DN15电动球阀传动机构设计
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电动球阀原理图.dwg
蜗杆轴.dwg
蜗轮轴.dwg
阀壳体零件图.dwg
齿轮1.dwg
齿轮2.dwg
齿轮3.dwg
齿轮传动装配图.dwg
电动球阀传动机构设计
目录
第1章 引言 1
1.1课题来源 1
1.2选题目的和意义 1
1.3球阀的发展趋势 2
1.4本文研究的主要内容 2
第2章 主要结构参数 4
2.1.电动球阀技术要求 4
2.1.1技术参数 4
2.1.2技术要求 4
2.1.3型号及其含义 4
2.2主要结构尺寸 4
2.2.1球体直径 4
2.2.2密封面宽度及压紧比压 5
2.2.3密封比压 6
2.2.4球阀结构长度及连接法兰尺寸 6
第3章 运动轨迹设计 7
3.1球阀启闭运动轨迹 7
3.1.1滚动启闭 7
3.1.2球阀摆动 7
3.1.3凸轮的轮廓 8
3.2球阀下支承外形 10
3.2.1滚动柱面与倒角半径 10
3.2.2倒角中心点位置 11
3.3.3滚动空间 12
第4章 结构设计和计算 13
4.1阀杆机构受力状况 13
4.1.1球阀受力状况 13
4.1.2阀杆支承反力与支承结构型式选择 14
4.1.3摩擦阻力扭矩 16
4.1.4阀杆承受的轴向力 18
4.2操作扭矩和手轮选择 21
4.2.1操纵扭矩Mc 21
4.2.2径D选择 22
4.3零件设计与计算 22
4.3.1具有螺旋导轨槽衬套的主要结构尺寸 22
4.3.2球阀销轴接触强度 23
4.3.3球阀下支承的接触强度 24
第5章 工作能力校核 31
5.1工作寿命 31
5.2实际工作压力的潜力估计 31
5.2.1阀体壁厚承压能力 31
5.2.2阀体与阀盖连接螺栓 33
5.2.3阀盖连接法兰承载能力 35
5.2.4阀杆头部承载能力 37
5.3寿命和实际工作潜力估计 38
5.3.1寿命估计 38
5.3.2承压能力估计 39
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
摘要：该设计是为了改善传统球阀的缺点而做的，传统球阀的缺点是摩擦大、使用寿命短、密封性能不好。此设计可以根据流体冲蚀磨损、腐蚀程度和工作压力来调整密封比压。电动球阀是一种新型的球阀，它利用阀杆头部的斜面凸轮与导轨套螺旋槽的配合来实现球阀的电动开启、关闭和金属密封的新型阀门；所以设计中的关键问题是要避免产生摩擦，密封要紧，最终达到高效率、高质量、耐用性等要求。本论文研究对电动球阀的运动和动力分析方法，完成了球阀启闭运动轨迹、球体运动空间以及主要零部件的受力分析设计。该球阀具有启闭无磨损，关闭时压力可调节和启闭省力的优点；克服了普通球阀因密封比压大而使密封面容易磨损的缺点，延长了球阀的使用寿命。
关键词：电动；球阀；；凸轮
Abstract: The design is to improve the shortcomings of traditional ball valve , and the shortcomings of traditional ball valve is friction, short life, sealing performance bad. According to this design`s fluid erosion, corrosion and pressure then the pressure was adjust sealed .Orbit Non-Friction Ball Valve is a new type of valve and realizes non-friction switching and metal pressurization of the valve by cam mechanism.This paper researches the design of Orbit Non-Fraction Ball Valve’s move and the analysis of dynamically. The paper puts forward the kinetic analysis method of Orbit Non-Fraction Ball Valve, analysising the track and motion space of the conglobulation for switching etc, and bring forward rule of its configuration design, designing its assembling body and main parts. This valve has a series of advantage, such as non-friction, the adjusting of pressure and laborsaving when it switches .Its pressurization is different from the usual whose pressurization is easy to destroy, which overcome the fault of the usual valves. So it has a longer life-span.
KeyWords: Orbit, Non-Friction, Ball Valve, Cam
第1章 引言
1.1课题来源
阀门是一种量大面广的通用机械产品，国民经济各部门所需要的阀门数量很大，应用范围也非常广泛。输送流体介质离不开管路，而控制介质流动则离不开阀门。凡是需要对流动介质进行控制的地方，都必须安装阀门，阀门可比喻为“管路的咽喉”。
球阀是本世纪50年代问世的一种阀门，在半个世纪的时间里，球阀已发展成为一种主要的阀类。球阀经过半个世纪的发展已经有了很大的改进和发展，广泛应用于能源、石油、化工、冶金等领域，起着截流、控制等作用。
传统的球阀具有以下特点：
1） 流体阻力小。
2） 密封性能较好。
3） 球阀通道平整光滑，不易沉积介质。
4）结构简单。
传统球阀明显的缺点：
1）阀的开启和关闭摩擦很大。
2）摩擦大引起密封材料的磨损，使球阀的密封性能下降。
3）阀的使用寿命不长。
4）大型的球阀开启和关闭比较费力
因此设计一种电动的球阀即可以改变传统球阀摩擦大的缺点，使球阀更耐用和可靠。该毕业设计旨在减小传统球阀的摩擦，适当补偿磨损，提高球阀的使用寿命和密封性能。
在石油化工领域、大型煤液化工程关键设备、冶金部门、“南水北调”工程、西气东输工程、环保工程等球阀市场需求很大。通过对阀门市场的调查分析，在“十一?五”中，阀门需求量的总体趋势为上升趋势，阀门这个量大面广的产品，其需求量在稳定中增长。其中球阀的市场需求占阀门试产需求的15.5%，是各类阀门中需求最多的。由此可见，球阀在我国有着巨大的市场潜力。
1.2选题目的和意义
1）通过本设计掌握机械新型设计的方法，以及更深入掌握机械原理，机构综合的知识。
2）过本设计掌握机械结构设计的方法，更深入掌握机械设计，材料选择等知识。
3）会查阅和收集资料，学会使用手册及图表资料。
4）培养创新设计的思维，为今后工作打下坚实的基础。
5）通过调查研究国内外在这方面的发展情况,明确我国制造业现状，学习国内外的先进制造技术。
1.3球阀的发展趋势
球阀，是一种以球体作为关闭件的阀门，它起源于本世纪50年代。早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但是由于当时缺乏合适的材料，限制了球阀的发展，使它未成为一种正式工业产品。直到本世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现才使球阀的产生与发展出现了转机；同时，也由于机床工业的发展，使球体加工技术提高，能够实现球体所要求的尺寸精度和表面粗糙度。
目前，球体最大公称直径已达到3050mm，这是美国Escher Wyss公司为田纳西州的一个泵站所提供的4台球阀，用作透平机出口的切断阀，设计压力为4.8Mpa。球阀的最高工作压力已达到72Mpa，其相应温度高达1000°C。
球阀不仅在一般工业管道得到了广泛应用，而且在核工业、宇航工业的液氧和液氢输送管线上普遍采用。
全塑料球阀近年来发展较快。其特点是：耐腐蚀、总量轻、成本底。在水道、化学管道上应用越来越广。德国一家阀门公司已制造出通径为6″的塑料球阀；美国一家阀门公司制成一种含氟塑料球阀，它具有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，适应温度为≤250°C。
大口径输油（或天然气）管线是球阀应用的一个重要方面。公称通径范围：600～1400mm，工作压力通常为：8.0Mpa。为了确保安全，一些制造厂商按管线球阀的使用特点和他所受外界自然条件的影响，进行抗地震的弯曲实验、防止火灾蔓延的实验、耐气候条件的综合实验、紧急切断实验等。
为了适应高温工况的需求，近年来还发展了高温球阀，它的阀座材料不再是聚四氟乙烯，而是金属、石墨或碳素纤维等。
一些特殊用途的特殊结构球阀在不断涌现。，降低了切换阀的流阻并减小了如在我国一国防科研的实验系统上采用了自行研制的三通半球阀扭矩。
我们可以预料今后几年球阀将在以下几个方面得到更大的发展：
a) 密封面材料 聚四氟乙烯作为球阀密封面材料已有30年历史，但它必定还会在生产工艺、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐压性）、耐温性能方面进一步改善，以提高球阀的性能和适用范围。耐高温、耐磨、耐腐蚀的低摩擦的金属或非金属材料将会不断研制出来。
b) 新型球阀结构将会不断涌现 其目的主要在于提高寿命、密封可靠性和改善加工工艺性。比如本设计的。
c) 全塑料球阀将会有很大发展 在新型塑料的应用、结构与注塑工艺性等方面的发展将会使塑料球阀的通径、适用工作温度与压力范围进一步扩大。
d) 长输管线球阀会在遥控、自控、工作可靠性、寿命等诸方面得到提高，它们的需求量也会增加。
1.4本文研究的主要内容
电动球阀在国外研究较早，现在技术基本成熟；国内虽也有单位进行过研究并投入了生产，但明显落后于国外，国内需求还依赖于进口，技术还不够成熟，有待于进一步完善其技术，更广泛的投入生产。电动球阀有很广的国内外市场，特别是我国西气东输工程中应用甚广。
本文详细阐述了“电动球阀的原理研究及结构设计”，讨论了实现轨道（即球阀运动功能）的设计实现，以及CAD软件的应用过程，主要包括以下几个方面的内容：
1) 详细分析了运动原理。该设计是通过阀杆头部的斜面凸轮和和螺旋导轨槽的配合来实现球阀的启闭运动。
2) 详细讨论了运动轨迹的设计。通过数学方法和数据计算详细说明了球阀启闭的运动轨迹，如图2-1所示。
3) 在认识了运动原理和运动轨迹设计后，利用CAD软件绘制工程图
根据式（5—1）和（5—2）式计算，柱销在接触应力条件下工作可达 次，但必须注意到在计算中所采用许用接触应力大多适合零件工作表面粗糙度Ra6.3—0.8范围，如果零件表面粗糙度在Ra=12.5以下，许用应力将降低10%左右，同时考虑到在作金属材料接触疲劳试验测定接触疲劳极限的条件与使用条件区别很大，因此估计本设计使用寿命为 次左右。
5.3.2承压能力估计
球阀式按额定压力PN=2.5Mpa要求设计，在已设计结构基础上，短期提高使用压力将受到阀体与阀盖连接螺栓强度不够限制，只能达到5.6Mpa承压工作能力。
如果在现有结构基础上提高球阀使用压力，在不动阀的主要结构情况下，必须在阀体与阀盖连接处，增加8个M16螺栓，使连接螺栓曾至16个M16螺栓，并且结构上允许增加上述螺栓数。在此状况下考虑到设计中材料叙用应力的安全系数选取影响因素较多，由一定储备，因此极限，短期使用压力可达16Mpa左右。推荐使用压力可达10Mpa。XA
在实际使用压力 后，在阀杆头部承受较大力的作用，当p=16Mpa时，产生 (最大应力)约为材料屈服极限 的3/4，阀杆头部将发生较大弹性变形，外力除去后，可恢复原状，不会发生损坏现象。
球阀在是上述条件下提高使用压力，突出阀盖法兰处是结构设计上薄弱环节，应在今后改进设计中进一步解决。
本部分介绍估计球阀工作能力方法，主要考虑短期峰值工作能力，不能作为球阀产品设计依据或方法。在本产品设计中仍应该按有关国家标准和通用（普通认可）阀门设计方法或步骤进行。
结 论
本文对电动球阀运动原理进行了分析和研究，并对电动球阀的结构进行了设计。
针对普通球阀的密封性差，易磨损，开启力矩大的特点，本设计在分析电动球阀的运动过程中，采用凸轮机构实现其运动、并且利用凸轮机构保证了密封的可靠性。考虑到摩擦面的磨损，采用凸轮预留的方式保证在磨损情况下密封的可靠。在此基础上设计出电动球阀。
在该设计的整个过程中，重难点在于凸轮与柱销接触及运动过程中所产生的几何关系，通过计算分析可以证明凸轮的两个倾斜面并不是平行面，而是两个倾角不同的斜面。本设计的一个创新点也在此处得以体现，原来结构用的7度倾角，在本设计中通过计算证明采用6度更好，这样能够增大磨损补偿量。本设计的另一个重点在导轨套的导轨设计，由阀杆行程可以确定垂直距离，但是开口大小就得由滚子强度计算而得。解决了以上的重难点后，主要工作在于标准件的选取。选取了标准件并进行强度校核。
完成以上工作后，本设计已经基本完成任务。但是由于时间和个人能力有限，在该设计中还存在一些不足和可以改进的地方，例如在阀体底部和衬套配合的地方还可以改为其它方式的接触形式，以有利于磨损后的更换拆装。
致 谢
该论文是在老师的悉心指导下完成的。从论文的选题到系统的最终完成的每一环节无不渗透导师的心血。在此，我谨向老师表示衷心的感谢。在毕业设计过程中，导师对我的影响很大：对学业要知难而上，敢于突破，要具有自信心；做事情就要不怕苦，不怕累，以目标管理工作进程；对朋友、同事要真诚，以心换心；要养成良好的学习和生活习惯，勤奋工作，勇于创新。总之，真诚的说，导师让我在做人，做事及学习上都更上了一层楼，在此再一次表示感谢。
在此，还要感谢我的室友和同组同学，正是他们为我营造了良好的学习、生活环境，给了我热情的帮助。
同时借此机会，我还要向在毕业设计期间给予我关心帮助的老师和同学表示感谢！
参考文献
[1]郑文纬,吴克坚.机械原理.北京：高等教育出版社，1997.7
[2]杨明忠,朱家诚.机械设计.武汉：武汉理工大学出版社，2001.1
[3]成都乘分阀门有限责任公司.电动球阀技术要求，2000.9.5
[4]沈阳高中压阀门厂.阀门制造工艺. 北京：机械工业出版社，1984.6
[5]《机械设计手册》联合编写组.机械设计手册（二版）.北京：化学工业出版社，1979.2
[6]成大先.机械设计手册（常用工程材料）北京：化学工业出版社，2004.1
[7]机械工业部合肥通用机械研究所.阀门.北京：机械工业出版社，1981.12
[8]机械工程手册电机工程手册编辑委员会.机械工程手册（离心机 阀门）. 北京：机械工业出版社，1979.1
[9]樊炳辉,云江.MDT.北京：清华大学出版社，1999.3
[10]汤从心.凸轮与凸轮机构基础.北京：国防工业出版社，1985.8
[11]莱昂斯.阀门技术手册. 北京：机械工业出版社，1991.2
[12]马祖达,吴剑武.轨道球阀的特性与设计.阀门.1999年第四期
[13]姜钢琳.球阀材质与密封.阀门.2001.6
[14]王加新.球阀密封结构的分析与研究.阀门.2000.7
[15]王舟一.球阀金属密封副高温压力密封的探讨.流体机械.1999.4
[16]卜丹霞.如何延长球阀的使用寿命.阀门.1999.4
[17]杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社.1992
[18]Paul E Allaire,Roger Fittro,et al.Eddy currents,magnetic flux and force in solid magnetic Zthrust bearing [C].In:proc.of the international Symposium on Magnetic Bearing , urich,1994:157-163.
[19]Yanhua Sun,Lie Yu.Eddy currents effects on radical active magnetic bearings with solid rotor [C].In:Proc.of The International Symposium on Magetic Bearing ,Japan,2002:361-367.