基于Solidworks的改进型单向阀有限元分析

张爱迎 夏法锋

1莱芜职业技术学院；2东北石油大学机械科学与工程学院

基于Solidworks的改进型单向阀有限元分析

张爱迎1；2 夏法锋2

1莱芜职业技术学院；2东北石油大学机械科学与工程学院

利用Solidworks软件建立一种改进型单向阀的三维模型，并研究其阀芯轴的应力、位移及应变分布状态。有限元分析结果表明：阀芯轴最大应力出现在阀芯轴的上端面，其值为17.4 MPa；阀芯轴的最大位移出现在芯轴的大端盖上，其最大位移量为2.24×10-3mm；阀芯轴的最大应变出现在阀芯轴上端面，其最大应变值为3.9×10-5。

Solidworks；阀芯轴；有限元；模型

单向阀是一种使流体朝一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀，它在石油开采、机械加工、航空航天等领域应用广泛。智能提捞抽油机是一种利用油管作为抽油泵筒，采用柔性连续抽油杆，通过电机正转、反转实现采油的机械设备。其中，单向阀是智能提捞抽油机主要的输油部件，在采油过程中起着非常重要的作用。Solidworks是一款三维造型软件，它具有强大的机械零件设计和分析功能[1-2]。利用Solidworks软件建立一种改进型单向阀的三维模型，并研究其阀芯轴的应力、位移及应变分布状态。

1 单向阀装配三维模型的建立

改进型单向阀主要是由阀芯轴、阀座、阀体及密封圈等组成。其中，阀芯轴是单向阀的主要部件，它起到原油单向流动、阀体密封等功能。为此，利用Solidworks软件对阀芯轴进行三维实体建模，其结构如图1所示。

图1 改进型单向阀装配体的三维实体模型

2 阀芯轴的有限元分析

利用Solidworks的Simulation模块对单向阀阀芯轴进行有限元分析[3]，其有限元网格划分结果如图2所示。阀芯轴有限元网格划分的边界条件为：阀芯轴上端面施加约束，阀芯轴下端面施加压力2MPa。阀芯轴的单元网格数为11226个，网格节点数为17221个。

图2 单向阀阀芯轴的网格划分

在阀芯轴下端面施加载荷后，可得到阀芯轴的应力图、位移图及应变图。从分析结果可知，在阀芯轴阶梯处有应力突变，阀芯轴的最大应力出现在阀芯轴上端面，其值为17.4MPa；阀芯轴的最大位移出现在大端盖上，其最大位移量为2.24×10-3mm；阀芯轴的最大应变出现在阀芯轴上端面，其最大应变值为3.9×10-5。

3 结语

利用Solidworks软件对单向阀的阀芯轴进行了有限元分析，得到如下结论：阀芯轴最大应力出现在阀芯轴的上端面，其值为17.4MPa；阀芯轴的最大位移出现在芯轴的大端盖上，其最大位移量为2.24×10-3mm；阀芯轴的最大应变出现在阀芯轴上端面，其最大应变值为3.9×10-5。

[1]冯永江，张峻，时新东，等．新型油井单流阀的研制与应用[J]．石油机械，2008，36（11）：75-761.

[2]纂耀光，刘峰．机械设计基础[M]．东营：中国石油大学出版社，2006.

[3]关正西．有限元分析的概念与应用[M]．西安：西安交通大学出版社，2009.

（栏目主持 杨 军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.016