中线无销蝶阀的结构设计【带SolidWorks三维】【8张图纸】【优秀】【原创】
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中线
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中线无销蝶阀的结构设计
41页 15000字数+说明书+文献综述+SolidWorks三维图+8张CAD图纸【详情如下】
SolidWorks三维图.rar
xin上阀轴.dwg
下阀轴.dwg
丝堵.dwg
中线无销蝶阀的结构设计说明书.doc
总装配体.dwg
文献综述.doc
新阀体.dwg
装配体.dwg
阀座.dwg
阀板.dwg
目 录
中文摘要（关键词） 1
英文摘要（关键词）2
1前言 3
1 .1阀门概况 3
1.1.1阀门行业技术水平 3
1.1.2 国外阀门行业最新发展动向 4
1.2蝶阀 4
1.2.1蝶阀的发展 5
1.2.2蝶阀的结构特性 5
1.2.3阀门的性能和系统要求 6
1.2.4中线蝶阀 6
2 凸耳式中线无销蝶阀 7
3凸耳式中线无销蝶阀的总体设计 8
3.1设计的基本要求： 8
3.3阀座的设计与选择 9
3.4阀轴、阀板、阀体结构的选择 10
3.5凸耳式中线无销蝶阀的设计特点： 11
4中线无销蝶阀实体建模 12
4.1中线无销蝶阀建模过程 12
4.2中线无销蝶阀装配体及各部分零件 12
5中线无销蝶阀设计计算 17
5.1基本参数 17
5.2中线无销蝶阀典型计算 17
5.3轴的强度校核 26
6结论 27
参考文献 28
致 谢 29
摘 要
中线无销蝶阀是蝶阀中的一种，其主要特点就是阀轴与蝶板间的联结不需要用销联结，这种蝶阀结构简单紧凑，而且在很大程度上方便阀板的维修与拆卸（可现场拆装），并且无销蝶阀集成了蝶阀的一贯优点，无销蝶发不仅结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省，安装尺寸小，而且驱动力矩小，操作简便、迅速，并且还可同时具有良好的流量调节功能和关闭密封性能。
在国内外蝶阀发展现状的基础上，利用Solidworks的从底至顶和从底至顶相结合的思想完成了中线无销蝶阀的实体建模、干涉检查和运动仿真，并对其组成零件进行了最优方案的选择和零件强度的校核，进一步完善了中线无销蝶阀的结构。选择了全橡胶有骨架阀座，增强了阀门的扭矩稳定性，阀门装配容易，端面采用凸台式, 以消除管道法兰压力对密封面的影响，安装和粘结于阀体后与阀体吻合性好, 尺寸控制稳定 ，密封副采用平面阀座与圆弧蝶板接触的型式, 摩擦力矩小，密封性能好。阀板设计成铁饼形状，阀板较薄，使得流量系数大，流阻小。所设计的阀门能够达到密封性能好，介质流通性能良好，装置可靠性高的设计要求。
关键词：中线无销蝶阀；发展现状；结构设计；建模；密封性能
- 内容简介：
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编号（学号）：09254041毕 业 设 计 （ 2009届本科）题 目：中线无销蝶阀的结构设计 学 院： 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 张 雪 晶 指导教师： 邢作常 讲师 完成日期： 2009年 06月 08日毕业设计任务书论文(设计)题目中线无销蝶阀的结构设计下发任务日期2009.01.07学生姓名张雪晶指导教师邢作常一.论文（设计）主要内容在确定应用场合的前提下，分析中线无销蝶阀的结构及工作原理的基础上，主要包括以下几方面内容：（1）根据中线无销蝶阀的工作原理，进行机构的总体方案选择与设计；（2）根据总体方案，设计各零部件的结构尺寸及参数；（3）用SOLIDWORKS进行零部件建模、装配、干涉检查和运动仿真；（4）输出零件图、装配图；二.论文（设计）的基本要求1、 掌握计算机辅助设计的基本思想和理论；2、 掌握中线无销蝶阀的应用场合及工作原理；3、 掌握SOLIDWORKS，AutoCAD的功能及应用；4、 开题时需提交开题报告、文献综述、6000字符的外文翻译。5、 认真撰写论文，字数在10000字以上。要求论文结构紧凑，数据可靠，计算正确，格式符合论文规范要求。6、 设计图纸。图面规范、整洁，布局合理，设计正确，标注正确。技术条件齐全。工作量合计两张零号图纸。一张装配体，至少两张零件图。三.论文（设计）工作进度安排阶段论文（设计）各阶段名称日期1查阅相关文献与资料09.01.0709.02.282整理资料并撰写开题报告、文献综述及外文翻译09.03.0109.04.163完成总体方案设计及各零部件设计09.04.1709.05.174各零部件建模及装配并绘制工程图09.05.1809.05.315撰写论文09.06.0109.06.076提交论文09.06.08备注：四.应收集的资料及主要参考文献（指导教师指定）查阅相关文献资料不少于20篇1 沈阳阀门研究，机械部合肥通用机械研究所主编.阀门M.机械工业出版社,1994：1-62 杨源泉. 阀门设计手册M. 北京: 机械工业出版社, 19923 沈阳阀门研究所主编.国外阀门科技文献选编（六）M.机械工业部门科技信息网,20082：228-230.4 肖而宽.蝶阀设计C.阀门技术专题讲座. 中国通用机械工业协会阀门分会.兰州大学，20086：203-2095 石璎.软密封法兰蝶阀密封结构的分析及应用C. 2006中国国际阀门论坛论文集. 中国通用机械工业协会阀门分会,200611：1251296 郁正涛.衬胶式蝶阀结构的改进J.阀门：1999127287黄鸿源，林锡榕. Solidworks2004应用详解M北京：人民邮电出版社，200568 陆培文，孙晓霞，杨炯良.阀门选用手册M.北京：机械工业出版社，200149 陆培文.实用阀门设计手册M.北京：机械工业出版社，2002910 张欣.最新阀门设计制造技术与产品质量检测标准规范全书M. 安徽文化音像出版社,200011 ANS/ AWWA C504 , 橡胶阀座蝶阀S.12 张祖立.机械设计M. 北京:中国农业出版社,2004.5说明：此任务由指导教师填写一式两份，一份发给学生，一份发给指导教师留存。沈阳农业大学毕业论文（设计）选题审批表选题名称中线无销蝶阀的结构设计题目来源生产实践学号09254041姓名张雪晶专业机械设计制造及其自动化指导教师邢作常职称讲师研 究内 容1.根据中线无销蝶阀的工作原理，进行操纵机构的总体方案选择与设计；2.根据总体方案，设计各零部件的结构及参数；3.用SOLIDWORKS进行零部件建模、装配；4.根据装配中出现的问题对其进行改正并从新装配，直至装配完好，进行干涉检查和运动仿真。研 究计 划1）查阅相关文献与资料 01.0702.282）整理资料并撰写开题报告、文献综述及外文翻译 03.0104.163）完成总体方案设计及各零部件设计 04.1705.174）各零部件建模及装配并绘制工程图 05.1805.315）撰写论文 06.0106.076）提交论文 06.08特 色 无销蝶阀是蝶阀中的一种，特色就是阀轴与蝶板间的联结不需要用销联结，这种蝶阀结构简单紧凑，而且在很大程度上方便阀板的维修与拆卸（可现场拆装）。启闭力矩小，良好的流量调节功能和关闭密封性能，流量系数大，流阻小。指 导 教 师 意 见教 研 室 意 见学 院 意 见毕业论文（设计）指导记录学生姓名张雪晶专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名邢作常职称讲师本年度指导毕业生人数7论文（设计）题目中线无销蝶阀的结构设计时间地点指导内容2009.01.072009.01.162009.02.252009.03.032009.03.102009.03.172009.03.242009.03.312009.04.072009.04.172009.04.212009.04.282009.05.052009.05.122009.05.182009.05.262009.06.012009.06.08工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室工程技术教研室选题、指定应收集的资料确定论文最终题目检查所收集的资料内容补充相关资料撰写文献综述检查并修改文献综述撰写外文翻译撰写开题报告修改开题报告开题商讨设计方案确定设计路线主要零件的计算和校核检查设计总体方案绘制工程图样修改工程图样撰写论文并修改论文提交论文学生签字：年 月 日 指导教师签字：年 月 日教研室主任签字：年 月 日沈阳农业大学毕业论文（设计）考核表论文题目：中线无销蝶阀的结构设计姓名：张雪晶 学号：09254041 专业：机械设计制造及其自动化指导教师评语：指导教师（签字）： 年 月 日评阅人评审意见： 评阅人（签字）： 年 月 日成绩： 答辩委员会意见：主任委员（签字）： 年 月 日注：答辩委员会意见除填写简要评语、给出成绩外，还要提出是否授予学位的建议。目 录中文摘要（关键词） 1英文摘要（关键词）21前言 31 .1阀门概况 31.1.1阀门行业技术水平 31.1.2 国外阀门行业最新发展动向 41.2蝶阀 41.2.1蝶阀的发展 51.2.2蝶阀的结构特性 51.2.3阀门的性能和系统要求 61.2.4中线蝶阀 62 凸耳式中线无销蝶阀 73凸耳式中线无销蝶阀的总体设计 83.1设计的基本要求： 83.3阀座的设计与选择 93.4阀轴、阀板、阀体结构的选择 103.5凸耳式中线无销蝶阀的设计特点： 114中线无销蝶阀实体建模 124.1中线无销蝶阀建模过程 124.2中线无销蝶阀装配体及各部分零件 125中线无销蝶阀设计计算 175.1基本参数 175.2中线无销蝶阀典型计算 175.3轴的强度校核 266结论 27参考文献 28致 谢 29沈阳农业大学学士学位论文摘 要中线无销蝶阀是蝶阀中的一种，其主要特点就是阀轴与蝶板间的联结不需要用销联结，这种蝶阀结构简单紧凑，而且在很大程度上方便阀板的维修与拆卸（可现场拆装），并且无销蝶阀集成了蝶阀的一贯优点，无销蝶发不仅结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省，安装尺寸小，而且驱动力矩小，操作简便、迅速，并且还可同时具有良好的流量调节功能和关闭密封性能。在国内外蝶阀发展现状的基础上，利用Solidworks的从底至顶和从底至顶相结合的思想完成了中线无销蝶阀的实体建模、干涉检查和运动仿真，并对其组成零件进行了最优方案的选择和零件强度的校核，进一步完善了中线无销蝶阀的结构。选择了全橡胶有骨架阀座，增强了阀门的扭矩稳定性，阀门装配容易，端面采用凸台式, 以消除管道法兰压力对密封面的影响，安装和粘结于阀体后与阀体吻合性好, 尺寸控制稳定 ，密封副采用平面阀座与圆弧蝶板接触的型式, 摩擦力矩小，密封性能好。阀板设计成铁饼形状，阀板较薄，使得流量系数大，流阻小。所设计的阀门能够达到密封性能好，介质流通性能良好，装置可靠性高的设计要求。关键词：中线无销蝶阀；发展现状；结构设计；建模；密封性能 Abstract Center line butterfly valve without pin is one of butterfly valve, the main characteristics of it is the link between valve shaft and valve plate does not need to link with marketing,this kind of butterfly structure is Simple and compact,and to a great extent, the repair and demolition of valve is convenient(Disassemblage could be done at the scene),and center line butterfly valve without pin involves consistent advantage of butterfly valve, center line butterfly valve without pin is Not only has a simple structure, small value, light weight,and the consumption of material is saving, installation size is small,but also has a small driving torque,its operation is simple and rapid,and it can possess good flow and good closure of the sealing performance at the same time.In the basis of the development of domestic and foreign butterfly valve,we can use the method of SolidWorks topdown and downtop together to achieve the solid modeling, interference detection and motion simulation of center line butterfly valve without pin,we can also achieve the best choice of program and the checking of parts intensity of its component parts,this perfected the frame of center line butterfly valve without pin further.Weve chosen skeleton-wide rubber seat,this enhanced the valves torque stability, valves assemblyment becomes easy,its end panel uses convex desktop,we use these methods to remove pipe flanges pressure which affects sealing surface, skeleton-wide rubber seat is installated and bonded to valves back so that there is good anastomosis of valve and it, the control of size is stability, vice-sealed uses butterfly valve with circular flat plate of the type of contact, friction torque is small, sealing performance is good. The valve is designed to the shape of discus, plate valve is thin,this makes flow coefficient large, flow resistance small.The designed valve could achieve design requirements of good sealing performance,good medium flow performance and high device reliability.Key words: center line butterfly valve；development；structural design；Modeling；sealing performance1前言阀门是石油、化工、电站、长输管线、造船、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油等国民经济各部门不可缺少的流体控制设备。阀门广泛应用于国计民生的各个领域，需求数量巨大，由于要适应各种不同工况条件的要求，因而特的品种繁多数量巨大。我国的阀门制造业十分庞大，阀门生产厂家数以计千，遍布全国，目前我国已成为全球阀门产量和市场需求最大的国家之一。单我国的阀门行业大多为中、小企业，良莠不齐，年产值超亿元的厂家为数不多，及时与国内其他机械行业相比，无论在加工装备上还是在技术水平上都存在很大的差距，真正具有独立研究开发高端产品能力的单位很少，因而在大型石化、核电、油气长输管线等重大工程项目中配套的阀门，目前主要还是依靠进口。上述工业的发展和需要，推动了阀门工业的发展。近年来，在满足各方面高参数新要求的同时，对阀门的结构、材料和生产工艺等方面，对如何做到好地提高性能、可靠性及降低成本等也予以密切关注1。1 .1阀门概况1.1.1阀门行业技术水平1）成套水平 随着国外大型成套技术的发展，出现了一系列新型成套设备与单机。与阀门有关的新型成套设备发展的特点是：大型化、高参数化、高性能自动化和成套化。 与这些成套设备配套的阀门最大通径与最高压力：最大平板闸阀通径1620mm，2000和3050mm（美国、日本）；最大蝶阀通径9750mm；最大球阀通径3050mm，不算驱动装置的重量184t；最大水用闸阀通径2750mm，9mpa（日本）。设备大型化经济效果：概括起来说，一是提高生产效率，二是减少基建投资，三是降低原燃料消耗。成套设备自动化水平：国外石油化工企业主要成产过程已经实现直接数字控制，有的还实现了计算机分级控制。合成氨、乙烯、尿素、合成纤维、合成橡胶和合成塑料等化工企业普遍实现巡回检测、报警，有的实现闭环控制和局部最佳化控制。20kw以上大型发电机组普遍向计算机控制发展。核电站普遍用计算机控制，但一般直属于监视一级水平，闭环控制和少。以上这些成套设备的控制方式也都要求阀门与之相适应。所以，近年来，国外阀门的控制方式也有很大发展。除一般手动、机动、电动、气动、液动传动之外，电液联动、自动控制的阀门种类不断增多，并有进一步的发展趋势2。2）系列品种水平 随着各类成套设备、工艺流程和性能的改善，国外阀门的系列品种还在不断增加，近年来出现了不少新品种。如，紧急切断阀、快速开关阀、防火阀、防静电阀、减温减压阀、蝶型止回阀、泄压阀、真空夹套阀、水冷或气冷高温夹套阀、安全闸阀、安全截止阀等多种新式阀门，其中通用阀门中球阀、蝶阀和平板闸阀是近些年来发展最快的阀门品种。3）阀门产品质量水平A密封性可靠。按密封程度进行分类，分三级。一、二级用于密封性要求高的地方，三级用于通用的中低压工业阀门。B阀门一次开关时间。某些阀门要求在很短时间内开启或关闭。一次开关时间长短标志着阀门性能的优劣。美国某些阀门一次开关时间已经达到毫秒的程度。C阀门使用寿命。国外阀门使用寿命用两种方式表示：一种用使用年限，一种用开关次数表示3。1.1.2 国外阀门行业最新发展动向 自80年代以来，世界各国阀门行业虽没有引起震动的大变革，但仍出现许多新发展动向。 1）致力于阀门产品的标准化。 目前，国际上较有影响的阀门标准体系除ISO标准外，还有美国的ASME、API、ANSI、MSS及ASTM等标准，德国的DIN标准，题本的JIS标准，英国的BS标准以及法国的FN标准等。自80年代以来，各国不但重视技术标准的制订工作，更重视制订严格的质量管理标准，如ISO9000。2）阀门国际贸易进一步扩大。东亚和东南亚的阀门进出口增长迅速，北美和欧共体等发达国家间的相互贸易持续发展，都为国际阀门贸易的扩大做出了贡献。3）环境保护成为阀门高新技术开发的着眼点现在许多国家认为用于环境保护的阀门新产品是一个有利可图的崭新市场。阀门污染主要是有毒物质的泄露，噪声污染，还有就是阀门材料的问题。80年代开始，各国相继开发了纯始末填料并大力推广波纹管密封阀门。大大提高了可靠性并降低了有毒物质的泄露。同时是采用多级卸压和分级分解射流的阀门新结构，用以减少噪声。世界很多国家也限制了给水系统中阀门制造材料，减少并尽量避免含有有毒物质4。1.2蝶阀闸阀、截止阀和止回阀是阀门家族最老的成员，阀门家族的新成员越来越受人们的欢迎，它包括有旋转90开关的阀门如球阀、蝶阀、自润滑柱塞和隔膜阀，这些类型的阀门具有操作快，压力损失小的优点。但是在这些阀门的设计中，最高工作温度受到人造合成橡胶密封的限制。这与闸阀和截止阀的情况不同，后者可以通过适当的选择阀体和密封材料来适应任何工作条件5。1.2.1蝶阀的发展蝶阀是用盘形关闭件转动90或90左右来启闭阀门的一种旋转阀，蝶阀是一种古老的阀门。早期，由于密封性能不良，只能作为调节之用。例如烟道阀，便是一种调节蝶阀。随着合成橡胶等弹性密封材料的出现，以及密封机构的深入研究，出现了密封式的蝶阀。弹性金属阀座以及新的结构形式的出现，使蝶阀在高温、低温环境中也逐渐被采用。目前蝶阀的发展趋势既可作调节用，又可作密封用。蝶阀具有结构简单，不易产生热变形，重量轻、占据空间位置小，阻力相对小，开闭迅速，启闭功率小，密封性好，寿命较长等优点，故得到广泛应用。如市政工程的给、排水系统，火力发电厂、核电站各种供水系统热力管网及污水处理系统，水电站大型水轮机的进水阀，电力、化工、石油、冶金、船舶、造纸、城市烟气、上下水道、食品工业以至原子能和国防工程中，都相继采用蝶阀，而且有向高中压发展的趋势。蝶阀能输送和控制的介质有水、凝结水、污水、海水、各种液体、空气、煤气以及各种气体、蒸汽、干燥粉末、泥浆、果浆及带悬浮的混合物。目前已有600PSI至1500PSI的蝶阀。在70-80年代，我国也曾制造过4.0Mpa级的蝶阀，目前我国已能制造10.0Mpa乃至更高压力的蝶阀6。1.2.2蝶阀的结构特性阀门由四个主要部件组成：阀体、阀板、阀杆和阀座。 蝶阀与球形旋塞相比，很相似，只有部分结构不同。尤其在低温和低压下，蝶阀的优点很突出。其尺寸规格较小，重量轻，且总体高度小，因而还具有一定的价格优势。此外蝶阀的通道较宽，便于介质通过。一般规格的都是软密封蝶阀，其密封材料（包括合成材料）能够实现更加可靠的密封，相对于其它的加衬阀门来说，还可由一个可替换的衬圈构成衬里，可更换且与阀体材料无关。 在软密封蝶阀的结构设计中，其碟版可能是中心的，偏心的和双偏心或三偏心的。中心的碟版，软质密封位于阀盖中。双偏心结构的，优点在于密封部位有效长期。为了使蝶阀的密封性能适应更高的温度范围，可使用金属密封。像杜赛尔多夫一家公司产的阀可以经受60c的工作温度甚至更高7。 许多不同类型的用于流量控制。由于种种原因而使用它们，例如状态（液体或气体）、压力、管路节流和颗粒含量。选择其他阀门是因为它们具有直角回转完成开启和关闭的能力。所有阀门类型里，由于许多原因，包括上述的一些或所有原因，蝶阀被用作流量控制装置，即装有一个旋转阀板，控制流程中的流动介质。阀板总是位于通道内，但是因为它比较薄，所以它对流动几乎没有阻力。蝶阀技术在过去的半个世纪发展显著，这可以部分归因于直角回转操作、紧密切断以及它在各种构造材料中的可用性。早期的蝶阀使用集中在水应用，但是新的设计和新的组成材料已允许它们用于不断增加的工业流体应用。1.2.3阀门的性能和系统要求蝶阀的性能和系统要求主要有以下几个方面：1.线性的。流量与阀板的行程量成正比。例如，在50%开启的情况下，流量是最大流量的50%。2.等百分比。等百分比的意思是，阀门的行程的等增量相对于前行程位置的流量生产等百分比的流量变化。例如，如果从20%开启到30%开启的阀行程变化产生一个70%的流量变化，那么从30%到40%开启的阀行程变化将产生又一70%的流量变化。如果在20%开启情况下的流量是100gpm，那么在30%开启情况下的流量将是170gpm，在40%开启情况下的流量将比在30%行程的大70%或是289gpm。每一增量行程位置的情况都将如此。3.快开。快开阀的意思正在于此。当阀门位置接近关闭位置时，由于阀行程的增量变化，通过阀门的流量迅速增大。当阀门位置变的更加开启时，流量变化随阀门行程的增量变化而减少，当阀门位置接近全开时，流量变化接近零。传统上，多数蝶阀在20到70的开启角度呈现等百分比的固有特性。阀板设计的发展允许等百分比特性延伸到90的全开启位置。在选择理想控制发特性的过程中，不要根据线性特性会提供一个全面的线性系统而误选择它。虽然可能想要个线性系统，但是线性阀门特性可能不提供系统线性。这是由于固有阀门特性和安装特性建的不同造成的。 固有特性是阀门在恒压降下形成的，这种恒压降是试验环境下特有的。当阀门安装在压降随阀门位置变化而变化的系统中时，出现安装特性8。1.2.4中线蝶阀 是蝶阀中最早的也是最常用的一种。蝶板的回转中心位于阀体的中心线和阀板的密封面截面上，阀座采用合成橡胶。关闭时阀板的外援密封面挤压合成橡胶阀座，使阀座产生弹性力作为密封比压保证蝶阀的密封。中心对称结构使双向密封效果一样，并且流动阻力较小，但轴头由于经常处于摩擦状态，比其它部位摩擦损失大，容易在此泄露。因此衬胶蝶阀中有时在轴头初有四氟薄膜等材料，以减少摩擦，显然，中线型如果做成金属对金属，要密封有些困难中线蝶阀可以设计成法兰连接，对夹连接和单夹连接，同时可设计成通杆，传销和两节六方连接结构等。中线蝶阀适用于要求达到完全密封、气体试验泄漏为零、寿命要求较高、工作温度在( - 10150)C 的淡水、污水、海水、盐水、蒸汽天然气、食品、药品、油品和各种酸碱及其他管路上9。技术革新，联合它的简单设计，已使蝶阀成为解决各种工业流量控制要求的可靠的，经济的、灵活的机动的办法。2 凸耳式中线无销蝶阀凸耳式中线无销蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为0-90之间，旋转到90时，阀门全开状态有弹密封和金属的密封两种密封型式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。目前 ,软密封蝶阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水电等许多领域中得到极为广泛地应用。在已公知的蝶阀技术中，其密封形式多采用软密封结构，密封材料为橡胶、聚四氟乙烯等。软密封蝶阀性能几个分类1、按结构形式分类(1)中心密封蝶阀(2)单偏心密封碟阀(3)双偏心密封蝶阀(4)三偏心密封碟阀2、按密封面材质分类(1)软密封蝶阀。1)密封副由非金属软质材料对非金属软质材料构成。2)密封副由金属硬质材料对非金属软质材料构成。(2)金属硬密封蝶阀。密封副由金属硬质材料对金属硬质材料构成。3、按密封形式分类(1)强制密封蝶阀1)弹性密封蝶阀。密封比压由阀门关闭时阀板挤压阀座，阀座或阀板的弹性产生2)外加转矩密封蝶阀。密封比压由外加于阀门轴上的转矩产生(2)充压密封蝶阀。密封比压由阀座或阀板上的弹件密封元件充压产生(3)自动密封蝶阀。密封比压由介质压力自动产生。本次设计的是凸耳式中线无销蝶阀，采用软密封，属弹性密封蝶阀10。3凸耳式中线无销蝶阀的总体设计3.1设计的基本要求：1） 蝶阀主要用于截止阀和控制阀。它结构简单、体积小、重量轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转90即可快速启闭，操作简单，同时具有流体控制特性。所以怎样能使蝶阀处于完全开启位置时，介质流经阀体时的阻力较小，使其有良好的流量特性成为设计的一个关键。2） 阀门的密封性能是考核阀门质量优劣的重要指标之一。阀门的密封性能包括两方面，即内漏和外漏。内漏指阀座与关闭件之间对介质达到的密封程度；外漏指填料部分的泄漏、中法垫片部位的泄漏及阀体因铸造缺陷造成的渗漏。所以提高阀门的密封性能成为阀门结构设计的关键11。 1.阀轴 2.阀体 3.阀座 4.阀板图3-1凸耳中线无销蝶阀部件示意图 3.2驱动装置的选择 常见的驱动方式有手动、气动、电动等。如下有几种常见形式：蜗轮蜗杆形式 手柄形式 电动快速开关形式 图3-2常见阀门形式本次设计的是8凸耳式中线无销蝶阀，根据规定，一般10以上的阀用蜗轮蜗杆形式，10以下用手柄形式的。而电动快开形式一般多用于各种快速开关、切断工艺管路，且较小的阀门用电动形式成本也较高，所以这次设计选用手柄式驱动。如图：手柄驱动方式操作简单，拆卸方便，其中分度盘和手柄配合具有较好的调节角度作用，可实现在0。、15。、30。、45。、60。、75。、90。转换。 3.3阀座的设计与选择衬胶对夹式蝶阀在加工、装配、试验和使用中发现, 图3-3分度盘其主要问题是橡胶密封圈尺寸不稳定,阀门启闭扭矩不统一, 与管道法兰密封面接触面积小, 有的整个阀门落入管道法兰孔中, 阀杆处易泄漏(特别是使用一段时间后) 等。目前国内常用衬胶对夹式蝶阀的结构如图： A型 B型 图3-4 常见衬胶对夹式蝶阀结构图特点：A 型阀门蝶板密封面为圆弧面, 阀座密封面为平面。当阀座尺寸误差较小时, 密封面摩擦力矩较小。B 型阀门采用阀座中高圆弧密封面与蝶板外圆平面接触的密封副型式,蝶板加工简单, 当介质压力较高时, 可通过适当加大密封面过盈量来达到密封。由于密封面接触面积大, 故摩擦力矩较大。A、B 型阀门由于直接将阀座装入阀体, 橡胶层相对较厚, 受橡胶收缩率的影响较大, 尺寸控制不稳定, 甚至每一批压制的都不同。因此, 阀座加工后才能配车蝶板, 延长了生产周期, 不容易批量投入生产。A型阀座采用内孔压制2 道O 形密封带,B型采用镶圈(模压入阀座) 内装入O形圈的形式, 当O型圈磨损后可以更换, 共同之处是在轴上再开12 道O 形圈沟槽。在阀门的装配、调试和用户使用中发现, 阀门启闭几次特别是使用一段时间后和阀门启闭频繁的场合, O 型圈磨损较快, 造成介质渗漏。A 型阀座采用环耳、外圆带燕尾槽和阀体相连接。B 型阀座采用环耳结构。A、B型阀座装配时在阀体与阀座之间加入粘结剂, 防止阀门启闭过程中阀座脱落。当A、B 型阀座采用较软的氟或硅橡胶材料时, 装配不便。连接在管道中后, 由于法兰螺栓的作用, 橡胶阀座内径收缩过盈量增大, 而容易将阀座刮落12。借于以上两种阀座的优点和不足，设计了如图所示的阀座： 图3-5 阀座 这种阀座的设计特点是：1） 有三条水线，与轴配合处圆弧设计代替O型圈，简单方便，便于挤压。2） 阀座橡胶直硫化在靠背上, 通过靠背装入阀体, 阀门装配容易。3） 端面采用凸台式, 以消除管道法兰压力对密封面的影响4） 安装和粘结于阀体后与阀体吻合性好, 尺寸控制稳定。5） 密封副采用平面阀座与圆弧蝶板接触的型式, 摩擦力矩小，密封性能好。3.4阀轴、阀板、阀体结构的选择1）阀轴的选择目前轴与蝶板采用销连接的比较多。在恶劣的工况条件下连接销有损坏现象, 这主要是由于制造的原因, 其中吻合精度不好, 销子尺寸选择不合适, 销子硬度不够或采用材料不合适等。为了避免上述弊端，采用无销连接，把轴分为上下两根，其中上转轴做成两端方形的，与阀板的方空连接，卡住。这样的设计不仅避免了销连接所造成的弊端，而且拆卸相当便利。上转轴与阀体上法兰轴孔连接处，采用卡簧、O型圈、垫片、对开环来固定和密封。2）蝶板的结构 蝶板做成铁饼形，这样做的优点是流量系数大，流阻小，使阀门有良好的流量特性。3）阀体的结构 常用的蝶阀有对夹式蝶阀和法兰式蝶阀两种。本设计采用对夹式蝶阀，它是用双头螺栓将阀门连接在两管道法兰之间。3.5凸耳式中线无销蝶阀的设计特点： 1.全橡胶有骨架阀座，增强了阀门的扭矩稳定性。 2.结构简单、体积小、重量轻，所有零件均为可拆连接，维护方便、迅速。 3.启闭力矩小，良好的流量调节功能和关闭密封性能。 4.阀板特有设计，流量系数大，流阻小。 5.适用介质：淡水、污水、海水、空气、蒸汽、食品、药品、各类油类、碱类、酸类、盐类等，在额定压力下，实现零泄漏。4中线无销蝶阀实体建模经过比较和计算机的硬件配置所限，选用SolidWorks,它是世界上第一款基于Windows平台开发的三维CAD系统，目前在用户数量、客户满意度和操作效率等方面均是世界上领先的3D设计软件13。4.1中线无销蝶阀建模过程由于阀门是比较特殊的装置，它的密封情况是检验阀门是否合格的关键因素，阀门结构中的阀座主要就是起到密封作用，一般采用软密封，本次设计也用的是软密封，材料为橡胶，那么就存在阀板与阀座之间的过盈配合，而阀轴和O型圈之间也由于密封要求而必须采用过盈配合，所以在本次建模过程中，不能因简便而单一的使用solidworks中的从顶至底的思想，应把自顶向下与自底向上相结合，从而提高建模的效率和准确性。首先通过草图绘制，尺寸驱动，各种特征等方法建立各零部件。阀体，阀座，轴和轴套的建模可以用从顶至底的方法进行，他们具有明显的关联尺寸，例如轴孔配合处的直径。可先将一个零件在装配体中固定（本设计用阀体固定），接下来就可以完全以这个零件与其他零件的配合尺寸来建立与这个零件相配合的零件。其工作效率是其他设计思路无法企及的，当在装配体中完成所有零件的建模后，可以将每个零件从装配体中拆卸出来，单独进行细节的进一步修改，修改完成后就可以生成2维的工程图了。关联零件由于存在外部参考，只能用在此装配中，不方便多个部件共用。关联特征和关联零件越多，则管理起来越不容易，在传递设计修改时越可能出错。所以自顶向下和自底向上的结合使用才能提高效率阀板与阀座的配合为过盈配合，故单独画阀板，再将其装配进去。最后再打开装配体，对修改以后的零件进行自动更新，此时所有零件的细节部分都传递到装配体中。然后从总体检查装配体是否存在错误。检查无误后，直接可以生成2维装配体的工程图。建模工作完毕。4.2中线无销蝶阀装配体及各部分零件图4-1阀体 图4-2阀座图4-1为中线无销蝶阀的阀体，即主要零件，它是先用拉伸的方法把中间的圆环状画出，再建基准面将上法兰和方柱画出，同样用拉伸的方法，最够在画出两边的凸耳。在零件编辑状态下将其各个部分需要与其他零件配合的尺寸确定，然后将其固定到装配体中。而图4-2阀座的厚、外圆尺寸等都由与其相配合的阀体相关特征尺寸来确定。图4-3上转轴 图4-4轴套图4-3为上转轴（方轴），它主要是通过拉伸和拉伸切除完成的。图4-4轴套的尺寸主要是按照轴的直径和阀体与轴连接处孔的直径确定的，继续从顶至底的思想，通过一次拉伸即可完成，。其他两个轴套也如此画出，在这里就不做说明了。图4-5下转轴 图4-6尼龙衬套图4-5下转轴和图4-6尼龙衬套，下转轴通过一次拉伸即可，尼龙衬套的尺寸是通过下转轴的直径和阀体与下轴相连孔的尺寸得来的。图4-7阀板 图4-8丝堵 图4-7阀板是中线无销蝶阀的重要零件，它是单独完成的，先通过绘制草图旋转，从而得到一个球面板，再建立基准面拉伸完成两侧插轴的部位，注意两侧非对称，且与上轴相连的孔有方角，以便卡住，在阀板建模的过程中，注意阀板的尺寸要参考阀座的尺寸，注意压胶量，过盈配合为正确的。画好后将其装入以上建好的装配体中。图4-8丝堵通过拉伸和拉伸切除得到，它的直径和外圆尺寸均由阀体得到。图4-9阀体部装装配图 图4-10阀体部装全剖视图图4-9阀体部装装配图和图4-10阀体部装半剖视图以便更清楚的展示中线无销蝶阀外部和内部结构。图4-11阀体部装爆炸视图图4-11阀体部装爆炸视图能够更全面的帮助我们了解阀体内外部结构以及安装的先后顺序。轴向密封分别通过卡簧、O型圈、垫片等完成，从图中可以看出。图4-12手柄分度盘 图 4-13手柄 图4-12手柄分度盘和图4-13手柄又是继续从顶至底的思想，手柄关键部分的尺寸和形状由分度盘尺寸得到，即扣住分度齿部分的尺寸与形状。而分度盘外圆尺寸由阀体上法兰尺寸得出，分度盘内部中心孔尺寸由上转轴得到，分度盘和手柄的厚度由上转轴方头露出部位尺寸决定。分度盘经过分别两次拉伸即可得到，先外面大圆，后中间小圆台。图手柄是一装配体，由上下两部分通过圆柱销连接，中间连接弹簧构成，与上下两部分都可通过拉伸和拉伸切除得到。弹簧则通过草图生成螺旋线，进而进行扫描得到，它的长度一定要和手柄上下两部分配合好，这是关键。图4-14中线无销蝶阀总体装配图图4-14中线无销蝶阀总体装配图，各零件经过配合装配之后，添加螺栓，螺母，O形圈等标准件，使实体模型接近真实模型，进行运动干涉检查，并进行模拟运动。5中线无销蝶阀设计计算5.1基本参数(1) 流体介质：水(2) 工作压力：PN10(3) 工作温度：120。C(4) 阀体材料：球墨铸铁(5) 公称通径：DN2005.2中线无销蝶阀典型计算要设计一个中线无销蝶阀，首先要确定一些典型的参数，而这些参数是根据计算得出的，这些参数要确保其准确性，典型的计算项目见表5-1：表5-1中线无销蝶阀典型计算项目表序号零件名称计算内容1阀体厚度2阀座密封面上计算比压3蝶板厚度4蝶板直径5阀杆强度验算6手柄总转矩及圆周力1)中线无销蝶阀结构长度的确定根据标准API609，可以根据蝶阀PN=10,DN=200来确定蝶阀的结构长度，具体见下表：表5-2 API609 蝶阀结构长度选型表阀门规格（NPS）面到面尺寸最大偏差（正数或负数）inmminmm21.69430.01460.061.531.81460.061.542.06520.061.552.19560.061.562.19560.061.582.38600.133.3102.69680.133.3123.06780.133.3143.06780.133.3164.001020.133.3184.501140.133.3205.001270.133.3246.061540.133.3306.5016560.256.4367.882000.256.4429.882510.256.44810.882760.256.4由上表可选择蝶阀的结构长度为60mm。2)中线无销蝶阀的法兰尺寸及类型的选择A上法兰的选择根据标准ISO5211，由公称通径DN=200mm，公称压力PN10，可以确定蝶阀的上法兰尺寸及类型，结构尺寸见图5-1。图 5-1 上法兰结构尺寸B侧法兰的选择根据标准ASA 150LBS，由公称通径DN=200mm，公称压力PN10，可以确定蝶阀的侧法兰尺寸及类型，结构尺寸见图5-2图5-2 侧耳的结构尺寸3)阀体壁厚的计算根据阀门设计手册，由下列已知数据：阀体材料球墨铸铁公称压力PN10公称通径DN200在表5-3中选择相应的计算阀体最小壁厚的公式：表5-3 阀体壁厚计算公式材料公称压力（MPa）公称通径（mm）公式灰铸铁球墨铸铁塑性材料由已知条件选择公式：式中：t壳体最小壁厚（mm） P最高使用压力（MPa） P水锤压力，P=0.55MPa L材料的许用拉应力，灰铸铁材料的许用拉应力为40MPa；球墨铸铁的许用拉应力为90MPa D蝶阀通径其中 P=10 D=200 将数据带入公式中，解出t9.95mm，圆整后取10mm。因此阀体的最小壁厚是10mm。4)中线无销蝶阀阀板设计A阀板直径设计根据阀门设计手册中阀座的尺寸选择表表5-4，选择出阀座的最小通径来确定阀板的结构及尺寸；表5-4 阀座最小通径公称通径DN阀座最小通径公称通径DN阀座最小通径40344504255044500475655960057580747006701009480077012511990087015014410009702001901200116025023014001360300280160015603503251800176040037520001960由公称通径DN=200mm，可从上表得阀座最小通径为190mm，所以选定阀座通径为194mm，由此可定蝶板的结构见下图： 图5-3 蝶板结构B阀板厚度计算根据阀门设计手册中的蝶板厚度计算表表5-5：表5-5 蝶板厚度计算公式序号名称符号式中符号公式或索引单位1蝶板中心处厚度bmm2蝶阀流道直径D设计选定，通常mm3考虑到水击升压的介质最大静压水头Hm4由于蝶板的快速关闭，在管路中产生的水击升压值pMPa5体积流量qv设计选定m3/h6阀座通道截面积A设计选定mm27蝶板从全开到全关所经历的时间t设计选定s根据以上公式，将已知数据带入公式中求得b=23mm。5)轴的选取根据标准AWWA C504，由公称通径DN=200mm，公称压力PN10，可以确定蝶阀阀轴的轴径为22.1mm。根据阀体、阀座、阀板的装配要求，来确定轴的长度，下阀轴总长90mm，上阀轴具体尺寸见下5-4图： 图5-4上阀轴尺寸图6)中线无销蝶阀各力矩的计算根据阀门设计手册查得中线蝶阀的力矩计算公式见下表；表 5-6中线蝶阀力矩计算公式表序号名称符号式中符号公式或索引单位1蝶阀阀杆力矩MD2密封面间隙摩擦力矩 3密封面必须比压对中等硬度橡胶4密封面的接触宽度设计选定mm5计算压力取公称压力PN6密封面间的摩擦因数对于橡胶密封圈为7蝶板的密封半径设计选定mm8阀杆轴承的摩擦力矩9作用在阀杆轴承上的载荷N9-1当阀板处于密封状态时N9-2蝶板直径D设计选定mm10当蝶阀处于启闭过程时为11动水作用力N12重力加速度g9810mm/s213蝶板开度为a角时的动水力系数设计查表选定14计算升压在内的最大静水压头Hmm15计算压力P取公称压力PNMPa16由于水击作用在阀前产生的压力升值MPa17体积流量Qm3h18管子截面积A设计选定m219关阀时间t设计确定s20蝶板开度为a角时的流阻系数设计查表选定21蝶板全开时的流阻系数设计查表选定22全开时介质的流速mm/s23密封填料的摩擦力矩设计查表选定24静水力矩当阀杆垂直安装时为025动力水矩（最大值通常在范围内）26蝶板开度为a角时的动水力矩系数设计查表选定a) 密封面间隙摩擦力矩由上表可知=，=其中选择为6mm，R选择为196mm，选择1.0经计算=188.2b) 阀杆轴承的摩擦力矩由上表可知=其中钢对四氟=0.250.35经计算=0.028c) 动力水矩由上表可知=经计算=1.82d) 密封填料的摩擦力矩查表得知=其中=，取0.8，O型圈个数为一个经计算=0.054e) 静力水矩为=0蝶阀阀杆总力矩MD=190.17)阀轴所受弯矩计算蝶阀的阀轴受力形式为弯扭合成受力，阀轴所受的弯矩可用下面的公式做近似计算： 式中a为阀轴与介质接触部分长度 h 为轴承接触长度为工作压力 经计算可得=2.958)阀轴所受弯矩合成力矩阀轴的弯扭合成力矩为：=190.125.3轴的强度校核阀轴的工作温度不超过300时,一般选用A 5 普通碳素钢,它的机械性能如下表所示： 钢号毛坯直径（mm）热处理硬度（HBS）机械性能（kgf/cm3）阀杆温度。C20 200 250 300 350 400 450 500A5100正火170-217BSBLE（104）5000 4800 4800 4600 4400 4200 4000 -2800 2400 2100 1750 1500 1300 1100 -2500 2100 1800 1500 1300 1200 1000 -2.11 1.9 1.85 1.79 1.75 1.71 1.57 -表5-7 A5机械性能表表中为抗拉强度极限为屈服强度极限 E为弹性模量根据阀杆的工作温度取=4800kgf/cm2，阀轴的校核公式为：将数据代入公式中得：16mm所以选d=22.1mm满足阀杆的刚度要求。6结论本文在分析国内外蝶阀发展现状的基础上，利用Solidworks完成了中线无销蝶阀的实体建模，并对其进行了最优方案的选择，进一步完善了中线无销蝶阀的结构，得到以下结论：1）在分析现有中线无销蝶阀现有各零件形式的基础上，进行了阀座的最优选择，完成了阀轴、阀板、阀体的结构选择与设计。2）利用从顶至底和从底至顶相结合的思想，进行了中线无销蝶阀的实体建模，进一步完善了中线无销蝶阀的结构，并对尺寸计算进一步检验。3）通过对阀轴等零件的校核，验证了装置有较高的可靠性。4）利用solidworks对中线无销蝶阀进行了干涉检查，从而确定阀门能够达到较好的密封性能，并对其进行了运动仿真，从而进一步确定其能达到设计要求。参考文献1 沈阳阀门研究，机械部合肥通用机械研究所主编.阀门M.机械工业出版社,1994：1-62 齐佩玉译. Naval Engineers Jour-nalM.-1991.1：42-493 杨源泉. 阀门设计手册M. 北京: 机械工业出版社, 19924 沈阳阀门研究所主编.国外阀门科技文献选编（六）M.机械工业部门科技信息网,20082：228-230.5 沈阳阀门研究所主编.国外阀门科技文献选编（四）M.机械工业部门科技信息网,19962：108-1136 肖而宽.蝶阀设计C.阀门技术专题讲座. 中国通用机械工业协会阀门分会.兰州大学，20086：203-2097 石璎.软密封法兰蝶阀密封结构的分析及应用C. 2006中国国际阀门论坛论文集. 中国通用机械工业协会阀门分会,200611：1251298 Hugh Konigmark.范文婷译.关于蝶阀部件及操作的研究解决流量控制要求的经济办法C.国外阀门科技论文选编（六）.
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