基于ANSYS的液压截止球阀设计与分析

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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l1。

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∠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[2-31，缺少液压截止球阀产品收稿日期：2013-02-18作者简介：王二强(1983-)，男，陕西西安人，工程师，硕士研究生，主要研究方向为阀门设计和伺服机构的设计研究。

4及零部件的可靠性和安全性技术指标41。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- 。

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。

1 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液 压 气动 与密封/2013年第 05期2.4 手动液压截止球阀在不同工况下的仿真分析根据手动液压截止球阀的工作原理以及使用工况要求，碟形弹簧和密封帽为产品设计的关键零件。碟形弹簧是主要承受预紧力矩作用的主要部位.密封帽是影响手动液压截止球阀控制作用的部位。为了得到液压截止球阀在不同工况下的使用情况，本文对液压截止球阀计算了温度在 2O℃时，预紧力矩分别为 10N·m、15N·m、20N·m、25N·m、30N·m；预紧力矩为25N·m时，环境温度分别为-15℃、-5℃、10℃、2O℃、35℃、45℃作用下的应力和变形情况。液压截止球阀在预紧力矩为25N·m，不同温度作用下的应力计算结果如图5所示 ，S1表示碟形弹簧的应力值曲线，S2表示密封帽的应力值曲线。变形计算结果如图6所示，e1表示碟形弹簧的变形量曲线，e2表示上密封帽的变形量曲线，e3表示下密封帽的变形量曲线。液压截止球阀在温度为 20℃，不同预紧力矩作用下的应力计算结果如图 7所示.变形计算结果如图 8所示。

6111氇20-10 0 10 20 3O 40 5O温度/℃图 5 液压截止球 阀在不同温度下的应 力云 图图6 液压截止球阀在不同温度下的变形云图图 7 液压截止球阀在不同预紧力矩下的应力云图g删图 8 液压截止球 阀在不 同预紧力矩下的变形云图从图 5～图8中的曲线可以看出，在预紧力矩-定的工作条件下，环境温度的变化对于碟形弹簧和密封帽的应力和变形有着显著的影响。在20℃工作时，碟形弹簧和密封帽的应力值和变形量最小，材料的性能最好。在环境温度-定的工作条件下，预紧力矩的变化对碟形弹簧和密封帽的变形以及碟形弹簧的应力有着显著的影响。预紧力矩越大碟形弹簧和密封帽的变形量越大，碟形弹簧的应力值越大。预紧力矩过大，加速球体与密封帽之间的密封面磨损；预紧力矩过小，碟簧对密封面的补偿量校因此。要根据产品的综合使用性能选认适的预紧力矩数值。

3 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。