基于ANSYS的液壓截止球閥設計與分析

　　液壓截止球閥是飛行器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常用的部件，目前大都是從工業(yè)設計和使用用途的角度研究液壓截止球閥，缺少液壓截止球閥在不同環(huán)境工況下工作過程的應力和變形情況分析， 以及零部件的可靠性和安全性技術指標。設計運用有限元分析軟件ANSYS，對某產(chǎn)品的手動液壓截止球閥進行強度和剛度分析，得到手動液壓截止球閥的應力和變形情況。以分析結(jié)果為基礎，給出了手動液壓截止球閥零部件的可靠性和安全性技術指標。在產(chǎn)品設計初期，運用ANSYS 分析軟件對產(chǎn)品及零部件進行不同工況下的受力分析，可以得到產(chǎn)品的設計參數(shù)，優(yōu)化設計產(chǎn)品，使得產(chǎn)品綜合特性達到最好。

　　隨著社會的不斷發(fā)展， 閥門已經(jīng)廣泛應用于各行各業(yè)，逐步向著規(guī)格類型系列化、使用壽命延長化、產(chǎn)品參數(shù)擴大化等多方面綜合發(fā)展， 成為各種機械設備不可缺少的部件。液壓截止球閥是飛行器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常用的部件，控制工作介質(zhì)的通和斷。

　　在打開和關閉液壓截止球閥時， 存在著球體轉(zhuǎn)動與密封副之間產(chǎn)生的巨大摩擦力。因為啟閉力矩過大，會影響到液壓截止球閥的開關速度，轉(zhuǎn)動力矩過大，閥桿與球體連接處容易損壞， 較大的摩擦力可以導致密封副磨損加快， 縮短液壓截止球閥的使用壽命。在高溫、高壓和特殊工況下還會影響到液壓截止球閥使用的可靠性、耐久性和安全性，缺少液壓截止球閥產(chǎn)品及零部件的可靠性和安全性技術指標。因此，根據(jù)不同的使用工況， 給出液壓截止球閥在工況下的使用情況模擬， 得到液壓截止球閥在工況條件下使用的薄弱環(huán)節(jié)，給出液壓截止球閥的最佳設計參數(shù)組合，滿足不同工況條件下對液壓截止球閥的設計要求是閥門生產(chǎn)企業(yè)面臨的主要問題之一。

　　本文根據(jù)液壓截止球閥的使用工況， 運用有限元分析軟件ANSYS 對產(chǎn)品及其零部件進行受力分析，得到了產(chǎn)品和各零部件的應力分布和變形情況， 以及產(chǎn)品的設計參數(shù)， 并且將液壓截止球閥在不同環(huán)境溫度和預緊力矩條件下的工作情況進行了計算和比較。綜合分析結(jié)果，找出液壓截止球閥的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化改善產(chǎn)品設計，給出產(chǎn)品設計的最佳參數(shù)組合，使產(chǎn)品在滿足工況使用條件下綜合性能達到最佳。

液壓截止球閥機械結(jié)構設計

　　液壓截止球閥的工作原理是球閥借助手柄驅(qū)動裝置在閥桿上端施加一定的轉(zhuǎn)矩并傳遞給球體， 使它旋轉(zhuǎn)90°， 球體的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直，球閥便完成了全開或全關的動作。

　　某產(chǎn)品液壓截止球閥由于使用環(huán)境的要求，產(chǎn)品的結(jié)構十分復雜，主要由閥芯、閥體、襯套、閥座、密封圈、彈簧等零部件組成。液壓截止球閥的機械結(jié)構原理三維模型如圖1 所示。由于受介質(zhì)的腐蝕和沖刷，密封面產(chǎn)生磨損，導致球閥泄漏。因此，本產(chǎn)品采用碟簧補償結(jié)構，解決了產(chǎn)品在低溫工況下密封材料冷縮產(chǎn)生間隙和高溫工況下密封材料膨脹磨損所導致的產(chǎn)品泄漏問題，保證球閥良好的密封性能，維護系統(tǒng)的正常使用。

總結(jié)

　　通過運用有限元分析軟件對產(chǎn)品進行強度和剛度分析，可以得到產(chǎn)品的應力和變形情況。通過對計算結(jié)果的分析，優(yōu)化改善產(chǎn)品設計，得出產(chǎn)品在不同工況下的最優(yōu)設計參數(shù)組合， 并且給出了產(chǎn)品及其零部件在使用需求下的可靠性和安全性技術指標參數(shù)。在產(chǎn)品設計初期，應用有限元分析軟件對產(chǎn)品進行設計分析，提高了產(chǎn)品的設計效率， 并且有效地縮短了產(chǎn)品的設計周期，很好地提高了產(chǎn)品使用的可靠性和安全性。