多种连接方式的单向阀的优化设计

1、多种连接方式的单向阀的优化 设计作者：日期:*售太埠毕业设计（基础研究报告）题 目 多种连接方式的单向阀的优化设计学 院机电及自动化学院专业机械电子级 别 2010级学 号 101 1 115037姓名邱宗建指导老师林添良副教授华侨大学教务处2014 年6月本报告借鉴北京华德液压 S型单向阀针对管式连接、 板式连接和插入式连接这三种连接 方式的单向阀进行研究，分析其不同的结构特点，设计阀口结构和阀体结构。设定一个40L/min的流量，完成其相应的通径、阀口结构、最大开口量、弹簧性能参数和阀芯受力等 参数的计算，并利用仿真软件A MESim建立单向阀的仿真模型，根据计算出的单向阀结构参 数和性能

2、参数对其进行仿真，对设计单向阀的流量性能及阀芯移动的平稳性和灵敏性进行分析，力求在达到设定流量的前提下实现单向阀的低开启压力、反向密封性好、正向压力损失 小、运动平稳、无振动、无噪声等要求。随着科学技术的发展、仿真理论及计算机技术的不断发展，仿真技术不断提高。在如今的科学研究中，仿真技术提高了科学研究的水平，缩短了研究周期、降低了科学研究的成本及风险、促进了各个不同领域的融合、加速了科研成果转化为生产力的俄进程。现有的液压仿真软件多是基于系统级的仿真，而对于元件级的仿真功能较弱，特别是元件结构方面的仿真。 法国I M AGI NE公司开发的A MESim不但可以进行系统级仿真 ,而且还可以利用

3、该软件提 供的液压组件设计库对液压元件的结构进行设计和优化。关键字：单向阀，设计优化,多连接，A MES im仿真AB S T RACTThe report r e fe re n ce B eijin g H o wardhydr a u 1 icconnection for th eS type check v a 1 vetube, plate and p lug-inconnect i onc o nnec t e d to the th re c w ay va 1 vec onnectio ns w ere analyzed forthe irvari o us stru ctur

4、 a l features, the st r uc t u r ea nd design of the valve structureo f th e va 1ve po r t .Set a 40 L /m in flow to co m plet e the calculation o f the correspond i n g diam ete r , v a 1 ve por t st ruct u re, the m a ximum amount of o p e nin g , t he valve s p ring f o rce pe r f o rma n c e par

5、ame ters and ot her pa r a mete r s, an d u sing simulati o n sof t wa r e AMESim simulati o n model of a one-w a y valve, its s i mula t i o n of a check v a lve ba s edo n the calcu 1 ated st ruct uralparameters and p erfo r m a nc e para mete r s forthe sm ooth f 1 owp roperti e sof the ch eck va

6、 1 ve and the v a lve body designed t o move and ca r ry out s ensitivi t y a naly sis se eks to ach i ev e uni d ir e ctional und er the pr e mi s e of th esetf 1 owratelow valveop e n ing pr e ssure, rever s e s ea 1ing, positivepressurelossis smal 1,sm oo t hmo t ion, n o v i brat i on, no no is

7、e r e q uirement s .Witht h eco n tinuous develo pment ofsc ien c e and te c hnolo g y dev e 1opment,the or y andcomputersi mula tion t e c hnology, simulationtechn o logycontinues t o impr o v e. In tod a yzs sci ent i fi cresearch ,simulationtechnology to im prove the lev el ofscienti fic re sea r

8、chan d shorte nthe resca rchcycle, redu c e the cos t s and risks o f scientific re sea rch, and p r om o t e the in t e grati o n o f d i ff e r e nt areas to a cceler ate th e scienti f ic resear c h a c hieve m e n t s into p r o d u ctive fo rces hun g ryp rocess. Ex istin g hyd r aulic simulat

9、i on so f twa r e aremo stly b ased o nsystem l e vels i m u 1 atio n ,a nd f o r compon e nt-le v el simula t io n func t i on i s weak, espec i all y in t he simulation com p o nent st r uctu r es. Fra nce IMAGINE A M ESim devel o ped no t onl y for sy s t em- level si m ulat ion, but als o can us

10、e the sof t w are to prov i de hy d raulic compo n ent de s ig n library of hydr a u 1 ic c om po n e nts for str u c tu r al d e s i gn an d optimizati o n.K eyword s : o ne-way va 1 v e design o p t i m izatio n multi- c onnec t ion AMESim simulatio n第一章单向阀的介绍1. 1单向阀的工作原理介1. 2单向阀的开启条1.3 单向阀的主要性能要求

11、1.4 单向阀的应第二章单向阀的设计要求第三章 单向阀的结构设计与计算3.1结构设计.43. 2单向阀的计第四章AMESim仿真分析.目录.4一1.2.394 . 1单向阀流量随用户定义的工作周期压力变化分.9.9.1 01.1析4 .2阀芯位移随时间变化分析1 .3阀芯移动速度随时间变化分4 . 4阀芯移动加速度随时间变化分析114. 5正向压力损失特性分析4.6阀芯锥半角变化对流量和最大开口量的影响分第五章单向阀设计 图.5. 1管式单向阀图145.2 板式单向阀图1 45.3 插装式单向阀图15第六章参论文总名吉16117参考文献8 -L第一章单向阀的介绍1. 1单向阀的工作原理介绍普通

12、单向阀的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反 向倒流。图1-1( a)所示是一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀 体左端的通口 P1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯向 右移动，打开阀口，并通过阀芯2上的径向孔a、轴向孔b从阀体右端 的通口流出。但是压力油从阀体右端的通口 P2流入时，它和弹簧力一 起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法通过。图1-1(b) 所示是单向阀的职能符号图。图1-1 单向阀(a)结构图(b)职能符号图1 阀体2 阀芯3弹簧1. 2 单向阀的开启条件要使阀芯开启，液压力必须克服弹簧力 Fk ,摩擦力Ff和阀芯重量G,即(p 一 P2) A Fk

13、+ Ff + G(1-1)式中Pl油腔1油压力（Pa）;P2油腔2油压力（Pa ）;Fk弹簧力（N）；Ff阀芯与阀座的摩擦力（N ）;G阀芯重量（N）（水平放置时为0）;A阀座口面积（m2）1.3单向阀的主要性能要求1 ）正向最小开启压力Pk=（ Fk + Ff +G）/A,国产单向阀的开启压 力有0. 0 4Mp a和0. 4 MPa ,通过更换弹簧，改变刚度k来改变开启 压力的大小。2 ）反向密封性好。3）正向流阻小。4）动作灵敏。1 .4单向阀的应用主要用于不允许液流反向的场合。1）单独用于油泵出口，防止由于系统压力突升油液倒流而损坏油泵。2）隔开油路间不必要的联系。3）配合蓄能器实现保

14、压。4 ）作为旁路与其它阀组成复合阀。常见的有单向节流阀、单向顺序 阀、单向调速阀等。5）采用较硬弹簧作为背压阀。第二章 单向阀的设计要求单向阀的设计要求如下：1）最大压力 pg = 3 1.5Mp= 3 15bar2）公称流量Qg=4 0 （L/min）3）低开启压力PKq i =0.0 3 M p = 0. 3 bar4）高开启压力 PKq 2=0. 05Mp=0.5bar5）低开启压力下，通过公称流量是的压力损失Ps 1=0.28Mp=2. 8bar6）高开启压力下，通过公称流量是的压力损失ps2=0.42Mp=4.2bar第三章 单向阀的结构设计与计算3 . 1结构设计(1 )单向阀芯

15、单向阀芯有锥阀式和球阀式两种。虽然球阀式的结构比较简单 但钢球会转动，常影响密封性，工作中也容易产生振动和噪声 ：而锥 阀式的密封性较好，阀芯有导向面，工作时动作平稳。这就是单向阀 芯常采用锥阀式结构的原因。(2)阀座在单向阀阀口线接触处，常有很大的接触应力，所以当阀体材料为 铸铁时，就要加钢阀座。阀座在与单向阀芯的接触为尖角，以保证线 接触，实际上尖角处受力后是要变形的，但这种受力后产生变形而成 为很小的面接触能保证很好的密封性。一般在公称流量不大时 ，阀座 在与单向阀芯的接触处成直角，如图所示，而在公称流量较大和公称压 力较高时，为改善阀口处油液流动状况和受力情况，阀座与单向阀芯 的接触处

16、成钝角，如图31所示。图3-1阀座(3)弹簧单向阀的弹簧是进行通用化设计的，即只要是同一公称通径，不管直通单向阀，直角单向阀和液控单向阀，其弹簧均为通用。弹簧应按 单向阀正向流动时的两种作用来设计：一种是要尽量使油液能正向自 由通过，这时的开启压力要越低越好，常定为0.04M p左右。另一种是 油液正向流过时要造成一定的压力损失，以作为背压阀使用，这时的开启压力要保证达到设计值，常定为0.4Mp。3.2单向阀的计算(1)几何尺寸的确定1 )进出油口的直径根据进出油口的直径计算公式：g (cm)gd0. 463(3 - 1 )式中 Qg公称流量(L/min);Vg进出油口直径d处油液流速，一般可

17、取Vg=6 (m/贝Ud 0. 463 IQZ(cm)=0 . 463楞(cm) =1. 195cm，翅进出油:Vg6口直径 d =1. 2 cm=12nm。2 )阀座内孔直径DzDz =d-(0.1 0 .3)(cm ) =1 (cm)=10 (mrn)(3- 2 )式中d进出油口直径(cm)3) 阀芯锥角的半角z和阀座锥角的半角Z阀芯锥角的半角Z和阀座保持线接触，同时也要考虑过流面积问题。对于单向阀一般取z=45Z= z+(2-3 )=48(3-3 )4)最大通流面积Amax以5b a r压差时流量为40 L/m in对阀口的最大过流面积进行估算，根据公式：Q d A J p(3- 4 )

18、式中Q流量(m3/s );D流量系数，取0.7 7 ;A阀口通流面积(m2);液体密度，取9 0 0 kg/ m3;阀口压差（Pa）;则AmaxD40 10 3 60=2.6 10 5 m2 0.772 5 105900=26 mm25 ）最大开口量xmax由液压传动锥阀通流面积计算公式x .、A Ttdxsin(1 sin )2 2d(3-5)如图1- 3所示：图3 2最大开口量则26= 5亚/x （1而），解得x = 1. 25mm20（2）受力计算和性能计算1）阀芯将开始移动时所受的液压作用FKq*2FKq*=TZPKq* （N）4(3-6 )式中 Dz阀座内孔直径(mmp3*开启压力设

19、计要求(MPa)贝 U FKq*=1PKq*= 0.03=2.36( N) 44设阀芯重量为0. 05 kg,则弹簧在0位移是的弹簧力为：Fk=FKq* -G=2.3 6 -0 . 5=1.86 (N)2)弹簧刚度k高开启压力P3 2下，阀芯所受的液压力为 2 2F 0pKq2 = 0.05=3.93(N) 4 q4弹簧力变化为 Fk F - Fk = 3 .93-2.36=1.57(N)则弹簧刚度为k=FK = l257 =1.2 5 6 (N/rnm)Xmax1 .253)锥阀阀口处在设定的压力损失PJ*下，油液作用于阀芯上的液压力 Fay*_冗dZ F ay* pss*4(3-7)式中

20、Dz阀座内孔直径(cm)则 Fay*= pss*=2 1 .6 (N) 44 )阀芯径向直径dj只对直通式单向阀计算阀芯径向孔直径dj,其他单向阀可根据结构情况确定。按油液流速要求，阀芯径向孔直径 dj为(3-8)式中4 16.67Qg /、d jg (cm)j100冗 VajZj公称流量(L/m i n )Vaj阀芯径向孔油液流量(m/s),可取Vaj=6(m/s);Zj阀芯径向孔数。则dj1_16四尸6二。100兀 VajZj1 100兀 6 2=8.4mm第四章AME Sim仿真分析液压阀标准件与液压元件设计库设计单向阀如图(4 1)所下:图41 单向阀4.1单向阀流量随用户定义的工作周

21、期压力变化分析如图设置设置用户定义的工作周期压力变化为 05 s压强由0至U 5 ba r的渐变，图中曲线呈现三段变化。第一段压力由 0逐渐 升至最低开启压力，阀芯没打开，无液压油通过 ，流量为零；第二段 压力由最低开启压力逐渐增大，阀芯逐渐打开至最大开口量，流量逐 渐增大；第三段压力继续增大至设置的最大开启压力，流量随着压强 的增大逐渐增大，阀芯不再运动而处于稳定位置。下图为第一段至第二段的局部放大图，即阀芯开启处的曲线图。阀出现细微的振动和噪声。阀芯开启时，P1处液压油留至P 2处时压力存在突变，可能导致单向rnftss friction, di印lae&mgnt在第一段至第二段曲线处存在

22、略微的波动，原因是单向阀3阀芯移动速度随时间变化分析Ti mt s图44阀芯随时间变化4. 4阀芯移动加速度随时间变化分析图4- 6阀芯移动加速度随时间变化由阀芯运动的速度图像和加速度图像可以看出，速度和加速度连续变化，都没有出现突变，可以看出阀芯运动较为平稳。4. 5正向压力损失特性分析将阀芯质量、弹簧刚度及弹簧在0位移处的弹簧力设为极小值并设置流量随时间05s由0逐渐升至40L/ min ,模拟仿真单向阀 在高开启压力下，正向压力损失随流量变化的分析。阀芯位移随时间图像如下：m也EB.frictiQn.endEtQp5 - displactmeiit pwt 1 M图4 7阀芯随时间移动图

23、正向压力损失随流量变化图像如下:图4-8正向压力损失图4. 6阀芯锥半角变化对流量和最大开口量的影响分析K - 1 k m L 60图4 -9锥半角变化对流量和开口量的影响如图分别设置锥半角为3 0、35、40 、4 5、5 0、5560 ,随着锥半角的增大，单向阀的流量也逐渐增大30 35404550 5560公称流量（L/m23 3. 63 7.574 1.244 .7848.051. 0 2i n)9 .45932984 99 292485最大开口 量18.572223.682 6.028.2393 0.273 2.1(mm2)21.20145 53 2598 86 8随着锥半角的增大，

24、公称流量和最大开口量都逐渐增大第五章单向阀设计图5.1管式单向阀图35 .2板式单向阀图Eis 伯/7e插装式单向阀图第六章论文总结从毕业论 文的写作开始，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然， 到慢慢的进入 状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言 来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷 幕。回想这 段日子的经历和感 受，我感慨 万千，在这次毕 业设计的过程中, 我拥有了无数难忘的回忆和收获。在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是：多种连接方式的单 向阀的优化设计。当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便 立刻 着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真

25、是有些茫然，不知如何 下手。林添 良老师给我的提供了思路，还帮助我找到了许多宝贵的资料。 在图书馆我也收集了许多关于液压阀，单向阀及AMESi m仿真的书籍, 在将收集的资料认真整理分类以后便着手开始自己的毕业设计了。在完 成毕业设计的过程了也碰见了许多问题和瓶颈，也因为这些困难瓶颈苦 恼过，是林添良老师的细心指导和循循善诱,才让我得以顺利的完成毕业 设计。在这 过程中也有研究生学长、学姐 以及共同做毕业设计的同学们 的帮助，是你们的热情和耐心让我能够克服我所遇到的问题。在做毕业设计的过程中我收获了很多，不仅巩固了大学所学的知 识,而且学会了不少关于AMES im仿真的知识，也收获了不少友谊。而 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度,不怕困难、坚持不懈、吃苦 耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练， 是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学