DN15電動(dòng)球閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【9張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書(shū)】【2011定做獨(dú)家】

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DN15 電動(dòng)球閥 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) DN15電動(dòng)球閥 DN15電動(dòng)球閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 畢業(yè)論文 任務(wù)書(shū) 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)設(shè)計(jì)

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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;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)各部門所需要的閥門數(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。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,閥門可比喻為“管路的咽喉”。

球閥是本世紀(jì)50年代問(wèn)世的一種閥門,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、“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)閥門市場(chǎng)的調(diào)查分析,在“十一?五”中,閥門需求量的總體趨勢(shì)為上升趨勢(shì),閥門這個(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)需求占閥門試產(chǎn)需求的15.5%,是各類閥門中需求最多的。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,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)一家閥門公司已制造出通徑為6″的塑料球閥;美國(guó)一家閥門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。考慮到摩擦面的磨損,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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