三偏心蝶閥摩擦力矩分析教程文件

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三偏心蝶閥摩擦力矩分析-三偏心蝶閥摩擦力矩分析時間:2009-08-15來源:蘭州理工大學(xué)編輯:俞樹榮內(nèi)容提示：通過對三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導(dǎo)出三偏心蝶閥的摩擦力矩,并且分析了徑向偏心距、軸向偏心距以及偏心角對摩擦力矩的影響。1、前言HYPERLINK/valve/10243.html三偏心蝶閥是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上,使蝶板的中心偏置一定的角度,形成三偏心密封結(jié)構(gòu),從而消除了蝶閥啟閉時兩HYPERLINK/seal/密封面之間的機械磨損和擦傷,減小了驅(qū)動力矩。密封面位于斜圓錐表面,閥座和密封圈的正

2、截面均為橢圓,這正是其設(shè)計和制造的難點及關(guān)鍵,也是目前不能準(zhǔn)確計算摩擦力矩的原因所在1。2、三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)分析蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)(圖1)是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上再增加一個傾角,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。三偏心蝶閥的第一個偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心L相對于蝶板中心在軸向存在偏心距c,第二個偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心L相對于蝶板中心在徑向存在偏心距e,第三個偏心是指閥座所在圓錐形的高線與閥體通道軸線有一個夾角,即角偏心2、3。圖1三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意圖對于三偏心結(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,并且該密

3、封面的幾何中心容易確定,降低了密封面HYPERLINK/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)閉時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。其密封面為斜置錐形,蝶板與閥座的密封接觸為面接觸,依靠密封面與閥座的充分接觸來達(dá)到密封效果4、5。從圖1得蝶板中性面橢圓的長半軸A和短半軸B分別為:式中A中性面橢圓長半軸,mmB中性面橢圓短半軸,mmR0密封圓錐底半徑,mmE蝶板厚度,mm密封圓錐半錐角,角偏心,3、靜力分析當(dāng)?shù)逄幱谂R界狀態(tài)(即蝶板在關(guān)閉的瞬間)時,其上的作用力包括:密封

4、面上的單位正壓力N(方向垂直于密封面且為均布的空間力系)和摩擦力fN(方向沿密封表面并且阻止蝶板運動的空間力系)以及介質(zhì)對蝶板的壓力p(方向取決與介質(zhì)流向)。而摩擦力fN與摩擦系數(shù)f有關(guān),摩擦系數(shù)f與密封副材料、加工方法、表面光潔度和硬度、潤滑狀態(tài)及溫度等因素有關(guān),可以通過試驗測試來確定其準(zhǔn)確數(shù)值6。圖2蝶板受力示意三偏心蝶閥摩擦力矩分析時間:2009-08-15來源:蘭州理工大學(xué)編輯:俞樹榮內(nèi)容提示：通過對三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導(dǎo)出三偏心蝶閥的摩擦力矩,并且分析了徑向偏心距、軸向偏心距以及偏心角對摩擦力矩的影響。當(dāng)介質(zhì)為正流狀態(tài)時(介質(zhì)流動方向與蝶板關(guān)閉方向相同)蝶板密封面受力情況如圖

5、2所示。密封面上所受的壓力N是均布力,方向垂直于密封表面,即垂直于圓錐母線與該點的切線所組成的平面,并且壓力是一空間力系。由于蝶板的密封表面與閥座密封面之間有運動的趨勢,且存在著相互作用力,則兩密封面之間也必然存在著一定的摩擦力,其大小為fN,方向沿圓錐母線且阻止蝶板的運動。力的平衡方程以閥桿軸線為界,圖3所示橢圓被分為上下兩部分,根據(jù)對稱性可將該橢圓分為兩個區(qū)間:0,1和1,。圖3蝶板截面示意通過各力在圓錐軸線方向上的投影可列出相應(yīng)的力的平衡方程式,進(jìn)而可求出密封面上所受的壓力N:式中p管道中流體介質(zhì)壓力,MPaf與密封副材料有關(guān)的摩擦系數(shù)4、摩擦力矩計算由于三偏心蝶閥密封面為圓錐的表面,密

6、封為面接觸密封,求出蝶板密封表面上的摩擦力后,再求作用于蝶板上、下兩部分的摩擦力矩。在求摩擦力矩的時候,為計算方便,取蝶板中性面橢圓代替蝶板進(jìn)行分析。如圖4所示,首先將摩擦力進(jìn)行分解,對于閥桿有力矩作用的分力,分別求出摩擦力矩,最后將各分摩擦力矩合并為總的摩擦力矩。假定摩擦力矩逆時針為正,順時針為負(fù)。圖4摩擦力分解示意(1)摩擦力分力fNcos1(圖4)引起的蝶板上部分的摩擦力矩(逆時針方向):(2)摩擦力分力fNcos1引起的蝶板下部分的摩擦力矩(逆時針方向):(3)摩擦力分力fNsin1cos(圖4)引起的蝶板上部分的摩擦力矩(逆時針方向):(4)摩擦力分力fNsin1cos引起的蝶板下部

7、分的摩擦力矩(順時針方向):式中C長軸上的焦點半徑,mm焦點參數(shù),=B2/Ae橢圓離心率三偏心蝶閥摩擦力矩分析時間:2009-08-15來源:蘭州理工大學(xué)編輯:俞樹榮內(nèi)容提示：通過對三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導(dǎo)出三偏心蝶閥的摩擦力矩,并且分析了徑向偏心距、軸向偏心距以及偏心角對摩擦力矩的影響。5、特殊情況當(dāng)=0時,閥座的內(nèi)表面由斜圓錐變?yōu)檎龍A錐,閥座和密封圈的正截面為圓。這就是蝶閥的雙偏心結(jié)構(gòu),雙偏心是三偏心的特殊情況,此時密封面上所受的壓力N為:式中R圓錐中性面圓半徑,mm6、實例分析下面通過實例分別探討摩擦力矩與三偏心蝶閥主要參數(shù)的關(guān)系。由于蝶板中性面橢圓的半長軸A和半短軸B均和蝶板密封

8、面所在的圓錐半徑R0有關(guān)7,現(xiàn)給出以下參數(shù):R0=42mm,c=5mm,e=3mm,=10,E=8mm,p=1MPa,=10,f=0.3。根據(jù)以上所給的參數(shù),可以計算出三偏心蝶閥的摩擦力矩M。分別改變徑向偏心距e,軸向偏心距c以及偏心角的值,相應(yīng)的視為已知量,由公式(9)可計算出對應(yīng)的摩擦力矩,如圖57所示10。圖5摩擦力矩與軸向偏心距c的關(guān)系曲線7、結(jié)論(1)三偏心蝶閥的軸向偏心距c對蝶閥的摩擦力矩影響不大,幾乎成水平直線,對于一定口徑,不同值及e值都對應(yīng)一個最小的c值,否則將發(fā)生干涉。一般在設(shè)計時,由于結(jié)構(gòu)和空間的問題,c的值不會很大;圖6摩擦力矩與徑向偏心距e的關(guān)系曲線圖7摩擦力矩與偏心

9、角的關(guān)系曲線(2)對于同一口徑的三偏心蝶閥,其摩擦力矩與徑向偏心距e近似成正比,而其變化也很明顯,在設(shè)計時應(yīng)盡量減小e的值;(3)同樣對于同一口徑的三偏心蝶閥,其摩擦力矩與角偏心近似成反比,增加偏心距有利于減小摩擦力矩,這是蝶閥三偏心結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點,一般取0。參考文獻(xiàn)：1SinghPhullH.Newdevelopmentsintriple-offsetbutterflyvalvesJ.WorldHYPERLINK/pumps/Pumps,2004,(456):40244.2李咸有.三偏心蝶閥的蝶板偏心角及回轉(zhuǎn)中心位置的優(yōu)化設(shè)計J.HYPERLINK/liuti/流體機械,2000,28(11

10、):22225.3張清明.雙斜面三偏心蝶閥的設(shè)計J.HYPERLINK/valve/閥門,2005,(5):125.4梁瑞,姜峰,周新華,等.三偏心蝶閥金屬密封副干涉三維分析J.流體機械,2003,31(8):18220.5梁瑞,姜峰,俞樹榮,等.三偏心結(jié)構(gòu)蝶閥金屬密封副干涉幾何學(xué)分析J.流體機械,2003,31(5):22224.6郝承明.三偏心蝶閥密封結(jié)構(gòu)的分析與研究J.閥門,2001,(1):125.7吳健.三偏心蝶閥的力學(xué)分析J.煤礦機電,2006,(3):8210.振動時效技術(shù)在碟閥體中的應(yīng)用時間:2009-08-27來源:漯河市職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系編輯:劉宏杰內(nèi)容提示：本文根據(jù)振

11、動時效的原理，詳細(xì)介紹了該裝置的操作方法和原理，結(jié)合碟閥體的結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力特點，從振動時效的操作方法和工藝參數(shù)的優(yōu)化等方面作了分析，提出了一些有效的技術(shù)方法，對于更好地推廣應(yīng)用振動時效技術(shù)起到了指導(dǎo)作用。時效是消除機械加工零件殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)工藝。振動時效在70年代起源于美國，后來在德國、英國、法國得到了廣泛的應(yīng)用，我國從80年代初開始引進(jìn)使用振動時效工藝。由于振動時效是一種高效、節(jié)能、環(huán)保及低成本的時效方法，與傳統(tǒng)的熱時效和自然時效相比，振動時效具有生產(chǎn)周期短，場地簡單靈活方便，生產(chǎn)費用低，無環(huán)境污染等優(yōu)點。由于振動時效的無比的優(yōu)越性，又適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對能源和環(huán)保的要求，應(yīng)用振動時效是企業(yè)改進(jìn)傳統(tǒng)

12、工藝提高市場競爭力的最佳選擇，目前在某些方面已取代了傳統(tǒng)的熱時效和自然時效。1、振動時效機理及裝置的原理1.1、振動時效機理工件在毛坯制造及切削加工等過程中，使內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，致使工件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，降低了尺寸穩(wěn)定性和機械物理性能。振動時效工藝是通過錘擊來消除金屬工件中的殘余應(yīng)力的。工件在周期外力作用下產(chǎn)生共振，共振中交變動應(yīng)力與工件內(nèi)部殘余應(yīng)力疊加，經(jīng)過一定時間，材料發(fā)生局部屈服，導(dǎo)致晶內(nèi)和晶界錯位產(chǎn)生滑移，原子從不穩(wěn)定位能高的位置移向較穩(wěn)定的位能低位置。經(jīng)過此過程，工件宏觀殘余應(yīng)力得到遷移、降低和均化，從而降低或消除工件的內(nèi)部殘余應(yīng)力。1.2、振動時效裝置的原理機械振動時效裝置主要包括激

13、振器、控制主機、加速度傳感器、支撐橡膠等部分。主要功能是控制激振器在某個激振力輸出水平，在一定頻率(轉(zhuǎn)速)范圍對任一頻率以較高的穩(wěn)頻精度工作.尤其是共振峰前后負(fù)載特性變化較劇烈的情況下，并記錄、識別和輸出有關(guān)時效曲線及參數(shù)。其工作原理圖如圖1所示。2、碟閥箱體振動時效的工藝振動時效的效果取決于振動時效的工藝的選擇。如圖2所示是一個冶金蝶閥體，是由鑄造而成的結(jié)構(gòu)件，其形狀復(fù)雜，剛性相對大，凸凹面多，壁厚不均，殘余應(yīng)力大且分布繁雜。以前采用自然時效的工藝中存在很多的缺點，某公司自2005年開始采用振動時效工藝以來，在產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面取得了很大的進(jìn)步。多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明:由于振動時效的工

14、藝比較復(fù)雜，必須對箱體類零件進(jìn)行振前的工藝分析，設(shè)計優(yōu)化振動參數(shù)以提高振動時效的效果。2.1、工藝分析按照振動失效的工藝規(guī)范，對工件時效前應(yīng)進(jìn)行工藝分析，以達(dá)到節(jié)約電能和工作時間的目的。首先，應(yīng)根據(jù)工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、毛坯制造的工藝形式和過程，分析箱體的殘余應(yīng)力場的分布，尺寸精度要求，以及工作載荷，可能的失效原因等因素進(jìn)行分析，然后再決定實施振動時效的工藝路線及時效重點部位。冶金蝶閥體一般按箱體類工件對待，該類工件的結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜，受力條件惡劣。箱體毛坯一般是鑄造或焊接的構(gòu)件，對于鑄件產(chǎn)生的殘余應(yīng)力應(yīng)根據(jù)鑄造工藝，如結(jié)構(gòu)形狀、澆口位置、壁厚薄及冷卻的情況來分析判斷應(yīng)力的情況。對組焊件來說，各焊接件的先焊和后焊的次序、坡口的大小及焊縫的形狀和位置等，對產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大小和分布均有影響。根據(jù)箱體在服役時的載荷情況來分析，箱體的承受的工作載荷往往較復(fù)雜，由于冶金蝶閥體在工作中主要承受彎曲變形，因此，該類工件失效振動則主要采用彎曲振型。2.2、工藝參數(shù)的優(yōu)化振動時效的工藝參數(shù)包括激振點、支撐點、激振頻率、激振力和激振時間，這些參數(shù)的選取應(yīng)依據(jù)工件的固有振動特性來確定。當(dāng)激振頻率處于工件的固有頻率附近時，用較小的激振力可以激起足夠大的動應(yīng)力，只有用工件固有頻率進(jìn)行激振，才能最經(jīng)濟、最簡便、最迅速地降低工件的殘余應(yīng)力。但是在實踐中發(fā)現(xiàn)，由于采用激振力大小、激振力頻率和激振點的