直动式减压阀设计.docx

题 目 直动式减压阀特性曲线分析 姓名与学号 林嘉颖 3090100768 指导教师 陶国良 年级与专业 机械电子工程0902 所在学院 机械工程学系 一 主要参数及工作原理如图,直动式减压阀由主阀芯1,膜片2,弹簧3,调节手柄4,主阀体5组成.其中P1为气源压力P2为减压输出压力Fs弹簧预紧压力A为膜片的面积。当P2*Fs时，主阀芯向下移动，主阀口打开，由P1进气，P2升高，P2*AFs时，主阀芯上移，主阀口关闭，使P2逐渐下降。如果是卸压型直动式减压器，在主阀芯和弹簧之间(3)装上小型溢流阀，当P2*AFs时，膜片上移，顶开活塞，气体便从膜片上方溢流出去。二 方案设计根据相关参数使用solidworks对减压阀进行尺寸设计,再使用matlab及excel对数据进行仿真与分析.根据相关资料，使用solidworks设计尺寸如下：进气口直径=20mm出气口直径=20mm 溢流口工作直径=11mm =14mm膜片接触面积设计 1膜片与出气缸中气体接触面积的直径 d=80mm主阀芯下表面圆直径为21mm，阀体直径为20mm。主阀芯直径为8mm。溢流口设计 1如下表，选择进口压力最高1.6MPa，则出口压力为0.1~1.0MPa设弹簧最大伸长量为12mm（P1小于特定压力时，主阀芯全开，此时8mm处恰好在交界口处。当P1大于特定压力时，理想状态是P2保持不变。主阀芯恰好封紧，上升12mm）弹簧弹性系数k将在后续中求得。气体设为标准状态。温度273.15K（0℃），压力101.325KPaR=8.31441±0.00026J/(mol·K）。空气密度为1.293kg/m3三 特性曲线3.1 流量特性曲线理想特性曲线如下：减压阀理想特性曲线 1受力分析：在流量不变时，以膜和主阀芯为分析对象向上的力：P1对主阀芯的力,对主阀芯的摩擦力.P2对膜的力.(此处压力均为相对压力)向下的力:主要为弹簧对膜的压力.理想状况下，忽略摩擦力,则有力的平衡方程:*+*=k(-x++*由于主阀芯尾部有一定的锥度，若以与阀体平行线为分界线（如图）设在p1=p2=0时楔形口处于下方，边沿与开口平齐，当p1=p2=1.0MPa时，楔形口与开口接触。此时-x+代入*+*=k(+*;=(8+mm得弹性系数k=418.879KN/m取k=420KN/m若设分界线以上压强为P2，分界线以下为P1，为简化计算过程,设力的平衡方程修正如下：*+*=k(+*mm当流量为：Q= k=1.4；Q=;由理想状态的减压特性曲线得：当p11MPa时，P1=0.5MPa时，首先对求反函数。Matlab求反函数如下： p1=0.5p1 = 0.5000 syms x p2=(4*420*x-p1*pi*(8+12)^2)/(pi*80^2-pi*(8+12)^2) p2 = -(200*pi - 1680*x)/(6000*pi) deltax=finverse(p2) deltax = (25*pi*(x + 1/30))/7 其中上式的deltax为，x为。代入Se中，得： Se=pi*(400-(8+deltax)^2 )/4 Se = -(pi*(((25*pi*(x + 1/30))/7 + 8)^2 - 400))/4 其中的x仍为P2,单位为MPa。Se单位为再通过Q= k=1.4；求Q. k=1.4; R=8.31441; T=273.15;Q=(2*k/((k-1)*R*T)*((x/p1 )^(2/k)-(x/p1 )^((k+1)/k)))^(1/2)*Se*p1 Q = -(pi*((3553572156649665*(2*x)^(10/7))/1152921504606846976 - (3553572156649665*(2*x)^(12/7))/1152921504606846976)^(1/2)*(((25*pi*(x + 1/30))/7 + 8)^2 - 400))/8由于用matlab不能求出Q的反函数,因此应用插值的方法,以弹簧伸长量为中间变量,从而求出Q和P2的关系,通过EXCEL来进行插值法描点.设P1=0.5MPa时,编写如下两段matlab程序:for i=5.9:0.01:6 p1=0.5; p2=(4*420*i-p1*pi*(8+12)^2)/(pi*80^2-pi*(8+12)^2); x=p2; Q =-(pi*((3553572156649665*(2*x)^(10/7))/1152921504606846976 - (3553572156649665*(2*x)^(12/7))/1152921504606846976)^(1/2)*(((25*pi*(x + 1/30))/7 + 8)^2 -