直聯(lián)便攜式空壓機(jī)閥片有限元分析及拓?fù)鋬?yōu)化

　　浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版直聯(lián)便攜式空壓機(jī)閥片有限元分析及拓?fù)鋬?yōu)化（optimalize）鐘美鵬鄭水英。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。潘曉弘。浙江大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院。浙江杭州，17；1嘉興學(xué)院機(jī)電分院。浙江嘉興3141.1浙江大學(xué)化學(xué)機(jī)械研究（research)所。浙江杭州3127壓機(jī)排氣閥片進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)排氣閥片的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，確定了排氣閥片的結(jié)構(gòu)參數(shù)(parameter)，分析了排氣閥片受力情況。
　　在此基礎(chǔ)上，對(duì)排氣(Exhaust)閥片進(jìn)行了ANSYS仿真，得到了排氣閥片固有頻率通過排氣閥片的模態(tài)仿真明。優(yōu)化（optimalize）后的排氣閥片固有頻率遠(yuǎn)離其開啟頻率，不會(huì)產(chǎn)生共振。同時(shí)對(duì)優(yōu)化后閥片的應(yīng)力分布和位移分布進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果明。優(yōu)化后的閥片應(yīng)力和整體變形趨勢符合實(shí)際情況。建立了排氣閥片的運(yùn)動(dòng)方程。并對(duì)閥片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了仿真分析，證明閥片的開啟正常。
　　氣閥是壓縮機(jī)(compressor)的關(guān)鍵部件之，也是最易損壞可靠性1.優(yōu)良的氣閥，既要有較長周期的使用壽等因素直接影響壓縮機(jī)的排氣(Exhaust)量功率消耗及運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力(resistance)損失約為壓縮機(jī)指功率的4，8，而反收稿日期2008 1208.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版網(wǎng)址評(píng)。0此3.2.，綆61基金(Fund)項(xiàng)目(xiàng mù)浙江省科研工業(yè)資助項(xiàng)目2006，21049.，男，江西分宜人，博士生，從事機(jī)械制造研究。12，196叩5，爪通信聯(lián)系人鄭水英，女，教授。已艦121呢315呢2.6.0打之，其流動(dòng)損失可高達(dá)指功率的1因此，要保證壓縮機(jī)有較高的工作效率。必須最大化減少氣閥泄漏(leakage)提高氣閥密封性延長使用壽命。
　　高壓直聯(lián)便攜式空氣壓縮機(jī)是種壓縮機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)與電機(jī)軸直接連接在起的高速輕便微型空氣壓縮機(jī)。其體積小重量(weight)輕便于攜帶(carry)，避免了聯(lián)軸器的效率損失，提高了整機(jī)的效率，但由于壓縮機(jī)體積的縮小。閥在滿足性能的同時(shí)還要能承受高壓。
　　因此對(duì)閥的設(shè)計(jì)(design)提出了更高的要求。目前氣閥的設(shè)計(jì)仍采用傳統(tǒng)的類比和相似設(shè)計(jì)理論，未從根本上解決氣閥的定量分析計(jì)算及設(shè)計(jì)問。致使部分壓縮機(jī)氣閥不適應(yīng)工況變化的要求，導(dǎo)致工作(gōng zuò)可靠性差，工作壽命(lifetime)短。本文采用結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化變密度法，對(duì)直聯(lián)便攜式空壓機(jī)排氣閥片進(jìn)行優(yōu)化，尋求種閥片設(shè)計(jì)的新方法。
　　1拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法主要有變厚度法變密度法和均勾化理論等3.變密度法。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。了邊1如似1.1山屬物理描述（description）方式方法，其基本思想是人為地引入種假想的密度可變材料，材料物性參數(shù)如許用應(yīng)力。彈性模量等與材料當(dāng)量密度間的當(dāng)量關(guān)系也是人為假定的。優(yōu)化時(shí)以材料密度為拓?fù)湓O(shè)計(jì)變量。這樣結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問就轉(zhuǎn)換為材料的最優(yōu)分布問4.
　　假定材料特性與其密度（單位:g/cm3或kg/m3)的非線性關(guān)系為度，下標(biāo)，實(shí)際使用材料特性。指數(shù)變密度法的數(shù)學(xué)模型為構(gòu)上的體積力和面積力，為給定初始結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的上限，加。為優(yōu)化時(shí)指定去除材料的質(zhì)量，為密度下限人為優(yōu)化后單元密度保持不變的單元號(hào)。
　　排氣閥片拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)，兩固定(fixed)螺栓(組成:頭部和螺桿組成)孔。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。1和=全約束材料的尺=2.05710，泊松比3.1 2排氣閥片受力分析排氣閥片未開啟時(shí)。排氣閥片兩面承受氣體靜壓力。當(dāng)排氣閥片正面的氣體壓力略大于背面的氣體壓力時(shí)，排氣閥片由靜止開始運(yùn)動(dòng)(movement)，然后在兩面的氣體壓力差作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。作用于排氣閥片上的氣體壓力可為位移時(shí)間有關(guān)；2，為反映氣體力分布規(guī)律叫，為主軸的旋轉(zhuǎn)角頻率。在排氣閥孔附近，可認(rèn)為氣缸內(nèi)氣體壓力廣為均勻分布?xì)怏w壓力差由下式確定氣閥片兩端的壓力差和氣體通過排氣閥片的流動(dòng)情況，用理論計(jì)算它十分困難，很多學(xué)者在這方面作了大量研究，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用近似方法建立了氣體力數(shù)學(xué)模型最大行程，義為曲柄角速度(speed)，為曲柄長，為連桿為拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)。排氣閥片的尺寸(size)2，閥片厚度為0.；兒長度為排氣閥孔等效作用力面積為氣缸內(nèi)瞬時(shí)氣體質(zhì)量為進(jìn)氣氣體密度?！槎嘧冞^程(guò chéng)指數(shù)。為進(jìn)氣氣體壓力，凡為排氣氣體壓力。
　　按上述受力情況(Condition)對(duì)排氣閥片進(jìn)行人57，仿真分析得到應(yīng)力分布；和位移分布結(jié)果(result)明，閥片的最大應(yīng)力為6；109；小于閥片材料30以的屈服強(qiáng)度1.0807109受升程限制（limit）器的約束，閥層受力后的最大位移為。8.與實(shí)際情況相符。
　　放+，為質(zhì)量矩陣為自然圓頻率。
　　方程7的解即為空壓機(jī)閥片的固有頻率。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　利用有限元軟件83進(jìn)行計(jì)算結(jié)果排氣(Exhaust)閥片前1階固有頻率分別為1階為1柬12階為1212出3階為1 609出4階為2237出計(jì)算時(shí)邊界條件是兩螺栓孔和；3個(gè)方向(direction)全約束。
　　5空壓機(jī)排氣閥片的1階振型。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 空壓機(jī)轉(zhuǎn)速(Rotating speed)最大為2，1.那么閥的開啟頻率為33.3因此閥的開啟頻率小于閥的1階固有頻率。
　　31階振型3排氣閥片的模態(tài)分析(Analyse)模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)(或部件的振動(dòng)特性比如固有頻率和振型6可以分清在什么樣的激振力動(dòng)頻率。使外激振動(dòng)頻率避開固有頻率。避免發(fā)生該振型下的共振，有效最大化減少振動(dòng)值，通過模態(tài)分析可直觀顯空壓機(jī)閥片的動(dòng)態(tài)特性和薄弱（解釋:單薄而不堅(jiān)強(qiáng))環(huán)節(jié)，為閥片加工提供理論依據(jù)。對(duì)閥片模態(tài)分析進(jìn)行有限元分析。得出空壓機(jī)閥片前4階固有頻率。
　　空壓機(jī)(compressor)閥片總體自由振動(dòng)方程以4階振型4排氣(Exhaust)閥片的運(yùn)動(dòng)(movement)方程與仿真（simulation)為了驗(yàn)證(Experimental)所得優(yōu)化后氣閥片的適用性，建立了排氣閥片的運(yùn)動(dòng)方程。并用1軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
　　排氣過程中理想氣體的流動(dòng)(flow)微分方程式為工作容積為排氣閥瞬時(shí)有效閥隙面積，7，為排氣腔內(nèi)氣體熱力學(xué)溫度。為時(shí)間。
　　氣閥片運(yùn)動(dòng)微分方程如下為閥片的有效受力面積。凡為閥片剛性系數(shù)。；為閥片位移。
　　若主軸旋轉(zhuǎn)角速度頻率叫為常數(shù)，微分方程中對(duì)氣閥片運(yùn)動(dòng)微分方程和氣體流經(jīng)氣閥片的流動(dòng)微分方程聯(lián)立求解，即可求得閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而求得氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)(status)參量。方程組的具體形式為盧夕九似，k與連桿長度之比。為余隙容積。
　　用，1.乙軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可得排氣口開啟面積。與主軸(Spindle)轉(zhuǎn)角6關(guān)系可以看出排氣閥片開啟正常(normal)。
　　5結(jié)語了排氣閥片的最優(yōu)參數(shù)模型。對(duì)排氣閥片建立了受力分析模型。并進(jìn)行了人8仿真，得到了閥片的應(yīng)力云和位移云，分析結(jié)果(result)顯，該方法能夠準(zhǔn)確地預(yù)測閥片在運(yùn)動(dòng)過程中的最大應(yīng)力分布及危險(xiǎn)截面。從而可優(yōu)化閥片的形狀。獲得閥片局部應(yīng)力集中最小的閥片形狀。改善閥片的可靠性。對(duì)閥進(jìn)行了模態(tài)分析，應(yīng)用凡48分析得出閥片固有頻率，仿真結(jié)果明。優(yōu)化后的直聯(lián)便攜式空壓機(jī)排氣閥片究結(jié)果明優(yōu)化后閥片的應(yīng)力整體變形趨勢和固有頻率符合實(shí)際情況。說明了拓?fù)鋬?yōu)化應(yīng)用于閥片設(shè)計(jì)的有效性，探索了種閥片設(shè)計(jì)的新方法。
　　吳榮仁，劉生禮，陸君毅。壓縮機(jī)進(jìn)氣閥部分行程頂開時(shí)缸內(nèi)氣體壓力(pressure)的計(jì)算了。低溫(Low temperature)工程，2000，753740.
　　賈維新，郝志勇，徐紅梅?；诮Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的單缸機(jī)機(jī)體輕量化設(shè)計(jì)了。浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，2008，422224228.
　　對(duì)直聯(lián)便攜式空壓機(jī)閥片進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，得出附錄，6+又，又6又8，又2久5上接第2308頁應(yīng)濟(jì)，李長勇注塑機(jī)后模板順序優(yōu)化設(shè)計(jì)研究1.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，2006，406937柯常忠，聶清風(fēng)，倪小平，等?；钊麎嚎s(compression)機(jī)氣閥運(yùn)動(dòng)(movement)規(guī)律魏燕定，陳定中，程耀東。壓電懸臂梁振動(dòng)的模態(tài)控制崔志琴，楊瑞峰。復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模及模態(tài)分析幻。