多种连接方式的单向阀的优化设计修订稿

1、多种连接方式的单向阀的优化设计WEIHUA SyStem OffiCe room聲僑共tf毕业设计（基础研究报告）目多种连接方式的单向阀的优化设计业机械电子级别2010 级学号37姓名邱宗建指导老师林添良副教授专院机电及自动化学院华侨大学教务处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40Lmin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AMESim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参数对

2、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饿进程。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IMAGlNE公司 开发的AMESim不但可以进行系统级仿真，而且还可以利用该软

3、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，AMESim仿真ABSTRACTThe report reference Beijing HOWard hydraulic COnneCtiOn for the S-type CheCk VaIVe tube, Plate and plug-in COnneCtiOn COnneCted to the three-way ValVe COnneCtiOnS Were analyzed for their VariOUS StrUCtUral features, the StnJCtUre and desi

4、gn Of the VaIVe StrUCtUre Of the VaIVe POrt .Set a 40Lmin flow to COmPIete the CalCUlatiOn Of the COrreSPOnding diameter, VaIVe POrt structure, the InaXimUm amount Of opening, the VaIVe SPring force PerfOrmanCe ParameterS and Other parameters, and USing SimUIatiOn SOftWare AMESim SimUlatiOn model Of

5、 a One-Way valve, its SimUlatiOn Of a CheCk VaIVe based On the CaICUlated StrUCtIIral ParameterS and PerfOrmanCe ParameterS for the SmOOth flow PrOPertieS Of the CheCk VaIVe and the VaIVe body designed to move and Carry OUt SenSitiVity analysis SeekS to achieve UnidireCtiOnaI Under the PrenIiSe Of t

6、he Set flow rate IOW ValVe OPening PreSSUre, reverse sealing, POSitiVe PreSSUre IOSS is small, SmOOth motion, no Vibration, no noise requirements.With the COntinUOUS development Of SCienCe and technology development, theory and COmPUter SimUlatiOn technology, SimUIatiOn technology COntinUeS to impro

7、ve In today,s SCientifiC research, SimUIatiOn technology to improve the IeVel Of SCientifiC research and ShOrten the research cycle, reduce the COStS and risks Of SCientiflC research, and PrOnIOte the integration Of different areas to accelerate the SCientifiC research achievements into PrOdUCtiVe f

8、orces hungry PrOCeSS EXiSting hydraulic SimUlatiOn SOftWare are mostly based On SyStem-IeVel SimUIation, and for componentlevel SimUIatiOn function is weak, especially in the SinIUIatiOn COnIPOnent StrUCtUres. FranCe IMAGINE AMESim developed not Only for SyStem-IeVel SimUIation, but also Can USe the

9、 SOftWare to PrOVide hydraulic COmPOnent design Iibrary Of hydraulic COmPOnentS for StnJCtUral design and OPtimiZatiOn.KeyWOrds: One-Way ValVe design OPtillIiZatiOII multi-connection AMESim SimUIatiOn目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一章单向阀的介绍1单向阀的工作原理介绍1单向阀的开启条件1单向阀的主要性能要求2单

10、向阀的应用2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二章单向阀的设计要求3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第三章单向阀的结构设计与计算4结构设计4单向阀的计算5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第四章AMESim仿真分析9单向阀流量随用户定义的工作周期压力变化分析9阀芯位移随时间变化分析9阀芯移动速度随时间变化分析10阀芯移动加速度随时间变化分析11正向压力损失特性分析11阀芯锥半角变化对流量和最大开口量的影响分析12 HYPERLINK l

11、 bookmark16 o Current Document 第五章单向阀设计图14管式单向阀图14板式单向阀图14插装式单向阀图15 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第六章 参论文总结16致谢17参考文献18第一章单向阀的介绍单向阀的工作原理介绍普通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 PI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

12、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。P2图1一1单向阀(a)结构图(b)职能符号图1阀体2阀芯3-弹簧单向阀的开启条件(I-I)要使阀芯开启，液压力必须克服弹簧力件，摩擦力耳和阀芯重 量 G,即(p1 p2 ) A 耳 + Ff +G式中Pl油腔1油压力（Pd）;PI油腔2油压力（內）；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阀座口而积（）单向阀的主要性能要求D正向最小开启压力以=（以+Ff+G） /A,国产单向阀的开启压 力有和，通过更换弹簧，改变刚度k来改变开启压力的

13、大小。2）反向密封性好。3）正向流阻小。4）动作灵敏。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P严315bar2）公称流量 x=40（Lmin）3）低开启压力J=4）高开启压力 2 =5）低开启压力下，通过公称流量是的压力损失SS | =6）高开启压力下，通过公称流量是的压力损失Ps12=第三章单向阀的结构设计与计算

14、结构设计单向阀芯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。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

15、的接触处成钝角，如图3-1所示。图3-1阀座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。单向阀的计算(1)几何尺寸的确定进出油口的直径根据进出油口的直径计算公式：V匕式中Qi.公称流量(Lmin)；匕进出油口直径d处油液流速，一般可取匕二6 (ms)则 d JK(Cm) = (CIn)=取进出油 口直径

16、 d=12mm阀座内孔直径DZD7 =d- () (Cm) =1 (Cm) =10(mm)(3-2)式中d进出油口直径(CnI)阀芯锥角的半角色和阀座锥角的半角力阀芯锥角的半角勺和阀座保持线接触，同时也要考虑过流而积问 题。对于单向阀一般取(3-5)勺二 45c=z+(2 3 ) =48(33)最大通流面积AI疵以5bar压差时流量为40Lmin对阀口的最大过流面积进行估Q = aDA2?P算，根据公式:(3-4)式中Q流量(W3s)；流量系数，取;阀口通流面积(TW2 );液体密度,取900kg nr ；阀口压差(Pa):40 x103AllaX =a M2= = 105 InI51O590

17、0=2IQmm25)最大开口量兀max由液压传动锥阀通流面积计算公式XA = dxsin (1Sin )2 2d如图1-3所不:图3-2最大开口量则 26=52 (1,解得 X=20(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耳严(3-6)FKq2t 1* (N)式中 DZ阀座内孔直径(mm)lL开启压力设计要求(MPa)则阳=乎】*=葺x003 = (N)设阀芯重量为，则弹簧在0位移是的弹簧力为:Fk=FKe-G= 2)弹簧刚度k高开启压力pq1下，阀芯所受的液压力为F冲产畔ig (N)弹簧力变化为AFk = F-Fk=则弹簧刚度为(Nmm)3)锥阀阀口处在设定的压力损失13,

18、*下，油液作用于阀芯上的液 压力巧严7)式中 DZ阀座内孔直径(Cm)则G*二岁L切山二(N)4)阀芯径向直径勺只对直通式单向阀计算阀芯径向孔直径心，其他单向阀可根据结 构情况确定。按油液流速要求，阀芯径向孔直径巧为4x16,67 (CIil)；V 100 VaJZj(3-8 )式中QIi公称流量(Lmin)Vaj阀芯径向孔油液流量(ms),可取Vy二6(ms)；ZJ阀芯径向孔数。第四章AMESim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)所示:bao3 - flow rate POrt 1 Lmin图41单向阀单向阀流量随用户定义的工作周期压力变化分析45 -4035302

19、520151050I I I I I I I Illl IlIlIlIlllIlIll IIll0.01.02. P 05.06.0i X： PreSSurebar:图4-2流量随压力变化图如图设置设置用户定义的工作周期压力变化为05s压强由0到5bar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。如图，在

20、第一段至第二段曲线处存在略微的波动，原因是单向 阀阀芯开启时，Pl处液压油留至P2处时压力存在突变，可能导致 单向阀出现细微的振动和噪声。阀芯位移随时间变化分析图44阀芯随时间变化阀芯移动速度随时间变化分析图4-5阀芯移动速度随时间变化阀芯移动加速度随时间变化分析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。正向压力损失特性分析将阀芯质量、弹簧刚度及弹簧在O位移处的弹簧力设为极小 值，并设置流量随时间05s由O逐渐升至40Lmin,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：正向压力损失随流

21、量变化图像如下:5.0阀芯锥半角变化对流量和最大开口量的影响分析图49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30、35、40、45、50、55 . 60 ,随着锥半角的增大，单向阀的流量也逐渐增大。30354045505560公称流 量(L/min )最大开 口量随着锥半角的增大，公称流量和最大开口量都逐渐增大。第五章单向阀设计管式单向阀图hkiA.板式单向阀图插装式单向阀图第六章论文总结从毕业论文的写作开始，时至今曰，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

22、想这段曰子的经历和感受，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，还帮肋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AMESim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肋，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AMESim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