1、華僑大學(xué)機(jī)電及自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計 （基礎(chǔ)研究報告） 題 目 多種連接方式的單向閥的優(yōu)化設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)電及自動化學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子 級 別 2010級 學(xué) 號 1011115037 姓 名 邱宗建 指導(dǎo)老師 林添良 副教授 華僑大學(xué)教務(wù)處 2014年6月摘 要本報告借鑒北京華德液壓S型單向閥針對管式連接、板式連接和插入式連接這三種連接方式的單向閥進(jìn)行研究，分析其不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計閥口結(jié)構(gòu)和閥體結(jié)構(gòu)。設(shè)定一個40L/min的流量，完成其相應(yīng)的通徑、閥口結(jié)構(gòu)、最大開口量、彈簧性能參數(shù)和閥芯受力等參數(shù)的計算，并利用仿真軟件AMESim建立單向閥的仿真模型，根據(jù)計算出

2、的單向閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)對其進(jìn)行仿真，對設(shè)計單向閥的流量性能及閥芯移動的平穩(wěn)性和靈敏性進(jìn)行分析，力求在達(dá)到設(shè)定流量的前提下實(shí)現(xiàn)單向閥的低開啟壓力、反向密封性好、正向壓力損失小、運(yùn)動平穩(wěn)、無振動、無噪聲等要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、仿真理論及計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)不斷提高。在如今的科學(xué)研究中，仿真技術(shù)提高了科學(xué)研究的水平，縮短了研究周期、降低了科學(xué)研究的成本及風(fēng)險、促進(jìn)了各個不同領(lǐng)域的融合、加速了科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的餓進(jìn)程?，F(xiàn)有的液壓仿真軟件多是基于系統(tǒng)級的仿真，而對于元件級的仿真功能較弱，特別是元件結(jié)構(gòu)方面的仿真。法國IMAGINE公司開發(fā)的AMESim不但可以進(jìn)行系統(tǒng)級仿真，而且還

3、可以利用該軟件提供的液壓組件設(shè)計庫對液壓元件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。關(guān)鍵字：單向閥，設(shè)計優(yōu)化，多連接，AMESim仿真ABSTRACT The report reference Beijing Howard hydraulic connection for the S-type check valve tube, plate and plug-in connection connected to the three-way valve connections were analyzed for their various structural features, the structure an

4、d design of the valve structure of the valve port .Set a 40L/min flow to complete the calculation of the corresponding diameter, valve port structure, the maximum amount of opening, the valve spring force performance parameters and other parameters, and using simulation software AMESim simulation mo

5、del of a one-way valve, its simulation of a check valve based on the calculated structural parameters and performance parameters for the smooth flow properties of the check valve and the valve body designed to move and carry out sensitivity analysis seeks to achieve unidirectional under the premise

6、of the set flow rate low valve opening pressure, reverse sealing, positive pressure loss is small, smooth motion, no vibration, no noise requirements. With the continuous development of science and technology development, theory and computer simulation technology, simulation technology continues to

7、improve. In today's scientific research, simulation technology to improve the level of scientific research and shorten the research cycle, reduce the costs and risks of scientific research, and promote the integration of different areas to accelerate the scientific research achievements into pro

8、ductive forces hungry process. Existing hydraulic simulation software are mostly based on system-level simulation, and for component-level simulation function is weak, especially in the simulation component structures. France IMAGINE AMESim developed not only for system-level simulation, but also ca

9、n use the software to provide hydraulic component design library of hydraulic components for structural design and optimization.Keywords: one-way valve design optimization multi-connection AMESim simulation 目錄 第一章 單向閥的介紹.1 1.1 單向閥的工作原理介紹.1 1.2 單向閥的開啟條件.1 1.3 單向閥的主要性能要求.2 1.4 單向閥的應(yīng)用.2 第二章 單向閥的設(shè)計要求.3

10、第三章 單向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算.4 3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計.4 3.2 單向閥的計算.5 第四章 AMESim仿真分析.9 4.1 單向閥流量隨用戶定義的工作周期壓力變化分析.9 4.2 閥芯位移隨時間變化分析.9 4.3 閥芯移動速度隨時間變化分析.10 4.4 閥芯移動加速度隨時間變化分析.11 4.5 正向壓力損失特性分析.11 4.6 閥芯錐半角變化對流量和最大開口量的影響分析.12 第五章 單向閥設(shè)計圖.14 5.1 管式單向閥圖.14 5.2 板式單向閥圖.14 5.3 插裝式單向閥圖.15 第六章 參論文總結(jié).16致謝.17參考文獻(xiàn).18第一章 單向閥的介紹 1.1 單向閥的工作原理介

11、紹 普通單向閥的作用，是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。圖1-1（a）所示是一種管式普通單向閥的結(jié)構(gòu)。壓力油從閥體左端的通口P1流入時，克服彈簧3作用在閥芯2上的力，使閥芯向右移動，打開閥口，并通過閥芯2上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口流出。但是壓力油從閥體右端的通口P2流入時，它和彈簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無法通過。圖1-1（b）所示是單向閥的職能符號圖。 圖1-1 單向閥 (a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號圖 1閥體2閥芯3彈簧 1.2 單向閥的開啟條件要使閥芯開啟，液壓力必須克服彈簧力，摩擦力和閥芯重量G，即 （-）A >+G （1-1）式中 油腔1

12、油壓力（）； 油腔2油壓力（）； 彈簧力（N）； 閥芯與閥座的摩擦力（N）； G閥芯重量（N）（水平放置時為0）； A閥座口面積（） 1.3 單向閥的主要性能要求 1）正向最小開啟壓力=（+G）/A，國產(chǎn)單向閥的開啟壓力有0.04MPa和0.4MPa，通過更換彈簧，改變剛度k來改變開啟壓力的大小。 2）反向密封性好。 3）正向流阻小。 4）動作靈敏。 1.4 單向閥的應(yīng)用 主要用于不允許液流反向的場合。 1）單獨(dú)用于油泵出口，防止由于系統(tǒng)壓力突升油液倒流而損壞油泵。 2）隔開油路間不必要的聯(lián)系。 3）配合蓄能器實(shí)現(xiàn)保壓。 4）作為旁路與其它閥組成復(fù)合閥。常見的有單向節(jié)流閥、單向順序閥、單向調(diào)速

13、閥等。 5）采用較硬彈簧作為背壓閥。 第二章 單向閥的設(shè)計要求 單向閥的設(shè)計要求如下： 1）最大壓力 =31.5Mp=315bar 2）公稱流量 =40(L/min) 3）低開啟壓力 =0.03Mp=0.3bar 4）高開啟壓力 =0.05Mp=0.5bar 5）低開啟壓力下，通過公稱流量是的壓力損失 =0.28Mp=2.8bar 6) 高開啟壓力下，通過公稱流量是的壓力損失 =0.42Mp=4.2bar第三章 單向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）單向閥芯 單向閥芯有錐閥式和球閥式兩種。雖然球閥式的結(jié)構(gòu)比較簡單，但鋼球會轉(zhuǎn)動，常影響密封性，工作中也容易產(chǎn)生振動和噪聲：而錐閥式的密封

14、性較好，閥芯有導(dǎo)向面，工作時動作平穩(wěn)。這就是單向閥芯常采用錐閥式結(jié)構(gòu)的原因。 （2）閥座 在單向閥閥口線接觸處，常有很大的接觸應(yīng)力，所以當(dāng)閥體材料為鑄鐵時，就要加鋼閥座。閥座在與單向閥芯的接觸為尖角，以保證線接觸，實(shí)際上尖角處受力后是要變形的，但這種受力后產(chǎn)生變形而成為很小的面接觸能保證很好的密封性。一般在公稱流量不大時，閥座在與單向閥芯的接觸處成直角，如圖所示，而在公稱流量較大和公稱壓力較高時，為改善閥口處油液流動狀況和受力情況，閥座與單向閥芯的接觸處成鈍角，如圖3-1所示。 圖3-1 閥座 (3) 彈簧 單向閥的彈簧是進(jìn)行通用化設(shè)計的，即只要是同一公稱通徑，不管直通單向閥，直角單向閥和液控

15、單向閥，其彈簧均為通用。彈簧應(yīng)按單向閥正向流動時的兩種作用來設(shè)計：一種是要盡量使油液能正向自由通過，這時的開啟壓力要越低越好，常定為0.04Mp左右。另一種是油液正向流過時要造成一定的壓力損失，以作為背壓閥使用，這時的開啟壓力要保證達(dá)到設(shè)計值，常定為0.4Mp。 3.2 單向閥的計算 （1） 幾何尺寸的確定 1）進(jìn)出油口的直徑 根據(jù)進(jìn)出油口的直徑計算公式： d0.463（cm） （3-1）式中 公稱流量（L/min）； 進(jìn)出油口直徑d處油液流速，一般可取=6（m/s）則 d0.463(cm)=0.463(cm)=1.195cm,取進(jìn)出油口直徑d=1.2cm=12mm。 2) 閥座內(nèi)孔直徑 =d

16、-（0.10.3）(cm)=1(cm)=10(mm) （3-2） 式中 d進(jìn)出油口直徑（cm） 3) 閥芯錐角的半角和閥座錐角的半角 閥芯錐角的半角和閥座保持線接觸，同時也要考慮過流面積問題。對于單向閥一般取 =45° =+（2°3°）=48° （3-3） 4） 最大通流面積 以5bar壓差時流量為40L/min對閥口的最大過流面積進(jìn)行估算，根據(jù)公式： （3-4）式中 Q流量（/s）； 流量系數(shù)，取0.77； A閥口通流面積（）； 液體密度，取900kg/； 閥口壓差（Pa）；則 =2.6 =26 5）最大開口量 由液壓傳動錐閥通流面積計算公式 （3-5

17、） 如圖1-3所示： 圖3-2 最大開口量 則 26=，解得x=1.25mm （2）受力計算和性能計算 1）閥芯將開始移動時所受的液壓作用 =（N） （3-6）式中 閥座內(nèi)孔直徑（mm） 開啟壓力設(shè)計要求（MPa）則 =2.36(N)設(shè)閥芯重量為0.05kg，則彈簧在0位移是的彈簧力為: =-G=2.36-0.5=1.86(N) 2）彈簧剛度k 高開啟壓力 下，閥芯所受的液壓力為 =3.93（N） 彈簧力變化為-=3.93-2.36=1.57(N) 則 彈簧剛度為k=1.256（N/mm） 3）錐閥閥口處在設(shè)定的壓力損失下，油液作用于閥芯上的液壓力 = （3-7）式中 閥座內(nèi)孔直徑（cm）則

18、=21.6（N） 4） 閥芯徑向直徑 只對直通式單向閥計算閥芯徑向孔直徑，其他單向閥可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況確定。按油液流速要求，閥芯徑向孔直徑為 （cm） （3-8）式中 公稱流量（L/min） 閥芯徑向孔油液流量（m/s），可取=6（m/s）； 閥芯徑向孔數(shù)。則 =0.84(cm) =8.4mm第四章 AMESim仿真分析 液壓閥標(biāo)準(zhǔn)件與液壓元件設(shè)計庫設(shè)計單向閥如圖（4-1）所示： 圖4-1 單向閥 4.1 單向閥流量隨用戶定義的工作周期壓力變化分析 圖4-2 流量隨壓力變化圖 如圖設(shè)置設(shè)置用戶定義的工作周期壓力變化為05s壓強(qiáng)由0到5bar的漸變，圖中曲線呈現(xiàn)三段變化。第一段壓力由0逐漸升至最低開

19、啟壓力，閥芯沒打開，無液壓油通過，流量為零；第二段壓力由最低開啟壓力逐漸增大，閥芯逐漸打開至最大開口量，流量逐漸增大；第三段壓力繼續(xù)增大至設(shè)置的最大開啟壓力，流量隨著壓強(qiáng)的增大逐漸增大，閥芯不再運(yùn)動而處于穩(wěn)定位置。下圖為第一段至第二段的局部放大圖，即閥芯開啟處的曲線圖。 圖4-3 閥芯開啟部分如圖，在第一段至第二段曲線處存在略微的波動，原因是單向閥閥芯開啟時，P1處液壓油留至P2處時壓力存在突變，可能導(dǎo)致單向閥出現(xiàn)細(xì)微的振動和噪聲。 4.2 閥芯位移隨時間變化分析 圖4-4 閥芯隨時間變化4.3 閥芯移動速度隨時間變化分析 圖4-5 閥芯移動速度隨時間變化 4.4 閥芯移動加速度隨時間變化分析

20、 圖4-6 閥芯移動加速度隨時間變化 由閥芯運(yùn)動的速度圖像和加速度圖像可以看出，速度和加速度連續(xù)變化，都沒有出現(xiàn)突變，可以看出閥芯運(yùn)動較為平穩(wěn)。 4.5 正向壓力損失特性分析 將閥芯質(zhì)量、彈簧剛度及彈簧在0位移處的彈簧力設(shè)為極小值，并設(shè)置流量隨時間05s由0逐漸升至40L/min，模擬仿真單向閥在高開啟壓力下，正向壓力損失隨流量變化的分析。閥芯位移隨時間圖像如下： 圖4-7 閥芯隨時間移動圖正向壓力損失隨流量變化圖像如下： 圖4-8 正向壓力損失圖 4.6 閥芯錐半角變化對流量和最大開口量的影響分析 圖4-9 錐半角變化對流量和開口量的影響如圖分別設(shè)置錐半角為30°、35°

21、、40°、45°、50°、55°、60°，隨著錐半角的增大，單向閥的流量也逐漸增大。30°35°40°45°50°55°60°公稱流量（L/min）29.459333.629837.574941.292944.7848.024851.025最大開口量()18.572221.201423.685526.032528.239930.278832.168隨著錐半角的增大，公稱流量和最大開口量都逐漸增大。第五章 單向閥設(shè)計圖 5.1 管式單向閥圖 5.2 板式單向閥圖 5.3 插裝式

22、單向閥圖 第六章 論文總結(jié) 從畢業(yè)論文的寫作開始，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來，是：多種連接方式的單向閥的優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)選題報告，開題報告定下來的時候，我當(dāng)時便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。林添良老師給我的提供了思路，還幫助我找到了許多寶貴的資料。在圖書館我也收集了許多關(guān)于液壓閥，單向閥及A

23、MESim仿真的書籍，在將收集的資料認(rèn)真整理分類以后便著手開始自己的畢業(yè)設(shè)計了。在完成畢業(yè)設(shè)計的過程了也碰見了許多問題和瓶頸，也因?yàn)檫@些困難瓶頸苦惱過，是林添良老師的細(xì)心指導(dǎo)和循循善誘，才讓我得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在這過程中也有研究生學(xué)長、學(xué)姐以及共同做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)們的幫助，是你們的熱情和耐心讓我能夠克服我所遇到的問題。 在做畢業(yè)設(shè)計的過程中我收獲了很多，不僅鞏固了大學(xué)所學(xué)的知識，而且學(xué)會了不少關(guān)于AMESim仿真的知識，也收獲了不少友誼。而腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實(shí)際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。致 謝 大學(xué)生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這