毕业论文-蝶阀的设计与检验

1、毕业论文（设计）专用稿纸- 25 -1蝶阀概述 蝶阀是一种能够阻流、导流、分流、调节、防止倒流、泄压的工具，阀门看似神秘，其实存在于我们生活的每一个角落，最常见的就是水龙头、自来水管的闸阀、城市道路中的消防栓 本文主要讲的是阀门这么大家庭中最典型的蝶阀。蝶阀主要的零件包括：阀体、蝶板、上阀轴、下阀轴、压块、密封圈、上填料、中填料、下填料、端盖、轴套、填料压盖、传动装置等。对于蝶阀的密封，主要有三个地方：最主要的是蝶板和密封圈的密封，次之是上阀轴和阀体的密封，最后是下阀轴和阀体的密封。 随着技术的发展，弹性密封蝶阀的设计主要有以下几种结构：中线蝶阀、典型的单偏心密封蝶阀、典型的双偏心密封蝶阀。下

2、面对这几种典型蝶阀结构进行说明。图1.1 中线蝶阀密封副典型结构示意图 结构特点：蝶板的旋转中心（即阀轴的中心）位于阀体的中心线和蝶板的密封面的截面上。阀座的密封使用合成橡胶。关上阀门时，蝶板的外圆密封面与合成橡胶阀座紧密挤压，使得阀座上的合成橡胶产生弹性变形而拥有足够的弹性力作为密封比压，确保蝶阀的密封性能。本阀可设计成法兰型连接、对夹型连接和单夹型连接。阀轴可设计为通轴，固定销钉和两节轴键槽连接结构。图1.2 典型的单偏心密封蝶阀的密封副典型结构示意图 结构特点：蝶阀的旋转中心（即阀轴中心）位于阀体的中心线上，并且与蝶板的密封面的截面构成一个偏离尺寸a（如图1.2所示），使蝶板和阀体的阀座

3、上的密封面组成一个完整的圆，在加工的时候能够确保蝶板与阀座的表面粗糙度。在闭合蝶阀蝶板的情况下，蝶板的外圆密封表面逐步靠近并压缩阀座并且使得阀座上的合成橡胶产生弹性变形，形成的弹性力作为密封比压用来确保密封。阀座应为软质密封材料，使用聚四氟乙烯最为合适。在本阀完全敞开的情况下，蝶板与阀座密封面间必须形成一个间隙x。本阀可设计成法兰型和对夹式。图1.3 典型的双偏心密封蝶阀的密封副结构示意图 结构特点：蝶板的旋转中心线（即阀轴的中心线）与蝶板密封面的截面构成一个偏离尺寸a，并且与阀体通道的中心线构成一个偏离尺寸b。由于在单偏心密封蝶阀的基础上使蝶板旋转中心线与阀体通道的中心线再偏离一个尺寸b，当

4、双偏心密封蝶阀处于完全敞开的情况下，其蝶板密封面会完全脱离阀座密封面，并形成一个更大的间隙y，使得蝶板的旋转半径分为长半径和短半径，在长半径转动的大半圆上，蝶板密封面旋转轨迹的切线会与阀座密封面形成一个角度；在阀门打开的状态下，蝶板密封面相对阀座密封面有一个逐渐脱离出来和逐渐挤压进入的作用，从而减少了启动时蝶板和阀座之间的机械磨损和擦伤；在阀门闭合的状态下，蝶板的旋转轨迹如同一个凸轮机构，在完全关闭的状态下，密封更加紧密。本阀的蝶板从0-90开启时，蝶板的密封面会比单偏心密封蝶阀更加快速地脱离阀座密封面。当蝶板从0转至8-12时，蝶板密封面便可完全脱离阀座密封面，从而使得蝶板在启闭过程中，蝶板

5、与阀座密封面之间相对机械磨损、挤压转角行程更短，机械磨损、挤压降低，蝶板的密封性能及寿命相对提高很多。2单偏心蝶阀2.1单偏心蝶阀的介绍 1200D340X-1.0单偏心阀门属于一般工业性的阀门，适用于石油、化工、电站、水厂、长输管线、造纸等行业驱动装置为蜗轮蜗杆传动，再安装手轮运转，也可在蜗杆头处安装电动机带动运转。 1200D340X-1.0的型号编码含义：“1200”表示蝶阀的直径为1200mm；“D”表示为蝶阀；“3”表示为涡轮驱动；“4”表示为阀门连接端连接形式为法兰式；“0”表示为结构形式为单偏心；“X”表示为密封面或衬里材料为橡胶；“1.0”表示为阀门的公称压力PN1.0MPa。

6、2.2单偏心蝶阀的设计 查阅阀门设计国家标准，设计零件主要尺寸如下：（1）阀体材料为HT200；阀体厚度为32mm；阀体内径为1195mm；阀体宽度为381mm；阀体高度为1786mm；法兰直径为1455mm；法兰盘上螺栓孔径为39mm共24个，外加8个上下轴颈处螺纹孔，直径为36mm。阀座的内径为1175mm。（2）桁架式蝶板的材料为QT500-7；蝶板的厚度为40mm；蝶板的直径为1168mm；轴孔直径145mm；筋板的厚度为16mm。（3）上阀轴的材料为T45；上阀轴的直径为143mm；上阀轴的长度为820mm；键槽长度为180mm，宽度为32mm，深度为11mm；配钻2个锥销孔，直径为

7、40mm。（4）下阀轴的材料为T45；下阀轴的直径为143mm；下阀轴的长度为394mm；配钻1个锥销孔，直径为40mm。阀体、桁架式蝶板、上阀轴设计图纸分别见附图（1）、附图（2）、附图（3）。3单偏心蝶阀的部分计算 对设计的单偏心蝶阀的尺寸通过计算来确保设计的正确性，通过“参考文献”陆培文.实用阀门设计手册.第二版.机械工业出版社,2007.找到相关的公式数据来验证。3.1单偏心蝶阀典型计算项目表3-1 单偏心蝶阀典型计算项目序号零件名称计算内容选用公式1阀体厚度表3-22阀座密封面上计算比压表3-33蝶板强度验算表3-43.2阀体厚度的计算 本阀为直径的单偏心蝶阀，阀门设计公称压力为，阀

8、体铸造材料为，计算公式见表3-2。表3-2 厚度（铸铁阀体，圆形，T2）序号名称符号式中符号公式或索引单位1计算厚度 2计算压力设计给定3计算内径设计给定4许用拉应力查表3-35腐蚀余量设计给定6实际厚度设计选定由设计尺寸得： ，查实用阀门设计手册（第二版）表3-3，得许用拉应力 ，腐蚀余量； （式3.1）由 ；所以阀体设计厚度符合要求。 3.3阀座的密封面上计算比压表3-3 密封面上总作用力及计算比压（M1）序号名称符号式中符号公式或索引单位1密封面上总作用力2密封面处介质作用力3密封面内径设计给定4密封面宽度设计给定5计算压力设计给定6密封面上密封力7密封面必需比压查表3-138密封面计算

9、比压9密封面许用比压查表3-14由设计尺寸得： ， ，；查实用阀门设计手册（第二版）表3-13； 对于铸铁； （式3.2）密封面处介质作用力 （式3.3） 密封面上密封力 （式3.4） 密封面上总作用力 （式3.5） 密封面计算比压 （式3.6） 查实用阀门设计手册（第二版）表3-14 ，得 ； 由 ，即；所以密封面上比压符合要求。3.4蝶板的强度验算表3-4 蝶板的的强度校核（A-A断面）序号名称符号式中符号公式或索引单位1A-A断面的弯应力2A-A断面的弯矩3介质压力取4蝶板外径设计选取5A-A断面的抗弯断面系数6A-A断面的惯性矩7左轴承孔长度设计选定8蝶板中心处最大厚度见表1-49左轴

10、承孔直径设计选定10右轴承孔长度设计选定11右轴承孔直径设计选定12蝶板与阀杆配合孔长度设计选定13蝶板与阀杆配合孔直径设计选定14材料许用弯应力表3-5由桁架式蝶板的外径 ， ， ， ， ， ，桁架式蝶板的材料为QT500-7； （式3.7） （式3.8） ； （式3.9） ； （式3.10）查实用阀门设计手册（第二版）表3-5 ，得；由；所以桁架式蝶板的强度满足要求。4单偏心蝶阀的三维建模 SolidWorks是一个模拟仿真软件，为了更好的验证自己设计的准确性，通过绘制设计的零件进行组合装配检验各个零件的配合是否合理。通过建模也能对零件进行优化设计。图4.1 1200D340X-1.0单偏

11、心蝶阀的装配体示意图方向（1）图4.2 1200D340X-1.0单偏心蝶阀的装配体示意图方向（2）4.1单偏心蝶阀的阀体三维建模图4.3 阀体的主体建模 “旋转”特征完成后，就得到如图4.3所示的阀体主要部分，然后通过在其它视角基准面上绘制上下轴颈的草图，在绘图过程中，要保证草图的完全定义，这是对一个绘图者的基本要求。图4.4 阀体建模完成 经过绘制上下轴孔，并对螺纹孔、筋板等进行添加，得到完整的阀体建模。4.2桁架式蝶板的三维建模图4.5 桁架式蝶板的筋板绘制 桁架式蝶板的筋板在画的时候要注意因地而异，不能以为的想着只是用特征“筋”来完成，像两边的筋板（如图4.5）应该在上下两个面上分别画

12、一个矩形，然后通过放样来完成筋板的制作，这样做出来的筋板就与蝶板主体相吻合，不会因为是用特征“筋”制作的而存在瑕疵需要修改。图4.6 桁架式蝶板建模完成 桁架式蝶板比老式蝶板节省材料，同时能够达到甚至在性能上优于老式的蝶板。绘制蝶板还是先从主要的部分开始，如果使用特征“拉伸”，那么在对蝶板边缘处理的时候会很麻烦。因此还是利用特征“旋转”来进行绘制。不仅节省了时间，而且体现了制图者的绘图技术。5单偏心蝶阀的有限元分析 利用软件Simulatoin对阀体、桁架式蝶板、上阀轴等设计的主要零件进行有限元分析，对设计零件的应力、应变、位移进行校核，保证设计的零件满足使用要求。通过运用软件的有限元分析，也

13、可以加深对这个软件的理解，在以后的工作中能熟练的使用。5.1阀体校核 在插件Simulation的环境下，设定阀体的材料为铸造碳钢，固定了阀体的两边法兰，让阀体内部受到1.5MPa的压力，通过生成网格，进行静态运算，得出计算结果。图5.1 阀体静态应力运算结果 见图5.1所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到阀体的静态应力显示的颜色为全部蓝色，校核得出阀体满足使用要求。图5.2 阀体静态位移运算结果 见图5.2所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到阀体的静态位移显示的颜色为蓝色和绿色居多，有少许的浅红色，校核得出阀体满足使用要求。图5.3 阀体静态应变运算结果 见图5.3所示，通过图中对比颜色

14、等级条，可以看到阀体的静态应变显示的颜色为全部蓝色，校核得出阀体满足使用要求。5.2桁架式蝶板校核将桁架式蝶板放在Simulating的界面下，桁架式蝶板的材料设定为铸造碳钢，固定两端轴孔，桁架式蝶板在受到1.5MPa的压力下，进行静态运算，在生成的网格的作用下，得到结果。图5.4 桁架式蝶板静态应力运算结果 见图5.4所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到桁架式蝶板的静态应力显示的颜色为大部分蓝色和少许绿色，校核得出桁架式蝶板满足使用要求。图5.5 桁架式蝶板静态位移运算结果 见图5.5所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到桁架式蝶板的静态位移显示的颜色为大部分蓝色和绿色，有少许黄色和浅红色

15、，校核得出桁架式蝶板满足使用要求。图5.6 桁架式蝶板静态应变运算结果 见图5.6所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到桁架式蝶板的静态应变显示的颜色大部分为蓝色和少许绿色，校核得出桁架式蝶板满足使用要求。5.3上阀轴校核 上阀轴的材料设定为普通碳钢，在Simulationde的状态下，固定上阀轴的两个锥销空，让轴为扭矩的旋转方向，2个键槽中心对称的厚度面为校核扭矩面。在扭矩力的作用下，进行运算。图5.7 上阀轴静态应力运算结果 见图5.7所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到上阀轴的静态应力显示的颜色为大部分蓝色和部分绿色，校核得出上阀轴满足使用要求。图5.8 上阀轴静态位移运算结果 见图5

16、.8所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到上阀轴的静态位移显示的颜色为大部分蓝色和绿色，小部分的浅红色，校核得出上阀轴满足使用要求。图5.9 上阀轴静态应变运算结果见图5.9所示，通过图中对比颜色等级条，可以看到上阀轴的静态应变显示的颜色为少许蓝色和大部分绿色，校核得出上阀轴满足使用要求。经过对主要零件进行计算、三维建模、有限元分析，校核了主要零件各个方面的性能，通过全方位的检验，保证设计的准确，检查结果都符合要求，因此单偏心蝶阀的设计符合要求。6蝶阀的检验6.1蝶阀检验概述 对于蝶阀的检验，大体上可以分为三个部分，分别是：进料检验、过程检验和出厂检验。首先收集国家对蝶阀检验标准，把这些检验标

17、准分门别类，然后通过阅读这些标准，整理出对本公司实际生产起作用的标准，并把这些有用的标准插入到检验的各个环节中。这样产品质量才能得到保证也符合国家的要求。 从蝶阀设计完成并获得批准生产之后，检验就开始了。一般公司在生产产品前，由技术部门拿出产品设计图纸，然后复印分发到负责原材料购买的采购部，负责产品生产的生产部，但是很少有公司把图纸复印发给检验部门，其实检验部门也应该被发放设计图纸。这样检验人员才能提前了解检验重点，提高工作效率，也能够在观察图纸的过程中找到一些其它部门没有发现的错误，保证产品质量，减少次品率。在实际的操作中，图纸难免可能因为这样或者那样的原因而有小错误。这时检验就起到了把关全

18、程的作用。 总而言之，阀门的检验是存在于各个环节之中。它是一个产品获得成功的有力保障，也是一个公司兴旺的必要前提。6.2进料检验 对蝶阀的检验，首先从进料开始，一般供应商把毛坯材料运过来的时候，需要仓库管理员进行交接，为了保证零件毛坯质量，当一种零件被送到的时候，检验人员第一时间要找到该零件的图纸，然后对照图纸上的尺寸，测量毛坯上要加工的尺寸，并做好检测记录，核对零件毛坯有没有加工余量，最后检查毛坯的检验报告是否符合国家标准。一般的毛坯都是通过铸造厂的模型铸造得到的，因为一般的工厂没有金属探伤设备，因此在检查铸件的时候只能用眼睛去观察毛坯的外观。虽然随着工艺的发展，铸件模型很容易做出来，铸件一

19、般都没有质量问题，但是还是会出现铸件普遍存在的缺陷。比如说：气孔、缩松、缩孔、渣眼、错箱、热裂、冷裂、粘砂、冷隔等。这些常见的铸件缺陷，如果只是在表面上，而且不是主要的工作面，没有形成应力集中的情况，这样的铸件毛坯还是可以接受的，但是要将毛坯存在的问题反馈给生厂商，这样下一批货出现的问题就会少许多。保证铸件原材料的质量，才能确保蝶阀的质量。图6.1 不合格的桁架式蝶板如图6.1所示，是一个1200mm的桁架式蝶板，在检查每一个关键尺寸的过程中，发现筋板的厚度只有13mm，而设计图纸的标注尺寸为16mm。筋板的厚度不够，在施压的时候要么引起筋板的断裂，要么引起蝶板的过度弯曲，因此这个桁架式蝶板是

20、不合格的，需要发回给厂家，让其更换合格的产品。图6.2 铸件上的“气孔”现象 如图6.2所示，这是在检查蝶板的时候发现的铸件常见的缺陷“气孔”现象，这几个“气孔”只是存在于蝶板应力不集中的地方，而且蝶板还有加工余量，基本不影响蝶板的工作性能，因此认为蝶板是合格的，这样的问题是不可避免的，只要是在允许的范围之内，就能够接受。图6.3 铸件的“错箱”现象 如图6.3所示，这是常见的铸件缺陷“错箱”现象，从事车间生产二十多年的检验主管指出，一般由于两个模型没有对整齐，在浇注之后就会形成错箱。因为箱体毛坯有加工余量，一般错箱只有2-3mm的情况下是可以接受的，但不能经常出现这样的毛坯，不能每一个都是这

21、样的情况，那样会影响蝶阀的整体质量。图6.4 铸件的“冷隔”现象 如图6.4所示，这是铸件常见缺陷中的“冷隔”现象，在这个桁架式蝶板上，“冷隔”的区域是在蝶板的非加工面上，也不是应力的集中区域，所以将其加工掉就没有问题了，如果是大面积的“冷隔”，那么这个毛坯就是不合格的。6.3过程检验 关于过程检验，说得通俗一点，就是在零件加工过程中，对已经加工好的尺寸进行检查。首先依旧是找到要检查零件的图纸，仔细的观察图纸，找到零件关键的尺寸首先进行检查，根据图纸给的公差判断加工的尺寸是否合格，如果不合格，偏大的话就可以再次加工一下，如果已经加工小了，能补救的就使用措施补救一下，不能补救，只能当作次品处理掉

22、。在过程检查的工作中，需要用到的常见量具有：游标卡尺、千分尺、百分表、卷尺、螺旋测微仪、角尺、塞尺、硬度仪、金相分析仪、粗糙度仪等等。在过程检验中，对每一个加工的零件都要进行检验，只有在保证每一个零件尺寸的前提下，才能保证在装配完成之后，蝶阀的质量和性能。对于阀体的检验，首先要检查属于国家标准的尺寸，即法兰的直径、厚度、螺栓孔的直径，然后是对阀体的厚度进行测量，接着量取阀座的直径，再量取与上、下阀轴配合的孔的直径，因为这是配合的地方，需要的是过渡配合，所以精度要求要高一些，还要好好的量取上轴孔的深度，因为在安装好阀轴之后，会在上阀轴上配套涡轮头，如果深度不够准确的话，那么就有装配间隙，因此要仔

23、细的检查每一个关键的尺寸。检验阀体所用图纸见附图（1），检验过程中做好检验记录。对于桁架式蝶板的检验，首先是对密封面的检查，测量密封面的圆角尺寸，密封面决定了蝶阀是不是合格的产品，是关键部位。接着是对蝶阀中心高的测量，一般是通过量取蝶板的厚度、轴孔的直径间接的测量得出，轴孔的直径、深度都要测量，这些尺寸直接影响到装配的进度。检验桁架式蝶板所用图纸见附图（2），检验过程中做好检验记录。对于上阀轴的检验，首先是测量轴的直径、长度，与阀体、桁架式蝶板配合的轴径是主要检查的尺寸，配合适当，蝶阀的密封性就好。接着是量取键槽的长度、深度。不同长度的轴，键槽的大小根据国家标准是不一样的。检验上阀轴所用图纸见

24、附图（3），检验过程中做好检验记录。 以上对主要的零件过程检验做出了解说，其它零件的过程检验也是一样，都是根据图纸，量取各个尺寸，对比数据，判断零件是否合格，做好检验记录。图6.5 键槽深浅不一致 如图6.5所示，这是蜗杆与离合爪的配合，仔细的看键槽深度，会发现在蜗杆上键槽的尺寸稍微有一点小，而在离合爪上，键槽又深了一点。检查到这里发现了问题，先看图纸确认尺寸，发现不是工人加工错了，而是图纸上设计错了。通过检验发现问题解决问题，这就是检验的作用。 图6.6 攻丝偏移 如图6.6所示，这是在安装填料压块的时候，填料压块与双头螺柱间偏移过大，导致不能正常的配合，将填料压盖取下来，发现是因为在攻丝的

25、时候没有攻直，有一定的斜度，使得安上的双头螺柱是歪的，这就是加工过程中没有认真仔细的检查关键的工序，导致工人们的不重视，结果是在装配的时候引起了一些不必要的麻烦。因此，过程检验是一个很重要的环节。6.4出厂检验 出厂检验主要是对蝶阀工作性能的检验，对于蝶阀的工作性能测试就是使得蝶阀在1.5倍公称压力的情况下仍然不漏水，保持密封性完好；一般情况下只要前面的两项检验做好了，基本上在最后产品的质量检验上是不会出现问题的。在试压过程中，主要看在实验时，蝶阀的密封面，上下两个阀轴配合处是否有漏水的情况，并且是要保压三分钟，只要三分钟内蝶阀的压力基本没有变化，那么就说明，这个产品是合格的。蝶阀试压检验报告

26、见附表（1）。 除了压力测试以外，在蝶阀出厂前还要对一下内容进行检查。（1）查看阀体内外表面有无砂眼、裂纹等缺陷；（2）检查阀座与阀体接合处是否牢固，蝶阀闭合时蝶板与阀座是否吻合，密封面是否存在缺陷；（3）阀轴与蝶板连接是否灵活可靠，阀轴有没有弯曲，螺纹是否存在缺损腐蚀的现象；（4）填料、垫圈是否老化损坏，蝶阀开启是否灵活；（5）蝶阀上是否安装上正规的铭牌，阀体和铭牌上是否包括有：制造商名称、蝶阀名称、公称压力、公称通径等必需标识。（6）蝶阀在发货运输时的开启位置是不是符合蝶阀应处于全关闭的状态；（7）蝶阀有没有缺损、腐蚀、缺件、铭牌脱落等现象，且阀体不得有脏污；（8）蝶阀两端应有防护盖保护，

27、手柄或者手轮操作时要灵活可靠，不得有卡涩的现象；（9）蝶阀应该有检验合格证并且有配套的检验合格报告，必要时要有第三方的检验合格证书。 如果存在以上的问题，禁止发货出厂。 结 论 按照国家标准，1200D340X-1.0单偏心蝶阀的设计是合理的，在通过查找资料，运用蝶阀设计时使用的公式对设计的蝶阀进行验算，得到的结果显示蝶阀的设计是合理的、科学的、符合国家标准的。再运用SolidWorks三维绘图软件对设计的零件进行绘制，并且将所有的零件装配在一起，组成一个完整的单偏心蝶阀，验证蝶阀的配合是合理的，各零件之间没有形成干涉。再使用Simulation对主要零件阀体、桁架式蝶板、上阀轴的应力、位移、

28、应变进行有限元分析，通过运算结果图，对比等级颜色条，得出的结果是阀体、桁架式蝶板、上阀轴的设计是符合要求的。汇总的检验流程，符合国家标准，也适用于大部分常规蝶阀生产的要求，实施起来也比较简单，但是需要工作耐心、细心、认真的人才能完成好这样的工作，保证产品的质量。主要参考文献1孙恒， 陈作模. 机械原理. 第七版. 北京：高等教育出版社，2006：15-205.2濮良贵 ,纪名刚. 机械设计.第八版. 北京：高等教育出版社，2006: 06-302.3机械设计手册. 第五版. 化学工业出版社,2010.4Caxa电子图版2015. 北京数码大方科技有限公司，2004:1-301.56哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学. 高等教育出版社,2009.6刘鸿文 . 材料力学. 第四版. 高等教育出版社