【圖文】插板閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào)： 機(jī)自0812 學(xué)生姓名： 洪平 指導(dǎo)教師： 呂天 講師 二一二年六月本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)插板閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)The Design and Motion Simulation of Opened Gate Valve 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：機(jī)自0812學(xué)生姓名：洪平 指導(dǎo)教師：呂天 講師系 別：機(jī)械工程學(xué)院2012 年 06 月摘 要閥門(mén)是一種機(jī)械裝置，用于在閉式管路如管道和管線內(nèi)流體的截?cái)嗷蜻M(jìn)、出的流量控制。 本文主要介紹了敞開(kāi)式插板閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理并對(duì)主要構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，并以CAD/CAM/CAE集成化軟件Solidworks為設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)

2、行了敞開(kāi)式插板閥的建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)閥體尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)Solidworks強(qiáng)大完善的功能對(duì)閥門(mén)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，減少了軟件間的數(shù)據(jù)交換。整個(gè)閥門(mén)從建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真到優(yōu)化設(shè)計(jì)在同一個(gè)軟件中進(jìn)行，減少了物理樣機(jī)的制造、試驗(yàn)等過(guò)程，提高了工作效率，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。關(guān)鍵詞： 插板閥；Solidworks；運(yùn)動(dòng)仿真ABSTRACTA valves is a mechanical device to shut off flow or control the rate of flowing into, or out of such enclosed condu

3、its as piping and tubing.The This paper introduced the character structure and operating principle of open-type gate valve, which to design and check analog with the major part, with the platform of CADCAM/CAE integrated swith the result that the dimension and structure of valve body are optimized.

4、The advantage of the powerful functions of Solidworks software is made to ody are optimized. Entity valve from modeling, assembling, motion simulation and optimality design will be processed in the same software. That shortens the process of manufacture and test for physical prototype, improves effi

5、ciency and reduces the product design period.Keywords： Open-wide Gate Valve; Solidworks; Mmotion and Simulation目 錄1 緒 論11.1 介紹幾種插板閘閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1聯(lián)動(dòng)組合式插板閥1中心推桿式插板閥2電動(dòng)扇形插板閥2封閉式插板閥31.2 Solidwork介紹42 敞開(kāi)式插板閥設(shè)計(jì)72.1 敞開(kāi)式插板閥結(jié)構(gòu)介紹72.2 閥門(mén)主要零件材料8閥體、閥蓋和閥板（閥瓣）的材料8密封面材料9閥桿和閥桿螺母材料10緊固件、填料及墊片材料112.3 敞開(kāi)式插板閥設(shè)計(jì)參數(shù)及整體構(gòu)思132.4 閥門(mén)通

6、用部分計(jì)算式14壁厚計(jì)算式14密封圈比壓計(jì)算16閥桿強(qiáng)度計(jì)算17閥桿穩(wěn)定性驗(yàn)算20閘板厚度計(jì)算21閥桿與閥桿螺母中梯形螺紋強(qiáng)度計(jì)算22閥體壓蓋強(qiáng)度驗(yàn)算23支架強(qiáng)度計(jì)算243 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)273.1 電動(dòng)機(jī)的選擇27電動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速273.2 電動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)283.3 閥門(mén)操作轉(zhuǎn)矩的確定30插板閥操作轉(zhuǎn)矩的計(jì)算30計(jì)算過(guò)程的分析324 基于SolidWorks的敞開(kāi)式插板閥設(shè)計(jì)334.1 插板閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33創(chuàng)建閥體實(shí)體33創(chuàng)建閥板實(shí)體34創(chuàng)建閥桿實(shí)體35創(chuàng)建閥桿螺母實(shí)體354.2 敞開(kāi)式插板閥的裝配設(shè)計(jì)36創(chuàng)建電動(dòng)裝置裝配圖37創(chuàng)建插板閥總裝配體384.3 SolidworksCOSM

7、OSMotion的運(yùn)動(dòng)仿真介紹40運(yùn)動(dòng)仿真介紹40機(jī)構(gòu)的組成40機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算414.4 插板閥Solidworks運(yùn)動(dòng)仿真的具體步驟42整體仿真過(guò)程的安排42仿真設(shè)置43結(jié) 論48參考文獻(xiàn)49附錄 英文原文50致 謝611 緒 論在各種類(lèi)型的閥門(mén)中，閘閥是應(yīng)用最廣泛的一種。插板閥是閘閥中的一種,敞開(kāi)式插板閥的閥板和閥桿是外露的，通過(guò)閥桿螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給閥桿做直線行程運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)閥板的啟閉。敞開(kāi)式插板閥可應(yīng)用于大型管道啟閉控制的裝置。其驅(qū)動(dòng)形式包括電動(dòng)氣動(dòng)手動(dòng)或者和驅(qū)動(dòng)綜合使用。其優(yōu)點(diǎn)主要為重量輕,占用空間尺寸小,密封性好,操作維護(hù)方便、抗腐蝕、壽命長(zhǎng)、閥板滑動(dòng)靈活的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要基于So

8、lidworks的模塊設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真。本文就是介紹一下如何應(yīng)用Solidworks軟件建立其三維實(shí)體模型和虛擬的機(jī)械系統(tǒng)裝配模型，然后應(yīng)用運(yùn)動(dòng)分析模塊創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)方案和運(yùn)動(dòng)環(huán)境對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而不需要通過(guò)實(shí)物實(shí)驗(yàn)就可以進(jìn)行產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費(fèi)用、縮短開(kāi)發(fā)周期。1.1 介紹幾種插板閘閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1.1 聯(lián)動(dòng)組合式插板閥該運(yùn)行中的不同步及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繁復(fù)等技術(shù)問(wèn)題，可用來(lái)替代現(xiàn)有的插板閥 。其具體圖片如下：圖1.1 聯(lián)動(dòng)式插板閥1.1.2 中心推桿式插板閥該閥門(mén)適用于冶金、化工、市政系統(tǒng)的煤氣管道，是一種理想的氣體隔斷設(shè)備。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械傳動(dòng)效

9、率高，體積小。與傳統(tǒng)敞開(kāi)式插板閥相比，頂開(kāi)、壓緊機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，徹底解決了傳統(tǒng)插板閥多條絲杠運(yùn)行中的不同步及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繁復(fù)等技術(shù)問(wèn)題，用來(lái)代替現(xiàn)有的插板閥。圖 1.2 中心推桿式插板閥1.1.3 電動(dòng)扇形插板閥閥門(mén)的使用范圍：適用于冶金、礦山、化工、市政、電力等行業(yè)的煤氣、空氣管道，是一種理想的氣體隔斷設(shè)備。 閥門(mén)的特點(diǎn) ：采用防爆電動(dòng)裝置，鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)動(dòng)，并附有手動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，密封膠圈在閥板上密封可靠，便于更換，同時(shí)可遠(yuǎn)距離遙控。 閥門(mén)實(shí)體照片如下圖 1.3 電動(dòng)扇形插板閥1.1.4 封閉式插板閥適用介質(zhì)：煤氣及有毒、有害、易燃?xì)怏w 該閥適用于冶金、化工、市政系統(tǒng)的煤氣管線，供管道可靠隔斷之用。 圖1

10、.4 封閉式插板閥1.2 Solidwork介紹Solidwork以其強(qiáng)大業(yè)，可以方便的與其它c(diǎn)ad軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這就在某種程度上加快了設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。并且它能保證圖面的真實(shí)性和效果的正確性，縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，有效支持模具加工與產(chǎn)品生產(chǎn)。1、用戶(hù)界面SolidWorks軟件在用戶(hù)界面方面的方便程度是世界公認(rèn)的，但SolidWorks公司還是努力地改進(jìn)軟件的用戶(hù)界面，使得設(shè)計(jì)工作更加自動(dòng)化。Solidworks去掉了一些多余的對(duì)話框，而以隱含的右鍵菜單所代替，最明顯的是能夠?qū)⑻卣鞴芾砥餮厮讲鸱?。這使得進(jìn)行某些特殊命令操作時(shí)，如檢查裝配關(guān)系，而不會(huì)迷失在特征樹(shù)的位置。這對(duì)于大型裝配體和復(fù)雜零

11、件的操作也非常重要，因?yàn)榱慵?fù)雜以后，特征管理樹(shù)會(huì)很長(zhǎng)，有時(shí)很難同時(shí)觀察特征樹(shù)的最上端和特征樹(shù)的最下端。有了特征管理器的拆分功能，這一切都成為可能。2、大型裝配用戶(hù)不僅用SolidWorks軟件來(lái)解決一般的零部件設(shè)計(jì)問(wèn)題，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始用SolidWorks軟件處理系統(tǒng)級(jí)的大型裝配設(shè)計(jì)，對(duì)大型裝配體上載的速度也是要求越來(lái)越高。面對(duì)用戶(hù)的需要，SolidWorks公司的研發(fā)部門(mén)設(shè)法從不同的角度對(duì)大型裝配體的上載的速度進(jìn)行了改進(jìn)，包括分布式數(shù)據(jù)的處理和圖形壓縮技術(shù)的運(yùn)用，使得大型裝配體的性能提高了幾十倍。在新版中，還增加了智能裝配功能，能夠在裝配過(guò)程中自動(dòng)捕捉裝配關(guān)系，而無(wú)須用戶(hù)另行指定。在裝

12、配過(guò)程中，還新增加了球面的配合關(guān)系和圓錐面的配合關(guān)系，這就使得將球插到孔里的操作變得更加容易。Solidworks是一個(gè)非常優(yōu)秀的軟件產(chǎn)品。SolidWorks公司在技術(shù)上的投入和技術(shù)的先進(jìn)性不斷保持SolidWorks軟件在機(jī)械三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。2 敞開(kāi)式插板閥設(shè)計(jì)閥門(mén)作為管道系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，應(yīng)保證安全可靠地執(zhí)行管道系統(tǒng)對(duì)閥門(mén)提出的使用要求。本次設(shè)計(jì)的敞開(kāi)式插板閥其基本參數(shù)如下：1、公稱(chēng)直徑：1200mm2、電動(dòng)插板式閘閥適用于高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的煙道、冷風(fēng)、助燃空氣、燃燒及煤氣等管道，可對(duì)煙氣、煤氣、空氣進(jìn)行有效地切斷。 3、驅(qū)動(dòng)方式：采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 4、電動(dòng)敞開(kāi)式插板閥壓力：

13、 0.25MPa 5、適用溫度：25 6、閥體材質(zhì)為鑄鋼 7、適用介質(zhì)：含塵高爐煤氣2.1 敞開(kāi)式插板閥結(jié)構(gòu)介紹敞開(kāi)式插板閥為敞開(kāi)式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具有重量輕，易維護(hù)（密封膠圈更換、電液動(dòng)裝置維護(hù)檢查、更換、閥門(mén)的局部維護(hù)均在外部，不影響閥門(mén)正常運(yùn)行），閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、開(kāi)關(guān)狀態(tài)直觀性好，啟閉后檢查完成狀態(tài)極為方便，具有封閉式不可替代的優(yōu)越，缺點(diǎn)是啟閉時(shí)有少量的煤氣外漏?，F(xiàn)今流行的控制方式包括手動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、混合控制的控制方式，其中比較流行的方式為電動(dòng)。2.2 閥門(mén)主要零件材料制造閥門(mén)零件材料很多，包括各種不同牌號(hào)的黑色金屬和有色金屬及其合金、各種非金屬材料等。 制造閥門(mén)零件的材料要根據(jù)下列因素來(lái)選

14、擇： 工作介質(zhì)的壓力、溫度和特性。該零件的受力情況以及在閥門(mén)結(jié)構(gòu)中所起作用。 有較好的工藝性。 在滿(mǎn)足以上條件情況下，要有較低的成本。2.2.1 閥體、閥蓋和閥板（閥瓣）的材料閥體、閥蓋和閘板（閥瓣）是閥門(mén)主要零件之一，直接承受介質(zhì)壓力，所用材料必須符合“閥門(mén)的壓力與溫度等級(jí)”的規(guī)定。常用材料有下面幾種： 一、灰鑄鐵：灰鑄鐵適用于公稱(chēng)壓力 PN1.0MPa，溫度為10200的水、蒸汽、空氣、煤氣及油品等介質(zhì)?；诣TKTH33008、KTH35010。 鑒于目前國(guó)內(nèi)工藝水平，以及有關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，建議 PN2.5MPa，閥門(mén)還是采用鋼制閥門(mén)為安全。因此本設(shè)計(jì)的插板閥的閥體、閥蓋用鉻鉬鑄鋼（ZGCr

15、5Mo）材料。2.2.2 密封面材料閥門(mén)的密封面是指閥座與關(guān)閉件互相接觸而進(jìn)行關(guān)閉的部分它是閥門(mén)最關(guān)鍵的工作面。由于閥門(mén)在使用過(guò)程中密封面在進(jìn)行密封中要受到?jīng)_刷和磨損，所以閥門(mén)的密封性能隨使用時(shí)間而減低。因此，密封面質(zhì)量的好壞關(guān)系到閥門(mén)的使用壽命，通常密封面材要考慮耐腐蝕，耐擦傷，耐沖蝕，抗氧化等因素。 通常分兩大類(lèi)： 軟質(zhì)材料 即軟密封1、 橡膠（包括丁睛橡膠，氟橡膠等） 2、 塑料（聚四氟乙烯，尼龍等）在使用軟密封面中，接觸的兩密封面可以單獨(dú)，也可全部使用如塑料，橡膠這樣的軟質(zhì)材料。由于這種材料性能，使接觸面容易配合，故軟質(zhì)密封的閥門(mén)能達(dá)到極高程度的密封性。而且這種密封性可以重復(fù)達(dá)到。缺點(diǎn)

16、是這種材料受到介質(zhì)適應(yīng)性及使用溫度的限制。軟質(zhì)密封材料有時(shí)會(huì)受到異常升壓的限制，壓縮產(chǎn)生的熱量足以使軟質(zhì)密封材料脫落。表24列出可能產(chǎn)生溫度升高的范圍，該表是開(kāi)始處在大氣壓下15攝氏度的氧氣受到突然壓縮后試驗(yàn)確定的溫度升值。表24 溫度升高值壓力突然升高值/MPa溫度升值/壓力突然升高值/MPa溫度升值/2.53751573054902079010630 硬密封材料 即金屬密封1、 銅合金（用于低壓閥門(mén)） 2、 鉻不銹鋼（用于普通高中壓閥門(mén)） 3、 司太立合金（用于高溫高壓閥門(mén)及強(qiáng)腐蝕閥門(mén)） 4、 鎳基合金（用于腐蝕性介質(zhì)）2.2.3 閥桿和閥桿螺母材料閥桿在閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，承受拉、壓和

17、扭轉(zhuǎn)作用力，并與介質(zhì)直接接觸，同時(shí)和填料之間還有相對(duì)的摩擦運(yùn)動(dòng)，因此閥桿材料必須保證在規(guī)定溫度下有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，有一定的耐腐蝕性和抗擦傷性，以及良好的工藝性。 常用的閥桿材料有以下幾種。 一、碳素鋼 用于低壓和介質(zhì)溫度不超過(guò) 300的水、蒸汽介質(zhì)時(shí)，一般選用A5 普通碳素鋼。 用于中壓和介質(zhì)溫度不超過(guò) 450的水、蒸汽介質(zhì)時(shí)，一般選用35 優(yōu)質(zhì)碳素鋼。 二、合金鋼 用于中壓和高壓，介質(zhì)溫度不超過(guò)450的水、蒸汽、石油等介質(zhì)時(shí)，一般選用 40Cr（鉻鋼）。 用于高壓、介質(zhì)溫度不超過(guò) 540的水、蒸汽等介質(zhì)時(shí)，可選用38CrMoALA 滲氮鋼。 用于高壓、介質(zhì)溫度不超過(guò) 570的蒸汽介質(zhì)時(shí)

18、，一般選用25Cr2MoVA 鉻鉬釩鋼。三、不銹耐酸鋼 用于中壓和高壓、介質(zhì)溫度不超過(guò)450的非腐蝕性介質(zhì)與弱腐蝕性介質(zhì)，可選 用 1Cr13、2Cr13、3Cr13鉻不銹鋼。 用于腐蝕性介質(zhì)時(shí)，可選用、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti 等不銹耐酸鋼和 PH15-7Mo沉淀硬化鋼。 四、耐熱鋼 用于介質(zhì)溫度不超過(guò)600的高溫閥門(mén)時(shí)，可選用 4Cr10Si2Mo 馬氏體型耐熱鋼和 4Cr14Ni14W2Mo 奧氏體型耐熱鋼。閥桿螺母在閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，直接承受閥桿軸向力，因此必須具備一定的強(qiáng)度。同時(shí)它與閥桿是螺紋傳動(dòng)，要求摩擦系數(shù)小，不生銹和避免咬死現(xiàn)象。 五、銅合金

19、銅合金的摩擦系數(shù)較小，不生銹，是目前普遍采用的材料之一。對(duì)于 Pg<1.6Mpa的低壓閥門(mén)可采用 ZHMn58-2-2 鑄黃銅。對(duì)于 Pg16-6.4Mpa 的中壓閥門(mén)可采用 ZQAL9-4 無(wú)錫青銅。對(duì)于高壓閥門(mén)可采用 ZHAL66-6-3-2鑄黃銅。 2.2.4 緊固件、填料及墊片材料一、緊固件材料 緊固件主要包括螺栓、雙頭螺栓和螺母。緊固件在閥門(mén)上直接承受壓力，對(duì)防止介質(zhì)外流起關(guān)重要作用，因此選用的材料必須保證在使用溫度下有足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性。選用合金鋼材料時(shí)必須經(jīng)過(guò)熱處理。對(duì)緊回件有特殊耐腐蝕要求時(shí)，可選用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9 等不銹耐酸鋼。 二、填料材

20、料 在閥門(mén)上，填料是用來(lái)充填閥蓋填料室的空間，以防止介質(zhì)經(jīng)由閥板和閥蓋填料室空間泄漏。 填料可分為軟質(zhì)填料及硬質(zhì)填料兩種： 1、軟質(zhì)填料：系由植物質(zhì)，即大麻、亞麻、棉、黃麻等，或由礦物質(zhì)，即石棉纖維，或由石棉纖維內(nèi)夾金屬絲和外涂石墨粉等編織的線繩，也有壓成的成型的填料，以及近年來(lái)新發(fā)展的柔性石墨填料材料。植物質(zhì)填料較便宜，常用于 100以下的低壓閥門(mén)；礦物質(zhì)填料可用于450-500的閥門(mén)。 近年來(lái)使用橡膠O 型圈做填料的結(jié)構(gòu)在逐步推廣，但介質(zhì)溫度一般限制在60下。 高溫高壓閥門(mén)上的填料也有采用純石棉加片狀石墨粉壓緊而成的。1）油浸石棉繩； 2）橡膠石棉繩；3）石墨石棉繩：石棉繩上涂有石墨粉，可

21、用溫度 450以上，壓力可以達(dá)到 16Mpa ，一般適用于高壓蒸汽上。近后來(lái)又逐步采用了壓成人字型填料，單圈放置，密封性好。 4）聚四氟乙烯：這是一種目前使用較廣的一種填料。特別適用腐蝕性介質(zhì)上，但溫度不得起過(guò) 200。三、墊片材料墊片是用來(lái)充填兩個(gè)結(jié)合面（如閥體和閥蓋之間的密封面）間所有凹凸不平處，以防止介質(zhì) 從結(jié)合面間泄漏。 1、對(duì)墊片的要求 墊片材料在工作溫度下具有一定的彈性和塑性以及足夠的強(qiáng)度，以保證密封。同時(shí)要具有良好的耐腐蝕性。 2、墊片材料的種類(lèi)和選擇 金屬墊片的材料一般用 08、10、20 優(yōu)質(zhì)碳素鋼和1Cr13、1Cr18Ni9 不銹鋼，加工精度和表面光潔度要求較高，適用于高

22、溫高壓閥門(mén)。 非金屬墊片材料一般塑性較好，用不大的壓力就能達(dá)到密封。適用于低溫低壓閥門(mén)。 綜合以上材料總結(jié)，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的插板閥閥體的工作壓力、工藝流體、溫度等進(jìn)行主要零件材料的選用見(jiàn)表25。表25插板閥門(mén)主要零件材料零件名稱(chēng)材料名稱(chēng)牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)閥體、閥蓋、支架鉻鉬鑄鋼ZGCr5MoGB/T8492-2002鉻鉬釩鑄鋼ZG20CrMoR、G15Cr1Mo1V鉻鉬鋼1Cr5MoGB/T1221-1992閥桿NiCu合金NiCu布氏硬度250HB2.3 敞開(kāi)式插板閥設(shè)計(jì)參數(shù)及整體構(gòu)思本設(shè)計(jì)的敞開(kāi)式插板閥主要參數(shù)如下：1：公稱(chēng)通徑DN：1200mm ；2：公稱(chēng)壓力：0.25Mpa； 3：適用溫度： 2

23、50攝氏度；4：適用介質(zhì)：含塵高爐煤氣；5：驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng)。其中閥板為豎直升降線性運(yùn)動(dòng)確定了閥體為長(zhǎng)方形截面結(jié)構(gòu)，通過(guò)聯(lián)接器將閥板與閥桿連接在一起，在閥門(mén)的啟閉過(guò)程中閥桿與閥板是連與一體進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)裝置將傳動(dòng)輸至輸出軸套上，閥桿螺母安裝與輸出軸套上，這樣就能通過(guò)閥桿螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給閥桿使閥桿做直線行程。本次設(shè)計(jì)的敞開(kāi)式插板閥的結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示。 1閥體 2閥板 3閘板 4密封圈 5填料函 6填料壓套 7連接閥板的螺母 8連接器蓋螺栓 2.4 閥門(mén)通用部分計(jì)算式2.4.1 壁厚計(jì)算式 本次設(shè)計(jì)的敞開(kāi)式插板閥的閥桿屬于矩形截面閥體，其閥體的壁厚計(jì)算式（圖21和表21）圖2

24、1 閥體截面表21 閥體壁厚計(jì)算序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)式中符號(hào)公式或索引單位1最大合成應(yīng)力（A點(diǎn)）MPa2最大合成應(yīng)力 (B點(diǎn))MPa3計(jì)算壓力PPN設(shè)計(jì)給定，0.25MPaMPa注：， ，為合格。2.4.2 密封圈比壓計(jì)算計(jì)算圖形及參數(shù)見(jiàn)（圖21和表22）圖22 密封圈截面圖表22 密封圈比壓計(jì)算序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)公式或索引單位1密封面上總作用力N2密封面處介質(zhì)作用力N3密封面內(nèi)徑設(shè)計(jì)給定，取1200mmmm4密封面寬度設(shè)計(jì)給定,取100mmmm5計(jì)算壓力pPN設(shè)計(jì)給定0.25MPaMPa 注： 為合格。由表計(jì)算式得：4.2.1 創(chuàng)建電動(dòng)裝置裝配圖由于電動(dòng)裝置零件較多在此就不一一例舉零件的繪制，通過(guò)裝配過(guò)程

25、呈現(xiàn)電動(dòng)裝置的零件組成。1創(chuàng)建裝配體文件單擊【文件】【新建】單擊【裝配體】如圖4-21所示，命名為電動(dòng)裝置總成，單擊確定圖4-21 創(chuàng)建菜單2.插入要裝配的文件單擊【插入零部件】，選中電動(dòng)裝置下蓋，再次單擊【插入零部件】選擇電動(dòng)裝置下蓋后單擊【固定】后，同時(shí)插入指定的零件，單擊【配合】選擇要配合的特征，得到裝配體如圖422所示。 圖4-22 電動(dòng)裝置裝配圖4.2.2 創(chuàng)建插板閥總裝配體插板閥的總裝配是將各子裝配及各零件進(jìn)行總體的裝配過(guò)程。其總裝配圖如圖423所示。由于插板閥零件較多，裝配過(guò)程中的裝配關(guān)系也較復(fù)雜，步驟繁瑣，圖中列出了一部分的的裝配關(guān)系。 圖423 插板閥的總裝配為了更清楚地表現(xiàn)

26、各個(gè)零部件間的裝配關(guān)系，還可以生成插板閥裝配體的爆炸視圖(如圖424)，由于部件較多，生成的爆炸圖比較零亂 。圖 424 插板閥爆炸圖4.3 SolidworksCOSMOSMotion的運(yùn)動(dòng)仿真介紹4.3.1 運(yùn)動(dòng)仿真介紹近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,我國(guó)在仿真系統(tǒng)的建模與開(kāi)發(fā)方面迅速發(fā)展起來(lái), 并取得了很大的成就。在機(jī)械工程領(lǐng)域, 建模與仿真技術(shù)的應(yīng)用已擴(kuò)展到產(chǎn)品的全生命周期:方案論證、設(shè)計(jì)制造、試驗(yàn)、使用和維護(hù)訓(xùn)練。從而在制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中運(yùn)動(dòng)仿真是Solidworks/CAE模塊中的主要部分，它能對(duì)任何二維或三維機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力分析和設(shè)計(jì)仿真。通過(guò)Solidwo

27、rks/CAD的功能建立一個(gè)三維實(shí)體模型，利用Solidworks/COSMOSMotion的功能給三維實(shí)體模型的各個(gè)部件賦予一定的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，再在各個(gè)部件之間設(shè)立一定的連接關(guān)系既可建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型 。 Solidworks/COSMOSMotion的功能可以將裝配約束自動(dòng)轉(zhuǎn)化為仿真模型的約束，添加必要的驅(qū)動(dòng)力、工作阻力以及COSMOSMotion特有的其他約束，建立仿真模型，就可以模擬機(jī)械運(yùn)行狀況，對(duì)機(jī)器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析。仿真結(jié)果可以用動(dòng)畫(huà)、圖形、數(shù)據(jù)等多種形式輸出，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、節(jié)約產(chǎn)品成本，提供了一種切實(shí)有效的方法。 4.3.2 機(jī)構(gòu)的組成(1).構(gòu)件 任何機(jī)器都是

28、由許多零部件組合而成的。這些零件中，有的是作為一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體而運(yùn)種由兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)連接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副，把兩個(gè)構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副元素 。 (3). 自由度和約束 設(shè)有任意兩構(gòu)件，它們?cè)跊](méi)有構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副之前，兩者之間有6個(gè)相對(duì)自由度（在直角坐標(biāo)系中三個(gè)移動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）。4.3.3 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算在機(jī)構(gòu)創(chuàng)建過(guò)程中，每個(gè)自由構(gòu)件將引入6個(gè)自由度，同時(shí)運(yùn)動(dòng)副又給機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)約束，常用運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)目如表4.1所示。 機(jī)構(gòu)總自由度數(shù)目可用以下計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： 機(jī)構(gòu)自由度總數(shù)=活動(dòng)構(gòu)件數(shù)×6-約束總數(shù)-原動(dòng)件獨(dú)立輸入運(yùn)動(dòng)數(shù) 4.4 插板閥Solidwo

29、rks運(yùn)動(dòng)仿真的具體步驟首先打開(kāi)Solidworks中的插件功能對(duì)話框，勾選COSMOSMotion 2007活動(dòng)插件并啟動(dòng)確定。如圖441所示。圖4-41 插件功能對(duì)話框4.4.1 整體仿真過(guò)程的安排本閥的仿真過(guò)程主要包含以下兩個(gè)方面： 第一步 電動(dòng)裝置中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)第二步 閥板的開(kāi)啟與關(guān)閉在設(shè)計(jì)樹(shù)上選擇運(yùn)動(dòng)分析圖標(biāo)，用右鍵將閥體設(shè)置為【靜止零部件】，其余設(shè)置為【運(yùn)動(dòng)零部件】，如圖442所示。圖4424.4.2 仿真設(shè)置 1. 添加驅(qū)動(dòng) 圖443 圖4442三維碰撞接觸狀態(tài)模擬 電機(jī)齒輪1帶動(dòng)從動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2又帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)際情況是剛體之間的碰撞產(chǎn)生的。下面就對(duì)這種

30、狀態(tài)進(jìn)行模擬。 圖445 圖446從模擬結(jié)果可以看出，初始狀態(tài)如圖447所示，從運(yùn)行過(guò)程可以分析出各傳動(dòng)件的嚙合狀態(tài)，有無(wú)干涉或脫離嚙合現(xiàn)象。圖4-47 由以上步驟便可完成本閥門(mén)第一步（電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件運(yùn)動(dòng)仿真）。接著進(jìn)行第二步（閥板的開(kāi)啟與關(guān)閉運(yùn)動(dòng)過(guò)程仿真）。3. 添加轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)耦合單擊【約束】前面的號(hào)，將蝸輪和閥桿之間添加旋轉(zhuǎn)副（實(shí)際上就是閥桿螺母與閥桿之間建立旋轉(zhuǎn)副 Revolue，因?yàn)槲佪喤c閥桿螺母是配合一體的）。在閥桿和閥板之間添加移動(dòng)副Translational，然后在旋轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副之間添加一個(gè)耦合，使得閥桿螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)與閥桿閥板的移動(dòng)按照一定的關(guān)系運(yùn)動(dòng)，如圖449和圖450所示。

31、圖中閥桿的移動(dòng)副的移動(dòng)距離為1200mm（實(shí)際就是閥門(mén)的公稱(chēng)通徑），應(yīng)注意在裝配中閥板應(yīng)與閥體底部配合好，否則運(yùn)行時(shí)將超過(guò)運(yùn)動(dòng)范圍而報(bào)錯(cuò)。 圖 449 圖4504.設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)在蝸輪與閥桿之間添加的旋轉(zhuǎn)副Revolute與閥桿和閥板之間添加移動(dòng)副Translational中，設(shè)置運(yùn)動(dòng)關(guān)系如圖451所示。圖451圖中函數(shù)：STEPTIME,0,0,5,1200+STEPTIME,1,0,2,-1200。表示在仿真過(guò)程中，05S，閥桿與閥板移動(dòng)1200mm即閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)；56S,保持靜止；611S,反向移動(dòng)1200mm即閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。5. 仿真模擬仿真幀的數(shù)目設(shè)置為50 ，如圖452所示，

32、勾選仿真時(shí)生成動(dòng)畫(huà)，點(diǎn)擊仿真。仿真運(yùn)算結(jié)束后自動(dòng)彈出圖453對(duì)話框，設(shè)置對(duì)話框中參數(shù)點(diǎn)擊下一步，跳出圖454對(duì)話框進(jìn)行零件間的干涉檢查。查看模擬結(jié)果可在COSMOSMotion工具欄中單擊播放按鈕或查看輸出的動(dòng)畫(huà)。 圖452 圖453圖454結(jié) 論本文探索了一種敞開(kāi)式插板閥的設(shè)計(jì)和分析方法，以Solidworks軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行插板閥的建模、裝配、關(guān)鍵部分的運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)閥體尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，加快了開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約了高額開(kāi)發(fā)費(fèi)用，降低了研發(fā)成本。在具體的研究中，利用Solidworks軟件的強(qiáng)大功能，保證了設(shè)計(jì)和分析計(jì)算機(jī)模型的一致性，減少了誤差的積累，并使設(shè)計(jì)和分析做到了并行進(jìn)行。由此，將

33、Solidworks廣泛用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)全流程，具有多方面的推動(dòng)和助益作用，保證圖面的真實(shí)性和效果的正確性，縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期。 有效支持后期加工與產(chǎn)品生產(chǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，Solidworks將在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 在此設(shè)計(jì)過(guò)程中逐漸接觸到了Solidworks這個(gè)軟件，它的人性化是使我感觸很深，體會(huì)到了現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)異性。 此次設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)參考資料比較少，但是在劉玉山指導(dǎo)老師和同時(shí)求學(xué)的同學(xué)的大力幫助下，得以順利完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)肯定有需要加以改進(jìn)的地方，在此希望老師們能提出寶貴的意見(jiàn)。 參考文獻(xiàn)1 饒紀(jì)杭. 閥門(mén)電動(dòng)裝置. 電力工業(yè)出版社. 1982.0

34、32 陸陪文. 實(shí)用閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社. 2004. 053 邵彭年. 實(shí)用閥門(mén)與管件手冊(cè). 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 2005.104 宋虎堂. 閥門(mén)選用手冊(cè). 化學(xué)工業(yè)出版社. 2007.065 陸培文 孫曉霞. 閥門(mén)選用手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社. 2005.016 駱江鋒 王錦. SolidWorks2006基礎(chǔ)教程. 人民郵電出版社. 2007.02.7 江洪 陸利鋒. SolidWorks工程制圖與管路實(shí)例解析. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2007.088 劉國(guó)林.閥門(mén)選用手冊(cè).北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.01 附錄 英文原文BONNETS AND STEM SEALIN

35、GThe major path for leakage to the outside is along the moving stem of avalve, but the stationary seal of the customary bonent also can be a path for escape of fluid. The bonnet often must be larg bonnet is adequate. The gasket necessary to seal against leakage leakage through the very narrow helica

36、l path along on pressure. Flexible metal-and-asbestos and metal profile-ring type are two choices.Welding the bonnet ernal pressure wedge two sloping surfaces together. The outward thrust must be resisted fairly uniformly, with as little twine condition, however, is impossible for even the pressure

37、seal. If a gate valve can seal on both faces of the disc, then liquid trapped in the bonnet can expand upon slight heating and place excessive load on seal or stem packing. Bonnet overpressurization, which can also occur in some ball valves, many need such remedies as drilling through the upstream d

38、isc half or connecting the bonnet interior back into the line via a relief valve.The bonnet usually aslo transfers actuation reactions into the vale body and piping. The actuator thrust or torque.STEM PASSAGEEvery externally actuated valve requires a passage for a moving stem or spindle. The sealing

39、 of tne stem clearance against fluid escape is a troublesome problem. For example, the blade of a knife gate has a long perimeter, with corners. Long sliding motion(Os & Y gates) or helical motion(globes)is harder on a stem-seal system than is the simple quarter turn of a small ball valve. Dirt

40、or stem deposits of rust or solids can cut packing in the conventional box.The packing material itself is important.Rings of conventional packing for globe and gate valves can be asbestos, TFE, wire-reinforced asbestos, or graphite foil. Long contact of wet packing with stems can lead to corrosion,

41、so sacrificaial zinc is put in some packings.More nearly hermetic stem seals are the metal-diaphragm variety, for small globe or Y valves with short lift, and the metal bellows for higher lifts.No matter what the type of design, there is at least one welded or gasketed stationary seal that can becom

42、e a leak path, either directly past the diaphragm edge, through the bellows, or around the mount of either. The design and welding must be of highest grade if the diaphragm or bellows is to last the expected thousands of strokes.Internal leakage in vales can occur around close-fiting inserted compon

43、ents, such as seat rings, or through the more common path of seat/disc interface. In most cases of internal leakage, the full pressure drop from upstream to downstream occurs at some time across the narrow orifice at the leak.Depending on the fluidness and irregularity of leak-passage walls.The valv

44、e seat and disc combination are exposed to all these effects not only when there are leakage conditions, but also when the disc is very close to the seat. At that time, the fluid passage, although much wider than for a leak in a fully closed valve, is fluid passage, although much wider than for a le

45、ak in a fully closed valve, is nevertheless often very unfavorably arranged from the standpoint of impingement and effects such as cavitation.High-velocity fluid moving through a narrow opening may also set uo a fluttering which can exploit trim resiliency aed in todays central stations.Conditions i

46、n the closed valve are different for each type. With the metal disc and seat, the exact picture of conditions during a manor leak is not entirely clear. It is known that excessively fine finish of the surfaces has a bad effect on leaktightness.Removal of particles of metal from seat or disc, as a re

47、sult of inevitable sliding during closing and opening, worsens original leak conditions in metal-to-metal seats, enlarging leak passages and prevent this effect, which differs from corrosion and galling.Trapping of hard particles between metal seat and disc can not only hold a leak path open but can

48、 also break awan the pressure applied to metal seats, and a suitable elastomer will recover fully upon opening. “Drop-tight” sealing has come to mean an elastomer/mr neck connecting disc halves can flex to let the disc halves accommodate to change or tolerances in taper between seats. Beside this, t

49、he domed shape of each disc half makes the perimeter region flexible enough to follow out-of-plane seat distortion.Separate metal seat rings are common. The composition can differ from body material, and replacement of worn or damaged seating surface is possible. The mounting of metal seat rings in

50、the valve body is worth close attention. Screwed-in seat rings are one solution. Close tolerances are necessary but are difficult to hold in large sizes. Often the design requires the seat ring to butt tightly against a body surface for sealing but machining or thread-cutting errors cause a g ring i

51、tself can be hardfaced and even revesible. As with all hardfacing for metal-to-metal contact, the quality of deposit and the bond to the substrate are critical .Excessive local or general pressure can break off hardfacing.Adequate seat/disc contact pressure is necessary if a valve is to seal. Narrow

52、ing of one face is one possibility if dirr it is in gate, globe, plug,or butterfly valve. Body distortion, surface wear and roughening of contact surfaces, and thermal effects are all part of the reality.Adding elastomer to amelat-to-metal contact is possible if the temperature allows. In some valves, for example, an O-ring in a groove