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三偏心蝶閥的設(shè)計要求能在介質(zhì)正逆流雙向工況下工作。所謂正流是介質(zhì)流向與碟板關(guān)閉方向一致，逆流是介質(zhì)流向與碟板關(guān)閉方向相反。本文只分析了正流向下的工況。圖是碟板處于關(guān)閉且在介質(zhì)正流PN11.2MPa的工況下，密封面上壓力分布圖。如圖可以分析得到：蝶閥密封面錐度較小的一側(cè)比密封面錐度較大的一側(cè)，密封壓力要大，但是密封壓力在驅(qū)動軸和從動軸端處比較接近。
圖是密封圈的等效應(yīng)力值，而且隨時間變化，在有限元分析時載荷步第一步施加完成后，密封圈的等效應(yīng)力值就達到973MPa，這個值已經(jīng)超過了密封圈材料的屈服強度，說明此時密封圈發(fā)生了塑性變形。隨著閥門的關(guān)閉和介質(zhì)正流向壓強的施加，密封圈的等效應(yīng)力值不斷增大，并在最終狀態(tài)下達到2250MPa。密封圈等效應(yīng)力值的分析對密封圈的設(shè)計非常有意義，而且此結(jié)果與密封圈在實際工況下受力后的狀態(tài)一致。
三偏心蝶閥密封面是斜圓錐表面，閥座和密封圈的正截面均為橢圓，這正是其設(shè)計和制造的難點及關(guān)鍵，也是目前不能準確計算摩擦力矩的原因所在。圖是蝶閥在整個模擬過程中關(guān)閉扭矩值的變化。由于在第一載荷步過程中施加的是壓緊環(huán)的位移，在這過程中密封圈和碟板幾乎不接觸，所以理論上關(guān)閉扭矩幾乎為0。從分析的結(jié)果圖中可以看到，到第一載荷步施加完成之后扭矩值為21N.m，說明實際情況下壓緊環(huán)在壓緊密封圈的過程中，密封圈產(chǎn)生了變形，導(dǎo)致密封圈與碟板有很小的接觸，因此產(chǎn)生扭矩值。在第二載荷步過程中施加的是驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)角度，在這個過程中驅(qū)動軸帶動碟板一起旋轉(zhuǎn)，直到驅(qū)動軸末端處于完全關(guān)閉的位置。在這個過程中碟板與密封圈一直處于接觸狀態(tài)，而且理論上隨著關(guān)閉角度的增大，關(guān)閉扭矩值也不斷增加。從分析的結(jié)果圖中可以看到，關(guān)閉扭矩值也是處于不斷增加的過程中，直到驅(qū)動軸處于關(guān)閉位置，此時關(guān)閉扭矩達到最大值4075N.m。由于在最后一個載荷步過程中，對關(guān)閉扭矩值的分析沒有意義，所以忽略此載荷步下的關(guān)閉扭矩值。
基于CAD/CAE集成的參數(shù)化設(shè)計，利用三維建模軟件SolidWorks以及有限元分析軟件ANSYS的無縫連接，應(yīng)用有限元理論和非線性接觸模型，不僅實現(xiàn)了三偏心蝶閥的參數(shù)化零件設(shè)計，同時實現(xiàn)了產(chǎn)品的有限元分析和性能評價，并得到了以下結(jié)論：（1）將非線性接觸問題的有限元分析理論與數(shù)值模擬相結(jié)合，對三偏心蝶閥的模型、網(wǎng)格劃分、邊界條件進行了數(shù)值仿真。（2）通過數(shù)值仿真得到密封面上應(yīng)力分布規(guī)律，較全面地反映了三偏心蝶閥在實際工況下的受力狀態(tài)，并找出了最大和最小接觸壓力的發(fā)生位置。（3）本文得到了在閥門關(guān)閉過程中所需的關(guān)閉扭矩值，這對三偏心蝶閥的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│CAE分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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