DN15電動(dòng)球閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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DN15電動(dòng)球閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總裝圖.dwg

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任務(wù)書(shū).doc

電動(dòng)球閥原理圖.dwg

蝸桿軸.dwg

蝸輪軸.dwg

閥殼體零件圖.dwg

齒輪1.dwg

齒輪2.dwg

齒輪3.dwg

齒輪傳動(dòng)裝配圖.dwg

電動(dòng)球閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

目錄

第1章  引言 1

1.1課題來(lái)源 1

1.2選題目的和意義 1

1.3球閥的發(fā)展趨勢(shì) 2

1.4本文研究的主要內(nèi)容 2

第2章 主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 4

2.1.電動(dòng)球閥技術(shù)要求 4

2.1.1技術(shù)參數(shù) 4

2.1.2技術(shù)要求 4

2.1.3型號(hào)及其含義 4

2.2主要結(jié)構(gòu)尺寸 4

2.2.1球體直徑 4

2.2.2密封面寬度及壓緊比壓 5

2.2.3密封比壓 6

2.2.4球閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度及連接法蘭尺寸 6

第3章  運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì) 7

3.1球閥啟閉運(yùn)動(dòng)軌跡 7

3.1.1滾動(dòng)啟閉 7

3.1.2球閥擺動(dòng) 7

3.1.3凸輪的輪廓 8

3.2球閥下支承外形 10

3.2.1滾動(dòng)柱面與倒角半徑 10

3.2.2倒角中心點(diǎn)位置 11

3.3.3滾動(dòng)空間 12

第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 13

4.1閥桿機(jī)構(gòu)受力狀況 13

4.1.1球閥受力狀況 13

4.1.2閥桿支承反力與支承結(jié)構(gòu)型式選擇 14

4.1.3摩擦阻力扭矩 16

4.1.4閥桿承受的軸向力 18

4.2操作扭矩和手輪選擇 21

4.2.1操縱扭矩Mc 21

4.2.2徑D選擇 22

4.3零件設(shè)計(jì)與計(jì)算 22

4.3.1具有螺旋導(dǎo)軌槽襯套的主要結(jié)構(gòu)尺寸 22

4.3.2球閥銷軸接觸強(qiáng)度 23

4.3.3球閥下支承的接觸強(qiáng)度 24

第5章 工作能力校核 31

5.1工作壽命 31

5.2實(shí)際工作壓力的潛力估計(jì) 31

5.2.1閥體壁厚承壓能力 31

5.2.2閥體與閥蓋連接螺栓 33

5.2.3閥蓋連接法蘭承載能力 35

5.2.4閥桿頭部承載能力 37

5.3壽命和實(shí)際工作潛力估計(jì) 38

5.3.1壽命估計(jì) 38

5.3.2承壓能力估計(jì) 39

結(jié)    論 40

致    謝 41

參考文獻(xiàn) 42                        

摘要：該設(shè)計(jì)是為了改善傳統(tǒng)球閥的缺點(diǎn)而做的，傳統(tǒng)球閥的缺點(diǎn)是摩擦大、使用壽命短、密封性能不好。此設(shè)計(jì)可以根據(jù)流體沖蝕磨損、腐蝕程度和工作壓力來(lái)調(diào)整密封比壓。電動(dòng)球閥是一種新型的球閥，它利用閥桿頭部的斜面凸輪與導(dǎo)軌套螺旋槽的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)球閥的電動(dòng)開(kāi)啟、關(guān)閉和金屬密封的新型閥門(mén)；所以設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題是要避免產(chǎn)生摩擦，密封要緊，最終達(dá)到高效率、高質(zhì)量、耐用性等要求。本論文研究對(duì)電動(dòng)球閥的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析方法，完成了球閥啟閉運(yùn)動(dòng)軌跡、球體運(yùn)動(dòng)空間以及主要零部件的受力分析設(shè)計(jì)。該球閥具有啟閉無(wú)磨損，關(guān)閉時(shí)壓力可調(diào)節(jié)和啟閉省力的優(yōu)點(diǎn)；克服了普通球閥因密封比壓大而使密封面容易磨損的缺點(diǎn)，延長(zhǎng)了球閥的使用壽命。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)；球閥；；凸輪

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課題來(lái)源

閥門(mén)是一種量大面廣的通用機(jī)械產(chǎn)品，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)所需要的閥門(mén)數(shù)量很大，應(yīng)用范圍也非常廣泛。輸送流體介質(zhì)離不開(kāi)管路，而控制介質(zhì)流動(dòng)則離不開(kāi)閥門(mén)。凡是需要對(duì)流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行控制的地方，都必須安裝閥門(mén)，閥門(mén)可比喻為“管路的咽喉”。

球閥是本世紀(jì)50年代問(wèn)世的一種閥門(mén)，在半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類。球閥經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展已經(jīng)有了很大的改進(jìn)和發(fā)展，廣泛應(yīng)用于能源、石油、化工、冶金等領(lǐng)域，起著截流、控制等作用。

傳統(tǒng)的球閥具有以下特點(diǎn)：

1） 流體阻力小。

2） 密封性能較好。

3） 球閥通道平整光滑，不易沉積介質(zhì)。

4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

傳統(tǒng)球閥明顯的缺點(diǎn)：

1）閥的開(kāi)啟和關(guān)閉摩擦很大。

2）摩擦大引起密封材料的磨損，使球閥的密封性能下降。

3）閥的使用壽命不長(zhǎng)。

4）大型的球閥開(kāi)啟和關(guān)閉比較費(fèi)力

因此設(shè)計(jì)一種電動(dòng)的球閥即可以改變傳統(tǒng)球閥摩擦大的缺點(diǎn)，使球閥更耐用和可靠。該畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在減小傳統(tǒng)球閥的摩擦，適當(dāng)補(bǔ)償磨損，提高球閥的使用壽命和密封性能。

在石油化工領(lǐng)域、大型煤液化工程關(guān)鍵設(shè)備、冶金部門(mén)、“南水北調(diào)”工程、西氣東輸工程、環(huán)保工程等球閥市場(chǎng)需求很大。通過(guò)對(duì)閥門(mén)市場(chǎng)的調(diào)查分析，在“十一?五”中，閥門(mén)需求量的總體趨勢(shì)為上升趨勢(shì)，閥門(mén)這個(gè)量大面廣的產(chǎn)品，其需求量在穩(wěn)定中增長(zhǎng)。其中球閥的市場(chǎng)需求占閥門(mén)試產(chǎn)需求的15.5%，是各類閥門(mén)中需求最多的。由此可見(jiàn)，球閥在我國(guó)有著巨大的市場(chǎng)潛力。

 1.2選題目的和意義

1）通過(guò)本設(shè)計(jì)掌握機(jī)械新型設(shè)計(jì)的方法，以及更深入掌握機(jī)械原理，機(jī)構(gòu)綜合的知識(shí)。

2）過(guò)本設(shè)計(jì)掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，更深入掌握機(jī)械設(shè)計(jì)，材料選擇等知識(shí)。

3）會(huì)查閱和收集資料，學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。

4）培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維，為今后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5）通過(guò)調(diào)查研究國(guó)內(nèi)外在這方面的發(fā)展情況,明確我國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)制造技術(shù)。

1.3球閥的發(fā)展趨勢(shì)

球閥，是一種以球體作為關(guān)閉件的閥門(mén)，它起源于本世紀(jì)50年代。早在19世紀(jì)80年代美國(guó)就開(kāi)始設(shè)計(jì)球閥，但是由于當(dāng)時(shí)缺乏合適的材料，限制了球閥的發(fā)展，使它未成為一種正式工業(yè)產(chǎn)品。直到本世紀(jì)50年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生與發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)；同時(shí)，也由于機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，使球體加工技術(shù)提高，能夠?qū)崿F(xiàn)球體所要求的尺寸精度和表面粗糙度。

目前，球體最大公稱直徑已達(dá)到3050mm，這是美國(guó)Escher Wyss公司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的4臺(tái)球閥，用作透平機(jī)出口的切斷閥，設(shè)計(jì)壓力為4.8Mpa。球閥的最高工作壓力已達(dá)到72Mpa，其相應(yīng)溫度高達(dá)1000°C。

球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應(yīng)用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧和液氫輸送管線上普遍采用。

全塑料球閥近年來(lái)發(fā)展較快。其特點(diǎn)是：耐腐蝕、總量輕、成本底。在水道、化學(xué)管道上應(yīng)用越來(lái)越廣。德國(guó)一家閥門(mén)公司已制造出通徑為6″的塑料球閥；美國(guó)一家閥門(mén)公司制成一種含氟塑料球閥，它具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，適應(yīng)溫度為≤250°C。

大口徑輸油（或天然氣）管線是球閥應(yīng)用的一個(gè)重要方面。公稱通徑范圍：600～1400mm，工作壓力通常為：8.0Mpa。為了確保安全，一些制造廠商按管線球閥的使用特點(diǎn)和他所受外界自然條件的影響，進(jìn)行抗地震的彎曲實(shí)驗(yàn)、防止火災(zāi)蔓延的實(shí)驗(yàn)、耐氣候條件的綜合實(shí)驗(yàn)、緊急切斷實(shí)驗(yàn)等。

為了適應(yīng)高溫工況的需求，近年來(lái)還發(fā)展了高溫球閥，它的閥座材料不再是聚四氟乙烯，而是金屬、石墨或碳素纖維等。

一些特殊用途的特殊結(jié)構(gòu)球閥在不斷涌現(xiàn)。，降低了切換閥的流阻并減小了如在我國(guó)一國(guó)防科研的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上采用了自行研制的三通半球閥扭矩。

我們可以預(yù)料今后幾年球閥將在以下幾個(gè)方面得到更大的發(fā)展：

a) 密封面材料  聚四氟乙烯作為球閥密封面材料已有30年歷史，但它必定還會(huì)在生產(chǎn)工藝、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐壓性）、耐溫性能方面進(jìn)一步改善，以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦的金屬或非金屬材料將會(huì)不斷研制出來(lái)。

b) 新型球閥結(jié)構(gòu)將會(huì)不斷涌現(xiàn)  其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。比如本設(shè)計(jì)的。

c) 全塑料球閥將會(huì)有很大發(fā)展  在新型塑料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會(huì)使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

d) 長(zhǎng)輸管線球閥會(huì)在遙控、自控、工作可靠性、壽命等諸方面得到提高，它們的需求量也會(huì)增加。

1.4本文研究的主要內(nèi)容

電動(dòng)球閥在國(guó)外研究較早，現(xiàn)在技術(shù)基本成熟；國(guó)內(nèi)雖也有單位進(jìn)行過(guò)研究并投入了生產(chǎn)，但明顯落后于國(guó)外，國(guó)內(nèi)需求還依賴于進(jìn)口，技術(shù)還不夠成熟，有待于進(jìn)一步完善其技術(shù)，更廣泛的投入生產(chǎn)。電動(dòng)球閥有很廣的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，特別是我國(guó)西氣東輸工程中應(yīng)用甚廣。

本文詳細(xì)闡述了“電動(dòng)球閥的原理研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，討論了實(shí)現(xiàn)軌道（即球閥運(yùn)動(dòng)功能）的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以及CAD軟件的應(yīng)用過(guò)程，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1) 詳細(xì)分析了運(yùn)動(dòng)原理。該設(shè)計(jì)是通過(guò)閥桿頭部的斜面凸輪和和螺旋導(dǎo)軌槽的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)球閥的啟閉運(yùn)動(dòng)。

2) 詳細(xì)討論了運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)學(xué)方法和數(shù)據(jù)計(jì)算詳細(xì)說(shuō)明了球閥啟閉的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2-1所示。

3) 在認(rèn)識(shí)了運(yùn)動(dòng)原理和運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)后，利用CAD軟件繪制工程圖

根據(jù)式（5—1）和（5—2）式計(jì)算，柱銷在接觸應(yīng)力條件下工作可達(dá) 次，但必須注意到在計(jì)算中所采用許用接觸應(yīng)力大多適合零件工作表面粗糙度Ra6.3—0.8范圍，如果零件表面粗糙度在Ra=12.5以下，許用應(yīng)力將降低10%左右，同時(shí)考慮到在作金屬材料接觸疲勞試驗(yàn)測(cè)定接觸疲勞極限的條件與使用條件區(qū)別很大，因此估計(jì)本設(shè)計(jì)使用壽命為 次左右。

5.3.2承壓能力估計(jì)

球閥式按額定壓力PN=2.5Mpa要求設(shè)計(jì)，在已設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，短期提高使用壓力將受到閥體與閥蓋連接螺栓強(qiáng)度不夠限制，只能達(dá)到5.6Mpa承壓工作能力。

如果在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提高球閥使用壓力，在不動(dòng)閥的主要結(jié)構(gòu)情況下，必須在閥體與閥蓋連接處，增加8個(gè)M16螺栓，使連接螺栓曾至16個(gè)M16螺栓，并且結(jié)構(gòu)上允許增加上述螺栓數(shù)。在此狀況下考慮到設(shè)計(jì)中材料敘用應(yīng)力的安全系數(shù)選取影響因素較多，由一定儲(chǔ)備，因此極限，短期使用壓力可達(dá)16Mpa左右。推薦使用壓力可達(dá)10Mpa。XA

在實(shí)際使用壓力 后，在閥桿頭部承受較大力的作用，當(dāng)p=16Mpa時(shí)，產(chǎn)生 (最大應(yīng)力)約為材料屈服極限 的3/4，閥桿頭部將發(fā)生較大彈性變形，外力除去后，可恢復(fù)原狀，不會(huì)發(fā)生損壞現(xiàn)象。

球閥在是上述條件下提高使用壓力，突出閥蓋法蘭處是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)在今后改進(jìn)設(shè)計(jì)中進(jìn)一步解決。

本部分介紹估計(jì)球閥工作能力方法，主要考慮短期峰值工作能力，不能作為球閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)或方法。在本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中仍應(yīng)該按有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和通用（普通認(rèn)可）閥門(mén)設(shè)計(jì)方法或步驟進(jìn)行。

結(jié)    論

本文對(duì)電動(dòng)球閥運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行了分析和研究，并對(duì)電動(dòng)球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 

針對(duì)普通球閥的密封性差，易磨損，開(kāi)啟力矩大的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)在分析電動(dòng)球閥的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)、并且利用凸輪機(jī)構(gòu)保證了密封的可靠性?？紤]到摩擦面的磨損，采用凸輪預(yù)留的方式保證在磨損情況下密封的可靠。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出電動(dòng)球閥。

在該設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，重難點(diǎn)在于凸輪與柱銷接觸及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的幾何關(guān)系，通過(guò)計(jì)算分析可以證明凸輪的兩個(gè)傾斜面并不是平行面，而是兩個(gè)傾角不同的斜面。本設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)也在此處得以體現(xiàn)，原來(lái)結(jié)構(gòu)用的7度傾角，在本設(shè)計(jì)中通過(guò)計(jì)算證明采用6度更好，這樣能夠增大磨損補(bǔ)償量。本設(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)在導(dǎo)軌套的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，由閥桿行程可以確定垂直距離，但是開(kāi)口大小就得由滾子強(qiáng)度計(jì)算而得。解決了以上的重難點(diǎn)后，主要工作在于標(biāo)準(zhǔn)件的選取。選取了標(biāo)準(zhǔn)件并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

完成以上工作后，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成任務(wù)。但是由于時(shí)間和個(gè)人能力有限，在該設(shè)計(jì)中還存在一些不足和可以改進(jìn)的地方，例如在閥體底部和襯套配合的地方還可以改為其它方式的接觸形式，以有利于磨損后的更換拆裝。

致    謝

該論文是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到系統(tǒng)的最終完成的每一環(huán)節(jié)無(wú)不滲透導(dǎo)師的心血。在此，我謹(jǐn)向老師表示衷心的感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，導(dǎo)師對(duì)我的影響很大：對(duì)學(xué)業(yè)要知難而上，敢于突破，要具有自信心；做事情就要不怕苦，不怕累，以目標(biāo)管理工作進(jìn)程；對(duì)朋友、同事要真誠(chéng)，以心換心；要養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)和生活習(xí)慣，勤奮工作，勇于創(chuàng)新?？傊?，真誠(chéng)的說(shuō)，導(dǎo)師讓我在做人，做事及學(xué)習(xí)上都更上了一層樓，在此再一次表示感謝。

在此，還要感謝我的室友和同組同學(xué)，正是他們?yōu)槲覡I(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，給了我熱情的幫助。

同時(shí)借此機(jī)會(huì)，我還要向在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我關(guān)心幫助的老師和同學(xué)表示感謝！

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I 電動(dòng)球閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄 第 1章 引言 ........................................................... V ........................................................ V .................................................. V ................................................. ............................................. 2章 主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ................................................. 動(dòng) 球閥技術(shù)要求 ............................................. 技術(shù)參數(shù) ................................................ 技術(shù)要求 ................................................ 型號(hào)及其含義 ............................................ ................................................. 球體直徑 ................................................ 密封面寬度及壓緊比壓 ...................................... 密封比壓 q ................................................. X ................................. X 第 3章 運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì) .................................................. ............................................... 滾動(dòng)啟閉 .................................................. 球閥擺動(dòng) .................................................. 凸輪的輪廓 ............................................... ................................................ 滾動(dòng)柱面與倒角半徑 ....................................... 倒角中心點(diǎn)位置 ............................................ 滾動(dòng)空間 ................................................. 4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 ............................................... ............................................. 球閥受力狀況 ............................................ 閥桿支承反力與支承結(jié)構(gòu)型式選擇 ......................... 摩擦阻力扭矩 .............................................. 閥桿承受的軸向力 ........................................ ............................................ 操縱扭矩 ............................................. 徑 ................................................ ............................................... 具有螺旋導(dǎo)軌槽襯套的主要結(jié)構(gòu)尺寸 ........................ 球閥銷軸接觸強(qiáng)度 ....................................... 球閥下支承的接觸強(qiáng)度 .................................. 5章 工作能力校核 ................................................. ..................................................... ....................................... 閥體壁厚承壓能力 ........................................ 閥體與閥蓋連接螺栓 .................................... 閥蓋連接法蘭承載能力 ................................... 閥桿頭部承載能力 ......................................... ....................................... 壽命估計(jì) ................................................ 承壓能力估計(jì) ........................................... 論 ............................................................ 謝 ............................................................ 考文獻(xiàn) ............................................................. 要： 該設(shè)計(jì)是為了改善傳統(tǒng)球閥的缺點(diǎn)而做的，傳統(tǒng)球閥的缺點(diǎn)是摩擦大、使用壽命短、密封性能不好。此設(shè)計(jì)可以根據(jù)流體沖蝕磨損、腐蝕程度和工作壓力來(lái)調(diào)整密封比壓。 電動(dòng) 球閥是一種新型的球閥，它利用閥桿頭部的斜面凸輪與導(dǎo)軌套螺旋槽的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)球閥的 電動(dòng) 開(kāi)啟、關(guān)閉和金屬密封的新型閥門(mén)； 所以設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題是要 避免產(chǎn)生摩擦，密封要緊，最終達(dá)到高效率、高質(zhì)量、耐用性等要求。 本論文研究對(duì) 電動(dòng) 球閥的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析方法，完成了球閥啟閉運(yùn)動(dòng)軌跡、球體運(yùn)動(dòng)空間以及主要零部件的受力分析設(shè)計(jì)。該球閥具有啟閉無(wú)磨損，關(guān)閉時(shí)壓力可調(diào)節(jié)和啟閉省力的優(yōu)點(diǎn)；克服了普通球閥因密封比壓大而使密封面容易磨損的缺點(diǎn)，延長(zhǎng)了球閥的使用壽命。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng) ；球閥；；凸輪 is to of of is to s is a of of by s of of of a of as of it is is to of So it a V 第 1 章 引言 題來(lái)源 閥門(mén)是一種量大面廣的通用機(jī)械產(chǎn)品，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)所需要的閥門(mén)數(shù)量很大，應(yīng)用范圍也非常廣泛。輸送流體介質(zhì)離不開(kāi)管路，而控制介質(zhì)流動(dòng)則離不開(kāi)閥門(mén)。凡是需要對(duì)流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行控制的地方，都必須安裝閥門(mén)，閥門(mén)可比喻為“管路的咽喉”。 球閥 是本世紀(jì) 50 年代問(wèn)世的一種閥門(mén)，在半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類 。球閥經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā) 展已經(jīng)有了很大的改進(jìn)和發(fā)展，廣泛應(yīng)用于 能源、石油、化工、冶金等領(lǐng)域，起著截流、控制等作用。 傳統(tǒng)的球閥具有以下特點(diǎn)： 1） 流體 阻力小 。 2） 密封性能 較 好 。 3） 球閥通道平整光滑，不易沉積介質(zhì) 。 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 傳統(tǒng)球閥明顯的缺點(diǎn)： 1）閥的開(kāi)啟和關(guān)閉摩擦很大。 2）摩擦大引起密封材料的磨損，使球閥的密封性能下降。 3）閥的使用壽命不長(zhǎng)。 4）大型的球閥開(kāi)啟和關(guān)閉比較費(fèi)力 因此設(shè)計(jì)一種 電動(dòng) 的球閥即可以改變傳統(tǒng)球閥摩擦大的缺點(diǎn)，使球閥更耐用和可靠。該畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在減小傳統(tǒng)球閥的摩擦，適當(dāng)補(bǔ)償磨損，提高球閥的使用壽命和密封性能 。 在 石油化工領(lǐng)域、大型煤液化工程關(guān)鍵設(shè)備、冶金部門(mén)、 “ 南水北調(diào) ” 工程、 西氣東輸工程、 環(huán)保工程等 球 閥市場(chǎng)需 求很大。 通過(guò)對(duì)閥門(mén)市場(chǎng)的調(diào)查分析，在 “ 十一 · 五 ” 中，閥門(mén)需求量的總體趨勢(shì)為上升趨勢(shì)，閥門(mén)這個(gè)量大面廣的產(chǎn)品，其需求量在穩(wěn)定中增長(zhǎng)。其中球 閥的市場(chǎng)需求占閥門(mén)試產(chǎn)需求的 是各類閥門(mén)中需求最多的。由此可見(jiàn)，球閥在我國(guó)有著巨大的市場(chǎng)潛力。 題目的和意義 1）通過(guò)本設(shè)計(jì)掌握機(jī)械新型設(shè)計(jì)的方法，以及更深入掌握機(jī)械原理，機(jī)構(gòu)綜合的知識(shí) 。 2）過(guò)本設(shè)計(jì)掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，更深入掌握機(jī)械設(shè)計(jì)，材料 選擇等知識(shí)。 ）會(huì)查閱和收集資料，學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。 4）培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維，為今后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 5） 通過(guò)調(diào)查研究國(guó)內(nèi)外在這方面的發(fā)展情況 ,明確我國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)制造技術(shù)。 閥的發(fā)展趨勢(shì) 球閥，是一種以球體作為關(guān)閉件的閥門(mén)，它起源于本世紀(jì) 50年代。早在 19世紀(jì)80 年代美國(guó)就開(kāi)始設(shè)計(jì)球閥，但是由于當(dāng)時(shí)缺乏合適的材料，限制了球閥的發(fā)展，使它未成為一種正式工業(yè)產(chǎn)品。直到本世紀(jì) 50 年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生與發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)；同時(shí)，也由于機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，使 球體加工技術(shù)提高，能夠?qū)崿F(xiàn)球體所要求的尺寸精度和表面粗糙度。 目前，球體最大公稱直徑已達(dá)到 3050是美國(guó) 司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的 4 臺(tái)球閥，用作透平機(jī)出口的切斷閥，設(shè)計(jì)壓力為 閥的最高工作壓力已達(dá)到 72相應(yīng)溫度高達(dá) 1000° C。 球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應(yīng)用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧和液氫輸送管線上普遍采用。 全塑料球閥近年來(lái)發(fā)展較快。其特點(diǎn)是：耐腐蝕、總量輕、成本底。在水道、化學(xué)管道上應(yīng)用越來(lái)越廣。德國(guó)一家閥門(mén)公司已制造出通徑為 6″的 塑料球閥；美國(guó)一家閥門(mén)公司制成一種含氟塑料球閥，它具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，適應(yīng)溫度為≤ 250° C。 大口徑輸油（或天然氣）管線是球閥應(yīng)用的一個(gè)重要方面。公稱通徑范圍： 600～1400作壓力通常為： 了確保安全，一些制造廠商按管線球閥的使用特點(diǎn)和他所受外界自然條件的影響，進(jìn)行抗地震的彎曲實(shí)驗(yàn)、防止火災(zāi)蔓延的實(shí)驗(yàn)、耐氣候條件的綜合實(shí)驗(yàn)、緊急切斷實(shí)驗(yàn)等。 為了適應(yīng)高溫工況的需求，近年來(lái)還發(fā)展了高溫球閥，它的閥座材料不再是聚四氟乙烯，而是金屬、石墨或碳素纖維等。 一些特殊用途的特殊 結(jié)構(gòu)球閥在不斷涌現(xiàn)。，降低了切換閥的流阻并減小了如在我國(guó)一國(guó)防科研的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上采用了自行研制的三通半球閥扭矩。 我們可以預(yù)料今后幾年球閥將在以下幾個(gè)方面得到更大的發(fā)展： a) 密封面材料 聚四氟乙烯作為球閥密封面材料已有 30 年歷史，但它必定還會(huì)在生產(chǎn)工藝、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐壓性）、耐溫性能方面進(jìn)一步改善，以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦的金屬或非金屬材料將會(huì)不斷研制出來(lái)。 b) 新型球閥結(jié)構(gòu)將會(huì)不斷涌現(xiàn) 其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。比如本設(shè)計(jì)的。 c) 全塑 料球閥將會(huì)有很大發(fā)展 在新型塑料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會(huì)使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。 d) 長(zhǎng)輸管線球閥會(huì)在遙控、自控、工作可靠性、壽命等諸方面得到提高，它們的需求量也會(huì)增加。 文研究的主要內(nèi)容 動(dòng) 球閥在國(guó)外研究較早，現(xiàn)在技術(shù)基本成熟；國(guó)內(nèi)雖也有單位進(jìn)行過(guò)研究并投入了生產(chǎn)，但明顯落后于國(guó)外，國(guó)內(nèi)需求還依賴于進(jìn)口，技術(shù)還不夠成熟，有待于進(jìn)一步完善其技術(shù)，更廣泛的投入生產(chǎn)。 電動(dòng) 球閥有很廣的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，特別是我國(guó)西氣東輸工程中應(yīng)用甚廣。 本文詳細(xì)闡述了“ 電動(dòng) 球閥的原 理研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，討論了實(shí)現(xiàn)軌道（即球閥運(yùn)動(dòng)功能）的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以及 件的應(yīng)用過(guò)程，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 1) 詳細(xì)分析了運(yùn)動(dòng)原理。該設(shè)計(jì)是通過(guò)閥桿頭部的斜面凸輪和和螺旋導(dǎo)軌槽的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)球閥的啟閉運(yùn)動(dòng)。 2) 詳細(xì)討論了運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)學(xué)方法和數(shù)據(jù)計(jì)算詳細(xì)說(shuō)明了球閥啟閉的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖 2示。 3) 在認(rèn)識(shí)了運(yùn)動(dòng)原理和運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)后，利用 件繪制工程圖 2 章 主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 閥技術(shù)要求 術(shù)參數(shù) 1、電動(dòng)球閥通徑 閥開(kāi)啟關(guān) 閉力矩 9 2、電動(dòng)球閥的開(kāi)啟時(shí)間 6s； 3、電動(dòng)球閥 4、電機(jī)轉(zhuǎn)速 3500 r/ 術(shù)要求 閥門(mén)的開(kāi)啟關(guān)閉動(dòng)作： （ 1） 操作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥桿上升，使球體沿通道軸線位移 （ 2） 閥桿繼續(xù)上升并同時(shí)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)球體繞閥桿軸線旋轉(zhuǎn) 90°角度，閥門(mén)開(kāi)啟； （ 3） 運(yùn)行過(guò)程中球體只是沿通道軸線位移和繞閥桿軸線旋轉(zhuǎn)； （ 4） 關(guān)閉與開(kāi)啟動(dòng)作相反。 閥門(mén)作用：（ 1）切斷介質(zhì)；（ 2）調(diào)節(jié)流量。 閥門(mén)操縱、手動(dòng)（仿 門(mén)操縱原理） 號(hào)及其含義 125 Q 4 I Y—— 40 要結(jié)構(gòu)尺寸 體直徑 公稱直徑 法蘭連接 浮動(dòng)直通式 閥座密封材料，硬制合金類 球閥公稱壓力 2類型、球閥 體半徑 R=( d 式中 d—— 球體通道孔徑；根據(jù) 25鋼制球閥閥體的最小流道直徑，當(dāng) 縮徑）直徑≥ 123，因此選擇確定 d=125 R=( d= 據(jù) 25,球徑 D=2R= ,即 R=100 圖 2— 1球體通道孔徑 封面寬度及壓緊比壓 密封寬度 R 根據(jù)圖 1— 1所示，球面接觸外點(diǎn)半徑 R’ R'= ? ?22 即 R'= ? ?22 78100 ? =封面在垂直于流體流動(dòng)方向上投影寬度 b b=R'緊比壓bq，??????? ?p—— 壓力 m—— 常數(shù)，常溫液體， m=1；常溫汽油、煤油、空氣、蒸氣及高于 100° m=、氮及其它密封要求高的 m=a、 c—— 與密封面有關(guān)系數(shù)，詳見(jiàn)表 1。 X 表 1 a、 表面材料 鋼、硬質(zhì)合金 硬聚氯乙烯，鋁及鋁合金，尼龍，聚四氧乙烯 黃銅青銅鑄鐵 中硬橡膠 軟橡膠 a .3 c 1 ???值與通用機(jī)械研究所推薦值相近，查有關(guān)表格 0?（或 ,表面粗糙度 ?（ 封比壓 q '(4 )'( ??? 式中： 'D =2R',P= p ) ??? ??? 閥座 1 140～ 170 [q]=150 =40此 ][?閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度及連接法蘭尺寸 球閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度 根據(jù) 89， 25M p 400381 ??? ，，長(zhǎng)短,選取 L=400連接法蘭尺寸 根據(jù) N=125,選擇凸面整體鋼制法蘭，外徑Φ 270，密封面直徑 184，厚度 26，螺紋 8個(gè)，孔Φ 26。 3 章 運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì) 閥啟閉運(yùn)動(dòng)軌跡 動(dòng)啟閉 圖 2— 1所示運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)圖，表明球閥繞自身形心 且沿水平方向以 1O 點(diǎn)作瞬心，沿滾動(dòng)支承面作移動(dòng)0h，實(shí)現(xiàn)球閥向閥口關(guān)閉，反之，則開(kāi)啟，因此： 000 180360 θπθπ ?（ 3— 1） 式中： D—— 球閥外徑， D=2R， —— 球閥半徑， θ—— 球閥自轉(zhuǎn)角度，度 0h—— 球閥形心 本項(xiàng)設(shè)計(jì)中，0h=R=100式（ 3— 1）知 h/0θ= 度ππ /??由于0h=此實(shí)際轉(zhuǎn)角0θ為： 0θ= 0h/ 閥擺動(dòng) 具有傾角α的平面凸輪（斜面）沿 Y 軸向下移動(dòng) s 距離，而兩圓柱中心 以 1O 為瞬心，沿 兩中心沿 X 軸向位移量 h=s· 0θ（ R+180π（ 3— 2） 式中： ? ? ? ? 222 2/?在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中： 287 ? ?2/l =24 因此， 2 ??? 由式（ 2— 2）可得： h=s=0h+θ=3— 3） 0h=0θ=時(shí)： h= s= 輪的輪廓 該平面的凸輪機(jī)構(gòu)是以雙斜面與圓柱面接觸原理工作，當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的一邊（例如右側(cè)）是直線型斜面，則在另一側(cè)就不一定是一個(gè)平行于右側(cè)的斜面（指左側(cè)工作面），因此要計(jì)算出在 是 A'）和 D 點(diǎn)（也是 'D 點(diǎn)）的坐標(biāo)位置，以右側(cè)為直線，求左側(cè)輪廓位置。 當(dāng) s=0，如圖所示狀況，即 2y =0，當(dāng)圓柱半徑 r=9，γ =α ? ?α?? α ? ?? ?αc ??? （ 3— 4） α ? 在圖示狀況下（本項(xiàng)目中 l=48 232232 )()( ??? （ 3— 5） 當(dāng) s= || 2y? 值時(shí) 0 5 ??? α α? （ 3— 6） αα c 5 ???? 2— 1球閥啟閉運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算簡(jiǎn)圖 O —— 球心形心 1O—— 滾動(dòng)瞬心 1(球閥半徑 ) 0θ—— 球閥滾動(dòng)角 α —— 斜導(dǎo)軌斜角 ? —— 滾柱與導(dǎo)軌接觸點(diǎn) A、 導(dǎo)軌位移而變化 S—— 導(dǎo)軌沿 Y 軸方向移動(dòng)量（向下為正） S=h—— 球閥形心水平移動(dòng)量 h —— 導(dǎo)軌在 ????? 212r —— 滾動(dòng)半徑 11,—— 22,— 33, 44,— L—— A 與 D 之間垂距（沿斜面） A θ s ??? θαθ c o sc o 5 o ????? αθα s ???? θααγ c o sc o 5 o ????? （ 3— 7） )c o s (2c o s ????? θαγ （ 3— 8） 在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中，平面凸輪最高升高 ≌ 4式（ 3— 3）和（ 3— 8）得： m a x 4 38t a n 6s m m?????? 20 m a 3 1 0 5 s (48m a x ???? ??h=2 s= ?? 9mm h=1 s= ?? h=0 s=0 00 ?θL= 面凸輪下窄上寬，角度變化范圍約在： m a x 0m a x 02 9 . 8 3 1 6 2 9 . 7 3 7 0 . 0 0 2 4 8 938???? ，φ =0 2 6 8 6 '? ? （斜度在左側(cè)變小） 當(dāng)凸輪右側(cè)面是斜平面時(shí)，左側(cè)應(yīng)為一曲面，由于曲面曲率變化小，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可用一個(gè)近似斜平面，角度略小于右側(cè)面角來(lái)實(shí)現(xiàn)。 閥下支承外形 動(dòng)柱面與倒角半徑 根據(jù)球閥啟閉采用滾動(dòng)啟閉原理，下支承結(jié)構(gòu)外形要適 應(yīng)這一要求，實(shí)現(xiàn)無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)。圖 3— 2所示下支承結(jié)構(gòu)外形簡(jiǎn)圖，圖中表示支承外圓 R（即與球閥外徑同），它與倒角圓角 柱面區(qū)。 3— 2 球閥下支撐點(diǎn)外形 當(dāng)?shù)菇前霃綖?1r ，軸承內(nèi)孔直徑為 經(jīng)倒角半徑為 1r 起點(diǎn) b 與球閥形心連線與 m a )2/(s ψ ??? ? R （ 3— 9） 在本 設(shè)計(jì)中： 401r =9R=100而： ??? ????? 920(s in m a ψ 角中心點(diǎn)位置 點(diǎn) aa )ψ?? （ 3— 10） 倒角中心點(diǎn) b 位置： 12 ?? ψa ??(3— 11) 在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中： 9 9 o 00 ??? 3 3 0 ?? ?19240 ??? 4 5 o 9 ?? ? 動(dòng)空間 要求以 O 點(diǎn)為瞬心， 半徑能作無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)，此時(shí) 長(zhǎng)度ρ和 22 )2/( ?ρ 1ta n /2β （ 3— 12） 當(dāng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)0θ角后， 軸上投影 )??? （ 3— 13） 根據(jù)d 配合間隙。 在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中： 5 2 ???ρ ， 1 9 . 5 4 5 5t a n 2 5 . 5 1 420?? ? ?β， 2 2 . 1 6 1 c o s ( 2 5 . 5 1 4 1 . 2 0 5 ) 2 0 . 1 9 2? ? ? 在滾動(dòng)中要求右邊增大半徑 左邊滾動(dòng)中出現(xiàn)空隙，此時(shí))??? = 2 2 . 1 6 1 c o s ( 2 5 . 5 1 4 1 . 2 0 5 ) 1 9 . 7 9 4? ? ?隙為 慮左、右狀況，理論上還有空隙 此選擇優(yōu)先配合 )40??支承軸承孔)40 ? 4 章 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和計(jì)算 桿機(jī)構(gòu)受力狀況 閥受力狀況 球閥受力狀況可以簡(jiǎn)化為圖 4— 1所示狀態(tài)，圖中： 4π? （ 4— 1） 式中： D=25= ???? πA ?B ?(4— 2) 式中： a、 見(jiàn)圖 4— 1中尺寸。 圖 4— 1 球閥受力狀況簡(jiǎn)圖 因此： 49 4 71 0 6 2 ???1 1 51 0 6 2 ???球閥密封壓力考式（ 4— 2）可得： (4 22 ?? π （ 4— 3） ??（ 4— 4） 本設(shè)計(jì)中： ,d=125F S 22 ???? π A 6 2 6 91 7 7901 2 3 2 9 ??? B 60601778712329 ??? 合力于因此 （ 4— 5） 當(dāng)流體反向流動(dòng)時(shí)（密封時(shí)），要保持密封面此球閥上受倒閥桿作用力引起支反合力： 4— 6） 在本設(shè)計(jì)中：4947+6269=31216N 060=后面分析中應(yīng)用 在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)將考慮 桿支承反力與支承結(jié)構(gòu)型式選擇 方案 1：前支承導(dǎo)向型（即無(wú)后支承）圖 4— 2是方案 1的力系平衡圖，由圖可得： ? ?0M ' 2()23A O F l? ? ? ， 而 '''12 2 4，因而 '26 ()2 c ? ?0F R ? 4— 2 前支承導(dǎo)向受力圖 因此： '116 4cq q Rl l l??? ? ? ?????'216 2cq q Rl l l??? ? ? ?????1q 區(qū)間 6 4622646461 ?????????? 2q 區(qū)間 ?????????? ??? （ 4— 7） 6 )46(4121 2111 ????? 6 )26(4121 2222 ????? （ 4— 8）因此： 6 5 7 33 1 2 1 61 1 73406)1 1 74406(1 1 74 1 21 ??????????? 6 8 1 7 51173406)1174406(1174 1 22 ??????????? 方案 2：前后支承導(dǎo)向型 圖 4— 3是方案 2受力狀況圖，由圖可知： 圖 4— 3 前后支承導(dǎo)向受力圖 2AO rR d F e? ? ?21 ?（ 4— 9） 因此，當(dāng) 2 98 3 1 2 1 6 1 7 4 8 0 . 9 6175 ??N 1 3 1 2 1 6 1 7 4 8 0 . 9 6 4 8 6 9 6 . 9 6??N 比較兩個(gè)結(jié)構(gòu)方案，方案 2受力狀況較好，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上又允許設(shè)計(jì)后支承，因此選用方案 2（只考慮 ，） '1 3 8 9 1 7 ， '2 1 3 9 7 0 擦阻力扭矩 閥桿支承摩擦阻力扭矩 ' ' '0012c o s ( ) c o f r F f? ? ?β β(4— 10) 式中： '''12 —— 導(dǎo)軌槽螺旋角，β = f—— 摩擦系數(shù)， f= 滑不良），取 f=d—— 閥桿直徑，0d=40此：（ = 密封摩阻扭矩βπβ c o o 00 ???? dZ h p 4— 11） 式中：mF=Z—— 山形密封件數(shù)， h—— 密封件長(zhǎng)度，在具體結(jié)構(gòu)中： × 6+10× 6一層件數(shù) 中間層件數(shù) 摩擦系數(shù)，對(duì)于尼龍 因此：40× 46× 4× 40× 球閥下支承點(diǎn)摩阻扭矩??（ 4— 12） 式中： — 下支承點(diǎn)軸徑， 40— 摩阻系數(shù)， 此： ??? 導(dǎo)軌槽產(chǎn)生扭矩 ?（ 4— 13） 此： 桿承受的軸向力 導(dǎo)軌槽承受軸向力作用閥桿上） 在螺旋槽部分 (2 φβ ?? （ 4— 14a） 式中： )(21 ?，導(dǎo)槽平均直徑， 導(dǎo)槽外徑，0 導(dǎo)槽內(nèi)徑，1?md 170(21 ??β —— 導(dǎo)槽螺旋升角，β =左旋） — 導(dǎo)槽與導(dǎo)輪摩擦角，當(dāng) f ， 在式（ 3— 14）中，當(dāng)開(kāi)啟時(shí)取“ -”，關(guān)閉時(shí)取“ +” 在直槽部分 ''1（ 4— 14b） 式中： ' 除導(dǎo)槽以外的軸向合力，詳見(jiàn)式（ 4— 19）。 mR= 閥桿梯形螺紋摩擦半徑，(2 α ??，關(guān)閉用“ +”，開(kāi)啟時(shí)用“ -”，當(dāng)選用 6L— 7H 梯形螺紋，螺紋螺旋角 334'? ，當(dāng)螺紋摩擦系數(shù) f 時(shí)， 142'? ，梯形螺紋平均直徑 P 。 由式（ 4— 14b）可得在本設(shè)計(jì)中： 開(kāi)啟時(shí) ' '4— 14）計(jì)算結(jié)果列于表 4— 1中。 4導(dǎo)軌槽承受軸向力 工作狀況 md'區(qū)域 '開(kāi)啟 斜槽 直槽 0 閉 斜槽 直槽 0 4軌槽承受力圖 液壓推力 PF ? 204π （ 4— 15） 式中： p=此： 50 244404 2 ???? π閥桿前后支承摩擦阻力 由式（ 4— 9）和（ 4— 10）知，支承摩擦阻力為： 直線移動(dòng)中 關(guān)閉時(shí) ( 21 ??開(kāi)啟時(shí) ( '2'1' ??（ 4— 16） 螺旋移動(dòng)中 βs '2'1'' ??? 4— 16）計(jì)算結(jié)果列于表 4— 2中。 4— 2 閥桿前后支承軸向摩擦阻力（ N） 工作狀況 前支承 后支承 摩擦系數(shù) f 螺旋角β 摩擦阻力 1'12'1關(guān)閉 開(kāi)啟 螺旋運(yùn)動(dòng) 8462 閥桿密封摩擦力4— 11）知 直線運(yùn)動(dòng)時(shí) mF ?螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí) 'π s 4— 17） 因此：× 40× 46× 4× 4 48 0 5 9s ??? β N ?關(guān)閉 他狀況 ' / c o α（ 4— 18） 式中： α —— 斜面傾角，α =6° 摩擦系數(shù)，此再閥門(mén)關(guān)閉時(shí)：31216 0 . 1 5 4 7 0 8 . 3c o s 6 N???其他狀況： ' 24974 0 . 1 5 3 7 2 1 . 5c o s 6? ??閥桿軸向合力 啟 ???? '''1旋開(kāi) ???? ''''2旋關(guān) ???? '''3（ 4— 19） 關(guān)閉 ???? '4式中：開(kāi)啟 ' ?? ''關(guān)閉 ' ??由式（ 4— 19）計(jì)算并考慮（ 4— 14）結(jié)果列于 表 4— 3 工作狀況 導(dǎo)軌槽 閥桿前后支承 閥桿密封 桿頭斜面 液壓力 軸向合力 ''''開(kāi)啟 5024 開(kāi) 8462 5024 關(guān) 8462 024 閉 5024 8023 作扭矩和手輪選擇 縱扭矩 據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥桿上選用 6L— 7H 左旋梯形螺紋 ,根據(jù)表 4知軸向得： 開(kāi)啟 ? ??? )(2 1 αφ 關(guān)閉 ? ??? )(2 4 αφ（ 4— 20） 式中： 止推軸承內(nèi)徑 0mm 止推軸承摩擦系數(shù) 于 )(2 φ ?? ，當(dāng)選用 6L— 7m G 2114'343(2 ????m K 343'2114(2 ????因而： 651 3 6 9 0 . 2 2 . 6 8 0 . 0 0 3 3 8 0 2 4 . 5 3 8 . 0 22 m m N m??? ? ? ? ? ? ? ?????652 8 0 2 3 4 . 6 0 . 0 0 3 1 3 1 6 3 8 . 0 4 1 3 1 . 6 42 m m N m??? ? ? ? ? ? ? ?????推薦球閥最大操縱力矩，當(dāng) 25750 ，而計(jì)算值M ? D 選擇 D=2c (4— 21) 式中： 圓周力，通常 700N 一般推薦 0～ 75 , 00～ 300N； 05～ 140 ， D=350c=300～400N,建議選取 D≥ 300 D=300 30 072 70 82 ??當(dāng) D=350 35 072 70 82 ??件設(shè)計(jì)與計(jì)算 有螺旋導(dǎo)軌槽襯套的主要結(jié)構(gòu)尺寸 β角選擇 根 據(jù)擺動(dòng)從動(dòng)件許用壓力角 ? ? ?? 45~35γ ，考慮到滑動(dòng)摩擦系數(shù) f，其摩擦角 ?? 由于 ??γ 的方向與β角坐標(biāo)方向差 90°，因而 ??β =90° -??γ ≥ 55考慮到摩擦角 φ 影響，選擇β = 作用于導(dǎo)軌槽的正壓 力 [[ ? ? 20 192 ?????? ?— 22) 式中： 接觸長(zhǎng)度 170(21)(21 ????0R—— 滾子半徑 0R=11 實(shí)際0滾子寬）用 ?? =2300[ ???????? ? ?N ?? ?c （ 4— 23） 式中： Z—— 導(dǎo)軌槽數(shù)，本結(jié)構(gòu) Z=2 螺旋導(dǎo)軌槽的平均直徑， 結(jié)構(gòu) k—— 受力不均勻系數(shù)， k= k=此 ? ?????? ?? o 0火， 0（ 53）， ? ?? =1828式（ 4— 22）得： [ ???????? ，因此，選用 40 螺旋導(dǎo)軌槽高度（或長(zhǎng)度） h’ ???? 21 式中： 1h —— 螺旋導(dǎo)軌槽螺旋部分高 1h m ???? ???2h —— 直線長(zhǎng)度（即閥桿頭斜面長(zhǎng)）， 82 ? （詳見(jiàn)后面） —直線段預(yù)留長(zhǎng)度—? 因此， ' 5 8 . 9 3 8 5 . 8 1 0 2 . 7h m m? ? ? ? 閥銷軸接觸強(qiáng)度 由式（ 4— 18）知： ? ?c o ? （ 4— 25） ? ? （選用 40,當(dāng)斜面寬 240 ?l ，銷軸半徑 R=9時(shí)，由式（ 4— 22）得 ? ? 218282 4 9 1 9 5 7 9 . 6192? ? ?????，而 ? ?31216 3 1 0 4 4 . 3c o s 6 N? ? ??由式（ 4— 22）推得最大接觸應(yīng)力，此時(shí)為： m a 0 4 4 . 31 9 2 2 3 0 1 . 7 92 4 9 M p a? ? ? ??，高于 ??? 7%， 而用 ? ]=2300M太 原 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 書(shū) 第 1 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 動(dòng)球閥 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 要求 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)與技能解決具有一定復(fù)雜程度的工程實(shí)際問(wèn)題的綜合性工程實(shí)際訓(xùn)練 ; 是學(xué)生綜合素質(zhì)與培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn) ; 是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù) ; 也是高等學(xué)校教育質(zhì)量的綜合反映。 要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)獨(dú)立完成有關(guān)資料的資料查閱，全面理解球閥的工作原理、工程使用情況、工程使用要求； 選取合 理的傳動(dòng)方式來(lái)運(yùn)行成電動(dòng)球閥的設(shè)計(jì)方案， 進(jìn)而運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的科學(xué)文化知識(shí)，獨(dú)立完成： 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和元器件選型設(shè)計(jì)，來(lái) 達(dá)到滿足工業(yè)生產(chǎn)要求為標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)期間同時(shí)完成有關(guān)圖紙： 1、 總裝圖 2、 齒輪傳動(dòng)部件圖 3、 單個(gè)齒輪零件圖 3× 4、 蝸輪零件圖 蝸桿零件圖 5、 閥殼體零件圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 原始數(shù)據(jù) 1、 電動(dòng)球閥通徑 閥開(kāi)啟關(guān)閉力矩 9 2、 電動(dòng)球閥的開(kāi)啟時(shí)間 6s； 3、 電動(dòng)球 閥 4、電機(jī)轉(zhuǎn)速 3500 r/ 第 2 頁(yè) 第 3 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 1、傳動(dòng) 系統(tǒng) 的總體方案設(shè)計(jì) ； 2、進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 3、對(duì)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件進(jìn)行設(shè)計(jì) ,并繪制工程應(yīng)用圖紙 ； 4、對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核 ； 5、對(duì)自己所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行匯總，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文）： 1、開(kāi)題報(bào)告，英文翻譯； 2、 總裝圖 3、 齒輪傳動(dòng)部件圖 4、 單個(gè)齒輪零件圖 3× 5、 蝸輪零件圖 蝸桿零件圖 6、 閥殼體零件圖 7、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 第 4 頁(yè) 主要參考文獻(xiàn)（資料）： 1、 邱宣懷 主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì) . 北京：高等教育出版社 、 徐灝 主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) . 第三卷 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 3、 鄭文緯 吳克堅(jiān) 主編 等教育出版社 、 李群芳 張士軍 黃建 主編 版 5、 江耕華 胡來(lái)瑢 陳啟松 主編 6、 廖念釗 古 瑩菴 莫雨松 李碩根 楊興駿 主編 7、 王明珠 主編 8、 機(jī)械工業(yè)出版社 編 計(jì)手冊(cè) 專業(yè)班級(jí) 07 機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué)生 張?jiān)挛? 要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 指 導(dǎo) 教 師 簽 字 日期 教研室主任審查簽 字 日期 系主任批準(zhǔn)簽 字 日期