在阀门设计中的应用.doc

SolidWorks在阀门设计中的应用杨明华(郑州中亚阀门制造 河南荥阳 450121)摘要：介绍了阀门设计、验证仿真系统，以Solidorks软件在蝶阀设计中的应用为例，说明了计算机辅助设计在阀门设计过程中的重要性主题词：SolidWorks 阀门 计算机辅助设计概 述:阀门作为一种控制流体通断，节流和改变压力的主要装置，广泛应用于城市供水，石油、化工、电力和矿山等各个领域，关系着人身和设备的平安，影响着设备的运行效率，在国家大力提倡节能减排的今天，对阀门的平安性、稳定性提出了更高的要求，另一方面，阀门市场竞争的日趋白热化，又要求企业不断减少消费本钱，进步消费效率以上两方面，要求我们的设计工作者设计的阀门既要平安可靠，又要尽量降低本钱，而计算机辅助设计为我们设计出“质优、价廉〞的阀门产品提供了有效的途径主要内容：计算机辅助设计经过多年的开展，已日趋成熟，已从简单的绘图工具开展成为集建模、装配体、动画仿真、有限元分析、优化分析，甚至后期加工的数控编程等各个方面的智能化设计工具如今市场上主流的计算机辅助设计软件有SolidWorks，CATIA，UG、Pro/E、Autocad/Inventen等。

其中美国SolidWorks公司推出的三维机械设计软件SolidWorks与市场上其他三维CAD软件相比，在Windows操作平台下面世最早，以其较高的性价比赢得了众多客户，在设计性能上保持“功能强〞和“效率高〞等优点的同时，操作风格上又具备“入门易〞和“见效快〞等特点，还可以很方便地与其他CAD软件进展数据交换它的根本设计思想是：用数值参数和几何约束来控制3D几何值建模过程，生成了3D要件和装配体模型〔其中包括有限元分析和优化分析过程〕，再根据工程实际需要做出不同的2D视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图，在几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改我们阀门设计的周期通常包括以下步骤：〔1〕在CAD系统中创立零件的模型设计文件〔2〕制作该设计文件的实体原型〔3〕根据应用环境对原型进展现场测试〔如：试压、开关等〕〔4〕评估现场测试的结果〔5〕根据现场测试结果修改设计〔6〕反复以上过程，直至获得满意的解决方案在缺少分析工具时，只有经过上述漫长且昂贵的产品开发周期反复实验，才能答复这些问题SolidWorks中的插件COS MOSWORKS提供了对模型〔零件或装配体〕进展应力分析，频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析的一整套解决方案，使用户可以用变通计算机测试自己的设计进展模拟试验，从而减少或防止昂贵且费时的现场测试，因此可以大大减少本钱，缩短开发周期，加速产品上市，在市场剧烈竞争的环境下，产品推出对速度对企业的效益及至生命有极其重要的意义。

本文以DN300 PN1.0Mpa蝶阀的设计为例来详细说明Solidworks,及其插件Cosmosworks在阀门设计中的应用，软件的版本为Solidworks Office Premium2007，其中集成了建模工具Solidworks，流体分析工具CosMos Floworks、动力学分析工具CosMosMoton、和静态应力分析工具CosMosWorks按照通常的设计步骤，在这里我们采用自下而上的设计方法，首先是初步构思DN300蝶阀的根本构造、尺寸，绘制阀门的各个零部件模型，然后对其进展装配翻开Solidworks2007软件，我们会发现有“零件〞、“装配体〞、“工程图〞三个选项〔图1〕图〔1〕它表达了Solidworks在建模过程中的三个根本功能我们选择“零件〞翻开如下零件建模界面〔图2〕〔图2〕图中上端是为标准工具栏，左侧为建模工具栏和设计树，右侧为草图绘图工具 中间为绘图区如绘制一个圆柱体，只需首先选择一个基准面，然后绘制草图，对圆进展拉伸，一切操作根据左侧的提示即可进展当然，Solidworks提供了拉伸、拉伸切除、旋转、扫描、放样等丰富的建模工具同时也提供了种类繁多的镜像、陈列、尺寸驱动、复制、粘贴等丰富的编辑工具，可随时对模具进展修改。

下面图示为用Solidworks创立的阀体、阀板等零件模型模型建成后，可对其进展虚拟装配，装配界面如下，装配的过程主要是通过各种约束条件对零件进展定位，Solidworks提供了了我们设计中所要用到的所有约束条件假设我们选择了两个零件的要素，Solidworks自动提供两个零件要素可能存在的约束条件，供我们选择如以以下图3，我们选择了阀板轴孔和轴外圆，软件自动提示“同轴心〞，供我们选择〔图3〕如装配图中需要标准件，Solidworks同样可以提供，如以以下图所示最后我们把阀门的各个零件进展装配，装配结果如以以下图所示〔图4〕完成建模过程后，我们需要对设计结果进展验证，如对壳体、阀板进展压力测试，对阀轴进展扭矩测试等，CosMos works可以对单个零件进展测试，也可对整个装配图进展测试下面对阀体进展壳体试验，启动研究项，我们选择静态研究〔图5〕，首先选择约束条件，对法兰孔进展固定〔图6〕 (图5) (图6)然后是选择压力、图家标准规定，蝶阀壳体试验为公称压力1.5倍，我们选择压力为1.5106N/m2〔即1.5Mpa〕作用面为阀体内孔 (图7)。

〔图7〕下一步，对阀体进展网格化(图8)，翻开设计检查向导,设定失效准那么及全系数(图9),运行分析 〔图8〕 〔图9〕 分析的结果在左边的设计树中得以表达，其中有应力图解、应变图解、变形图解、平安系数图解，分别双击各工程,如以以下图〔图10-13〕所示 〔图10〕 〔图11〕 〔图12〕〔图13〕CosMos works对装配体同样可以进展应力分析如以以下图所示的装配图由于在装配过程中，阀体、阀板、阀轴等各个零件之间已存在互相约束关系，故只需约束法兰孔，进展网格化处理，模拟实际试压情况对装配体内部施加压力(图14)，运行应力分析该过程可对整个装配体进展应力分析，也可对装配体中的单个零件进展应力分析，操作步骤和壳体试验相似〔图14〕CosMos works可以用不同颜色来显示出不同的平安系数区域，我们可以据此，对平安系数小于设计值的区域进展加强，对平安系数对远远高于设计值的区域进展优化。

CosMos works提供了专门的优化工具，这里不加赘述结语：从以上设计过程可以看出,SolidWorks软件的设计思想非常符合我们在阀门设计过程中的思维方式,其应力分析部分保证了阀门的平安性要求,其优化功能又降低了阀门本钱,该软件在阀门设计及模拟测试过程中，作用突出,充分满足了设计者在阀门行业及至整个机械行业的需求 参考文献（1） 关鼎 、肖平阳 SolidWorks三维造型典型实例教程 机械工业出版社 2006（2） 刘国良、刘洛麒 SolidWorks2006完全自学手册——图解COSMOSWorks 电子工业出版社2006（3） 中国机械工业标准汇编〔阀门卷〕 全国阀门标准件技术委员会编 中国标准出版社 2006。