Z90型电动阀门装置及数控加工工艺的设计

设计（论文）题目：Z90型电动阀门装置及数控加工工艺的设计 系 别： 摘 要本毕业设计主要是设计Z90型电动阀门装置的主要零部件以及关键零部件的数控加工工艺。Z90型电动阀门装置具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点。广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、污水处理等部门。用以控制阀门的开启、关闭和调节，可远距离控制，也可现场操作。Z90型电动阀门装置广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众多行业。 是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。 目 录第一章 课题简介11.1 Z90型电动阀门概述11.2 本文的设计思路1第二章 Z90型电动阀门的结构及工作原理概述22.1 Z90型电动阀门的结构22.2 Z90型电动阀门的工作原理22.3 Z90型电动阀门装置的原始性能参数2第三章 Z90型电动阀门装置主要零部件的设计33.1 齿轮的设计33.1.1 选择齿轮材料及热处理方法33.1.2 计算齿轮的许用应力33.1.3 齿轮的几何尺寸计算33.1.4 齿轮弯曲疲劳强度的计算43.1.5 校核齿轮齿面接触疲劳强度53.1.6 齿轮的实际圆周速度63.1.7 计算啮合力63.1.8 电动机的选择63.2 轴的设计73.2.1 选用轴的材料和初步估算轴径73.2.2 轴上受力分析73.2.3 确定危险截面并计算安全系数73.3 轴承的寿命计算103.3.1 计算内部轴向力S113.3.2 计算实际轴向力113.3.3 取系数X、Y值113.3.4 计算当量载荷P113.3.5 计算轴承额定寿命L123.4选用键并校核强度123.4.1 输出轴上安装齿轮处选用键的内型123.4.2 电机齿轮固定键的内型133.5箱体的设计133.6齿轮和轴的润滑油的选择133.7工件压机构紧及夹具143.8电器元件及控制机构15第四章 关键零部件的数控加工工艺设计184.1 概述184.1.1 数控加工工艺的概念194.1.2 数控加工工艺特点204.1.3 数控加工的工艺适应性204.1.4 数控加工零件的工艺性分析214.2 数控加工工艺224.2.1 零件图样工艺分析224.2.2 制定工艺过程234.2.3 选择刀具234.2.4 确定切削用量234.3 三维造型及CAM模拟加工23第五章 本文小结25参考文献26致 谢27第一章 课题简介阀门电动装置是阀门的驱动装置，用以驱动和控制阀门的开启和关闭。Z90型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮），再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器部分来完成工作。广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众多行业。 是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。1.1 Z90型电动阀门概述Z90型电动阀门装置，通称为多回转阀门电动装置，适用于阀瓣做直线运动的阀门，如闸阀、截止阀、隔膜阀、水闸阀等。它用于阀门的开启、关闭或调节，是对阀门实现远控、集控和自控必不可少的驱动装置。他们具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点，广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、污水处理等部门。1.2 本文的设计思路由于Z90型电动阀门装置的内部结构大部分都采用齿轮传动来完成，所以本文设计上先应从齿轮着手，再确定电动机的型号，再确定轴，轴承，键，以及工件机构和夹具的设计。最后对关键零部件的数控加工工艺进行了设计。第二章 Z90型电动阀门的结构及工作原理概述2.1 Z90型电动阀门的结构Z90型电动阀门装置由六个部分组成，即电机、减速箱、控制机构、手一电动切换机构、手轮部件及电器部分。2.2 Z90型电动阀门的工作原理Z90型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮），再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器部分来完成工作。2.3 Z90型电动阀门装置的原始性能参数1电动阀门装置公称转矩为900Nm。2最大控制转矩为1350 Nm。3最小控制转矩为450 Nm。4允许通过的阀杆直径为60mm5输出转速为24rmin。6电机功率为2.2KW。7电动阀门装置的重量为128kg。第三章 Z90型电动阀门装置主要零部件的设计3.1 齿轮的设计3.1.1 选择齿轮材料及热处理方法根据工作要求，选用多齿轮传动。在箱体内，没有特殊要求，从降低成本、减小结构尺寸和易于选材的原则出发，决定蜗杆齿轮选用45钢调质，齿面硬度为217255HBS。3.1.2 计算齿轮的许用应力1）计算许用接触应力查教材，得齿轮的接触疲劳极限别为：齿轮（217255）1=580MPa1= Zn11/ S=580/1.1=527.3 Mpa2）计算许用弯曲应力由教材查得：齿轮（217255HBS）lim1=440 Mpa齿轮弯曲许用应力为：1= Yn1lim1SF=14401.4=314.3 Mpa。3.1.3 齿轮的几何尺寸计算齿轮的设计计算求出齿轮的模数 m = =1.355将齿轮模数为标准值，所以，取m=23.1.4 齿轮弯曲疲劳强度的计算计算齿轮的模数 m式中： m-齿轮的模数K-齿轮的载荷系数T-小齿轮传递的名义转矩N-圆柱齿轮的齿宽系数Z-齿轮系数Y-齿轮的复合齿形系数Y-齿轮的重合度系数 -齿轮的许用弯曲应力确定公式内的各计算数据值 、选定齿轮的参数 Z=20， Z=iZ=4.3320=86.6 取Z=88查机械设计实用手册，可得=0.7 、计算齿轮的名义转矩 T=9550P/n=95501.5/1400=10.23（Nm）=10230（Nmm） 计算齿轮的载荷系数K查机械设计实用手册，因电机为短时工作制，额定持续工作时间为10分钟。载荷平稳，所以取K=1.0。所以，初步估计转速V=24m/s查机械设计实用手册可得，K=1.4，K=1.15，K=1.13则 =1.883.2（1/ Z+1/Z）cos =1.883.2（1/201/88）1 =1.7055式中： -齿轮的端面重 cos-齿轮的螺旋角系数 K-齿轮间的载荷分配系数 K-齿轮齿向载荷分配系数则 K=K K KK =1.01.41.151.13=1.82 、查取齿轮的复合系数Y根据机械设计实用手册查得，Y=4.2，Y=3.55式中：Y-齿轮的复合齿形系数 、计算齿轮的Y/ Y/ =4.2/210=0.02 Y/=3.15/210=0.015所以 Y/ Y/ 、计算齿轮的重合系数Y=0.250.75/=0.250.75/1.7055=0.68983.1.5 校核齿轮齿面接触疲劳强度 =ZZZ式中：ZE=189.8 ，Z=2.5，Z=0.76=-齿轮齿面接触疲劳强度Z-材料的弹性系数Z-齿轮节点区域系数Z-齿轮重合度系数K-齿轮的载荷系数U -两齿轮的齿数比 则， =ZZZ =189.8=1023.15(Mpa)所以，接触疲劳强度足够。3.1.6 齿轮的实际圆周速度V=d1n1/601000=3.141460251.72/601000=1.02（m/s）3.1.7 计算啮合力圆周力 Ft=2T1/d1=3733(N)径向力 Fr= Fttann/cos=1372(N)轴向力 F= Frtan=532(N)3.1.8 电动机的选择（1）电动机的型号初选电动机型号：采用YDF2-W户外型三相异步电动机该电机为短时工作制，额定持续工作时间为10分钟。载荷平稳，对启动无特殊要求，启动性能较好，所以选用YDF2-W户外型三相异步电动机，电压为380V。电机为外购，所选电动机额定功率为2.2kw。（2）确定电动机的转速电动机的额定转速是根据生产要求而选定。在确定电动机额定转速时，要考虑装置的传动比，两者相互配合，经过技术，经济方面全面考虑才能确定。所以选用的电动机转速要求不低24r/min。3.2 轴的设计3.2.1 选用轴的材料和初步估算轴径输出轴的设计（如图1所示）轴的材料选用45.粗加工后进行调质处理便能满足使用要求。45经调处理后，硬度为217215HBS，由机械设计基础查表得：B=650MPa，S=360MPa，-1=300MPa，-1=60 MPa。3.2.2 轴上受力分析齿轮分度圆上的切向力 Ft=2000T/d1=2000614.67/（872/cos）=6970.5（N）齿轮的径向力 Fr=Ft=tann/cos=6970.50.364/0.986=2550（N）齿轮的轴向力 Fx=Fttan=6970.5tan10=1139.4（N）3.2.3 确定危险截面并计算安全系数根据轴的结构尺寸,可知道截面处弯矩最大,且受转矩,又有过盈联接的应力集中,键槽的应力集中。以下将逐个校核之：（1）、校核截面的安全系数（如图2所示）由公式（24-9）及（24-10）,可知,n=n=式中：1、,1-对称循环下材料试件的扭剪疲劳极限k，k-弯曲，扭剪时的有效应力集中系数-表面品质系数，弯曲，扭剪的绝对尺寸影响系数，-材料拉伸，扭剪的平均应力计算系数，-正应力，扭剪应力的平均应力式中：由机械设计使用手册表24-1查得， =238Nmm. =138N/mm k、，k由表24-16可以知道，过盈配合的应力集中系数远大于键槽的，故只按过盈配合考虑即可。查得，k=2.6，k=1.88。 查表24-19，取=0.92 查表24-13，得=0.84，=0.78 ，查表24-24，得=0.34，=0.21则 =M/w=320/8.18=39(N/mm2) W由表24-27可以知道，单键槽d=46mm时，W=8.18cm,Wp=17.1 cm. =Fx/A=0因为 ，Fx为D截面以左的轴向应力，D截面以右（即，受转矩的一段）不受轴向力。 =T/W=17.9（N/mm）将上列诸值代入公式， n= =2.6 n= =2.9代入式中n= =1.94图1 输出轴 图2 危险截面系数3.3 轴承的寿命计算please contact Q give you more perfect drawings图7 离合套（1） 图8 离合套（2）第五章 本文小结三年紧张而又愉快的大学即将接近尾声了，在此，我将以一毕业设计来总结我三年所学的知识。我设计的课题是Z90型电动阀门装置及关键零部件的数控加工工艺设计，这一次的设计使我对电动阀门的工作原理有了进一步的认识，从而了解了此类机械产品的一些内部特征。在设计的过程中遇到了一些问题，在这些问题中我也懊恼过，但还是静下心来慢慢的回顾三年所学习的知识，通过自己的分析和老师的指导，这些问题得到了进一步的解决。通过这次的毕业设计，使我懂得了学习的重要性，和对所学知识巩固的必要性，使我从中得到了一些启发。这次毕业设计，将会在我以后的工作和生活中有所帮助。这次的毕业设计可以测试一个人的能力，我将会把它当作一笔宝贵的财富。最后，谢谢学校三年来对我的教育和培养。在这毕业设计中让我感触最深的是要会灵活应用。其实，我们大学三年学了不少东西，学的东西很多，但是都不是很精，知道是知道一点，但如果要问我该零件的原理或者用在哪里？怎么用？等等一系列的问题我都答不上来。通过了这次设计让我对有些零部件有了一个笼统的概念，至少知道如何去选用，如何装配。从资料收集到模具总体结构方案的拟定，从模具具体数据的设计计算到设计模具总体装配图以及零件图的绘制，从三维辅助设计软件进行产品零件设计到模具的造型和仿真加工以及生成NC文件等全过程本人都尽力而为之，力求做得最好！在这次的毕业设计中，老师对我们提出的问题及困惑，总是不厌其烦的一一解答，并对我们的设计提出意见和建议，使我们在设计中不断的完善，而且避免犯一些严重的错误，这些也是我们在平时根本学不到或不可能注意到的方面。由于我的知识水平有限，在设计过程中难免有不足甚至错误的地方，希望老师和同学能给我提出批评和建议！多谢指教！参考文献1. 新编机械设计实用手册-学苑出版社 蔡春源主编2. 机械设计基础-中国矿业大学出版社 张建中主编3. 机械设计基础实训教程-上海交通大学出版社 王家禾主编4. 机械加工工艺手册-机械工业出版社 孟少农编5. 机械零件设计手册-冶金工业出版社6. 机床夹具图册-机械工业出版社 王小华编7. 组合夹具图册 -机械工业出版社 许生蛟编致 谢在本次毕业设计中，我从指导老师张建宏老师身上学到了很多东西。张老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高。这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，衷心感谢他耐心的辅导！