压电驱动精密流量阀阀芯结构优化设计.pdf

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1、２０１６年５月润滑与密封Ｍａｙ?２０１６第４１卷第５期ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ?４１Ｎｏ?５ＤＯＩ：１０?３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?０２５４－０１５０?２０１６?０５?０２０∗压电驱动精密流量阀阀芯结构优化设计张蕊华吴启帆易健肖俊程玉晨（南昌大学机电工程学院江西南昌３３００３１）???摘要：以压电驱动精密流量阀的阀芯及其周围流场为研究对象，通过建立有限元模型，应用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ平台对阀??芯及其周围流场进行流固耦合分析。首先通过ＦｌｕｉｄＦｌｏｗ（ＣＦＸ）模块对流体域进行流场分析，得到阀稳

2、态时的内部流??体压力场的分布规律；再将流体分析结果导入ＳｔａｔｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ（Ａｎｓｙｓ）模块，对阀芯固体域进行静力学分析，得到流???固耦合作用下阀芯的静变形云图及ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图。根据流固耦合分析结果，对阀芯进行结构参数优化。优化后，???在保证阀芯工作可靠性的条件下，阀芯体积减少了１３?５％，实现了阀芯的轻量化。??关键词：压电驱动精密流量阀；阀芯；流固耦合；参数优化；轻量化中图分类号：ＴＨ１２４文献标志码：Ａ文章编号：０２５４－０１５０（２０１６）０５－０９７－０５ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｐｔ

3、ｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＰｉｅｚｏ⁃ｄｒｉｖｅｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅＳｐｏｏｌＺＨＡＮＧＲｕｉｈｕａＷＵＱｉｆａｎＹＩＪｉａｎＸＩＡＯＪｕｎＣＨＥＮＧＹｕｃｈｅｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｎｃｈａｎｇＪｉａｎｇｘｉ３３００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｐｉｅｚｏ⁃ｄｒｉｖｅｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅｓｐｏｏｌａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｒ

4、ｏｕｎｄｉｔａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｆｌｕｉｄ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｖａｌｖｅｓｐｏｏｌａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｒｏｕｎｄｉｔｗｅｒｅａｎａ⁃ｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＷｏｒｋｂｅｎｃｈｐｌａｔｆｏｒｍ．ＦｌｏｗｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｆｌｏｗｄｏｍａｉｎｂｙＦｌｕｉｄＦｌｏｗ（ＣＦＸ）ｍｏｄｕｌｅｆｉｒｓｔ⁃ｌｙｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏ

5、ｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｕｉｄｐｒｅｓｓｕｒｅｆｉｅｌｄｗｈｅｎｖａｌｖｅｉｓｉｎｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅ，ｔｈｅｎｔｈｅｆｌｕｉｄａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏＳｔａｔｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ（Ａｎｓｙｓ）ｍｏｄｕｌｅ，ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｓｐｏｏｌｓｏｌｉｄｄｏｍａｉｎｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｓｔａｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｏｆｓｐｏｏｌｕｎｄｅｒｔｈｅｆｌｕｉｄ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．Ａｃ

6、ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｌｕｉｄ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｓｐｏｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｐｏｏｌ，ｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｓｐｏｏｌｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ１３?５％ａｎｄｔｈｅｇｏａｌｏｆｖｏｌｕｍｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

7、ｐｉｅｚｏ⁃ｄｒｉｖｅｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅ；ｓｐｏｏｌ；ｆｌｕｉｄ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｌｉｇｈｔ⁃ｗｅｉｇｈｔ伴随着精密机械技术、流体控制技术、生物工程制。技术与航空航天等技术的发展，对微流量流体的精确阀芯机构是流量阀的关键控制部件，其性能的好控制，特别是高压下的微流量精确控制要求越来越坏直接影响阀对于精密流量控制的工作可靠性。本文［１］高。压电驱动精密流量阀就是伴随着这一背景而出作者基于Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ平台，对一种

8、压电驱动精密流量现的。与结构复杂、体积大、控制精度低的传统流量阀的阀芯及其周围流场建立了参数化的有限元模型，阀相比，由于压电陶瓷具有微／纳米级的精密位移输并进行流固耦合分析：先通过ＦｌｕｉｄＦｌｏｗ（ＣＦＸ）模出能力，使得压电驱动精密流量阀能利用其高位移分块对流体域进行流场分析，取得了阀稳态时的内部流辨率控制阀芯的开启，从而实现精密的流量输出控