基于ANSYS的液压截止球阀设计与分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)湖北三江航天红峰控制有限公司 作者:王二强

  液压截止球阀是飞行器压力调节系统中常用的部件,目前大都是从工业设计和使用用途的角度研究液压截止球阀,缺少液压截止球阀在不同环境工况下工作过程的应力和变形情况分析, 以及零部件的可靠性和安全性技术指标。设计运用有限元分析软件ANSYS,对某产品的手动液压截止球阀进行强度和刚度分析,得到手动液压截止球阀的应力和变形情况。以分析结果为基础,给出了手动液压截止球阀零部件的可靠性和安全性技术指标。在产品设计初期,运用ANSYS 分析软件对产品及零部件进行不同工况下的受力分析,可以得到产品的设计参数,优化设计产品,使得产品综合特性达到最好。

  随着社会的不断发展, 阀门已经广泛应用于各行各业,逐步向着规格类型系列化、使用寿命延长化、产品参数扩大化等多方面综合发展, 成为各种机械设备不可缺少的部件。液压截止球阀是飞行器压力调节系统中常用的部件,控制工作介质的通和断。

  在打开和关闭液压截止球阀时, 存在着球体转动与密封副之间产生的巨大摩擦力。因为启闭力矩过大,会影响到液压截止球阀的开关速度,转动力矩过大,阀杆与球体连接处容易损坏, 较大的摩擦力可以导致密封副磨损加快, 缩短液压截止球阀的使用寿命。在高温、高压和特殊工况下还会影响到液压截止球阀使用的可靠性、耐久性和安全性,缺少液压截止球阀产品及零部件的可靠性和安全性技术指标。因此,根据不同的使用工况, 给出液压截止球阀在工况下的使用情况模拟, 得到液压截止球阀在工况条件下使用的薄弱环节,给出液压截止球阀的最佳设计参数组合,满足不同工况条件下对液压截止球阀的设计要求是阀门生产企业面临的主要问题之一。

  本文根据液压截止球阀的使用工况, 运用有限元分析软件ANSYS 对产品及其零部件进行受力分析,得到了产品和各零部件的应力分布和变形情况, 以及产品的设计参数, 并且将液压截止球阀在不同环境温度和预紧力矩条件下的工作情况进行了计算和比较。综合分析结果,找出液压截止球阀的薄弱环节,优化改善产品设计,给出产品设计的最佳参数组合,使产品在满足工况使用条件下综合性能达到最佳。

液压截止球阀机械结构设计

  液压截止球阀的工作原理是球阀借助手柄驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体, 使它旋转90°, 球体的通孔则与阀体通道中心线重合或垂直,球阀便完成了全开或全关的动作。

  某产品液压截止球阀由于使用环境的要求,产品的结构十分复杂,主要由阀芯、阀体、衬套、阀座、密封圈、弹簧等零部件组成。液压截止球阀的机械结构原理三维模型如图1 所示。由于受介质的腐蚀和冲刷,密封面产生磨损,导致球阀泄漏。因此,本产品采用碟簧补偿结构,解决了产品在低温工况下密封材料冷缩产生间隙和高温工况下密封材料膨胀磨损所导致的产品泄漏问题,保证球阀良好的密封性能,维护系统的正常使用。

基于ANSYS的液压截止球阀设计与分析

总结

  通过运用有限元分析软件对产品进行强度和刚度分析,可以得到产品的应力和变形情况。通过对计算结果的分析,优化改善产品设计,得出产品在不同工况下的最优设计参数组合, 并且给出了产品及其零部件在使用需求下的可靠性和安全性技术指标参数。在产品设计初期,应用有限元分析软件对产品进行设计分析,提高了产品的设计效率, 并且有效地缩短了产品的设计周期,很好地提高了产品使用的可靠性和安全性。

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