DN15電動球閥傳動機構(gòu)設(shè)計
46頁 11000字數(shù)+論文說明書+任務(wù)書+9張CAD圖紙【詳情如下】
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DN15電動球閥傳動機構(gòu)總裝圖.dwg
DN15電動球閥傳動機構(gòu)設(shè)計說明書.doc
任務(wù)書.doc
電動球閥原理圖.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
齒輪傳動裝配圖.dwg
電動球閥傳動機構(gòu)設(shè)計
目錄
第1章 引言 1
1.1課題來源 1
1.2選題目的和意義 1
1.3球閥的發(fā)展趨勢 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)長度及連接法蘭尺寸 6
第3章 運動軌跡設(shè)計 7
3.1球閥啟閉運動軌跡 7
3.1.1滾動啟閉 7
3.1.2球閥擺動 7
3.1.3凸輪的輪廓 8
3.2球閥下支承外形 10
3.2.1滾動柱面與倒角半徑 10
3.2.2倒角中心點位置 11
3.3.3滾動空間 12
第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 13
4.1閥桿機構(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)計與計算 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球閥銷軸接觸強度 23
4.3.3球閥下支承的接觸強度 24
第5章 工作能力校核 31
5.1工作壽命 31
5.2實際工作壓力的潛力估計 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壽命和實際工作潛力估計 38
5.3.1壽命估計 38
5.3.2承壓能力估計 39
結(jié) 論 40
致 謝 41
參考文獻 42
摘要：該設(shè)計是為了改善傳統(tǒng)球閥的缺點而做的，傳統(tǒng)球閥的缺點是摩擦大、使用壽命短、密封性能不好。此設(shè)計可以根據(jù)流體沖蝕磨損、腐蝕程度和工作壓力來調(diào)整密封比壓。電動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實現(xiàn)球閥的電動開啟、關(guān)閉和金屬密封的新型閥門；所以設(shè)計中的關(guān)鍵問題是要避免產(chǎn)生摩擦，密封要緊，最終達到高效率、高質(zhì)量、耐用性等要求。本論文研究對電動球閥的運動和動力分析方法，完成了球閥啟閉運動軌跡、球體運動空間以及主要零部件的受力分析設(shè)計。該球閥具有啟閉無磨損，關(guān)閉時壓力可調(diào)節(jié)和啟閉省力的優(yōu)點；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，延長了球閥的使用壽命。
關(guān)鍵詞：電動；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課題來源
閥門是一種量大面廣的通用機械產(chǎn)品，國民經(jīng)濟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)離不開管路，而控制介質(zhì)流動則離不開閥門。凡是需要對流動介質(zhì)進行控制的地方，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年代問世的一種閥門，在半個世紀(jì)的時間里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類。球閥經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展已經(jīng)有了很大的改進和發(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：
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)簡單。
傳統(tǒng)球閥明顯的缺點：
1）閥的開啟和關(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。
4）大型的球閥開啟和關(guān)閉比較費力
因此設(shè)計一種電動的球閥即可以改變傳統(tǒng)球閥摩擦大的缺點，使球閥更耐用和可靠。該畢業(yè)設(shè)計旨在減小傳統(tǒng)球閥的摩擦，適當(dāng)補償磨損，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)保工程等球閥市場需求很大。通過對閥門市場的調(diào)查分析，在“十一?五”中，閥門需求量的總體趨勢為上升趨勢，閥門這個量大面廣的產(chǎn)品，其需求量在穩(wěn)定中增長。其中球閥的市場需求占閥門試產(chǎn)需求的15.5%，是各類閥門中需求最多的。由此可見，球閥在我國有著巨大的市場潛力。
1.2選題目的和意義
1）通過本設(shè)計掌握機械新型設(shè)計的方法，以及更深入掌握機械原理，機構(gòu)綜合的知識。
2）過本設(shè)計掌握機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，更深入掌握機械設(shè)計，材料選擇等知識。
3）會查閱和收集資料，學(xué)會使用手冊及圖表資料。
4）培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計的思維，為今后工作打下堅實的基礎(chǔ)。
5）通過調(diào)查研究國內(nèi)外在這方面的發(fā)展情況,明確我國制造業(yè)現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)國內(nèi)外的先進制造技術(shù)。
1.3球閥的發(fā)展趨勢
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年代美國就開始設(shè)計球閥，但是由于當(dāng)時缺乏合適的材料，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；同時，也由于機床工業(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到3050mm，這是美國Escher Wyss公司為田納西州的一個泵站所提供的4臺球閥，用作透平機出口的切斷閥，設(shè)計壓力為4.8Mpa。球閥的最高工作壓力已達到72Mpa，其相應(yīng)溫度高達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。
全塑料球閥近年來發(fā)展較快。其特點是：耐腐蝕、總量輕、成本底。在水道、化學(xué)管道上應(yīng)用越來越廣。德國一家閥門公司已制造出通徑為6″的塑料球閥；美國一家閥門公司制成一種含氟塑料球閥，它具有高強度、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和他所受外界自然條件的影響，進行抗地震的彎曲實驗、防止火災(zāi)蔓延的實驗、耐氣候條件的綜合實驗、緊急切斷實驗等。
為了適應(yīng)高溫工況的需求，近年來還發(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一國防科研的實驗系統(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不斷研制出來。
b) 新型球閥結(jié)構(gòu)將會不斷涌現(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)計的。
c) 全塑料球閥將會有很大發(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)展將會使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進一步擴大。
d) 長輸管線球閥會在遙控、自控、工作可靠性、壽命等諸方面得到提高，它們的需求量也會增加。
1.4本文研究的主要內(nèi)容
電動球閥在國外研究較早，現(xiàn)在技術(shù)基本成熟；國內(nèi)雖也有單位進行過研究并投入了生產(chǎn)，但明顯落后于國外，國內(nèi)需求還依賴于進口，技術(shù)還不夠成熟，有待于進一步完善其技術(shù)，更廣泛的投入生產(chǎn)。電動球閥有很廣的國內(nèi)外市場，特別是我國西氣東輸工程中應(yīng)用甚廣。
本文詳細闡述了“電動球閥的原理研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計”，討論了實現(xiàn)軌道（即球閥運動功能）的設(shè)計實現(xiàn)，以及CAD軟件的應(yīng)用過程，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：
1) 詳細分析了運動原理。該設(shè)計是通過閥桿頭部的斜面凸輪和和螺旋導(dǎo)軌槽的配合來實現(xiàn)球閥的啟閉運動。
2) 詳細討論了運動軌跡的設(shè)計。通過數(shù)學(xué)方法和數(shù)據(jù)計算詳細說明了球閥啟閉的運動軌跡，如圖2-1所示。
3) 在認識了運動原理和運動軌跡設(shè)計后，利用CAD軟件繪制工程圖
根據(jù)式（5—1）和（5—2）式計算，柱銷在接觸應(yīng)力條件下工作可達 次，但必須注意到在計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，同時考慮到在作金屬材料接觸疲勞試驗測定接觸疲勞極限的條件與使用條件區(qū)別很大，因此估計本設(shè)計使用壽命為 次左右。
5.3.2承壓能力估計
球閥式按額定壓力PN=2.5Mpa要求設(shè)計，在已設(shè)計結(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度不夠限制，只能達到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M16螺栓，使連接螺栓曾至16個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，由一定儲備，因此極限，短期使用壓力可達16Mpa左右。推薦使用壓力可達10Mpa。XA
在實際使用壓力 后，在閥桿頭部承受較大力的作用，當(dāng)p=16Mpa時，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)計上薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)在今后改進設(shè)計中進一步解決。
本部分介紹估計球閥工作能力方法，主要考慮短期峰值工作能力，不能作為球閥產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)或方法。在本產(chǎn)品設(shè)計中仍應(yīng)該按有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和通用（普通認可）閥門設(shè)計方法或步驟進行。
結(jié) 論
本文對電動球閥運動原理進行了分析和研究，并對電動球閥的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。
針對普通球閥的密封性差，易磨損，開啟力矩大的特點，本設(shè)計在分析電動球閥的運動過程中，采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)其運動、并且利用凸輪機構(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)計出電動球閥。
在該設(shè)計的整個過程中，重難點在于凸輪與柱銷接觸及運動過程中所產(chǎn)生的幾何關(guān)系，通過計算分析可以證明凸輪的兩個傾斜面并不是平行面，而是兩個傾角不同的斜面。本設(shè)計的一個創(chuàng)新點也在此處得以體現(xiàn)，原來結(jié)構(gòu)用的7度傾角，在本設(shè)計中通過計算證明采用6度更好，這樣能夠增大磨損補償量。本設(shè)計的另一個重點在導(dǎo)軌套的導(dǎo)軌設(shè)計，由閥桿行程可以確定垂直距離，但是開口大小就得由滾子強度計算而得。解決了以上的重難點后，主要工作在于標(biāo)準(zhǔn)件的選取。選取了標(biāo)準(zhǔn)件并進行強度校核。
完成以上工作后，本設(shè)計已經(jīng)基本完成任務(wù)。但是由于時間和個人能力有限，在該設(shè)計中還存在一些不足和可以改進的地方，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)無不滲透導(dǎo)師的心血。在此，我謹向老師表示衷心的感謝。在畢業(yè)設(shè)計過程中，導(dǎo)師對我的影響很大：對學(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)管理工作進程；對朋友、同事要真誠，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?？傊嬲\的說，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造了良好的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，給了我熱情的幫助。
同時借此機會，我還要向在畢業(yè)設(shè)計期間給予我關(guān)心幫助的老師和同學(xué)表示感謝！
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太 原 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù) 書 第 1 頁 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 動球閥 傳動機構(gòu) 設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 要求 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的理論知識與技能解決具有一定復(fù)雜程度的工程實際問題的綜合性工程實際訓(xùn)練 ; 是學(xué)生綜合素質(zhì)與培養(yǎng)效果的全面檢驗 ; 是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認證的重要依據(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)計的主要任務(wù)獨立完成有關(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 理的傳動方式來運行成電動球閥的設(shè)計方案， 進而運用大學(xué)期間所學(xué)的科學(xué)文化知識，獨立完成： 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算和元器件選型設(shè)計，來 達到滿足工業(yè)生產(chǎn)要求為標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計期間同時完成有關(guān)圖紙： 1、 總裝圖 2、 齒輪傳動部件圖 3、 單個齒輪零件圖 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（論文） 原始數(shù)據(jù) 1、 電動球閥通徑 閥開啟關(guān)閉力矩 9 2、 電動球閥的開啟時間 6s； 3、 電動球 閥 4、電機轉(zhuǎn)速 3500 r/ 第 2 頁 第 3 頁 畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 1、傳動 系統(tǒng) 的總體方案設(shè)計 ； 2、進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 ； 3、對結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件進行設(shè)計 ,并繪制工程應(yīng)用圖紙 ； 4、對設(shè)計的關(guān)鍵零部件進行校核 ； 5、對自己所做的畢業(yè)設(shè)計進行匯總，編寫設(shè)計說明書。 學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文）： 1、開題報告，英文翻譯； 2、 總裝圖 3、 齒輪傳動部件圖 4、 單個齒輪零件圖 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)計說明書。 第 4 頁 主要參考文獻（資料）： 1、 邱宣懷 主編 . 機械設(shè)計 . 北京：高等教育出版社 、 徐灝 主編 . 機械設(shè)計手冊 . 第三卷 . 北京：機械工業(yè)出版社 3、 鄭文緯 吳克堅 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、 機械工業(yè)出版社 編 計手冊 專業(yè)班級 07 機械設(shè)計 學(xué)生 張月文 要求設(shè)計（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