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液体介质球阀的设计【9张图/11900字】【优秀机械毕业设计论文】

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液体介质球阀的设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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A0-装配图.dwg

A2-上阀盖.dwg

A2-球体.dwg

A2-阀体.dwg

A2-阀杆.dwg

A3-下阀盖.dwg

A3-导轨套.dwg

A3-轴套.dwg

A3-轴承压盖.dwg

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关键词：: 液体介质球阀设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。45页，11900字。
任务书一份。

图纸共9张，如下所示
A0-装配图.dwg
A2-上阀盖.dwg
A2-球体.dwg
A2-阀体.dwg
A2-阀杆.dwg
A3-下阀盖.dwg
A3-导轨套.dwg
A3-轴套.dwg
A3-轴承压盖.dwg

目录
第1章引言 1
1.1课题来源 1
1.2选题目的和意义 1
1.3球阀的发展趋势 2
1.4本文研究的主要内容 2
第2章主要结构参数 4
2.1.液体介质球阀技术要求 4
2.1.1技术参数 4
2.1.2技术要求 4
2.1.3型号及其含义 4
2.2主要结构尺寸 4
2.2.1球体直径 4
2.2.2密封面宽度及压紧比压 5
2.2.3密封比压 6
2.2.4球阀结构长度及连接法兰尺寸 6
第3章运动轨迹设计 7
3.1球阀启闭运动轨迹 7
3.1.1滚动启闭 7
3.1.2球阀摆动 7
3.1.3凸轮的轮廓 8
3.2球阀下支承外形 10
3.2.1滚动柱面与倒角半径 10
3.2.2倒角中心点位置 11
3.3.3滚动空间 12
第4章结构设计和计算 13
4.1阀杆机构受力状况 13
4.1.1球阀受力状况 13
4.1.2阀杆支承反力与支承结构型式选择 14
4.1.3摩擦阻力扭矩 16
4.1.4阀杆承受的轴向力 18
4.2操作扭矩和手轮选择 21
4.2.1操纵扭矩Mc 21
4.2.2径D选择 22
4.3零件设计与计算 22
4.3.1具有螺旋导轨槽衬套的主要结构尺寸 22
4.3.2球阀销轴接触强度 23
4.3.3球阀下支承的接触强度 24
第5章工作能力校核 31
5.1工作寿命 31
5.2实际工作压力的潜力估计 31
5.2.1阀体壁厚承压能力 31
5.2.2阀体与阀盖连接螺栓 33
5.2.3阀盖连接法兰承载能力 35
5.2.4阀杆头部承载能力 37
5.3寿命和实际工作潜力估计 38
5.3.1寿命估计 38
5.3.2承压能力估计 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42

摘要：该设计是为了改善传统球阀的缺点而做的，传统球阀的缺点是摩擦大、使用寿命短、密封性能不好。此设计可以根据流体冲蚀磨损、腐蚀程度和工作压力来调整密封比压。液体介质球阀是一种新型的球阀，它利用阀杆头部的斜面凸轮与导轨套螺旋槽的配合来实现球阀的液体介质开启、关闭和金属密封的新型阀门；所以设计中的关键问题是要避免产生摩擦，密封要紧，最终达到高效率、高质量、耐用性等要求。本论文研究对液体介质球阀的运动和动力分析方法，完成了球阀启闭运动轨迹、球体运动空间以及主要零部件的受力分析设计。该球阀具有启闭无磨损，关闭时压力可调节和启闭省力的优点；克服了普通球阀因密封比压大而使密封面容易磨损的缺点，延长了球阀的使用寿命。

关键词：液体介质；球阀；凸轮

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

1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的：

1．培养独立运用机械工程及自动化的理论知识进行机构设计的能力；
2．较熟练掌握使用AutoCAD和一门三维CAD软件进行计算机辅助设计的能力；
通过对传动机构的设计、零部件CAD设计与计算等过程，培养学生分析与解决工程实际问题的能力。
2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
1．课题任务
本课题以球阀为研究对象，以液体为介质，对其机构进行结构设计和强度计算，以达到直接做开闭使用或者节流和控制流量之用。
2．课题要求
该球阀可对阀门进行反复开启和关闭，球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，并具有非常可靠的切断动作，使得这种阀门非常适合作为液体介质的切断或控制流量及节流。设计球阀的整体结构；
球阀设计指标：关闭件是球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。公称压力1.6MPa-16.0MPa，工作温度小于120℃，口径：DN 15-100。
进行阀体机构设计，选择合适的密封件，绘制阀体装配图、三维造型图、以及阀门等零件图。
本课题要求学生具备较好的机械设计专业理论知识与实际应用能力。并且能运用三维CAD软件进行机械辅助设计，从而培养学生较好的CAD能力。同时应具备绘制和阅读机械图样的能力。要求学生积极、广泛地收集相关资料，查阅参考文献。翻译相关英文资料。在做论文期间，要求学生抓紧有限时间，根据课题工作进度计划，按期完成相关工作。应有端正、严谨的工作态度，定期汇报工作成绩。

毕业设计（论文）任务书
3．对本毕业设计（论文）课题成果的要求〔包括毕业设计论文、图表、实物样品等〕：
1. 完成球阀的结构设计，用三维CAD软件建立机构的装配体实体模型；
2. 绘制球阀装配图，拆画部分零件图；
3. 根据设计方案、计算和分析结果，编写设计计算说明书；
4. 完成毕业论文的撰写。
4．主要参考文献：

[1] (美)斯克莱特，奇罗尼斯编，邹平译.机械设计实用机构与装置图册. 北京：机械工业出版社，2007.
[2]孙晓霞. 实用阀门技术问答.北京：中国标准出版社，2008年5月1日.
[3] (美) SolidWorks公司，叶修梓，陈超祥. SolidWorks基础教程：零件与装配体.杭州新迪数字工程系统有限公司. 北京：机械工业出版社，2008.
[4] 郑午，郑玉彬，张学文，张红彦. 三维机械设计—catia v5应用丛书. 化学工业出版社，2006.
[5] 王国强. 工程机械设计与维修丛书—现代设计技术. 化学工业出版社，2006.
[6] 宋虎堂.阀门选用手册.化学工业出版社.机械设计手册单行本减速器与变速器. 机械工业出版社.2007.
[7] 侯永涛. SolidWorks机械设计实用教程. 化学工业出版社，2006年1月.
[8] 陆培文，孙晓霞，杨炯良等.阀门选用手册. 机械工业出版社，2007年1月.
[9] 杨世明.机械设计. 电子工业出版社，2007年1月.
[10] .陈秀宁、施高义主编，《机械设计课程设计》，浙江大学出版社，2003.
[11]阀门用途及原理

液体介质球阀的设计

内容简介：: 南京理工大学紫金学院毕业设计（论文）任务书学院（系）：机械工程系专业：机械工程与自动化学生姓名：季炳学号： 070104117 设计 (论文 )题目：液体介质球阀的设计起迄日期 : 2011 年 1 月 10 日 6 月 5 日设计 (论文 )地点 : 南京理工大学指导教师 : 黄玲专业负责人 : 发任务书日期 : 2011 年 1 月 10日任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 毕业设计（论文）任务书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 1 培养独立运用机械工程及自动化的理论知识进行机构设计的能力； 2 较熟练掌握使用一门三维件进行计算机辅助设计的能力；通过对传动机构的设计、零部件计与计算等过程，培养学生分析与解决工程实际问题的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1 课题任务本课题以球阀为研究对象，以液体为介质，对其机构进行结构设计和强度计算，以达到直接做开闭使用或者节流和控制流量之用。 2 课题要求该球阀可对阀门进行反复开启和关闭，球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，并具有非常可靠的切断动作，使得这种阀门非常适合作为液体介质的切断或控制流量及节流。设计球阀的整体结构；球阀设计指标：关闭件是球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。公称压力作温度小于 120，口径： 5 进行阀体机构设计，选择合适的密封件，绘制阀体装配图、三维造型图、以及阀门等零件图。本课题要求学生具备较好的机械设计专业理论知识与实际应用能力。并且能运用三维件进行机械辅助设计，从而培养学生较好的力。同时应具备绘制和阅读机械图样的能力。要求学生积极、广泛地收集相关资料，查阅参考文献。翻译相关英文资料。在做论文期间，要求学生抓紧有限时间，根据课题工作进度计划，按期完成相关工作。应有端正、严谨的工作态度，定期汇报工作成绩。毕业设计（论文）任务书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1. 完成球阀的结构设计，用三维件建立机构的装配体实体模型； 2. 绘制球阀装配图，拆画部分零件图； 3. 根据设计方案、计算和分析结果，编写设计计算说明书； 4. 完成毕业论文的撰写。 4主要参考文献： 1 (美 )斯克莱特，奇罗尼斯编，邹平译北京：机械工业出版社， 2007. 2孙晓霞 . 实用阀门技术问答国标准出版社， 2008 年 5 月 1 日 . 3 (美 ) 司，叶修梓，陈超祥 . 础教程：零件与装配体北京：机械工业出版社， 2008. 4 郑午，郑玉彬，张学文，张红彦 . 三维机械设计用丛书 . 化学工业出版社， 2006. 5 王国强 . 工程机械设计与维修丛书现代设计技术 . 化学工业出版社， 2006. 6 宋虎堂化学工业出版社机械工业出版社 7 侯永涛 . 械设计实用教程 . 化学工业出版社， 2006 年 1 月 . 8 陆培文，孙晓霞，杨炯良等机械工业出版社， 2007 年 1 月 . 9 杨世明电子工业出版社， 2007 年 1 月 . 10 高义主编，机械设计课程设计，浙江大学出版社， 2003. 11阀门用途及原理毕业设计（论文）任务书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2011 年 1 月 21 日 3 月 1 日 3 月 2 日 3 月 15 日 3 月 15 日 4 月 5 日 4 月 6 日 4 月 30 日（ 4 月 30 日前中期检查） 5 月 1 日 5 月 20 日 5 月 21 日 5 月 30 日 6 月 1 日 6 月 5 日查阅中、外文资料，了解课题的工程背景，完成外文资料翻译。对课题方案进行构思、分析比较，给出设计思路，写出文献综述、开题报告。完成球阀的总体结构设计。对选定的方案进行机构分析、设计和计算、校核。画出装配体三维实体模型。绘制球阀的装配图，拆画部分零件图。完成毕业论文撰写，包括方案论证、机构简图、设计计算说明。制作答辩备毕业答辩。论文答辩。所在专业审查意见：负责人：年月日学院（系）意见：院（系）领导：年月日液体介质球阀设计目录第 1章引言 . . . . V . V 第 2章主要结构参数 . 体介质球阀技术要求 . 技术参数 . 技术要求 . 型号及其含义 . . 球体直径 . 密封面宽度及压紧比压 . 密封比压 q . 球阀结构长度及连接法兰尺寸 . 3章运动轨迹设计 . X . X . X . X . . 滚动柱面与倒角半径 . 倒角中心点位置 . 滚动空间 . 4章结构设计和计算 . . 球阀受力状况 . 阀杆支承反力与支承结构型式选择 . 摩擦阻力扭矩 . 阀杆承受的轴向力 . . 操纵扭矩 . 径 . . 具有螺旋导轨槽衬套的主要结构尺寸 . 球阀销轴接触强度 . . 5章工作能力校核 . . . 阀体壁厚承压能力 . 阀体与阀盖连接螺栓 . 阀盖连接法兰承载能力 . 阀杆头部承载能力 . . 寿命估计 . 承压能力估计 . 论 . 谢 . 考文献 . 要：该设计是为了改善传统球阀的缺点而做的，传统球阀的缺点是摩擦大、使用寿命短、密封性能不好。此设计可以根据流体冲蚀磨损、腐蚀程度和工作压力来调整密封比压。液体介质球阀是一种新型的球阀，它利用阀杆头部的斜面凸轮与导轨套螺旋槽的配合来实现球阀的液体介质开启、关闭和金属密封的新型阀门；所以设计中的关键问题是要避免产生摩擦，密封要紧，最终达到高效率、高质量、耐用性等要求。本论文研究对液体介质球阀的运动和动力分析方法，完成了球阀启闭运动轨迹、球体运动空间以及主要零部件的受力分析设计。该球阀具有启闭无磨损，关闭时压力可调节和启闭省力的优点；克服了普通球阀因密封比压大而使密封面容易磨损的缺点，延长了球阀的使用寿命。关键词：液体介质；球阀；凸轮 is to of of is to s is a of of by s of of of a of as of it is is to of So it a 第 1 章引言题来源阀门是一种量大面广的通用机械产品，国民经济各部门所需要的阀门数量很大，应用范围也非常广泛。输送流体介质离不开管路，而控制介质流动则离不开阀门。凡是需要对流动介质进行控制的地方，都必须安装阀门，阀门可比喻为“管路的咽喉”。球阀是本世纪 50 年代问世的一种阀门，在半个世纪的时间里，球阀已发展成为一种主要的阀类。球阀经过半个世纪的发展已经有了很大的改进和发展，广泛应用于能源、石油、化工、冶金等领域，起着截流、控制等作用。传统的球阀具有以下特点： 1）流体阻力小。 2）密封性能较好。 3）球阀通道平整光滑，不易沉积介质。 4）结构简单。传统球阀明显的缺点： 1）阀的开启和关闭摩擦很大。 2）摩擦大引起密封材料的磨损，使球阀的密封性能下降。 3）阀的使用寿命不长。 4）大型的球阀开启和关闭比较费力因此设计一种液体介质的球阀即可以改变传统球阀摩擦大的缺点，使球阀更耐用和可靠。该毕业设计旨在减小传统球阀的摩擦，适当补偿磨损，提高球阀的使用寿命和密封性能。在石油化工领域、大型煤液化工程关键设备、冶金部门、 “ 南水北调 ” 工程、西气东输工程、环保工程等球阀市场需求很大。通过对阀门市场的调查分析，在 “ 十一五 ” 中，阀门需求量的总体趋势为上升趋势，阀门这个量大面广的产品，其需求量在稳定中增长。其中球阀的市场需求占阀门试产需求的是各类阀门中需求最多的。由此可见，球阀在我国有着巨大的市场潜力。题目的和意义 1）通过本设计掌握机械新型设计的方法，以及更深入掌握机械原理，机构综合的知识。 2）过本设计掌握机械结构设计的方法，更深入掌握机械设计，材料选择等知识。 3）会查阅和收集资料，学会使用手册及图表资料。 4）培养创新设计的思维，为今后工作打下坚实的基础。 5）通过调查研究国内外在这方面的发展情况 ,明确我国制造业现状，学习国内外的先进制造技术。阀的发展趋势球阀，是一种以球体作为关闭件的阀门，它起源于本世纪 50年代。早在 19世纪80 年代美国就开始设计球阀，但是由于当时缺乏合适的材料，限制了球阀的发展，使它未成为一种正式工业产品。直到本世纪 50 年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现才使球阀的产生与发展出现了转机；同时，也由于机床工业的发展，使球体加工技术提高，能够实现球体所要求的尺寸精度和表面粗糙度。目前，球体最大公称直径已达到 3050是美国司为田纳西州的一个泵站所提供的 4 台球阀，用作透平机出口的切断阀，设计压力为阀的最高工作压力已达到 72相应温度高达 1000 C。球阀不仅在一般工业管道得到了广泛应用，而且在核工业、宇航工业的液氧和液氢输送管线上普遍采用。全塑料球阀近年来发展较快。其特点是：耐腐蚀、总量轻、成本底。在水道、化学管道上应用越来越广。德国一家阀门公司已制造出通径为 6的塑料球阀；美国一家阀门公司制成一种含氟塑料球阀，它具有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，适应温度为 250 C。大口径输油（或天然气）管线是球阀应用的一个重要方面。公称通径范围： 6001400作压力通常为：了确保安全，一些制造厂商按管线球阀的使用特点和他所受外界自然条件的影响，进行抗地震的弯曲实验、防止火灾蔓延的实验、耐气候条件的综合实验、紧急切断实验等。为了适应高温工况的需求，近年来还发展了高温球阀，它的阀座材料不再是聚四氟乙烯，而是金属、石墨或碳素纤维等。一些特殊用途的特殊结构球阀在不断涌现。，降低了切换阀的流阻并减小了如在我国一国防科研的实验系统上采用了自行研制的三通半球阀扭矩。我们可以预料今后几年球阀将在以下几个方面得到更大的发展： a) 密封面材料聚四氟乙烯作为球阀密封面材料已有 30 年历史，但它必定还会在生产工艺、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐压性）、耐温性能方面进一步改善，以提高球阀的性能和适用范围。耐高温、耐磨、耐腐蚀的低摩擦的金属或非金属材料将会不断研制出来。 b) 新型球阀结构将会不断涌现其目的主要在于提高寿命、密封可靠性和改善加工工艺性。比如本设计的。 c) 全塑料球阀将会有很大发展在新型塑料的应用、结构与注塑工艺性等方面的发展将会使塑料球阀的通径、适用工作温度与压力范围进一步扩大。 d) 长输管线球阀会在遥控、自控、工作可靠性、寿命等诸方面得到提高，它们的需求量也会增加。文研究的主要内容液体介质球阀在国外研究较早，现在技术基本成熟；国内虽也有单位进行过研究并投入了生产，但明显落后于国外，国内需求还依赖于进口，技术还不够成熟，有待于进一步完善其技术，更广泛的投入生产。液体介质球阀有很广的国内外市场，特别是我国西气东输工程中应用甚广。本文详细阐述了“液体介质球阀的原理研究及结构设计”，讨论了实现轨道（即球阀运动功能）的设计实现，以及件的应用过程，主要包括以下几个方面的内容： 1) 详细分析了运动原理。该设计是通过阀杆头部的斜面凸轮和和螺旋导轨槽的配合来实现球阀的启闭运动。 2) 详细讨论了运动轨迹的设计。通过数学方法和数据计算详细说明了球阀启闭的运动轨迹，如图 2示。 3) 在认识了运动原理和运动轨迹设计后，利用件绘制工程图第 2 章主要结构参数术参数公称通径 25称压力用温度 121 C 适用介质石油及制品、天然气、氧气、其他气体术要求阀门的开启关闭动作：（ 1）操作机构带动阀杆上升，使球体沿通道轴线位移（ 2）阀杆继续上升并同时旋转，带动球体绕阀杆轴线旋转 90角度，阀门开启；（ 3）运行过程中球体只是沿通道轴线位移和绕阀杆轴线旋转；（ 4）关闭与开启动作相反。阀门作用：（ 1）切断介质；（ 2）调节流量。阀门操纵、手动（仿门操纵原理）号及其含义 125 Q 4 I Y 40 要结构尺寸体直径球体半径 R=( d 公称直径法兰连接浮动直通式阀座密封材料，硬制合金类球阀公称压力 2类型、球阀式中 d 球体通道孔径；根据 25钢制球阀阀体的最小流道直径，当缩径）直径 123，因此选择确定 d=125 R=( d= 据 25,球径 D=2R= ,即 R=100 图 2 1球体通道孔径封面宽度及压紧比压密封宽度 R 根据图 1 1所示，球面接触外点半径 R R= 22 即 R= 22 78100 =封面在垂直于流体流动方向上投影宽度 b b=R紧比压bq， p 压力 m 常数，常温液体， m=1；常温汽油、煤油、空气、蒸气及高于 100 m=、氮及其它密封要求高的 m=a、 c 与密封面有关系数，详见表 1。表 1 a、表面材料钢、硬质合金硬聚氯乙烯，铝及铝合金，尼龙，聚四氧乙烯黄铜青铜铸铁中硬橡胶软橡胶 a .3 c 1 值与通用机械研究所推荐值相近，查有关表格 0（或 ,表面粗糙度（封比压 q (4 )( 式中： D =2R,P= p ) 阀座 1 140 170 q=150 =40此阀结构长度及连接法兰尺寸球阀的结构长度根据 89， 25M p 400381 ，长短,选取 L=400连接法兰尺寸根据 N=125,选择凸面整体钢制法兰，外径 270，密封面直径 184，厚度 26，螺纹 8个，孔 26。第 3 章运动轨迹设计阀启闭运动轨迹动启闭图 2 1所示运动轨迹简图，表明球阀绕自身形心且沿水平方向以 1O 点作瞬心，沿滚动支承面作移动0h，实现球阀向阀口关闭，反之，则开启，因此： 000 180360 （ 3 1）式中： D 球阀外径， D=2R，球阀半径，球阀自转角度，度 0h 球阀形心平位移，本项设计中，0h=R=100式（ 3 1）知 h/0= 度 /00180 由于0h=此实际转角0为： 0= 0h/ 阀摆动具有倾角的平面凸轮（斜面）沿 Y 轴向下移动 s 距离，而两圆柱中心以 1O 为瞬心，沿两中心沿 X 轴向位移量 h=s 0（ R+180（ 3 2）式中： 222 2/在本项设计中： 287 2/l =24 因此， 2 由式（ 2 2）可得： h=s=0h+=3 3）当0h=0=时： h= s= 轮的轮廓该平面的凸轮机构是以双斜面与圆柱面接触原理工作，当凸轮机构的一边（例如右侧）是直线型斜面，则在另一侧就不一定是一个平行于右侧的斜面（指左侧工作面），因此要计算出在是 A）和 D 点（也是 D 点）的坐标位置，以右侧为直线，求左侧轮廓位置。当 s=0，如图所示状况，即 2y =0，当圆柱半径 r=9， = c o c o （ 3 4）在图示状况下（本项目中 l=48 232232 )()( （ 3 5）当 s= | 2y 值时（ 3 6） c o o 图 2 1球阀启闭运动轨迹计算简图 O 球心形心 1O 滚动瞬心 1(球阀半径 ) 0 球阀滚动角斜导轨斜角滚柱与导轨接触点 A、导轨位移而变化 S 导轨沿 Y 轴方向移动量（向下为正） S=h 球阀形心水平移动量 h 导轨在 212r 滚动半径 11, 22, 33, 44, L A 与 D 之间垂距（沿斜面） A s co s co （ 3 7） )c o s (2c o s （ 3 8）在本项设计中，平面凸轮最高升高 4式（ 3 3）和（ 3 8）得： m a x 4 38t a n 6s m m m a o s (48m h=2 s= 9mm h=1 s= h=0 s=0 00 L= 面凸轮下窄上宽，角度变化范围约在： m a x 0m a x 02 9 . 8 3 1 6 2 9 . 7 3 7 0 . 0 0 2 4 8 938 ， =0 2 6 8 6 （斜度在左侧变小）当凸轮右侧面是斜平面时，左侧应为一曲面，由于曲面曲率变化小，在结构设计中可用一个近似斜平面，角度略小于右侧面角来实现。阀下支承外形动柱面与倒角半径根据球阀启闭采用滚动启闭原理，下支承结构外形要适应这一要求，实现无滑动滚动。图 3 2所示下支承结构外形简图，图中表示支承外圆 R（即与球阀外径同），它与倒角圆角柱面区。图 3 2 球阀下支撑点外形当倒角半径为 1r ，轴承内孔直径为经倒角半径为 1r 起点 b 与球阀形心连线与 m )2/(s R （ 3 9）在本设计中： 401r =9R=100而： 920(s in m a 角中心点位置点 aa )co （ 3 10）倒角中心点 b 位置： 12 a (3 11) 在本项设计中： 00 19240 动空间要求以 O 点为瞬心，半径能作无滑动的滚动，此时长度和 22 )2/( 1ta n /2 （ 3 12）当球阀转动0角后，轴上投影 ) （ 3 13）根据d 配合间隙。在本项设计中： 2 ， 1 9 . 5 4 5 5t a n 2 5 . 5 1 420 ， 2 2 . 1 6 1 c o s ( 2 5 . 5 1 4 1 . 2 0 5 ) 2 0 . 1 9 2 在滚动中要求右边增大半径左边滚动中出现空隙，此时) = 2 2 . 1 6 1 c o s ( 2 5 . 5 1 4 1 . 2 0 5 ) 1 9 . 7 9 4 隙为虑左、右状况，理论上还有空隙此选择优先配合 )40支承轴承孔)40 第 4 章结构设计和计算杆机构受力状况阀受力状况球阀受力状况可以简化为图 4 1所示状态，图中： 4 （ 4 1）式中： D=25= 0 6 241254 2 A B (4 2) 式中： a、见图 4 1中尺寸。图 4 1 球阀受力状况简图因此： 9062 球阀密封压力考式（ 4 2）可得： )(4 22 （ 4 3）（ 4 4）本设计中： ,d=125F S 1 2 3 2 22 A 62691779012329 B 6060177871 2 3 2 9 合力于因此（ 4 5）当流体反向流动时（密封时），要保持密封面此球阀上受倒阀杆作用力引起支反合力： 4 6）在本设计中：4947+6269=31216N 060=后面分析中应用在强度计算时将考虑杆支承反力与支承结构型式选择方案 1：前支承导向型（即无后支承）图 4 2是方案 1的力系平衡图，由图可得： 0M 2()23A O F l ，而 12 2 4，因而 26 ()2 c 0F R 图 4 2 前支承导向受力图因此： 116 4cq q Rl l l 216 2cq q Rl l l 1q 区间 6 4622646461 2q 区间（ 4 7） 6 )46(4121 2111 6 )26(4121 2222 （ 4 8）因此： 6573312161173406)1174406(1174 1 21 01751173406)1174406(1174 1 22 方案 2：前后支承导向型图 4 3是方案 2受力状况图，由图可知：图 4 3 前后支承导向受力图 2AO rR d F e 21 （ 4 9）因此，当 2 98 3 1 2 1 6 1 7 4 8 0 . 9 6175 N 1 3 1 2 1 6 1 7 4 8 0 . 9 6 4 8 6 9 6 . 9 6N 比较两个结构方案，方案 2受力状况较好，在结构设计上又允许设计后支承，因此选用方案 2（只考虑，） 1 3 8 9 1 7 ， 2 1 3 9 7 0 擦阻力扭矩阀杆支承摩擦阻力扭矩 0012c o s ( ) c o f r F f (4 10) 式中： 12 导轨槽螺旋角， = f 摩擦系数， f= 滑不良），取 f=d 阀杆直径，0d=40此：（ = 密封摩阻扭矩 c o o 00 dZ h p 4 11）式中：mF=Z 山形密封件数， h 密封件长度，在具体结构中： 6+10 6一层件数中间层件数摩擦系数，对于尼龙因此：40 46 4 40 球阀下支承点摩阻扭矩（ 4 12）式中：下支承点轴径， 40 摩阻系数，此： 3 4 1 1 5 导轨槽产生扭矩（ 4 13）因此：杆承受的轴向力导轨槽承受轴向力作用阀杆上）在螺旋槽部分 (2 （ 4 14a）式中： )(21 ，导槽平均直径，导槽外径，0 导槽内径，1md 170(21 导槽螺旋升角， =左旋）导槽与导轮摩擦角，当 f ，在式（ 3 14）中，当开启时取“ -”，关闭时取“ +” 在直槽部分 1 （ 4 14b）式中：除导槽以外的轴向合力，详见式（ 4 19）。 mR= 阀杆梯形螺纹摩擦半径，(2 ，关闭用“ +”，开启时用“ -”，当选用 6L 7H 梯形螺纹，螺纹螺旋角 334 ，当螺纹摩擦系数 f 时， 142 ，梯形螺纹平均直径 P 。由式（ 4 14b）可得在本设计中：开启时 4 14）计算结果列于表 4 1中。表 4导轨槽承受轴向力工作状况 md区域开启斜槽直槽 0 闭斜槽直槽 0 4轨槽承受力图液压推力 PF 204 （ 4 15）式中： p=此： 50244404 2 阀杆前后支承摩擦阻力由式（ 4 9）和（ 4 10）知，支承摩擦阻力为：直线移动中关闭时 ( 21 开启时 ( 21 （ 4 16）螺旋移动中 s 21 4 16）计算结果列于表 4 2中。表 4 2 阀杆前后支承轴向摩擦阻力（ N）工作状况前支承后支承摩擦系数 f 螺旋角摩擦阻力 1121关闭开启螺旋运动 8462 阀杆密封摩擦力4 11）知直线运动时 mF 螺旋运动时 4 17）因此： 40 46 4 4 48 0 5 9s N 关闭他状况 / c o （ 4 18）式中：斜面倾角， =6 摩擦系数，此再阀门关闭时：31216 0 . 1 5 4 7 0 8 . 3c o s 6 N其他状况： 24974 0 . 1 5 3 7 2 1 . 5c o s 6 阀杆轴向合力开启 1旋开 2旋关 3（ 4 19）关闭 4式中：开启关闭由式（ 4 19）计算并考虑（ 4 14）结果列于表 4 3 工作状况导轨槽阀杆前后支承阀杆密封杆头斜面液压力轴向合力开启 5024 开 8462 5024 关 8462 024 闭 5024 8023 作扭矩和手

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