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1、长江大学工程技术学院毕业设计(论文)题 目 名 称D341X-10蜗轮蜗杆法兰式蝶阀设计系 部机械系专 业 班 级机械61202学 生 姓 名指 导 教 师辅 导 教 师时 间目录毕业设计任务书开题报告指导教师审查意见评阅老师评语答辩会议记录中文摘要外文摘要D341X-10蜗轮蜗杆法兰式蝶阀设计前言通过我们不断地对市场进行调查，发现蝶阀结构相对比较简单，组成主要是由几个简单的零件构成；主要特点是容易安装，其体积是阀体设计中最小的，而且在工作的过程中驱动尺寸和驱动力都是比较小的，这样就使得其在操作的过程中中比较迅速，只需旋转90即可快速启闭；蝶阀在现在的市场上应用的也逐渐广泛，特别是蝶阀处于完全
2、开启位置时，工作效率最高；通过我们分析了解到蝶阀有弹密封和金属的密封两种形式。这两种密封形式都比较实用；假如要求蝶阀作为流量控制使用，我们必须选择好阀门的正确尺寸和合适类型；蝶阀在现如今的市场上主要广泛应用在石油、煤、天然气等等；我们在实际中常用的蝶阀有对夹式蝶阀和法兰式蝶阀两种。这两种蝶阀都具有各自的特点，在市场上也都占有一定的比重。全套图纸，加153893706蝶阀主要是用圆形蝶板作启闭件并随阀杆转动来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。这种阀门必须安装在管道的正确方向，以免在后续的过程中出现异常；在工作的过程中圆盘形蝶板绕着轴线旋转，随着力的不断增大，旋转角度也随之改变，最终在090之间
3、，旋转到90时，阀门则牌全开状态。1 蝶阀的特点蝶阀的体积相对较小，重量也比较轻，导致在后续的过程中安装尺寸也相应容易；从介质上分析看属于截断、接通介质，具有良好的流体控制特性和关闭密封性能。公称压力或压力级：PN1.0-4.0MPa、ANSI CLASS 150-300LB、JIS10-20K适用温度：196700驱动方式：手动、蜗轮传动、气动、电动、液动、气液联动、电液联动阀体材料：HT200、WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。蝶板的流线形设计是一种比较节能的形式；在后续
4、的应用中经过调质处理，形成了很好的综合能力和抗腐蚀性明显提升；阀杆的填料相对比较稳定，不容易被破坏，密封也比较可靠。与连接方式有法兰连接、对夹连接、对焊连接及凸耳对夹连接。驱动形式有手动、蜗轮传动等执行机构，在这里不一一说明，最后在后续的工作中能实现自动化是我们的主要目标。就现在来看，蝶阀也逐渐的取代了闸阀。蝶阀得实际时间比较短，操作力矩小，安装空间小和重量轻。这些重要的特点都使得蝶阀在后续的工作中用的越来越多。橡胶软密封蝶阀缺点是作节流使用时，很容易产生汽蚀，所以，我们在设计的过程中一定要保证其良好的气密性；近期还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形蝶阀。通过考虑密封座的实际寿命，我们发现橡胶
5、型阀座的应用不如金属型的，橡胶15年到20年，金属的80年到90年。蝶阀处于中开度时，阀体与蝶板前端形成的开口形状以阀轴为中心，两侧形成完成不同的状态，一侧方向不变，另一侧逆向，这样做的目的是减少测流速度，防止出现橡胶密封件脱落的现象。蝶阀操作力矩，主要是启闭方向不同，导致因大口径阀的使用受限，在目前的情况下，防腐合成橡胶和聚四氟乙烯不断广泛应用，蝶阀逐渐满足于不同的工作条件。通过我们不断地分析和总结，发现在最近的几年中，金属硬密封蝶阀发展加速，随更多是耐强腐蚀、耐强冲蚀、高强度合金材料在蝶阀中的应用，随之取代了截止阀、闸阀和球阀。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在启闭瞬间，蝶阀的全部开关都会绕
6、着轴线旋转；蝶阀和蝶杆本身没有自锁有力，但是为了蝶板的定位，必须在阀杆上加装蜗轮减速器。这样做不但可以使蝶板具有自锁能力，还可以让蝶板停止在任意位置上，极大的促进了蝶阀的发展；工业专用蝶阀的特点也比较多，最突出的特点是耐高温，阀门能耐高温，密封圈采用金属环代替橡胶环。在后续的发展过程中应用的也越来越多。蝶阀优点1. 启闭方便迅速、省力、流体阻力小，可以经常操作。2. 结构简单，体积小，重量轻。3. 可以运送泥浆，在管道口积存液体最少。4. 低压下，可以实现良好的密封。5. 调节性能好。蝶阀缺点：1. 使用压力和工作温度范围小。2. 密封性较差。 蝶阀可以按结构形式、密封形式对其详细的划分，在这
7、块，我们主要对其密封形式进行详细的划分，包括较密封型和硬密封型两种。2.蝶阀的类型1同心蝶阀：这样的蝶阀在后续的工作过程中应用的相对比较多，特别是当出现在同一位置时；而且现在的衬胶蝶阀也属于这一类的。但是这样的方式也具有一定的缺点：阻距大、磨损快是其最大的缺点。图1 蜗杆传动蝶阀2单偏心蝶阀：这样的蝶阀很容易受到挤压，主要表现是阀杆轴心偏离了蝶板，导致了蝶板上下端与阀座的过度挤压。双偏心蝶阀：这样的阀在目前的应用是最多的，主要表现为在阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。双偏心的效果使阀门被开启后蝶板能迅即脱离阀座、大。从而减少了摩擦，增加了使用寿命。蝶阀结构简单，体积小优势在很大的程度上比
8、之前也有所减小，这样就很大的减小了驱动力矩；器良好的流量调节功能和关闭密封特性，在现在的市场上也逐步凸显。因此，蝶阀是主导的阀门形式。随着防腐合成橡胶和聚四氟乙烯的广泛出现，我们发现蝶阀的性能逐渐提升了，而更多耐高温、耐低温、耐强腐蚀、耐强冲蚀、高强度合金材料在蝶阀中的应用也在逐步增多，最终我们相信蝶阀一定会取代整个市场。3.设计计算3.1阀体壁厚 零件名称 阀体材料牌号 WCB序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1计算壁厚mm4.32计算压力PN设计给定Mpa1.03计算内径DN设计给定mm1504许用拉应力查实用阀门设计手册表3-3Mpa825腐蚀余量C设计给定mm36实际壁厚设计
9、给定mm12结论：1. ，故合格。2管路附件温度压力级是根据材料相应温度下的许用应力制定的，故不进行高温核算。图2 阀体3.2密封面上计算比压零件名称 阀座材料牌号 304序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1密封面上总作用力N377992密封面上介质作用力N261793密封面内径设计给定mm1504密封面外径设计给定mm1565密封面与球面接触半角设计给定726阀座密封面宽度设计给定mm7.87设计压力P设计给定Mpa1.08密封面上密封力N116209密封磨擦因数查实用阀门设计手册表3-260.310密封面必须比压查实用阀门设计手册表3-13Mpa1011密封面计算比压qMpa18
10、.7712密封面许用比压查实用阀门设计手册表3-14Mpa150结论：故合格。3.3阀杆力矩零件名称 阀杆材料牌号 2Cr13序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1蝶阀阀杆力矩Nmm498174.12密封面摩擦力矩Nmm410929.03密封面必须比压查实用阀门设计手册表3-13Mpa104蝶板密封半径R设计给定mm825密封面的接触宽度设计给定mm9.66密封面间的摩擦因数查实用阀门设计手册表3-260.307阀杆与蝶板中心的偏心矩h设计给定mm2.58阀杆轴承的摩擦力矩Nmm75002.19密封填料的中心力矩Nmm11139.110静水力矩当阀杆垂直安装时为0Nmm011动水力矩(
11、最大值通常在范围内)Nmm1103.8612作用在阀杆轴承上的载荷(密封状态时)N26786.513阀杆与轴承的摩擦因数设计给定0.214阀杆直径设计给定mm2915阀杆与填料间的摩擦力N795.64816阀杆与填料间的摩擦系数查实用阀门设计手册表3-15按2.2217填料宽度设计给定mm818填料深度设计给定mm4019计算压力p取公称压力PNMpa1.020重力加速度g981021计算升压在内的最大静水压头H见蝶板厚度计算表中Hmm21760022蝶板直径D设计给定mm15623蝶板开度为角时的流阻系数查实用阀门设计手册表5-158362024蝶板全开时的流阻系数查实用阀门设计手册表5-1
12、580.22225蝶板开度为角时的动力水系数查实用阀门设计手册表5-15814620026全开始介质的流速取10003000的中间值200027蝶板开度角3.4阀杆强度验算零件名称 阀杆材料牌号 2Cr13序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1蝶阀阀杆力矩见阀杆力矩计算表Nmm4981742阀杆截面积mm615.73阀杆直径设计给定mm294断面系数W4310.35阀杆总轴向力N131206密封面摩擦因数实用阀门设计手册表3-260.307密封面上总作用力见密封面上计算比压序号1N377998阀杆径向截面上介质作用力N984.79计算压力P取公称压力PNMpa1.010阀杆与填料间的摩
13、擦力见阀杆力矩序号15N795.64811阀杆轴向应力Mpa21.312阀杆扭应力Mpa115.613许用拉应力实用阀门设计手册表3-7Mpa22014许用扭应力实用阀门设计手册表3-7Mpa145结论： 故合格。3.5蝶板厚度计算零件名称 蝶板材料牌号 304序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1蝶板中心处厚度bmm202蝶阀流道直径D设计选定，通常mm1503考虑到水击升压的介质最大静压水头Hm157.64由于蝶板的快速关闭，在管路中产生的水击升压值Mpa0.5765体积流量设计选定114.06阀座通道截面积A设计给定15836.87蝶板从全开到全关所经历的时间t设计确定S5图3
14、蝶板尺寸及受力分析图3.6蝶板强度验算零件名称 蝶板材料牌号 304A-A断面强度校核序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1A-A断面的弯应力Mpa25.22A-A断面的弯矩Nmm414951.53介质压力P取p=PNMpa1.04蝶板外径设计选取mm1565A-A断面的抗弯断面系数16490.36A-A断面的惯性矩380100.97蝶板中心处最大厚度b见蝶板厚度计算序号1mm46.18蝶板与阀杆配合孔长度设计给定mm259蝶板与阀杆配合孔直径d设计给定mm2910材料许用弯应力查实用阀门设计手册表3-3Mpa102B-B断面强度校核序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1B-B
15、断面的弯应力Mpa34.12B-B断面的弯矩Nmm562674.23介质压力P取p=PNMpa1.04蝶板外径设计选取mm1465B-B断面的抗弯断面系数16494.96B-B断面的惯性矩380208.37B-B断面平均厚度设计给定mm208蝶板中心处最大厚度b见蝶板厚度计算序号1mm20 3.7流量系数的计算序号计算数据名称符号式中符号公式单位计算数据1流量系数1699.12流量系数0.04763体积流量Q0.03714液道直径D设计给定mm1425流体在管道内的平均流速U取13的中间值26密度以水为介质10007阀门的压力损失Pa4448阀门的流阻系数查实用阀门设计手册表5-1580.22
16、24. 省力机构的设计和校核图4 蜗杆传动结构用于蝶阀的省力机构应当具有传动速比大，外形尺寸小，蝶板能固定在开关中间的任意位置，以及防止灰尘和污物进入装置内部等特点。其中以蜗轮蜗杆的特点最为明显，结构简单、传动比大，具有自锁性能。蜗轮和蜗杆通常用于垂直交叉的两轴之间的传动（图1）。很清楚的说明了蜗轮蜗杆之间的工作过程；计算速比（i）的公式如下：图5 蜗杆传动图：转速比：蜗杆转速；蜗轮转速；蜗杆齿数；蜗轮齿数蜗轮蜗杆主要参数与尺寸计算 主要参数包括：模数（m）、蜗杆分度圆直径（）、导程角（r）、中心距（a）、蜗杆头数（或线数）、蜗轮齿数（）等，根据上述参数可决定蜗杆与蜗轮的基本尺寸，其中、由传动
17、要求选定。蜗轮蜗杆主要参数的确定由于要求实现大传动比和反行程要求自锁的蜗杆传动取。根据蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值可知，取传动比i=30，。考虑到涡轮蜗杆中心距不能过小，取m=5，查GB/T 10085可知选m=5，q=10，蜗杆分度圆直径为50mm。根据阿基米德蜗杆传动主要几何尺寸的计算公式可知，中心距 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径 蜗杆分度圆直径 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗杆齿根圆直径 mm 蜗轮外径 ，取=160.4mm 蜗杆螺纹长度 ，取L=50mm 蜗轮齿根圆弧面半径 涡轮齿顶圆弧面半径 由于球阀球体工作只需旋转90，故可用120的扇形蜗轮代替全蜗轮，这样既简化了结构，缩小了体
18、积，又节省了原材料。蜗轮蜗杆的强度校核因为蜗杆传动的失效一般发生在蜗轮上，所以只需要进行蜗轮轮齿的计算。齿面接触疲劳强度的校核和计算公式如下： （1）式中 弹性系数，查表得=75； 载荷系数。取=1；蜗轮转矩；;m模数，m=5；图6 普通圆柱蜗杆传动蜗杆分度圆直径，=50mm；蜗轮齿数，=30。蜗轮的许用接触应力，=250。则图7 圆柱蜗杆传动主要参数=250，所以，满足要求。说明1模数为设计和加工方便，规定以蜗杆轴项目数和蜗轮的断面模数为标准模数。对啮合的蜗轮蜗杆，其模数应相等，及标准模数。标准模数可由表查的，需要注意的是，蜗轮蜗杆的标准模数值与齿轮的标准模数值并不相同。蜗杆分度圆直径d1：
19、制造蜗轮的时候，最好将尺寸、形状与蜗杆完全相同的蜗轮滚刀来进行切削加工。主要是考虑到模数蜗杆的直径可以各不相同，这就要求每一种模数对应有相当数量直径不同的滚刀，才能满足蜗轮加工需求。为了减少蜗轮滚刀数目，在规定标准模数的同时，对蜗杆分度圆直径亦实行了标准化，且与m有一定的匹配。蜗杆分度圆直径与轴向模数之比为一标准值，称蜗杆的直径系数。即有关标准模数m与标准分度圆直径的搭配值及对应的蜗杆直径系数参照表A2蜗杆导程角r 当蜗杆的q和z1选定后，在蜗杆圆柱上的导程角即被确定。导程角、导程和分度圆直径的关系。= = 相互啮合的蜗轮蜗杆，其导程角的大小与方向应相同。3中心距a 蜗轮与蜗杆两轴中心距a与模
20、数m、蜗杆直径系数q以及蜗轮齿数z2间的关系式如下：参考文献1陆培文阀门设计入门与精通M北京：机械工业出版社，2009：16142陆培文阀门制造工艺入门与精通M北京：机械工业出版社，2010：15273陆培文 高风琴阀门设计计算手册M第二版北京：中国标准出版社，2009：13664朱培元止回阀设计技术及图册M北京：机械工业出版社，2014：13985朱培元蝶阀设计技术及图册M北京：机械工业出版社，2012：1252 致 谢我的毕业设计论文快要结束了，此时此刻，我的心情非常激动，因为这样也许将意味着我的大学生活将要告一段落；在这，我先得感谢我的老师、我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的
21、谢意。感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持；感谢我的母校长大工院给了我在大学四年深造的机会；感谢长大工院老师同学们四年来的关心和鼓励。因为这个论文的写作是相对比较没有意思的，在另一方面也比较具有挑战性；在设计的这段时间内我的老师总是给我复习以前上课没有学到的知识点，这点让我特备欣慰；无论是从论文的选题、文献的选取、框架的设计、形式的布局到最终的论文定稿，老师们都给我指出了我的不足地方，我很高兴。我恩能够顺利完成这样难度的任务。最后要感谢我的家人对我的理解、支持和鼓励，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才发现自己还需要成长的地方那么多，我终于领会到了其中的真谛！最后，我要向各位指导老师致以诚挚的感谢和崇高的敬意！并且对于各位同学表达我真诚的谢意和真心的祝福！
