无磨损蝶阀结构设计及仿真分析毕业设计说明书

1、毕业设计说明书作 者： 学 号： 学 院： 机械学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 无磨损蝶阀结构设计及仿真分析 指导者： 评阅者： 2010年 6 月 10 日毕业设计中文摘要无磨损蝶阀结构设计及仿真分析摘要：工作原理：阀座的滑键内圆周面安装有阀座密封圈，与安装在蝶板外圆周边缘的阀板密封环构成密封副，阀门开启时，阀座沿着阀体内壁移动，与蝶板脱离，然后阀杆转动，带动蝶板转动打开阀门。阀板的转动轴线与密封副平面间存在轴向偏心，为单偏心结构。关键词：蝶阀 无磨损 仿真分析 毕业设计外文摘要Title: Non-wear butterfly valve structure desi

2、gn and simulation analysisAbstract:Based on the requirements of the design plan, the design aims to improve the existing butterfly valves to reduce the friction between the sealing rooms, reduce operating torque, speed up the opening and closing speed and improve valve life. The designer used UG to

3、model and to assemble simulation and completed its movement in the design process with UG. We propose two solutions, and option one is: using the butterfly mobile seat and the gear to complete the butterfly plate opening and closing movement. Option two is: using the butterfly mobile base and worm d

4、rive to complete the butterfly plate opening and closing movement. Taking the transmission efficiency and economic benefits into consideration, the use of gear drive meet the movement requirements and save the cost. Working principle: Valve seat ring are installed within the sliding key in the seat,

5、 and installed in the outer circumference of the edge of justice valve plate sealing rings seals, valve open, move the seat along the valve body wall, and butterfly board out, and then turning of the stem, rotate the disc drive to open the valve. Disc rotation axis and the seal between the existence

6、 of axial eccentric vice plane, a single eccentric structure.Keywords: butterfly valve non-wear simulation analysis 目 录1 绪论11.1 蝶阀概况及技术进展11.1.1 蝶阀的概况11.1.2 蝶阀的结构形式11.2 课题的提出11.2.1 蝶阀的国内外发展现状11.2.2 课题研究的内容21.2.3 课题研究的意义21.3 课题研究的可行性分析32 蝶阀的结构分析4 3 部件的选择及校核103.1 选用电动机10 3.2 确定阀体各部件尺寸103.2.1 确定阀体的厚度103

7、.2.2 确定移动蝶座的内径113.2.3 确定蝶板的尺寸113.2.4 确定阀杆的直径113.2.5 锥面密封13 4 UG建模及装配134.1 UG草图134.1.1 建立草图工作平面134.1.2 建立草图对象134.1.3 约束草图134.2 UG建模134.2.1 UG建模思想144.2.2 主体结构造型144.3 UG装配过程 164.3.1 装配建模的特点 164.3.2 配对条件 17 4.3.3 配对类型 184.3.4 按配对条件添加组件的步骤 185 UG仿真运动分析 215.1 仿真技术简介215.1.1 仿真技术的意义和应用215.1.2 仿真系统的基本结构225.2

8、 UG运动仿真模块介绍 225.3 UG运动仿真模块的基本概念 235.3.1 机构的组成235.4 无磨损蝶阀的运动仿真分析24结论 28参考文献 29致谢 301 绪论1.1 蝶阀概况及技术进展1.1.1 蝶阀的概况碟阀（Butterfly bamper）是一种历史悠久的阀门，其结构简单、体积小、重量轻、结构长度小。由于介质作用在转轴两侧面积上的力矩可以互相平衡，所以碟阀的驱动力矩小，易于实现快速启闭，且具有良好的流量调节特性。碟阀既可用作切断阀，也可用作调节阀1。近年来，随着结构和密封材料的改进，其密封性能也大大提高。由于以上种种优点，碟阀在工业上得到了越来越广泛的应用。近几年来，各种蝶

9、阀逐渐被人们所认识，并广泛用于各行各业2。蝶阀是近几年来在阀门行业发展最快的一种阀门，蝶阀正在以其成本低、体积小、重量轻、寿命长的优势，在许多场合代替了传统的阀件，如截止阀、闸阀、旋塞阀和球阀，并且高性能蝶阀的发展3，已经把蝶阀推广应用到在一些使用条件苛刻如低温、高温、高压、真空、泥浆，甚或是有火灾危险需要使用专门阀件的地方4。1.1.2 蝶阀的结构形式蝶阀的卓越性能与其自身不断地改进、演变、发展密切相关。为满足各种需求，蝶阀先后经历了从同心向单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀的演变5。本次设计的课题是在单偏心蝶阀的基础上实现无磨损密封。1.2 课题的提出1.2.1 蝶阀的国内外发展现状随着阀

10、门设计制造水平的提高阀门产品的应用领域也在不断的扩大高科技成果的不断采用使阀门功能型开发的前景更加广阔6。国内有数百家阀门公司，对任何一种新型阀门的开发都需经过设计、制作模具、加工制造、性能检测等工序，耗费大量的人力、物力和财力，周期长、成本高，还不能保证设计出的新型阀门具有很好的性能指标7。国外阀门的开发比国内更有效，但同样存在着与国内同行业相同的问题。改革开放后，随着我国经济建设的蓬勃发展，阀门行业也展现了欣欣向荣的生机。现在有几千家的大小阀门厂，尽管良莠不齐，但产品品种已达3000多个型号，近30000个规格。在密封性能、强度要求、调节功能、动作性能和流通性能，特别是密封性能，都有了长足

11、的进步，倒退十年，城镇供水协会的权威人士有句行业名言说“十阀九漏”，虽然有些夸张，确实不尽人意。闸阀主要是密封性能差，蝶阀还有操作机构可靠性差等等，这种情况确有明显改进，现在球墨铸铢、树脂砂铸造工艺、奥氏体不锈钢阀轴、硬密封阀座、专用特殊阀国外对蝶阀的应用相当广泛，而且在阀门性能方面的研究已上升到相当的高度，而且某些阀可完成许多严酷工况下的工作。1960年的德国KarlAdams提出蝶阀同时具有切断(Isolation)、调节(Throttling和止回(check)3种功能，并于1966年以“斜置锥形阀座密封系统”为名注册了专利，这是蝶阀技术的一次重大进展。1967年在法兰克福举办的“国际化

12、工展览”(CHEMR)上展出T新型的法兰偏心设计蝶阀，这种新型蝶阀的密封性能大为提高，很快用于中高压系统;日本株式会社的三偏心蝶阀Trietc的压力等级己达到2500磅级，最高压力达到26MPa，耐温低至196、高达700，密封基本达到零泄漏，调控比高达100：1以上，也就是说，在各种严酷、关键的过程控制管线上，不论是开关阀还是调控阀，只要选型得当现在都可以使用蝶阀;还有美国的KYsToNE，加拿大的SCORE等公司的金属硬密封蝶阀不论是质量还是性能都达到了很高的水平，并在各自的国内市场得到了广范的应用。1.2.2 课题研究的内容蝶阀是一种应用于管道内调节介质流量的阀门，通常包括阀体、阀杆、蝶

13、板和阀座。阀座的内圆与密封件的外圆构成密封副。在阀门关闭状态下，依靠蝶板的径向压缩和正向介质的推力使密封圈发生弹性变形，实现过盈配合密封。传统的蝶阀开启和关闭时，密封副间总存在着摩擦，使启闭阀门的力矩增大，启闭速度减慢，不可避免的频繁启闭会造成密封面的加速磨损， 密封性能下降，最终导致阀门（泄漏）损坏。本课题设计一种新型无磨损蝶阀，大幅减少或者消除阀门启闭时密封副间的摩擦，降低操作力矩，启闭速度快，且冲击作用小，提高阀门使用寿命。1.2.3课题研究的意义随着我国工业的发展，对蝶阀的要求越来越高，在密封满足的情况下，更多的是考虑其驱动方式，降低操作力矩，提高启闭速度，研究一种无磨损的密封蝶阀，使

14、密封副之间的摩擦大幅减少，从而提高其使用寿命，在满足使用性能的同时提高经济效益。1.3课题研究的可行性分析（一）经济性由于蝶阀具有结构紧凑，操作灵活，密封比较可靠以及可调节流量等优点受到广大用户的青睐。在大口径阀门的选择上，人们更倾向于蝶阀。因而研究无磨损蝶阀，在降低摩擦后，提高使用寿命，必然会提高经济效益。（二）理论上的可行性本次设计采用的是单偏心蝶阀，采用移动式蝶座，利用锥面密封圈的挤压来完成密封，从而减少了在蝶板旋转时由于摩擦使密封圈磨损的情况，从理论上来说是可以实现的。（三）技术上的可行性 对于球形或抛物线形的密封形式，其加工难度比较大，而锥形密封副易于加工，按一般工艺就可以保证其加工

15、精度。另外，对于蝶板的空间运动分析，可寻求相关的软件支持。例如ANSYS软件，UG软件和ADAMS软件都可对设计结果进行全参数化三维实体建模及阀门实际工作过程的计算机模拟，从而确定蝶阀运动的可行性。2 蝶阀的结构分析经过分析国内外蝶阀专利，发现蝶阀的密封结构经历了如下几个阶段：无偏心蝶阀单偏心蝶阀双偏心蝶阀三偏心蝶阀阶段一：无偏心蝶阀（或者叫同心蝶阀）；随着天然橡胶的出现以及五十年代人造橡胶衬层的问世，橡胶衬层开始用作密封材料，早期的蝶阀设计就是无偏心蝶阀4，常见的衬胶蝶阀即属于此类。结构特点：阀杆轴心、蝶板中心、阀体中心在同一位置上，如图1.3所示。图2.1 无偏心蝶阀优点：结构简单，因蝶板

16、中心线两侧是相等的，故力矩和通过蝶板的压力负载是平衡的，使蝶阀关闭时达到双向紧密封，不存在不平衡区，减少了单边泄漏。缺点：由于它是以旋转轴为中心的对称结构。它的密封面是处于轴的两侧,这样的结构,密封面的压紧力与介质的压力永远只有一半阀板是相一致的,另一半则处于完全相反的方向。因此造成蝶阀密封性能不高,也就是说其密封性能是完全依靠密封面间的初始过盈量来实现的7。阶段二：单偏心蝶阀；在六十年代初期，利用使阀杆中心线与密封中心线错开，以便不通过橡胶衬密封面的方法使这一现象得到纠正，从而产生了单偏心蝶阀。例如中国专利号ZL92227598.x：偏心式蝶阀。结构特点：阀杆轴心偏离了蝶阀中心，如图1.4所

17、示。优点：阀杆中心线与密封中心线错开，形成不对称结构，以便不通过橡胶衬密封面，造就了蝶阀的密封面成为一个完整连续的圆弧曲面，这样对于密封面的加工制造就非常方便，而且阀板与阀座还可以进行研磨，这对于蝶阀的密封性能当然就有了充分的保证。解决了阀杆通过衬里的两点密封问题，蝶板上下端不再为成回转轴心，分散、减轻了蝶板上下端的过度挤压，能较快离开密封面，减少了配合面间的摩擦力。图2.2 单偏心蝶阀缺点：由于单偏心结构在阀门的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失，故采用不多。阶段三：双偏心蝶阀；在单偏心蝶阀的基础上进一步改良成型就是目前广泛应用的双偏心蝶阀，如图1.5所示，中国专利：ZL992079

18、14.4 高性能双偏置蝶阀；ZL94219466.7：双偏心金属球面硬密封蝶阀；美国专利：4,436,281改良的密闭装置。图2.3 双偏心蝶阀结构特点：阀杆轴心既偏离阀座的密封面中心，也偏离管路和阀门中心线。优点：第二个偏心产生凸轮作用，即在行程接近结束时，阀板和阀座才开始接触，减少了阀门启闭时的转矩和阀座的磨损，当阀板开启约15°，阀板和阀座完全脱开（取决于阀门大小）。当开度大于15°直至全开时，阀板和阀座完全不接触，大大减少了阀座的磨损和变形6。提高了阀座寿命；刮擦的大幅度降低，同时还使得双偏心蝶阀可以采用金属阀座，提高了蝶阀在高温领域的应用。缺点：因为其密封原理属位

19、置密封，即蝶板与阀座的密封面为线接触，依靠蝶板或阀体上的弹性元件产生变形加大密封面密度。另外，在蝶板圆周上，各点的压力角变化较大。为了保证密封，只能使蝶板或阀体的弹性元件产生更大的变形，这就使得蝶板或阀体密封面的摩擦现象非常严重，尤其在阀体密封面靠近轴两端的部分，长期使用时容易产生擦伤，造成密封失效。阶段四：三偏心蝶阀；图1.6 三偏心蝶阀1966年德国Karl Adams以“斜置锥形阀座密封系统”（The inclined conical seat sealing system）为名注册了专利，如图1.6所示。1967年在法兰克福举办的“国际化工展览”上，展出了新型的三偏心设计蝶阀，80年代

20、后，这种新型蝶阀被称为“高性能蝶阀（High performance butterfly valve）”,并与成套设备引入我国。中国专利号：ZL98226652.9 三偏心密封蝶阀；专利号：ZL99243242.1 三偏心硬密封蝶阀；ZL00229687.x 三维偏心锥面硬密封蝶阀；ZL00210703.1 三偏心蝶阀；ZL99205890.2 三维偏心金属密封蝶阀；ZL01213618 一种椭球面金属密封蝶阀结构特点：三偏心蝶阀是在双偏心的阀杆轴心位置偏心的同时，再加上圆锥形密封面中心线相对于阀门中心线偏转一个角度，形成第三个偏心。优点：前两个偏心使得阀门的阀座与密封圈之间的摩擦减少，阀座与

21、阀板在打开大约15度以后脱离接触，第三个偏心可使阀座与阀板在阀门的整个行程中完全脱离，阀板与阀座的接触只是在密封时的一瞬间，因此，1）极大地减少了阀座与阀板之间在开关过程中的摩擦，减少了磨损，延长使用寿命；2)由于摩擦的减少,使阀门的操作扭矩减小,可使用较小的执行机构,降低工人的劳动强度；3)由于其密封是靠阀座与阀板上密封圈之间的挤压实现的,因此扭矩越大密封等级越高。如果阀门结构设计合理,则可实现极高的密封效果。4)对密封接触角度的合理设计,可排除阀门卡死的可能性。因而提高了操作的可靠性；5)与一般的蝶阀相比,三偏心蝶阀采用金属密封,克服了软密封的弱点,适用温度范围更加广泛。不但可替代闸阀用于

22、高、低温工况,亦可用于耐腐蚀抗冲刷的工况。缺点：三偏心蝶阀对结构设计和选材要求严格，特别是密封圈，其椭圆形截面尺寸要求精确，工作条件亦苛刻，并且由于蝶板和阀座的弹性变形，在其接触和脱离的瞬间，仍存在着摩擦，又由于存在着正流和逆流两种不同的工作状态，要达到零泄漏比较困难，所以需要开发新的产品。三偏心蝶阀在设计上还两个难点。其一是高密封性能和低开闭力矩的矛盾。要求密封性能好,就必须提高密封面比压,这必然要增加摩擦力,使开阀力矩也相应增大。由于存在着正流和逆流两种不同的工作状态,密封性能与开闭力矩之间呈现更复杂的关系。其二是正流和逆流的不同密封性能。以蝶板为例,介质流动方向的上游和下游情况不同。正流

23、状态,蝶板转动方向与介质流动方向相同,上游密封条件较好,容易达到零泄漏。逆流状态时介质流动方向与蝶板转动方向相反,上游密封条件不好,一般要求外部施加留驻力矩,才能保持密封面的比压。要达到零泄漏比较困难。本次设计蝶阀主要包括密封组装的阀体、阀杆、阀板、阀座及其驱动装置，阀体包括主阀体和副阀体两部分，主阀体和副阀体中心轴线重合，由法兰螺栓密封连接；主阀体的内圆周上设置有键槽；阀座为圆环状结构，设置在阀体内，其一端的外圆周面上安装有滑键，并可沿主阀体的键槽轴向滑移，阀座的滑键内圆周面安装有阀座密封圈，与安装在阀板外圆周边缘的阀板密封环相配合构成密封副，阀座另一端的外圆周面制有与驱动装置机械连接的外螺

24、纹；副阀体的内圆周面的一端设置有驱动装置支座；阀杆的上、下端分别用圆锥销通过上连接座和下连接座与阀板连接；阀板的转动轴线与密封副平面之间存在轴向偏心，为单偏心结构。与现有技术相比，本次设计蝶阀的有益效果是： 1.效能提高。本次设计的蝶阀将传统的固定式阀座改进设计成为可沿阀体中心线轴向移动的移动式阀座，阀门开启时，阀座在其驱动装置作用下沿阀体的中心轴线方向轴向移动，松开对阀板的压紧，阀座密封圈与阀板密封环脱离，当密封面脱离开一段距离后，启动阀杆转动，无摩擦的情况下打开阀板。这种设计避免了阀板在转动时密封副之间产生摩擦力，可使阀门的使用寿命由目前的几千次提高到几十万次。并且开启阀板时，阀板两边的介

25、质压力已卸掉大部分，所以启闭力矩大大减小，仅为一般蝶阀的10%左右，可使驱动装置和执行机构型号相应减少，从而降低了成本，节约了能源，同时提高了启闭速度。 2.易于制造。本设计蝶阀结构紧凑，阀的体积及重量比较轻，操作简易轻便，生产制造比较容易。 3.密封性好。本设计蝶阀阀门关闭时，阀板转到原位后，阀座在其驱动装置作用下，沿阀体的中心轴线方向平行压向阀板的密封环，直至阀座压紧阀板，能保证密封面间均匀的密封比压；且本设计的阀座驱动装置具有反向传动自锁性，能保证密封面的压紧和良好的密封性能。 4.适用性广。本设计蝶阀的驱动方式多样，可采用电动、手动、液动或气动方式驱动，使用非常方便。3 部件的选择及校

26、核3.1 选用电动机 阀杆的驱动电机的选择：根据题目所给要求：公称压力0.05-0.6Mpa 通径为1020mm，通过查阅机械设计师手册，电动装置力矩值应为： 蝶阀阀杆转速：0.5-4r/min所以选定阀门电动装置的型号为：Q602 阀门专用电动机：N = 式中：N 电动机功率 M 电动装置最大输出转矩（N ） n 电动装置的输出转速 电动装置的整机效率 K 阀门专用电动机的利用系数其中：M=13000N n=2r/min K=1.5 =0.9 其中阀杆的转速设定为2r/min，电动装置直接连接阀杆，与阀杆转速相同。带入数据计算得：2.2 KW电动机型号： YDF213.2 3.2 确定阀体各

27、部件尺寸3.2.1 确定阀体的厚度阀体所用材料为Q235A，根据公式： S=+c式中：=30 设计给定余量 c=1mm将数据代入公式中得：S=16.5mm设计时以SS为合格，所以设计选定阀体厚度为20mm。3.2.2 确定移动蝶座的内径通过查设计手册，选定阀座内径为970mm。3.2.3 确定蝶板的尺寸蝶板的厚度 b=0.054D 代入数据计算得 b=29.3取b=30mm 得蝶板直径：d=940mm 图3.1 蝶板3.2.4 确定阀杆的直径表 1：阀轴直径和操作扭矩对应关系表操作扭矩（N·m）阀轴直径（mm）轴径代号操作扭矩（N·m）阀轴直径（mm）轴径代号5014d14

28、600070d7012518d18800080d8025022d2212000100d10050028d2816000120d120100032d3220000140d140200040d4032000150d150300050d5040000160d160400060d6060000180d180根据操作扭矩为10000 N·m，查表1运用插值法确定阀轴的直径为90mm。3.2.5 锥面密封： Q=(D+b)p=(970+10)p=452.35KNQ=(D-D)(1+f/tan)q =(980-970)(1+0.4) =121.235KNQ=Q+Q=573.585计算比压：q =

29、(D+D) = 4.7Mpa查手册得：q=3.6 q=30.0满足q < q < q 所以设计合格。3.2.6选择齿轮考虑到齿轮内径尺寸及齿轮模数大小，选定传动比i=6，模数m=4，小齿轮齿数Z =50 大齿轮齿数Z =300 小齿轮的分度圆直径：d=m Z =200mm 大齿轮的分度圆直径：d =m Z =1200 mm齿顶高：h =5mm 齿根高：h=4mm螺纹的螺距设定为4mm，启闭长度为20mm。4 UG建模及装配4.1 UG草图在UG中，使用草图可非常方便地对构成特征的二维截面轮廓进行参数化控制。绘制草图时可按照设计思路随意绘制，然后对草图施加约束和定位，从而精确的控制他

30、们的尺寸，形状，和位置，以满足设计要求。而由草图经过拉伸、旋转等操作生成的三维实体模型是与草图相关的，修改草图时，关联的实体模型会自动改变。4.1.1 建立草图工作平面在一个部件文件中，每个草图具有唯一的草图名，因此在建立草图前，应首先确定草图的名称。产生草图平面即是定义一个平面和一个坐标系，这个平面可以是坐标系，也可以使物体上的一个平面，我们在这个平面上建立草图对象。4.1.2 建立草图对象绘制草图时只需画出大致轮廓和位置，但形状和尺寸不能与标准轮廓相差太多，否则施加约束时图形有可能严重变形，完全背离了设计意图。4.1.3 约束草图画出大致的曲线轮廓后，通过施加约束来保证曲线的具体形状和尺寸

31、，草图约束分为尺寸约束和几何约束，前者约束草图的尺寸，后者约束草图的几何之间的关系。在施加约束时应在观察自由度符号的同时，交替进行几何约束和尺寸约束。4.2 UG建模 将相配组件中的一个对象中心定位到基础组件中的一个对象中心上，其中两个对象都必须是圆柱体或轴对称实体。将相配组件中的一个对象中心定位到基础组件中的两个对象的对称中心上5 UG仿真运动分析5.1 仿真技术简介近年来,随着计算机的广泛应用,我国在仿真系统的建模与开发方面迅速发展起来, 并取得了很大的成就。在机械工程领域, 建模与仿真技术的应用已扩展到产品的全生命周期:方案论证、设计制造、试验、使用和维护训练。从而在制造企业产品设计和制

32、造的过程中,计算机仿真已成为不可缺少的工具,它在减少损失、缩短开发周期和提高产品质量等方面发挥了巨大作用。虚拟现实技术的展和软硬件产品的开发,使仿真技术的应用、意义和成果都得到进一步扩展。5.1.1 仿真技术的意义和应用商品经济的发展,使机械产品的性能和类型需要随着市场的需求快速变化, 以满足各种用户和不同功使它能满足需求变化。机构运动方案设计是各种机械产品开发的初步,它的优劣直接影响到机械产品的性能和经济价值。机构运动方案设计, 过去一般是由机械工程师和专家共同完成,通过功能需求分析、计算方案结构尺寸、画出草图研究,最后从中选出两个或更多方案进行试验研究,通常经过几次改进才能确定最终方案。对

33、于设计过程的支持可以利用专家系统、人工智能和实例化等方法开发出实际有效的智能设计支持系统,帮助设计者取得更好的成果。对设计方案的仿真过程研究无论对于专家, 还是设计者都有重要意义,它能在实体制造之前给人直观、清晰的设计结果。最早应用Basic、Fotran 等进行机构运动分析和二维运动仿真,编制分析子程序,给出初始条件调用这些子程序进行计算和运动图形的绘制。它被用于教学、机构性能研究和特殊机构运动分析及解决工程实际问题。而随着工程问题的逐渐复杂和计算机技术、虚拟现实技术的发展,开始利用三维图形技术(3DS) 解决设计问题, 它给用户和设计人员提供更加逼真的仿真过程,这更为三维机构(球面机构等)

34、的设计研究提供了可能, 同时也为方案论证提供有力的依据。在一些文献中论述了利用仿真技术求解一个较难的实际工程问题,通过方案运动仿真后,一次实验取得成功。但整个过程需要专家、机械工程师和计算机工程师一起协同完成, 这就使它的进一步应用和发展受到限制。因而需要为机械工程师建立一个可以自己方便进行三维设计的仿真系统, 它能提供充足的模块和操作功能,使机械工程师很方便地进行多机构建模和运动仿真。另外也能与智能设计支持系统连接,使在设计系统中得出的运动方案可直接在仿真系统中自动生成三维模型,并可进行运动仿真。5.1.2 仿真系统的基本结构机构运动方案仿真系统是为了满足对设计方案进行实时仿真,不仅可以对机

35、构的运动规律(运动的位移曲线、速度曲线和加速度曲线) 进行分析, 而且可以在三维的模型中实现机构运动过程的可视化, 并且实现运动过程的干涉检验。为实现机构造型需要建立基本机构数据库(包括连杆机构,凸轮机构, 槽轮机构等) 和基本构件3D 造型库,系统将首先在数据中查询出设计方案的各个参数和机构构件的装配关系,然后利用构件3D 造型库构造出实体模型。如果在仿真系统中只有几个机构模拟运行, 设计者较难确定设计结果的可行性,而为各个机构加入执行工件后可以使各个机构的运行情况能够更真实的反映出来。它包括系统内造型即利用基本形体和基本构件3D 造型库来造型, 外部造型输入即先利用一些3D 造型软件设计复

36、杂实体,然后转换成系统识别的点数据结构,即可在系统内使用。在完成机构的造型过程之后进行机构的综合分析,通过运动分析软件系统和干涉检查系统对整个机构的运动位置、速度和加速度特性及机构运动过程干涉进行分析, 给出可视化的运动过程显示和各种分析结果,判断机构是否能够实现设计要求。 5.2 UG运动仿真模块介绍并用动画来表现机构的运动过程,用图表和电子表格来反映运动仿真的结果,得到精确机构运动数据,为机构的优化设计提供参考依据, UG软件的运动分析模是一个模拟仿真分析的设计工具，它是ADAMS软件的一个子集。它既能进行运动分析，又能进行动力学分析。与传统方法比较，U G 制作机构的三维运动仿

37、真较为便利 ,节省时间和物力。而且确定最佳方案之后 ,参与组合的零件模型图可直接转为二维生产图纸或生成代码用于数控加工。其典型步骤如下：首先将要分析的装配图存入一个Scenario文件，确定分析所需构件，再建立构件之间的运动副，然后定义整个机构承受的载荷，进行机构运动仿真，从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及特性曲线，为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。 5.3 UG运动仿真模块的基本概念5.3.1 机构的组成1. 构件任何机器都是由许多零部件组合而成的。这些零件中，有的是作为一个独立的运动单元体而运动的，有的由于结构和工艺上的需要，而

38、与其他零件刚性的连接在一起，作为一个整体而运动，这些刚性连接在一起的各个零件共同组成了一个独立的运动单元体。机器中每一个独立的运动单元成为一个构件。2. 运动副由构件组成机构时，需要以一定的方式把各个构件彼此连接起来，这种连接不是刚性连接，而是能产生某些相对运动。这种由两个构件组成的可动连接称为运动副，把两个构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。3. 自由度和约束设有任意两构件，它们在没有构成运动副之前，两者之间有6个相对自由度（在直角坐标系中三个移动和三个转动自由度）。若将两者以某种方式连接起来而构成运动副，则两者之间的运动便受到一定的约束。运动副常根据两构件的接触情况进行分类

39、，两构件通过点或线接触而构成的运动副称为高副，通过面接触而构成运动副的称为低副，另外也有按移动方式分类的运动副，回转副、螺旋副、球面副等移动方式分别为移动、转动、螺旋运动和球面运动。5.4 无磨损蝶阀的运动仿真分析当蝶阀零件装配为系统(总成) 之后 ,就可以对对其作运动分析了。UG的运动分析模块可在屏幕上模拟真实的机构运动 ,并检查运动轨迹和运动干涉等 ,进行三维动态仿真。运动分析之前 ,要对各零件和运动副定义。运用的 UG工具主要有构件、运动副等。经过上述定义和编辑之后 ,机构可实现三维运动仿真。UG的动画工具可计算机构的加载运动是否正确 ,干涉检验功能可检查机构的运动干涉，并用激活选项 ,

40、设定以高亮点来显示干涉部位。蝶阀的运动分析主要包括以下几个步骤：打开装配好了的主模型文件；图5.1 设置机构分析环境1) 进入运动分析模块，创建一个Scenario模型并设置机构分析环境,选择运动学解算器,如图5.1 所示；2) 创建各机构对象包括构件、运动副、标记等，如图5.2、5.3所示； 图5.3 建立运动副图5.2 设置连杆图5.4分析模型导航器在设置连杆时，一定要注意在UG中连杆的定义，它是指在运动时一起运动的所有部件。因此，不仅包括常规意义上的连杆，也要把连杆上随其一块运动的紧固件、及轴套等共同定义为一个连杆。在定义运动副时，一定要保证运动副的方向是正确的，否则将不能实现理想的运动。在定义时，均采用旋转副，这需要定义四个。定义好后的连杆、运动副及后来定义的智能点都可以在模型导航器中找到，图5.4为分析模型导航器；3) 设置标记、跟踪及干涉选项：以阀座和智能点A001，及阀板和智能点A002为跟踪对象；以阀板与阀座