面，方形端面与左端盖通过螺钉固连；阀体内部分别有环形盲槽和中心通孔，环形盲槽靠近阀体方形端面的一侧，外环圆柱面上设有多个均布的内齿，阀体2内齿与阀芯4外齿配合在线圈通电情况下导磁产生周向切向力，周向切向力对阀芯4中心产生力矩，环形盲槽的另一侧为线圈7、线圈骨架6提供安装空间；阀体2中心通孔左端分别设有进油口p和出油口a，中心通孔为阶梯孔，左侧为阶梯小孔，右侧为阶梯大孔，阶梯小孔内设有两个环形槽自左向右依次为第一环形槽21和第二环形槽22，第一环形槽21与出油口a沟通，第二环形槽22与进油口p沟通，；阶梯大孔靠近阶梯处设有扭簧卡位槽23，用于固定扭簧8，阶梯大孔右侧与右端盖10通过螺纹固连。

所述阀芯4为导磁材料，阀芯4左侧为圆盘状，圆盘外圆设有多个均布的外齿，阀芯外齿与阀体内齿数量相同及分布状态一致，阀芯外齿与阀体内齿配合在线圈通电情况下导磁产生周向切向力，周向切向力对阀芯4中心产生力矩；圆盘端面分别设有中心对称分布的一对大圆孔44和一对小圆孔45，大圆孔44与小圆孔45周向90度错开，阀体2进油口p与出油口a分别穿过阀芯4左侧圆盘端面一对大圆孔44，且大圆孔44起到阀芯4旋转限位功能，一对小圆孔45为低压流道；阀芯4设有两个台肩自左向右依次为第一台肩41和第二台肩42，阀芯4第一台肩41与左侧圆盘中间设有多个均布的低压通油孔b，阀芯第二台肩42分别设有一对中心对称的高压槽p和一对中心对称的低压孔t，且高压槽p与低压孔t交替设置，阀芯4中心沿轴向设有中心流道d，中心流道d左端与低压通油孔b沟通，右端与低压孔t沟通，中心流道d左侧用耐磨头5堵住，阀芯4右侧端面设有螺纹孔，通过螺纹与弹簧座9固连；阀芯4靠近右端面圆柱面上设有扭簧卡槽43，对扭簧9周向限位，实现阀芯4与扭簧9同步转动。所述耐磨头5为球头圆柱，左端为球面，右端为平端面，耐磨头5与阀芯4中心流道b左端过盈固连。

所述左端盖1左侧为方形，右侧为圆环形，左侧方形端面设有回油口t，右侧圆环内圆与密封盖板3过盈固连。所述密封盖板3为圆柱板，密封盖板3上设有四个均布的相同的圆形孔，其中任意对称的一组圆形孔为阀体2进油口p、出油口a提供避让空间，另一组圆形孔沟通左端盖1回油口t与阀体2内部腔体。

阀芯4可转动的设置在阀体2内，左端盖1、密封盖板3、线圈骨架6将阀体2内腔密封形成低压腔t1，低压腔t1通过密封盖板3圆形孔与左端盖1回油口t沟通，回油口t通低压油箱，低压腔t1通过阀芯4的低压通油孔b，经中心流道d与低压孔t沟通；阀芯第一台肩41与阀体第一环形槽21密封形成工作压力腔a1，工作压力腔a1与阀体2出油口a沟通，出油口a通系统油路，出油口a位于阀芯第一台肩41的运动轨迹上，工作过程中，阀芯4的轴向移动使工作压力腔a1交替与高压腔p1、低压腔t1沟通；阀芯第二台肩42与阀体第二环形槽22密封形成高压腔p1，阀芯高压槽p与高压腔p1常通，高压腔p1与阀体进油口p沟通，进油口p通液压泵高压出口，进油口p位于阀芯第二台肩42的运动轨迹上，工作过程中，阀芯4的轴向移动使高压腔p1与工作压力腔a1交替沟通、闭合；阀芯第二台肩42与右端盖10将阀体内腔密封形成敏感腔k，在工作过程中，阀芯4的旋转使敏感腔k与阀芯高压槽p、低压孔t交替沟通。

所述阀体2阶梯小孔内壁沿轴向设有一对中心对称的矩形直槽k，矩形直槽k的出口端与敏感腔k沟通，矩形直槽k的入口端位于阀芯4高压槽p出口端的运动轨迹和低压孔t出口端的运动轨迹上，且矩形直槽k的槽宽与高压槽p、低压孔t之间的距离相等；所述敏感腔k可通过矩形直槽k、高压槽p与高压腔p1沟通，以向敏感腔k内输入高压油，敏感腔k可通过矩形直槽k、低压孔t、中心流道d、低压通油孔b与低压腔t1沟通，以向敏感腔k内输入低压油。

优选地，阀芯组件还包括弹簧座9，弹簧座9与阀芯4右端螺纹固定连接，弹簧座9与阀体2将扭簧8在轴向定位。

优选的，所述耐磨头5左端球面与密封盖板3为点接触，可减小阀芯4旋转时的摩擦力，保证阀芯4在转动过程中只受液压卡紧力的作用，大大提高了其相应速度。

优选的，所述弹簧座底9的外圆与所述阀体2内阶梯大孔内壁之间有较小的环形缝隙，环形缝隙在阀芯4带动弹簧底座9轴向往复移动过程中起到液压阻尼的作用，可消除对阀芯4与阀体2、左端盖1、右端盖10的刚性冲击。

优选的，所述左端盖1右侧环形外圆装有第一密封圈11，所述密封盖板3与所述左端盖1之间分别装有第五密封圈15、第六密封圈16，分别对应套在阀体2出油口a、进油口p，第一密封圈11、五密封圈15、第六密封圈16均用于密封低压腔t1左侧；所述线圈骨架6内外圆分别设有第三密封圈13、第四密封圈14，用于密封低压腔t1右侧；所述右端盖10装有第四密封圈14，用于密封敏感腔k。

所述轴向指的是阀芯中心轴所在的方向；所述周向指的是阀芯绕中心轴旋转所在的方向。

所述阀芯、阀体中心对称的槽、孔的对称中心指的是阀芯中心轴线。

本实施例的工作原理：

当电信号未接入时，设为初始位置，电磁铁线圈7断电，阀芯4在扭簧8预紧力的作用下，阀芯4高压槽p、高压腔p1与进油口p常通，阀芯4高压槽p与阀体2矩形直槽k不沟通，敏感腔k不通高压油，阀芯4低压孔t经中心流道d、低压流道孔b、低压腔t1与回油口t常通，阀芯4低压孔t通过阀体2矩形直槽k与敏感腔k沟通，此时敏感腔k为低压，敏感腔k和低压腔t1压力相同，阀芯4左端面作用面积大于右端面作用面积，作用在阀芯4左端面轴向向右的力大于作用在阀芯4右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下，阀芯4向右移动至最右端位置，此时阀芯4第一台肩41左侧与工作压力腔a1为开口，阀芯4第一台肩41右侧将工作压力腔a1与高压腔p1密封隔开，工作压力腔a1的油液流入低压腔t1，高压腔p1与其他腔体均不沟通，即出油口a与回油口t沟通，出油口a与进油口p堵塞。

当电信号接入时，电磁铁线圈7通电，阀芯4左侧圆盘受切向力对阀芯4产生力矩，阀芯4在该力矩作用下周向旋转，阀芯4旋转一定角度后，阀芯4左侧圆盘上一对大圆孔44分别与阀体进油口p、出油口a外壁一侧接触，旋转在此限位，此时阀芯4旋紧扭簧8；阀芯4低压孔t与阀体2矩形直槽k不沟通，阀芯4高压槽p经阀体2矩形直槽k与敏感腔k沟通，此时敏感腔k为高压，作用在阀芯4左端面轴向向右的力小于作用在阀芯4右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下,阀芯4轴向向左移动至最左端位置，此时阀芯4第一台肩41右侧与高压腔p1为开口，阀芯4第一台肩41左侧将工作压力腔a1与低压腔t1密封隔开，高压腔p1的油液流入工作压力腔a1，低压腔t1与其他腔体均不沟通，即进油口p与出油口a沟通，出油口a与回油口t堵塞。

当电信号断开时，电磁铁线圈7断电，在扭簧8力的作用下，阀芯4逆向周向旋转，直至阀芯4左侧圆盘上一对大圆孔44分别与阀体2进油口p、出油口a外壁另一侧接触，旋转在此限位，阀芯4再次处于初始位置，各油口、各腔体沟通状态和阀芯4位置状态均与初始状态一致。此时，完成电磁开关阀开关一次，重复上述操作，实现开关阀连续工作。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。