直聯(lián)便攜式空壓機閥片有限元分析及拓撲優(yōu)化

　　浙江大學(xué)學(xué)報工學(xué)版直聯(lián)便攜式空壓機閥片有限元分析及拓撲優(yōu)化（optimalize）鐘美鵬鄭水英。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。潘曉弘。浙江大學(xué)機械與能源工程學(xué)院。浙江杭州，17；1嘉興學(xué)院機電分院。浙江嘉興3141.1浙江大學(xué)化學(xué)機械研究（research)所。浙江杭州3127壓機排氣閥片進(jìn)行優(yōu)化。根據排氣閥片的拓撲優(yōu)化結果，確定了排氣閥片的結構參數(parameter)，分析了排氣閥片受力情況。
　　在此基礎上，對排氣(Exhaust)閥片進(jìn)行了ANSYS仿真，得到了排氣閥片固有頻率通過(guò)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離其開(kāi)啟頻率，不會(huì )產(chǎn)生共振。同時(shí)對優(yōu)化后閥片的應力分布和位移分布進(jìn)行了仿真。仿真結果明。優(yōu)化后的閥片應力和整體變形趨勢符合實(shí)際情況。建立了排氣閥片的運動(dòng)方程。并對閥片的運動(dòng)規律進(jìn)行了仿真分析，證明閥片的開(kāi)啟正常。
　　氣閥是壓縮機(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(cháng)周期的使用壽等因素直接影響壓縮機的排氣(Exhaust)量功率消耗及運轉動(dòng)阻力(resistance)損失約為壓縮機指功率的4，8，而反收稿日期2008 1208.浙江大學(xué)學(xué)報工學(xué)版網(wǎng)址評。0此3.2.，綆61基金(Fund)項目(xiàng mù)浙江省科研工業(yè)資助項目2006，21049.，男，江西分宜人，博士生，從事機械制造研究。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)損失可高達指功率的1因此，要保證壓縮機有較高的工作效率。必須最大化減少氣閥泄漏(leakage)提高氣閥密封性延長(cháng)使用壽命。
　　高壓直聯(lián)便攜式空氣壓縮機是種壓縮機曲柄連桿機構與電機軸直接連接在起的高速輕便微型空氣壓縮機。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，提高了整機的效率，但由于壓縮機體積的縮小。閥在滿(mǎn)足性能的同時(shí)還要能承受高壓。
　　因此對閥的設計(design)提出了更高的要求。目前氣閥的設計仍采用傳統的類(lèi)比和相似設計理論，未從根本上解決氣閥的定量分析計算及設計問(wèn)。致使部分壓縮機氣閥不適應工況變化的要求，導致工作(gōng zuò)可靠性差，工作壽命(lifetime)短。本文采用結構拓撲優(yōu)化變密度法，對直聯(lián)便攜式空壓機排氣閥片進(jìn)行優(yōu)化，尋求種閥片設計的新方法。
　　1拓撲優(yōu)化數學(xué)模型連續體拓撲優(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。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個(gè)轉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，材料物性參數如許用應力。彈性模量等與材料當量密度間的當量關(guān)系也是人為假定的。優(yōu)化時(shí)以材料密度為拓撲設計變量。這樣結構拓撲優(yōu)化問(wèn)就轉換為材料的最優(yōu)分布問(wèn)4.
　　假定材料特性與其密度（單位:g/cm3或kg/m3)的非線(xiàn)性關(guān)系為度，下標，實(shí)際使用材料特性。指數變密度法的數學(xué)模型為構上的體積力和面積力，為給定初始結構材料質(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。
　　排氣閥片拓撲優(yōu)化時(shí)，兩固定(fixed)螺栓(組成:頭部和螺桿組成)孔。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。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(kāi)啟時(shí)。排氣閥片兩面承受氣體靜壓力。當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(kāi)始運動(dòng)(movement)，然后在兩面的氣體壓力差作用下繼續運動(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律叫，為主軸的旋轉角頻率。在排氣閥孔附近，可認為氣缸內氣體壓力廣為均勻分布氣體壓力差由下式確定氣閥片兩端的壓力差和氣體通過(guò)排氣閥片的流動(dòng)情況，用理論計算它十分困難，很多學(xué)者在這方面作了大量研究，在試驗的基礎上采用近似方法建立了氣體力數學(xué)模型最大行程，義為曲柄角速度(speed)，為曲柄長(cháng)，為連桿為拓撲優(yōu)化結構。排氣閥片的尺寸(size)2，閥片厚度為0.；兒長(cháng)度為排氣閥孔等效作用力面積為氣缸內瞬時(shí)氣體質(zhì)量為進(jìn)氣氣體密度?！槎嘧冞^(guò)程(guò chéng)指數。為進(jìn)氣氣體壓力，凡為排氣氣體壓力。
　　按上述受力情況(Condition)對排氣閥片進(jìn)行人57，仿真分析得到應力分布；和位移分布結果(result)明，閥片的最大應力為6；109；小于閥片材料30以的屈服強度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的解即為空壓機閥片的固有頻率。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個(gè)轉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)行計算結果排氣(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空壓機排氣閥片的1階振型。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 空壓機轉速(Rotating speed)最大為2，1.那么閥的開(kāi)啟頻率為33.3因此閥的開(kāi)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)分析用于確定結構(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(kāi)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(guò)模態(tài)分析可直觀(guān)顯空壓機閥片的動(dòng)態(tài)特性和薄弱（解釋:單薄而不堅強)環(huán)節，為閥片加工提供理論依據。對閥片模態(tài)分析進(jìn)行有限元分析。得出空壓機閥片前4階固有頻率。
　　空壓機(compressor)閥片總體自由振動(dòng)方程以4階振型4排氣(Exhaust)閥片的運動(dòng)(movement)方程與仿真（simulation)為了驗證(Experimental)所得優(yōu)化后氣閥片的適用性，建立了排氣閥片的運動(dòng)方程。并用1軟件進(jìn)行數值計算。
　　排氣過(guò)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，為排氣腔內氣體熱力學(xué)溫度。為時(shí)間。
　　氣閥片運動(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。；為閥片位移。
　　若主軸旋轉角速度頻率叫為常數，微分方程中對氣閥片運動(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，即可求得閥片運動(dòng)規律，進(jìn)而求得氣缸內氣體的狀態(tài)(status)參量。方程組的具體形式為盧夕九似，k與連桿長(cháng)度之比。為余隙容積。
　　用，1.乙軟件進(jìn)行數值計算可得排氣口開(kāi)啟面積。與主軸(Spindle)轉角6關(guān)系可以看出排氣閥片開(kāi)啟正常(normal)。
　　5結語(yǔ)了排氣閥片的最優(yōu)參數模型。對排氣閥片建立了受力分析模型。并進(jìn)行了人8仿真，得到了閥片的應力云和位移云，分析結果(result)顯，該方法能夠準確地預測閥片在運動(dòng)過(guò)程中的最大應力分布及危險截面。從而可優(yōu)化閥片的形狀。獲得閥片局部應力集中最小的閥片形狀。改善閥片的可靠性。對閥進(jìn)行了模態(tài)分析，應用凡48分析得出閥片固有頻率，仿真結果明。優(yōu)化后的直聯(lián)便攜式空壓機排氣閥片究結果明優(yōu)化后閥片的應力整體變形趨勢和固有頻率符合實(shí)際情況。說(shuō)明了拓撲優(yōu)化應用于閥片設計的有效性，探索了種閥片設計的新方法。
　　吳榮仁，劉生禮，陸君毅。壓縮機進(jìn)氣閥部分行程頂開(kāi)時(shí)缸內氣體壓力(pressure)的計算了。低溫(Low temperature)工程，2000，753740.
　　賈維新，郝志勇，徐紅梅?；诮Y構優(yōu)化方法的單缸機機體輕量化設計了。浙江大學(xué)學(xué)報工學(xué)版，2008，422224228.
　　對直聯(lián)便攜式空壓機閥片進(jìn)行拓撲優(yōu)化，得出附錄，6+又，又6又8，又2久5上接第2308頁(yè)應濟，李長(cháng)勇注塑機后模板順序優(yōu)化設計研究1.浙江大學(xué)學(xué)報工學(xué)版，2006，406937柯常忠，聶清風(fēng)，倪小平，等?；钊麎嚎s(compression)機氣閥運動(dòng)(movement)規律魏燕定，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。復雜機械結構的參數化建模及模態(tài)分析幻。