電動(dòng)球閥畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要本文根據(jù)已知的電動(dòng)球閥設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì) DN為100mm設(shè)計(jì)壓力為50公斤的球 閥進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括了材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核等，在結(jié)構(gòu)和材料方面 在滿足強(qiáng)度的前提下，盡量降低結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以更小的消耗、更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來 實(shí)現(xiàn)成品的設(shè)計(jì)優(yōu)化，我們需要根據(jù)球閥的特點(diǎn)來選擇合適的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)以已給的設(shè)計(jì)條件為著眼點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)國家閥門標(biāo)準(zhǔn)為中心，借助 soliderworks三維軟件、AUTOCAD維制圖軟件根據(jù)球閥設(shè)計(jì)手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)框架的 結(jié)構(gòu)形式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了三維建模、二維制圖，最終確定球閥的結(jié)構(gòu)形式。1緒論電動(dòng)球閥簡(jiǎn)介電動(dòng)球閥（英文名： Electronic Ball Valve ）由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和

2、球閥共同構(gòu)成電動(dòng)球閥。是工業(yè)自動(dòng)化過程控制的一種管道壓元件，通常用于管道介質(zhì)的遠(yuǎn)程開、關(guān)（接通、切斷介質(zhì)）控制。電動(dòng)球閥標(biāo)準(zhǔn) GB/T21465-2008閥門術(shù)語中定義為：?jiǎn)㈤]件（球體）由閥桿 帶動(dòng)，并繞閥桿的軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥門。主要用于截?cái)嗷蚪油ü苈分械慕橘|(zhì)，亦可用于流體的調(diào)節(jié)與控制，其中硬密封 V型球閥其V型球芯與堆焊硬質(zhì)合金的金屬閥座之間具有很J強(qiáng)的剪切力，特別適用于含纖維、微小固體顆料等介質(zhì)。電動(dòng)球閥分為電動(dòng)法蘭球閥，電動(dòng)對(duì)夾球閥，電動(dòng)焊接球閥，電動(dòng)絲扣球閥。根據(jù)密封形式還分為軟密封電動(dòng)球閥，硬密封電動(dòng)球閥。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀球閥是上世紀(jì)50年代問世的一種新型閥門。在短短的30多年里，球

3、閥已發(fā) 展成為一種主要的閥類，它在航空航天、石油化工、長(zhǎng)輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。目前球閥最大公稱通徑已達(dá)3050mm這是美國EscherWyss公司為田納西州的一個(gè)泵站所提供的四臺(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)72Mpa具相應(yīng)溫度高 達(dá) 1000 Co球閥不僅在一般工業(yè)管道上得到了廣泛應(yīng)用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液 氧與液輕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(diǎn)是：耐腐蝕、重量輕、成本低。西德一 家閥門公司已制造通徑為6 的塑料球閥；美國Hill Maccanng公司制成一種含 氟材料球閥，商業(yè)名稱為K

4、ynar,據(jù)稱有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，使 用溫度為250C。同時(shí)隨著時(shí)代的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以后，生產(chǎn)和制造技術(shù)有了顯著優(yōu)化提 高，同時(shí)，技術(shù)人員大都通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)和控制優(yōu)化，在很大程度上提高了設(shè)計(jì)速度和更新周期。目前，全球的控制閻市場(chǎng)如同大部分工業(yè)品一樣被三個(gè)經(jīng)濟(jì)體瓜分，分別是美國為代表的北美經(jīng)濟(jì)體，以德國、英國、法國為代表的歐盟地區(qū)，和以日本為代 表的亞太地區(qū)。美國是全球最大的閥門供應(yīng)商，其閥門協(xié)會(huì)有超過 110家企業(yè)，年產(chǎn)值超過 40億美元。1984#就在中國開展業(yè)務(wù)的FIS燈訊控制閥由于進(jìn)入中國較早，其產(chǎn) 品已經(jīng)成為中國教科書的樣板。德國在二戰(zhàn)之后迅速恢復(fù)經(jīng)

5、濟(jì)，其產(chǎn)品通過優(yōu)良的質(zhì)量迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。 德國 閥門企業(yè)一般都屬于專業(yè)性很強(qiáng)的公司， 在某一類產(chǎn)品的研究、設(shè)計(jì)和制造方面 都有自己的特色。日本作為世界第二經(jīng)濟(jì)體，其閥類產(chǎn)品由于價(jià)格適中，質(zhì)量較好，迅速占領(lǐng) 了中國中低端市場(chǎng)。目前我國關(guān)于球閥的生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模小、 科研能力弱，大多通過參考外國 產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，其主要原因是技術(shù)投入資金不足， 科研人員數(shù)量不足，所以 在國內(nèi)很多的大型工程招標(biāo)中大多被外國閥門企業(yè)所壟斷。本文研究的主要內(nèi)容、方法和目標(biāo)球閥作為新型的閥門品種之一，關(guān)于球閥的設(shè)計(jì)方案十分稀少，本文的主要 研究?jī)?nèi)容包括對(duì)球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。球閥的設(shè)計(jì)要求保證合適的強(qiáng)度與剛度， 從而保 證球閥的壽

6、命和穩(wěn)定性。本課題主要以 DN為100mm P為50公斤的球閥，進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核，以及關(guān)鍵零部件的分析，同時(shí)進(jìn)行三維建模。課題的研究?jī)?nèi)容和方法主要包括：(1)設(shè)計(jì)球閥結(jié)構(gòu)并進(jìn)行強(qiáng)度校核通過設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 主要包括閥體、閥桿、閥芯以及省力 機(jī)構(gòu)的選用與設(shè)計(jì)，并對(duì)其受力分析，然后再確定材料后進(jìn)行強(qiáng)度校核。(2)建立球閥的三維模型通過soliderworks三維軟件對(duì)球閥零件進(jìn)行實(shí)體建模，并進(jìn)行裝配。對(duì)球閥的三維模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，忽略不受力的小零件，2球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核球閥的構(gòu)成、作用原理、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)分類球閥的構(gòu)成介船流向Tne medium Hows 汨師震力甲面彈ItP

7、re- liqhi sirengm Diane 和K婚AWiV. tj9rhEm. com1金屬密封座或曜網(wǎng)霞乙濡竭座2自由施前孔3.狼峙抻喇特性流線里外峰4祠定件5.澗蟀也取箱承L MclJ 苦 坐爐 or legion valvti scat 2 Free mt新匕 m歸 3 0口wa固叫 conlrod tlwac出他叱 sl/eamfe Dmin ,式中Dmin為最小球體直徑（124mm ；D2閥座外徑（120mm ；d一球體通道孔直徑（100mm ；A球體實(shí)際直徑（160mm。由上面可知可取球體直徑 D=160mm D2=122mm球體與閥座之間密封比壓的確定必需比壓的計(jì)算必需比壓是

8、為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力，以 qb表示。由于流體壓力或附加外力的作用，在球體與閥座之間產(chǎn)生壓緊力，于是必需比壓式球閥設(shè)計(jì)中最基本的參數(shù)之一，它直接影響球閥的性能及結(jié)構(gòu)尺寸。qMF=4.216下面是由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的計(jì)算公式(2-2)式中m-與流體性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；a, c與密封面材料有關(guān)的系數(shù)；P流體工作壓力；b 一密封面在垂直于流體流動(dòng)方向上的投影寬度 b=t COS =4.375mmt一密封面寬度7mm其中查表2-1可得m=1.4, a=1.8, b=0.9 , P=5Mpa b將在下面中計(jì)算得出。表2-1管封卸材料aC鋼、硬質(zhì)合金3.51聚四氟乙烯、尼龍1.80.9銅、鑄

9、鐵3.01中硬橡膠0.40.6軟橡膠0.30.4需用比壓選擇密封面單位面積上允許的最大壓力稱為需用比壓，以 Iq】表示。本此設(shè)計(jì)球閥通過查詢球閥設(shè)計(jì)與選用密封面材料許用比壓表可知，選取聚四氟乙烯 q 1=17.5Mpa設(shè)計(jì)比壓的計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)確定的在密封面單位面積上的壓力， 稱為設(shè)計(jì)比壓，以q表示。選擇 比壓比應(yīng)是密封可靠、壽命長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)緊湊。必須保證：qMF q 二q（2-3）設(shè)計(jì)比壓按圖2-2中的力的平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算:(2-4)Nq=s式中N 球體對(duì)閥座密封面的法向力（N）;cos(2-5)S一閥 與球體杰出的球星環(huán)帶面積，S=2n r（Li-L2）Q一作用于閥座密封面上的沿流體方向的合力;*一

10、密封面法向與流道中心線的夾角cosL1 L2R- =0.625Li,L2一球體中心線執(zhí)法作兩段面的距離（mm , 、二；Dmn =106閥座內(nèi)徑；Dmw =122閥座外徑；Di DoDm一閥座平均直徑（mm , Dm =2=114;2R=80球體半徑（mim 。整理可得：(DmwDmn)P4(DMW -Dmn )(2-6)由于球閥的密封力還未計(jì)算故需計(jì)算完，故在下節(jié)給出設(shè)計(jì)比壓的計(jì)算結(jié)果。圖2-2 比壓計(jì)算圖球閥密封力的計(jì)算為簡(jiǎn)化計(jì)算，往往忽略預(yù)緊力Qi，閥座滑動(dòng)摩擦力及流體靜壓力Q2在密封面余隙中的作用力Qj ,這樣密封力僅等于流體靜壓力在閥座密封面上的作用力Qmj (N),即q =(Dmw

11、 *Dmn)p =171.81KN(2-7)4( Dmw - Dmn )將上式代入式2-5可得q =2(p+0.4) bl(2-8)可得q=10.8在球閥初步設(shè)計(jì)時(shí)，為了便于確定 b, DN及P的關(guān)系，設(shè)D1= DN , q=h代入 上式可得(2-9), DNbP (mrh4b 1- P由需用比壓q】=17.5Mpa, DN=100mjmP=5Mpg弋入得: b=7.69mm代入式2-2可得Qmf =4.216顯然滿足Qbq h球閥密封力的精確計(jì)算還要計(jì)算預(yù)緊力Qi ,故可知；Q=Qi +Qmj(2-10)預(yù)緊力計(jì)算公式如下：冗 ,_22Qi = hmin ( DmW - D MN )4(2-11 )式中 hmin 一 預(yù)緊所需的最小比壓 ,qmin = 0.1P ;dmn、dmw 一閥座內(nèi)徑和外徑(mm。可得 Q1=1.431KN,故 Q=173.241KN2.5球閥的轉(zhuǎn)矩計(jì)算由于本球閥為浮動(dòng)球閥故其轉(zhuǎn)矩 M 0計(jì)算公式如下：M = M m Mt M u(2-12)式中M m球體與閥座密封面間的摩擦轉(zhuǎn)矩；M m一閥桿與填料之間摩擦轉(zhuǎn)矩；M u 一閥桿臺(tái)肩與止推墊間的摩擦轉(zhuǎn)矩。風(fēng)和M u的計(jì)算見2.7.2 0Mm = Fr(2-13)式中F一球體與閥座之間的密封力，F(xiàn) =NNT, NQ-