3098煉鋼轉(zhuǎn)爐專用氣動蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　煉鋼轉(zhuǎn)爐專用氣動蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要:設(shè)計的氣動蝶閥主要用于鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐及其他工業(yè)的除塵輸送系統(tǒng)中，是主要以空氣為傳動介質(zhì)的控制調(diào)節(jié)裝置。因此，論文在碟閥的密封性及耐磨性等問題上進(jìn)行了深入的分析和設(shè)計上的考慮。此閥的工作原理是當(dāng)氣缸通過閥桿帶動蝶板轉(zhuǎn)動時，蝶板與閥體密封面吻合，將通道切斷，即為關(guān)閉；反之，則為開啟。</p><p>　　本次設(shè)計的蝶閥

2、就是三偏心蝶閥，驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用普通雙作用式氣缸，利用壓縮空氣使活塞向兩個方向運動，活塞行程可根據(jù)實際需要選定。此設(shè)計的閥門主要用于鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐爐氣的回收。當(dāng)然，此閥也可以應(yīng)用于化工、電站、石油等等。由于蝶閥應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐爐氣，故對其的密封性是首先要解決的問題，其次是蝶閥的結(jié)構(gòu)的分析和主要零件的設(shè)計計算。</p><p>　　本文還對閥門的安裝、保養(yǎng)及使用進(jìn)行介紹</p><p>　　關(guān)鍵詞：蝶閥；

3、三偏心；氣壓系統(tǒng)、維護(hù)</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　閥門是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中使用極廣泛的一種機(jī)械產(chǎn)品。隨著我國改革開放的進(jìn)一步加深以及建立社會主義市場和開展對外貿(mào)易的需要，在石油、天然氣、煤炭、冶金和礦石的開采、提煉加工和管道輸送系統(tǒng)中；在石油、化工產(chǎn)品，醫(yī)藥和食品生產(chǎn)系統(tǒng)中；在水電、火電和核電的電力生產(chǎn)系統(tǒng)中；在城建的給排水、供熱

4、和供氣系統(tǒng)中；在冶金生產(chǎn)系統(tǒng)中；在船舶、車輛、飛機(jī)、航天以及各種運動機(jī)械的使用流體系統(tǒng)中；在國防生產(chǎn)以及新技術(shù)領(lǐng)域里；在農(nóng)業(yè)排灌系統(tǒng)中都需要大量的閥門新品種。因此，閥門是我國實現(xiàn)四個現(xiàn)代化不可缺少的重要機(jī)械產(chǎn)品。它與生產(chǎn)建設(shè)，國民建設(shè)和人民生活都有著密切的關(guān)系。</p><p>　　用于流體控制的閥門，從最簡單的截斷裝置到極為復(fù)雜的自控系統(tǒng)，其品種和規(guī)格繁多。閥門的公稱通徑從十分微小的儀表閥，到公稱通徑達(dá)10M、

5、重幾十噸的工業(yè)管路用閥。閥門可用于控制空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性化學(xué)介質(zhì)、泥漿、油品、液體金屬和放射性流體等各種類型流體的流動。閥門的控制可采用多種傳動方式，如手動、電動、氣動、液動、電-氣或電-液聯(lián)動及電磁驅(qū)動等；也可在壓力、溫度或其他形式傳感信號的作用下，按預(yù)定的要求動作，或者只進(jìn)行簡單的開啟或關(guān)閉。閥門就是依靠驅(qū)動或自動機(jī)構(gòu)使其啟閉件作升降，滑移，旋擺或回轉(zhuǎn)運動，從而改變流道面積的大小，實現(xiàn)控制功能的。</p>&l

6、t;p>　　為了實現(xiàn)多流體的控制，閥門一般應(yīng)具備以下性能：即密封性能、強度性能、調(diào)節(jié)性能、動作性能和流通性能。對大多數(shù)閥門來說，密封問題是首要問題。由于密封性能差或密封壽命短而產(chǎn)生流體的外漏或內(nèi)漏，會造成環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失；有毒的流體、腐蝕性流體、放射性流體和易燃易爆流體的泄漏有可能產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人身傷亡。對于高中壓氣體閥門和安全閥等，閥門的安全可靠性也是十分重要的。強度不夠或動作不可靠（例如高壓閥的閥體或重要零件的

7、斷裂，安全閥不能準(zhǔn)確起跳、止回閥不逆止作用等），將會造成本體或系統(tǒng)的破壞而導(dǎo)致人身傷亡。</p><p>　　隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，普通的軟密性蝶閥已滿足不了工業(yè)上的需求，金屬硬密性蝶閥很快被開發(fā)出來，并且三偏心結(jié)構(gòu)蝶閥是蝶閥發(fā)展，演化中最高級一種。三偏心蝶閥自問世以來，為滿足日益嚴(yán)酷的工況要求，其本身也經(jīng)歷著自我完善和不斷發(fā)展的過程。即使最基本的零泄漏，理論上三偏心蝶閥都可以做的到，但實際還賴于周密的設(shè)計，精密的

8、制造。</p><p>　　本次設(shè)計的蝶閥就是三偏心蝶閥，驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用普通雙作用式氣缸，利用壓縮空氣使活塞向兩個方向運動，活塞行程可根據(jù)實際需要選定。此設(shè)計的閥門主要用于鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐爐氣的回收。當(dāng)然，此閥也可以應(yīng)用于化工、電站、石油等等。由于蝶閥應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐爐氣，故對其的密封性是首先要解決的問題，其次是蝶閥的結(jié)構(gòu)的分析和主要零件的設(shè)計計算。</p><p>　　2 三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析&

9、lt;/p><p><b>　　2.1蝶閥結(jié)構(gòu)分析</b></p><p>　　碟閥的卓越性能與自身的不斷地改進(jìn)、演變、發(fā)展密切相關(guān)。為滿足各種工況的要求，蝶閥先后經(jīng)歷了從同心向單偏心蝶閥，雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥的演變。</p><p>　　圖中字母：n1－閥體通道軸線；n2－過旋轉(zhuǎn)軸心的直線；j－密封面運動軌跡；e－徑向偏心距；c－軸向偏心距；E

10、－蝶板厚度</p><p>　　圖中字母：1－閥桿 2－蝶板 3－彈性閥座 4－壓蓋 5－閥體</p><p>　　三偏心蝶閥是本次要研究的對象，它的結(jié)構(gòu)如圖下所示</p><p>　　蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)見上圖，即在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)再增加一個傾角，經(jīng)過最優(yōu)化設(shè)計使密封副的摩擦力進(jìn)一步下降，由于采用面密封的結(jié)構(gòu)使接觸應(yīng)力分布均勻，密封更加可靠。</p>&

11、lt;p><b>　　蝶閥的三偏心是指：</b></p><p>　　第一個偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心H相對于蝶板中心在軸向存在偏心距c;</p><p>　　第二個偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心H相對于蝶板中心在徑向存在偏心距e;</p><p>　　第三個偏心是指蝶板錐面軸線與閥體通道軸線成一個角度，即角偏心</p><p&g

12、t;　　對于三偏心結(jié)構(gòu)的蝶閥，由于軸向偏心距c的存在，保證了蝶閥密封面是一個完整連續(xù)的錐面，且該密封面的幾何中心容易確定，降低了密封面加工制造的難度。若密封面為正圓錐面，則由于蝶板密封面的回轉(zhuǎn)半徑大于閥座密封面相應(yīng)部位的半徑，從而在關(guān)閉的蝶板密封表面不能進(jìn)入閥座，即產(chǎn)生“干涉”現(xiàn)象，而采用偏心角為的錐面即所謂圓錐斜切可以解決這個問題。本設(shè)計采用三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)尺寸見設(shè)計裝配圖。</p><p>　　2.2

13、閥門的分類及優(yōu)點分析 閥門產(chǎn)品的種類繁多，按材質(zhì)分（如鑄鐵閥、鑄鋼閥、鍛鋼閥等）、按連接形式分（如內(nèi)螺紋、法蘭閥等）、按溫度分（如低溫閥、高溫閥、保溫閥等）。</p><p>　　我國目前大多數(shù)習(xí)慣是按壓力和結(jié)構(gòu)種類來區(qū)分。按結(jié)構(gòu)種類分主要有： 旋塞閥、閘閥、截止閥、球閥、蝶閥等。根據(jù)各類閥的優(yōu)缺點分析，蝶閥更適于轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中使用。蝶閥是指關(guān)閉件（閥瓣或蝶板）為圓盤，圍繞閥軸旋轉(zhuǎn)來達(dá)到開啟與關(guān)閉的一種閥，在

14、管道上主要起切斷和節(jié)流用。</p><p><b>　　蝶閥具有以下優(yōu)點：</b></p><p>　　體積小，重量輕。與相同壓力級和同樣口徑的別的閥相比，它均可減輕約30～50%</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，開閉迅速，蝶閥的零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，開閉只需將閥瓣旋轉(zhuǎn)90°即可。</p><p>　　調(diào)節(jié)和密封性能

15、好。蝶閥可以實現(xiàn)分級控制流量，調(diào)節(jié)性能較好；</p><p>　　流體和操作力矩小。根據(jù)對蝶閥所作的流組試驗證明，蝶閥的流組小于截止等類型的閥門。操作力矩小是由于閥瓣處于近似平衡狀態(tài)，這樣就可以用較小的力矩實現(xiàn)閥門的啟閉。</p><p>　　2.3閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析</p><p><b>　　閥體的功能：</b></p>&

16、lt;p>　　閥體是閥門中重要的零件之一，閥體的重量通常占整個閥門的總重量的70%左右。</p><p><b>　　閥體的主要功能有：</b></p><p>　　作為工作介質(zhì)的流動通道。</p><p>　　承受工作介質(zhì)壓力、溫度、沖蝕和腐蝕。</p><p>　　在閥體內(nèi)部構(gòu)成一個空間，設(shè)置閥座，以容納啟閉件

17、，閥桿等零件。</p><p>　　在閥體端部設(shè)置連接結(jié)構(gòu)，滿足閥門與管道系統(tǒng)的安裝使用要求。</p><p>　　承受閥門啟閉載荷和在安裝使用過程中因溫度變化、振動、水擊等影響所產(chǎn)生的附加載荷。</p><p>　　作為閥門總裝配的基礎(chǔ)。</p><p>　　閥體設(shè)計的基本內(nèi)容 </p><p>　　閥體的設(shè)計通常

18、和閥門總體設(shè)計同步進(jìn)行。</p><p>　　閥體設(shè)計的基本內(nèi)容如下：</p><p><b>　　確定閥體材料</b></p><p>　　根據(jù)工作介質(zhì)的性質(zhì)確定合適材料，保證材料具有足夠的耐蝕性，并具有可靠的強度和剛度。</p><p>　　氣動蝶閥主要用于鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼中及其它工業(yè)輸送系統(tǒng)中 ，因此它的工作介質(zhì)主

19、要是氣體。轉(zhuǎn)爐煉鋼中產(chǎn)生的廢氣有：一氧化碳，二氧化碳，氮氣，氫氣，水蒸氣，少量的氧氣，氬氣及微量的甲烷：這些化學(xué)元素中其中有一些具有腐蝕性，因此設(shè)計閥體的材料應(yīng)耐腐蝕。在閥體方面我選用球墨鑄鐵QT400，它有足夠的強度、剛度和耐腐蝕性，滿足設(shè)計材料的要求。</p><p>　　B．公稱壓力的確定 </p><p>　　根據(jù)參考資料，查得應(yīng)用場景的介質(zhì)溫度介于0℃~120℃之間，由于給定的溫

20、度不超過120℃，所以應(yīng)該采用t=120℃，相應(yīng)的工作壓力由表內(nèi)查得其位于1kgf/cm2和2.5 kgf/cm2之間，因為第一個壓力1 kgf/cm2低于實際給定值，所以不能滿足給定的條件。再查標(biāo)準(zhǔn)表120℃下的工作壓力為2.5 kgf/cm2，相應(yīng)的公稱壓力是2.5 kgf/cm2，這個公稱壓力就做為設(shè)計的依據(jù)。</p><p>　　C.法蘭尺寸及類型的選擇</p><p>　　根據(jù)參

21、考文獻(xiàn)，由公稱通徑DN=100mm，公稱壓力Pg=2.5kgf/cm2,可以確定蝶閥的法蘭尺寸及類型，該類型為：鑄鐵雙法蘭連接，結(jié)構(gòu)尺寸見零件圖。</p><p>　　2.4蝶板的啟閉過程工作原理</p><p>　　圖1為三偏心蝶板的設(shè)計原理簡圖，蝶板密封面為錐面，處于關(guān)閉的位置。對于錐體密封蝶板，若蝶板采用正圓錐體，則由于其大端直徑大于閥座密封圈內(nèi)徑，因而在開啟或者關(guān)閉時蝶板不能通過閥

22、座。采用偏心角為的偏心錐面便解決了這個問題。由于P1點的旋轉(zhuǎn)半徑比密封副接觸位置（F0點）的旋轉(zhuǎn)半徑小，即點P1的旋轉(zhuǎn)軌跡m1位于F0點的旋轉(zhuǎn)軌跡以下，所以蝶板可旋入閥座，并實現(xiàn)接觸密封。同理，P4點的旋轉(zhuǎn)半徑大于密封副接觸位置的旋轉(zhuǎn)半徑，即P4點的旋轉(zhuǎn)軌跡位于先進(jìn)入閥座的接觸點的軌跡以下，故蝶板越關(guān)越緊。</p><p>　　圖1 三偏心蝶閥設(shè)計原理圖</p><p>　　2.5閥體的

23、結(jié)構(gòu)長度</p><p>　　根據(jù)閥門公稱通徑和壓力等級，結(jié)構(gòu)長度，連接尺寸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定，確定閥體的結(jié)構(gòu)長度</p><p>　　三偏心蝶閥的公稱通徑為100mm，公稱壓力為2.5 kgf/cm2，可以確定碟閥的類型為：鑄鐵雙法蘭連接。有查文獻(xiàn)可得蝶閥的結(jié)構(gòu)總長為L=150mm。寬度為K=160mm。具體尺寸看閥體零件圖紙。</p><p><b>　

24、　確定閥體的流動通道</b></p><p>　　根據(jù)閥門的流通能力和流體的阻力系數(shù)要求，確定合適的工作介質(zhì)流動通道。</p><p>　　閥體的流動通道與閥門的口徑一樣為100 mm。</p><p>　　2.6閥體最小壁厚的設(shè)計計算</p><p>　　查資料閥體最小壁厚T的計算公式 （mm）見表 如下：</p>

25、<p>　　表中的字母：Pg-公稱壓力，MPa</p><p>　　P′-閥體內(nèi)可能產(chǎn)生的壓力升量，MPa</p><p>　　DN-閥門通徑，mm</p><p>　　b-材料的許用拉應(yīng)力，MPa</p><p><b>　　￡-鑄造偏差，mm</b></p><p>　　對于大口

26、徑蝶閥需要作剛度校核，校驗變形量，其經(jīng)驗公式為：</p><p>　　d=0.04GR3/EJ</p><p>　　式中 G-閥門質(zhì)量，kg</p><p>　　E-彈性模量，MPa</p><p>　　J-截面慣性矩，mm4</p><p><b>　　R-閥體半徑，mm</b></p&g

27、t;<p>　　對于一般大口徑蝶閥，d〈0.4mm，能滿足要求。</p><p>　　根據(jù)上面的公式，由下列已知數(shù)據(jù)：</p><p>　　閥體材料——球磨鑄鐵</p><p>　　公稱壓力——0.25≤Pg≤2.5MPa</p><p>　　公稱通徑——200≤DN≤1500mm</p><p>　　根

28、據(jù)表可以選擇相應(yīng)的計算閥體壁厚的公式：</p><p>　　T≥ (1-1)</p><p>　　式中：T=[b]=50MPa,DN=100mm,Pg=2.5kgf/cm2;</p><p>　　P、′為關(guān)閉瞬間前后的壓力差，kgf/cm2; </p><p>　　由參考文獻(xiàn)得關(guān)于P′的計算公式為：P′=0.004Q/A·t

29、 （1-2）</p><p>　　式中 Q為介質(zhì)的流量，m3/h,</p><p>　　A為管道截面積，m2</p><p><b>　　T為關(guān)閉時間，s,</b></p><p>　　給定流速為 v=1m/s,關(guān)閥時間為t=2s，將數(shù)據(jù)代入公式（1-2）得：</p><p>　

30、　P′=0.00324kgf/cm2</p><p>　　將給定數(shù)據(jù)和計算的數(shù)據(jù)代入公式（1-1）得：T≥12.37mm,圓整后取T=15mm。</p><p>　　2.7蝶閥的密封副結(jié)構(gòu)</p><p>　　閥門關(guān)閉時，蝶板密封面與彈性閥座相接觸，密封副在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生微小的彈性變形，從而實現(xiàn)密封，要達(dá)到密封性能良好，操作靈活和扭矩小，金屬密封蝶閥的密封副結(jié)構(gòu)

31、設(shè)計至關(guān)重要。根據(jù)閥門的公稱通徑，選擇其結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)DN≤350mm，一般采用雙偏心結(jié)構(gòu)，當(dāng)DN≥400mm時，一般采用三偏心結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　2.8密封件的選擇</b></p><p>　　在日常生活及工程實際中，泄漏現(xiàn)象屢見不鮮。生產(chǎn)設(shè)備的泄漏會造成多方面的危害設(shè)備中工作介質(zhì)泄漏，會造成物料浪費，有時間能污染環(huán)境。易燃、易爆、劇毒、腐蝕性、放射性

32、物質(zhì)泄漏將危及人身安全，引起設(shè)備事故。環(huán)境中的氣、水和粉塵等侵入設(shè)備會污染工作介質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量或加劇零件磨損，縮短機(jī)器壽命。流體機(jī)械的內(nèi)容泄漏影響容積效率，甚至工作失效。</p><p>　　有泄漏就有治漏，設(shè)備治漏的方法有：密封、堵塞、引流、焊接和修改。</p><p>　　在三偏心蝶閥中我選擇的是密封。</p><p>　　對大多數(shù)閥門來說(蝶閥也不例外)，密

33、封問題是首要問題。由于密封性能差或密封壽命短而產(chǎn)生流體的外漏或內(nèi)漏，會造成環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失；有毒的流體、腐蝕性流體、放射性流體和易燃易爆流體的泄漏有可能產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人身傷亡。</p><p>　　密封的概念：防止工作介質(zhì)從機(jī)器和設(shè)備中泄漏或防止外界雜質(zhì)侵入機(jī)器和設(shè)備內(nèi)部的一種裝置或措施。被密封的工作介質(zhì)可以是氣體、液體或粉狀固體。密封性能是評價機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。</p>

34、<p>　　密封的內(nèi)容：將結(jié)合面間間隙封住，隔離或切斷，增加泄漏通道中的阻力，在通道中的加設(shè)小型作功元件，對泄漏介質(zhì)造成壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止介質(zhì)泄漏。舉例：如填料密封、機(jī)械密封和螺旋密封等。</p><p>　　密封的功能：是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有兩個方面：一是密封面上有間隙；二是密封兩側(cè)有壓力差。消除或減小任一因素可以阻止或減小泄漏。但就一般設(shè)備而言，減小或消除間隙

35、是阻止泄漏的主要途徑。</p><p>　　密封設(shè)計中的幾個問題</p><p><b>　　密封用材料</b></p><p>　　密封材料應(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)備的工作條件不同，要求密封材料具有不同的適用性。對密封的材料的要求一般是：</p><p>　　材料致密性好，不易泄漏介質(zhì)。<

36、;/p><p>　　有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強度和硬度。</p><p>　　壓縮性和回彈性好，永久變形小。</p><p>　　高溫下不軟化、不分解，低溫下不硬化、不脆裂。</p><p>　　抗腐蝕性能好，在酸、堿、油等介質(zhì)中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不黏附在金屬表面上。</p><p>　　摩擦系數(shù)小，耐磨性好。<

37、/p><p>　　具有與密封面貼合的柔性性。</p><p>　　耐老化性好，經(jīng)久耐用。</p><p>　　加工制造方便，價格便宜，取材容易。</p><p>　　顯然，任何一種材料要完全滿足上述要求是不可能的，但具有優(yōu)異密封性能的材料能夠滿足上述大部分要求。</p><p><b>　　加工工藝</b&

38、gt;</p><p>　　良好的加工工藝和成型工藝是保證密封件尺寸精度、表面特性以及提高抗腐蝕和耐磨能力的有效手段。以橡膠O形圈為例，它是靠給定的壓縮變形量來保證密封的，如果由于尺寸精度差而保證不了必要的壓縮變形量，就會出現(xiàn)泄漏。此外，由于O形圈是以預(yù)拉伸狀態(tài)安裝于密封部位，當(dāng)運動摩擦發(fā)熱時，O形圈不是膨脹，而是收縮（拉伸狀態(tài)下的橡膠受熱收縮稱為焦?fàn)栃?yīng)），這也可能使工作時的壓縮變形量減小而發(fā)生泄漏。因此，設(shè)計

39、時必須嚴(yán)格給定尺寸精度，并考慮到各種影響因素，例如與密封件的相接觸的零件的尺寸精度，表面粗糙度及紋理方向等。</p><p>　　C．摩擦、磨損與潤滑</p><p>　　摩擦和磨損是接觸型動密封的中必然存在的問題。接觸型動密封的密封件與被密封件相接觸，由于有相對運動而產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致發(fā)熱和零件表面的磨損，這是引起泄漏及密封件損壞的主要原因。因此，潤滑方式與潤滑的選擇就成了密封設(shè)計中必須慎重

40、考慮的問題。</p><p>　　三偏心金屬密封蝶閥是一種金屬對金屬密封的閥門，在密封面處無四氟乙烯，橡膠或其它非金屬材料，因此可保證閥門耐磨，長時間工作不變形，也不會由于閥座變形而導(dǎo)致閥門泄漏。三偏心金屬密封蝶閥在閥門啟閉過程中閥板和閥座即脫開，它們之間無摩擦。故三偏心金屬密封蝶閥有極長的使用壽命，不易泄漏，備品備件的消耗少，檢修費用低。</p><p>　　冶金工業(yè)中軋鋼工序如熱爐的高

41、溫?zé)煔?，鋼廠轉(zhuǎn)爐吹氧吹氮，高爐鼓風(fēng)機(jī)緊急放空等管道的控制都有一定的難度。如用三偏心蝶閥，以上問題有望解決。</p><p>　　由于三偏心蝶閥在密封時，密封面間有相對的滑動，故密封面材料選為奧式體不銹鋼，其材料的特點是：耐蝕性，耐化學(xué)性和耐熱性能高，低溫韌性高，強度中等至高，剛性良好，成形加工性極好，無磁性，可焊性良好；缺點是：價格比較貴。</p><p>　　在設(shè)計過程中，綜合考慮實際因

42、素，因為O型密封圈工作可靠，靜摩擦因數(shù)大，故閥體與左右閥體間的密封采用O形密封圈。</p><p>　　2.9三偏心蝶閥密封比壓的確定</p><p>　　由參考文獻(xiàn)可得密封比壓的公式：q h=m</p><p>　　式中q h為蝶閥的必需比壓，kgf/cm2</p><p>　　P1為計算壓力，kgf/cm2, P1=Pg+P′</p

43、><p>　　Pg為公稱壓力，Pg=2.5kgf/cm2</p><p>　　M為比例系數(shù)，取m=1</p><p>　　a,c的選值與密封副材料有關(guān)，對于密封副材料為鋼和硬質(zhì)合金來說。a=35,c=1</p><p>　　b為密封副接觸寬度，b=2.72cm（設(shè)計給定）</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)代入上面公式，得：q

44、h=22.74kgf/cm2</p><p>　　對于剛性密封面，qh按公式計算出來的值降低25%，即qh=17.05kgf/cm2</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)，可以查得密封材料比壓[q]=150kgf/cm2,因此設(shè)計比壓q應(yīng)滿足：</p><p><b>　　qh＜q＜[q]</b></p><p>　　即 1

45、7.05＜q＜150</p><p>　　2.10接頭選擇與強度校核</p><p>　　接頭是閥桿與閘板的連接零件。</p><p>　　接頭的結(jié)構(gòu)形狀為T形，接頭與閥桿采用螺紋連接，接頭螺紋為：M18*1.5—6H，孔深為30mm，接頭與雙閘板之間采用浮動連接，這樣在介質(zhì)在介質(zhì)壓力作用下形成可靠的單向密封同時由于采用浮動連接，雙閘板啟閉時會因軸線不同心而造成無規(guī)

46、則旋轉(zhuǎn)，閘板與左右閥體密封面間的摩擦是紊亂而不是直線的，因此，大大提高使用壽命。</p><p>　　接頭采用的材料是鑄鋼（WCB），經(jīng)退火處理。 </p><p><b>　　強度校核</b></p><p>　　拉壓應(yīng)力強度校核公式為：</p><p>　　б=Qfz/s≤[б]</p><p&g

47、t;　　式中 б——閥桿所受的拉壓應(yīng)力（MPa）</p><p>　　QFZ——閥桿拉壓的總軸向力（N）</p><p>　　s——閥桿的最小截面積，一般為螺紋根部或退刀槽的面積（mm2）</p><p>　　[б]——許用應(yīng)力。因接頭的材料是35鋼，經(jīng)查《閥門設(shè)計手冊》表3—140得：材料的許用應(yīng)力為98 MPa 。</p><p>

48、　　活塞桿上的推力和拉力F1和F2分別為：4505.6N，4653.2N，即閥桿拉的總軸向力為4653.2N，即閥桿壓的總軸向力為4505.6N。</p><p>　　s=π×（D2-d2）/4 其中D為25 mm，d為18 mm。</p><p>　　所以，s=3.14×（252-182）/4=236.4 mm2</p><p>　　

49、接頭在受拉時，應(yīng)力強度為：</p><p>　　б=Qfz/s=4653.2/236.4=19.7Mpa≤ 98 Mpa</p><p>　　接頭在受壓時，應(yīng)力強度為：</p><p>　　б=Qfz/s=4505.6/236.4=19.05 Mpa ≤98 Mpa </p><p>　　所以該接頭滿足強度要求。</p>&

50、lt;p>　　以上公式參照楊源泉主編的《閥門設(shè)計手冊》第453頁。</p><p>　　2.11碟板的設(shè)計計算</p><p>　　1.蝶板大端的直徑D的確定</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)，由公稱通徑可以得出蝶板大端的直徑D即蝶閥閥座的最小通徑。表2-1為兩者的對應(yīng)值。</p><p>　　蝶閥閥座的最小通徑D（GB/T12238-

51、1989）</p><p>　　由表可知，公稱通徑為100mm時，D=94mm</p><p>　　2.蝶板中性面的長短半徑確定</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)可得公式：</p><p>　　A=A0-·tan2a</p><p><b>　　B=A0—</b></p>

52、<p>　　根據(jù)密封副材料，偏心角取目前閥門制造商廣為采用的，選擇a=15°</p><p>　　根據(jù)3.4得2A0=94，得A0=47mm</p><p><b>　　厚度E=10mm</b></p><p>　　根據(jù)公式可得 A=45.56mm</p><p><b>　　B=43.8

53、9mm</b></p><p>　　式中 A—蝶板中性面的長半軸</p><p>　　B—蝶板中性面的短半軸</p><p>　　3.蝶閥的軸向和徑向偏心距的選擇</p><p>　　偏心角取目前閥門制造商廣為采用a=b的情形，而且這種情況易于蝶板的加工和定位</p><p>　　由參考文獻(xiàn)將已知數(shù)據(jù)代入

54、可得：</p><p>　　徑向偏心距：0＜e＜A/2</p><p>　　軸向偏心距：5≤c≤32.8</p><p>　　以及 5＜c＜+5 （2-1）</p><p>　　5＜c＜+5 </p><p>　　因蝶閥的密封力矩與徑向偏心距近似成正比關(guān)系，因此應(yīng)盡量降低徑向偏心距e的大小。

55、徑向偏心距e存在如下的關(guān)系：</p><p>　　e+tan(a+y)＜ （2-2）</p><p>　　式中A0為蝶板大端橢圓的長半軸，A0=47mm</p><p>　　B0為蝶板大端橢圓的短半軸</p><p>　　又因tan(a+y)= =1.44</p><p>　　B0=A0 ,代入數(shù)據(jù)得B0=45

56、.28mm</p><p>　　將計算所得的數(shù)據(jù)代入式（2-2）中，得：e＜11.16mm （2-3）</p><p>　　綜上，徑向偏心距和軸向偏心距的適宜范圍由式（2-1）和式（2-3）所確定。若取e=8mm,則式（2-1）化為：5＜c＜18.36</p><p>　　設(shè)閥桿直徑為d,為了保證三偏心蝶閥具有完整、連續(xù)的密封表面，則軸向偏心c還應(yīng)滿足不

57、等式：d≤2(c- ) （2-4）</p><p>　　為了增加閥桿的剛度，閥桿的直徑應(yīng)該取大一些，而對于式（2-4）只有c增大，才能使d的取值范圍增大，故取c=20mm。代入式（2-4）得：d≤24mm,初步取d=24mm</p><p>　　因此，三偏心蝶閥的軸向偏心距和徑向偏心距以及閥桿直徑取值分別為：</p><p>　　C=20mm

58、 e=8mm d=24mm</p><p>　　4.三偏心蝶閥力矩的計算</p><p>　　由參考文獻(xiàn)可知三偏心力矩的計算公式如下：</p><p>　　軸承摩擦力矩：MC= DN2·P′f1·d</p><p>　　式中DN為蝶閥的公稱通徑，DN=100mm</p><p>　　P′為閥體壓

59、力升值，P′=0.002kgf/cm2</p><p>　　f1 為軸承摩擦系數(shù)，取值為1</p><p>　　d為軸承直徑，d=24mm</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入公式中，可得：MC=0.046n·m</p><p><b>　　2.12支架的選擇</b></p><p>　　根據(jù)

60、閥桿螺母與支架的不同安裝方式，支架可分為：</p><p>　　a.閥桿螺母式支架 主要用于手輪操作的閥門</p><p>　　b.立柱橫梁式支架 主要用于小口徑閥門或低壓閥門</p><p>　　c.法蘭連接式支架 主要用于安裝各種操縱機(jī)構(gòu)的大口徑閥門</p><p>　　我選用第三種支架——法蘭連接式支架，因為支架不僅起

61、著支撐作用還起著連接作用。它是連接氣缸和閥體的過渡零件。</p><p>　　支架與閥體的連接是采用M12的雙頭螺栓，支架與氣缸的連接是采用M12的普通螺栓。</p><p>　　支架的計算主要是計算支架的強度和剛度。</p><p><b>　　2.13填料壓套</b></p><p>　　填料壓套在蝶閥中主要起壓緊填

62、料作用，采用材料2Cr13，公稱壓力1.6—6.4Mpa。具體結(jié)構(gòu)型式及尺寸見填料壓套零件圖。</p><p><b>　　2.14軸承的選擇</b></p><p>　　按照軸承所能承受的外載荷不同，滾動軸承可以概括的分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類。主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承，其中有幾種類型還可以承受不大的軸向載荷；只能承受軸向載荷的軸承叫推力軸

63、承，軸承中與軸頸緊套在一起的叫軸圈，與機(jī)座</p><p>　　相聯(lián)的叫座圈；能同時承受徑向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。</p><p>　　根據(jù)閥軸的受力情況，選向心軸承</p><p>　?。?）閥軸所受的徑向載荷</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)對蝶板的受力情況分析，則閥軸的徑向載荷R′為：</p><p&

64、gt;　　R′= ·A·B·PW</p><p>　　式中PW為蝶閥的工作壓力，PW=2.5kgf/cm2</p><p>　　A=45.56 B=43.89 (A,B由上面計算得到)</p><p>　　由于支撐軸承的軸承在結(jié)構(gòu)上需要兩個，因此每一端軸承所受的徑向載荷R為總載荷的一半。將以上數(shù)據(jù)代入公式得：R= =769.65N&l

65、t;/p><p>　　（2）滾動軸承的設(shè)計計算</p><p>　　已知軸承的徑向載荷R=769.65N，軸承載荷很小可忽略不計，軸承的頻率n=7.5r/min，運轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預(yù)期計算壽命L11=5000h。</p><p><b>　?、偾蟊戎?lt;/b></p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)，查表知深溝球軸承的最大比率e的值

66、為0，此時A/R≤e</p><p>　?、诔醪接嬎惝?dāng)量動載荷P</p><p>　　由公式 P=fP(X×R+Y×A)</p><p>　　按照參考文獻(xiàn)，查表可知，fP=1.0~1.2,取fP=1.2;</p><p>　　按照參考文獻(xiàn)，查表可知，X=1，Y=0，則P=fP(X×R+Y×A)=923.

67、58N</p><p>　　③求軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值</p><p>　　C=P =923.58 =1210.23N</p><p>　　④按照軸承樣本或設(shè)計手冊，選擇C=4320N的軸承，經(jīng)驗算得到軸承的壽命為：</p><p>　　L11= = =227412＞5000 滿足要求。</p><p>　　即

68、選定軸承為型號61804外型尺寸20×32×7，基本額定動載荷2.2Kn，基本額定靜載荷3.5Kn，</p><p>　　3.傳動方案的設(shè)計及分析</p><p>　　3.1氣動裝置優(yōu)缺點分析</p><p>　　傳動控制系統(tǒng)中主要包括：氣動、液動，電動三種。其中液壓傳動需要液壓系統(tǒng)和執(zhí)行原件。液壓傳動及液壓系統(tǒng)的動力，任何液壓系統(tǒng)都是由一些基本

69、的回路組成的，基本的回路是由各類原件組成的，參照典型的基本回路設(shè)計液壓系統(tǒng)，可以收到事半功倍的效果。通過泵抽取液壓油，在液壓回路中傳遞到執(zhí)行原件液壓缸或者液壓馬達(dá)等，最后作用在機(jī)構(gòu)中。液壓傳動功率大，傳動平穩(wěn)，機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定，噪音小，而且控制系統(tǒng)中能和好的做到過載的保護(hù)，但是工作中液壓系統(tǒng)和各種控制閥體、測量原件，加工制造成本高，而且液壓油的粘稠度、工作溫度、和油的純度都直接影響著傳動的精度：液壓密封中漏油是很難克服的問題。氣動傳動是在

70、氣泵的作用下，通過氣動回路作用到執(zhí)行原件汽缸，然后作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，從而完成既定的動作，實現(xiàn)設(shè)備的功能。氣壓傳動對工作介質(zhì)的要求不高，制造控制系統(tǒng)及原件的精度要求也不高，制造成本低，但是該傳動形式噪音大，傳動不平穩(wěn)，傳動的功率也很小。 電氣傳動，是以電為動力在電動機(jī)的帶動下。通過齒輪、帶等中間連接原件傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，從而實現(xiàn)既定的動作。亦或者電動及通過聯(lián)軸器直接和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接完成動作。電氣傳動使用廣泛，結(jié)構(gòu)形式多</p&

71、gt;<p>　　此閥采用驅(qū)動裝置為氣動。</p><p>　　氣壓傳動與控制技術(shù)簡稱氣動技術(shù)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量與信號的傳遞，實現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化的一門技術(shù)，它是流體傳動與控制學(xué)科的一個重要組成部分。</p><p><b>　　氣壓傳動的優(yōu)點：</b></p><p>　　1.以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲

72、得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方法與液壓傳動相比不必設(shè)置回收油的油箱和管道。（格式）</p><p>　　2.因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。</p><p>　　3.與液壓傳動相比，氣動動作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。 </p><

73、;p>　　4.工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。</p><p>　　5.成本低、過載能自動保護(hù)。</p><p>　　6.利用空氣的可壓縮性，可儲存能量，實現(xiàn)集中供氣?？啥虝r間釋放能量，以獲得間歇運動的高速響應(yīng)?？蓪崿F(xiàn)緩沖。對沖擊載荷和過載荷有較強的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動裝置有自保能力。</p>

74、;<p><b>　　氣壓傳動的缺點 ：</b></p><p>　　由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。</p><p>　　因工作壓力低（一般為0.3—1.0Mpa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不大于10～40KN。</p><p>　　噪聲較大，在高速排氣時要加消聲器。</p><p>

75、　　氣動裝置中的氣信號傳遞在聲速以內(nèi)不電子及光速慢，因此，氣動控制系統(tǒng)不宜用 于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。</p><p>　　氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。氣缸是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動形式機(jī)械的能量轉(zhuǎn)換裝置。</p><p><b>　　3.2氣缸的選定</b></p><p>　　閥門氣缸裝置按其結(jié)構(gòu)特點分為三種：薄膜式氣動裝置、氣缸式

76、氣動裝置（有單氣缸氣動裝置和雙氣缸氣動裝置之分）、擺動式氣動裝置。</p><p>　　它們?nèi)N各自的特點：</p><p>　　薄膜式：行程短，<40mm，結(jié)構(gòu)緊湊、靈活，無手動機(jī)構(gòu)。</p><p>　　氣缸式：行程長，必要時須加緩沖機(jī)構(gòu)，出力不夠采用雙氣缸機(jī)構(gòu)，有手動和手氣動切換結(jié)構(gòu)。</p><p>　　擺動式：結(jié)構(gòu)簡單，成本低

77、，往復(fù)運動直接變成旋轉(zhuǎn)運動。</p><p>　　因設(shè)計的三偏心蝶閥有很多種規(guī)格，每種規(guī)格所用氣缸的行程長短不同，因此選用的是雙作用式普通單氣缸氣動裝置。設(shè)計的三偏心蝶閥口徑是100mm。</p><p>　　雙作用式普通單氣缸是利用壓縮空氣使活塞向兩個方向運動，活塞行程可根據(jù)實際需要選定。</p><p>　　活塞的推力FT和拉力FL按下式計算：</p>

78、;<p>　　FT=π/4×D2Pη</p><p>　　FL=π/4×（D2-d2）Pη</p><p>　　式中 D——氣缸直徑 </p><p>　　d——活塞桿直徑 </p><p><b>　　P——氣缸工作壓力</b></p><p>　　η——

79、載荷率，主要考慮保證氣缸動態(tài)特性參數(shù)及總阻力。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高 且工作頻率高，其載荷率一般取η=0.3—0.5，速度高時取小值，速度低時去大值；若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，可考慮起總阻力。其載荷 可取η=0.7—0.85。</p><p>　　3.3氣缸的主要參數(shù)計算</p><p><b>　　氣缸缸徑的確定</b></

80、p><p>　　活塞桿上的推力F1 F1=π/4×D2Pη ①</p><p>　　活塞桿上的拉力F2 F2=π/4×（D2-d2）Pη ②</p><p>　　式中 D——氣缸直徑（mm）;</p><p>　　d——活塞桿直徑 (mm); &

81、lt;/p><p>　　P——氣缸工作壓力(MPa);</p><p>　　η——載荷率，主要考慮保證氣缸動態(tài)特性參數(shù)及總阻力。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高 且工作頻率高，其載荷率一般取η=0.3—0.5，速度高時取小值，速度低時去大值；若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，可考慮起總阻力。其載荷 可取η=0.7—0.85。由于我設(shè)計的閥門工作頻率低，基本是勻速運動所以取η=

82、0.7。</p><p>　　取氣缸工作壓力——0.6Mpa，活塞桿直徑d=24mm.</p><p>　　當(dāng)活塞桿上的推力和拉力F1和F2分別為：4505.6N，4653.2N，再由上面的①和②兩式可求得氣缸直徑D</p><p><b>　　當(dāng)推力作功時:</b></p><p>　　D2=4F1/(πPη)=4&

83、#215;4505.6/（3.14×0.6×0.7）=13665.6mm </p><p>　　即D=116.9 mm</p><p><b>　　當(dāng)拉力作功時：</b></p><p>　　D2=4F1/(πPη)+d2=4×4653.2/（3.14×0.6×0.7）+24

84、2= 14689.4mm </p><p>　　即D=121.2 mm</p><p>　　在實際選用中氣缸缸徑選用：125 mm</p><p>　　以上公式參照《實用閥門設(shè)計手冊》第1430頁。</p><p><b>　　3.4傳動原理分析</b></p><p>　　當(dāng)氣缸通過閥桿帶

85、動蝶板轉(zhuǎn)動時，蝶板與閥體密封面吻合，將通道切斷，即為關(guān)閉；反之，則為開啟。本次主要針對蝶閥的設(shè)計，不詳敘。</p><p>　　4閥門的安裝、使用與保養(yǎng)</p><p>　　1)安裝前，應(yīng)將閥門清洗干凈，并消除在運輸過程中可能造成的缺陷。</p><p>　　2)安裝時，應(yīng)仔細(xì)核對閥門上的標(biāo)志及銘牌是否符合使用要求。</p><p>　　3)

86、本閥門運行應(yīng)全開或全關(guān)，不能作節(jié)流用，以免密封面受沖刷而加速磨損。</p><p>　　4)若長期存放，應(yīng)存放在干燥通風(fēng)室內(nèi)，并經(jīng)常檢查，防止腐蝕。</p><p>　　5)運輸過程中嚴(yán)禁磕碰。</p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是在教學(xué)過程的最后階段采用的一種總結(jié)性的教學(xué)環(huán)節(jié)。通

87、過本次畢業(yè)設(shè)計進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的機(jī)械、控制、驅(qū)動、材料等方面的知識，使我們設(shè)計、加工、裝配等綜合運用能力得到很大提高。</p><p>　　通過此次氣動蝶閥的研究和設(shè)計使我對閥門有了更深一層的了解和認(rèn)識，深深的體會到閥門對國民經(jīng)濟(jì)的重要性，它與生產(chǎn)建設(shè)、國防建設(shè)和人民生活的密切聯(lián)系。</p><p>　　通過對氣動蝶閥的設(shè)計使我對閥門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計有了較清楚的的認(rèn)識，也了解到了閥門

88、設(shè)計過程中應(yīng)注意的一些細(xì)節(jié)問題。</p><p>　　通過這次對氣動蝶閥的設(shè)計，對我今后從事機(jī)械這門專業(yè)有著很大的幫助，它使我更清楚的認(rèn)識到從事機(jī)械這門專業(yè)應(yīng)仔細(xì)、認(rèn)真、慎重和虛心。</p><p>　　經(jīng)過這一個多月的畢業(yè)設(shè)計和相關(guān)資料的收集使我在大學(xué)學(xué)的知識得到了全新的認(rèn)識和提高。但由于個人水平跟能力有限，在本次蝶閥設(shè)計中存在很多缺陷，這次能完成畢業(yè)設(shè)計離不開指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)跟同學(xué)的

89、幫助，在此我表示萬分的感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陸培文.實用閥門設(shè)計手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社. 2007年9月出版.</p><p>　　[2]SMC（中國）有限公司.現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社. 2008年8月出版.</p><p>　　[3]成大先.

90、機(jī)械設(shè)計師手冊（單行本）軸及其聯(lián)接[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社.2004年1月出版.</p><p>　　[4]機(jī)械工業(yè)部.氣動元件產(chǎn)品樣本[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000年9月出版.</p><p>　　[5]張定華.工程力學(xué).高等教育出版社[M].2000年8月出版.</p><p>　　[6]李澄.機(jī)械制圖.高等教育出版社[M].2003年6月出版.</p&

91、gt;<p>　　[7]陳立德.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].高等教育出版社.2004年7月出版.</p><p>　　[8]袁承訓(xùn).液壓與氣壓傳動[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006年8月出版.</p><p>　　[9]東北大學(xué)工學(xué)院編寫. 機(jī)械零件設(shè)計手冊[M]. 東北大學(xué)出版社.1986年5月出版.</p><p>　　[10]張炫芝. 三偏心蝶閥密封結(jié)構(gòu)的