【卸载阀控制器机械装置设计案例分析7200字】

卸载阀控制器机械装置设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u20415卸载阀控制器机械装置设计案例分析 1147751.1外部采购零件的确定 1181001.1.1电动推杆的选择 1108811.1.2导轨的选择 3236771.2平台结构设计 4300271.3垫板组件结构设计 725111.4小阀杆组件结构设计 9117571.5小阀杆固定板结构设计 14249011.6凸轮结构设计 16230571.7连接板结构设计 1885431.8电控式卸载阀控制器标准件选择 20142901.9总装配体结构干涉检查 21274141.9.1电控式卸载阀机械结构静态干涉分析 21313281.9.2电控式卸载阀控制器机械结构动态干涉分析 21本课程设计的电控式卸载阀控制器机械装置是一种创新型结构设计，当前国内外对于乳化液泵站卸载阀压力控制系统的研究大多为机械式卸载阀与电磁式卸载阀，但是本课程所设计的结构是过去没有研究过的，因此，该结构设计是独立自主的设计。本设计为了完成对电控式卸载阀控制器机械装置结构的设计，在初期做了巨量的资料考察工作，在所查得的资料下，按着机械式卸载阀与电磁式卸载阀的特有结构与现有性能、实际使用条件为依据，完成电控式卸载阀控制器机械装置结构的设计。本次设计是以电动推杆和凸轮的结构为设计基础，采用电动推杆通过横向力作用在凸轮上，通过凸轮将力作用在小阀杆上，从而完成对先导阀芯的控制，进而控制卸载阀的工作。综上所述，最终的机械装置结构是由电动推杆，凸轮，小阀杆，小阀杆固定板，连接板，垫板，电机，导轨，平台组成。1.1外部采购零件的确定本课题的电控式卸载阀机械结构中的电动推杆、导轨组合中的导轨和导轨滑块都是外部采购零件，其中电机组的尺寸大小是本次设计中非标准件零件的设计基础，所以电机组的尺寸选择非常重要。1.1.1电动推杆的选择根据主阀阀芯开启力与闭合力和工况环境的限定，此次设计的电动推杆需要满足的主要参数为下表所示表1.1电动推杆设计参数表3-1行程电压速度推力拉力高度30mm24V18mm/s2000N1500N80mm根据表格与实际结构和厂商交流，最后选择的电推杆是LYX牌LX600型电动推杆。其实物图如下：图3-1图1.1电动推杆实物图将电动推杆用solidworks软件展现出来的三维图如图1.2所示图3-2图1.2电动推杆三维图其中电动推杆由电机与推杆两部分组成，其重要结构尺寸如下表所示表1.2电动推杆尺寸表3-2总高度电机长度电机宽度推杆长度80mm140mm45mm71mm推杆横截面电机前端孔推杆后端孔φ20mmφ8.5φ101.1.2导轨的选择在本设计中，电动推杆推动凸轮组件，从而完成小阀杆组件的轴向位移控制，所以须要导轨对凸轮组合的行动轨迹进行限定，防止凸轮在前后运动时出现跑偏或脱轨的迹象，从而没法精确的完成对凸轮的控制。导轨组件分为导轨和导轨滑块，其就是为了对凸轮组合的行程进行限制，在结构尽可能紧凑的条件下，最终选择MGN15微型直线导轨和MGN15H滑块，详细参数见表1.2，具体实物图见图1.2表1.3导轨组件具体参数表3-3导轨组件（滑块）高度导轨宽度滑块宽度滑块长度滑块螺孔导轨螺栓导轨安装孔距16.1mm15mm32mm58.8M3×4M1.5×340mm图3-3图1.3导轨组件实物图按照表1.3的具体参数，用solidworks画出三维图，如图1.4.其中导轨滑块上的四个螺纹孔直径为M3，导轨上的三个螺纹孔直径为M1.5图3-4图1.4导轨组件三维图1.2平台结构设计本课题的平台是整个电控式卸载阀控制器机械结构的设计和支持的根本，连接板结构，导轨结构，凸轮结构，小阀杆与小阀杆固定板结构等都是以平台结构为基础进行设计。因此，平台机械结构的通孔布局设计、材料选型强度、尺寸大小精度和整体结构大小的是否合理将会对其他所有零部件的结构尺寸与工作状态产生影响。根据上述所说的平台机械设计在整个电控式卸载阀控制器机械装置中的重要性，平台设计应满足以下需求:（1）平台一定要固定在主阀门上。在不影响主阀的正常工作性能的条件下，在阀芯的四周打螺纹孔，使用螺栓和阀体的配合来固定平台。（2）平台上方需要为电机组件，凸轮结构，导轨组件留出一定的空间。因为平台下方是用螺栓结构牢固在主阀的上面，因此，须要适当的留出主阀阀芯空间；凸轮结构是此电控式卸载阀结构中最大，最关键的一个结构，所以需要预留比较大的空间来放置凸轮；在凸轮的下方是小阀杆结构，所以要在平台的前方预留一个小阀杆能够通过的通孔；导轨结构是直接固定在平台上的，所以需要给导轨结构预留空间。（3）因为现实煤矿井下工作环境比较狭小，区域不大，因此，平台的尺寸设计要最大限度的紧凑。（4）电控式卸载阀机械结构是在井下应用，所以平台因尽量减少通孔，并且要保证整体机械装置的密封性，所以在担保电机结构，导轨组件，凸轮组件空间足够的同时，缩小挖空留白的体积（5）平台的薄厚需要根据所需要的载荷强度来决定，整体厚度尺寸为45mm。在本课题电控式卸载阀机械装置设计中，平台是其他零件和结构的设计根本，根据以上五点需求，可以先根据电机组件，导轨组件和小阀杆组件的组合完成空间构造的设计和通孔的设计，再根据在煤矿井下要求尽量小的结构完成最终尺寸的设计，最终的平台设计的二维结构体如图1.5，1.6所示图3-5图1.5平台的上视结构图图3-6图1.6平台的左视结构图最终的平台结构的各个详细参数如下表1.3表1.4平台详细参数表3-4平台长度平台宽度平台总高平台主体厚度250mm200mm80mm45mm与阀体固定连接的通孔/mm与阀芯连接固定的螺纹孔/mm8-φ20沉孔φ32沉孔深30φ65H7孔深50螺纹深30与垫板组件连接固定的螺纹孔/mm与小阀杆配合的通孔直径/mm4-M12孔深18螺纹深15φ25与小阀杆固定板连接固定的螺纹孔/mm与导轨连接固定的螺纹孔/mm4-M6-H7孔深20螺纹深156-M4-H7孔深10螺纹深8间隔40在进行对平台结构的优化设计之后，按照二维视图与详细参数，开始使用solidworks软件进行三维建模。先以图1.3为模板画一个草图，画完草图后通过“拉伸凸台/基体”命令绘制出一个大概的模型；然后通过“拉伸切除”命令，并且根据表1.3的详细数据切除出各个通孔以及螺纹孔；再用“异型孔导向”选项中的“螺纹线”命令将各个螺纹线画上；最后进行具体细节的修饰。平台结构的三维图如图1.5图3-7图1.7平台的三维结构图1.3垫板组件结构设计电动推杆通过垫板组件与平台连接在一起，垫板组件的作用是固定电动推杆在平台上，所以垫板组件是使电动推杆能在平台上稳定工作的重要结构。垫板组件由一个垫板与两个垫板耳组成，它的结构设计与尺寸精度是整体结构中十分关键的一环。根据以上基础，设计垫板组件需要满足之下的结构设计要求：（1）垫板组件所设计的螺纹孔必须与平台上的螺纹孔相互配合，并且垫板组件需要与平台大面积接触，以保证受力尽量均匀分布在整个垫板组件平面上。（2）因为电控式卸载阀实在煤矿井下作业，结构尺寸要尽量紧凑，所以垫板组件的厚度不可以太大。（3）两个垫板耳之间的距离应该略宽于电动推杆的头部，并且垫板耳的通孔需要与电动推杆头部的通过相配合，方便在后期装配时使用螺栓牢固电动推杆。（4）在煤矿井下工作需要减少零件结构中的空气含量，及需要良好的密封性，因此垫板组件的通孔要尽可能的少。根据以上四点要求，对垫板组件进行二维图设计，得到的二维结构图如下图1.8、1.9所示。图3-8图1.8垫板组件上视结构图图3-9图1.9垫板组件侧视结构图最终垫板组件结构详细尺寸参数如下表1.5表3-5垫板组件总长垫板组件宽度垫板组件高度140mm100mm50mm垫板厚度垫板耳厚度垫板耳宽度20mm5mm20mm垫板耳通孔直径垫板通孔直径垫板深孔直径2×φ84×φ12.54×φ20在对上述的二维图与详细尺寸数据进行整理后，开始进行solidworks软件三维建模绘制，先按照垫板正视图画出草图，再根据草图进行“拉伸凸台/基体”与“拉伸切除”命令建模出垫板与其通孔。最后再拉伸出垫板耳，并且打出2×φ8的通孔。建模后与平台上的螺纹孔相配合后发现完全可以配合成功，并与电动推杆也能配合。垫板组件的三维图如下图1.10所示图3-10图1.10垫板组件三维结构图1.4小阀杆组件结构设计电动推杆的一端固定在垫板组件，推杆的一端固定在凸轮组件上，推杆的线性运动作用在凸轮上使凸轮进行线性运动，凸轮通过自身的结构曲线，使小阀杆组件进行轴向运动，从而控制先导阀与主阀的工作而完成对电控式卸载阀的控制。归因于小阀杆是与先导阀阀芯直接相连的，所以小阀杆组件是十分重要的一个结构，它的机械机构设计、尺寸大小和封闭性是十分重要的一环。综上所述，初步设计的小阀杆组件需要满足以下要求：（1）连接凸轮。因为是凸轮的结构曲线控制了小阀杆组件的运动规律，所以在小阀杆的结构上必须与凸轮紧密相连，以至于凸轮能够时刻控制小阀杆的运动。（2）紧贴平台。平台的上最大的通孔便是小阀杆组件的通孔，它们的配合密封性决定了是否在工作过程中出现漏液的问题，但是也不能使用过盈配合，防止凸轮结构不能对阀杆进行有效的控制。（3）小阀杆本身结构需要紧凑性。小阀杆组件由，两个套筒，一个阀杆，一个铜套，一个阀轴和标准件一个深沟球滚动轴承和两个挡圈组成，其中滚动轴承与套筒通过阀轴紧密结合在阀杆内部，挡圈固定在阀杆外部，起到固定阀轴的作用。铜套固定套在深沟球滚动轴承外面，起到保护滚动轴承的作用。（4）小阀杆本身长度不易过长，需要在平台内部完成轴向运动，因为过长的小阀杆组件会伸进先导阀中，这对会影响凸轮对小阀杆的轴向控制。综上所述，按照上面的要求进行结构设计，得到如下小阀杆组件各零件的二维图。图3-11图1.11阀轴结构图图3-12图1.12铜套结构图图3-13图1.13阀杆结构图图3-14图1.14套筒结构图小阀杆组件有两个标准件，分别选择GB/T276-1994深沟球轴承和GB894.1-86轴用挡圈，在后面的solidworks建模是，这两个标准件可以直接从仓库中调入。最终小阀杆组件的详细尺寸参数如下表1.6所示：表3-6阀轴长度阀轴直径铜套直径阀杆长度31mmφ6.7外径φ24内经φ19H769mm阀杆直径阀杆通孔直径阀杆圆柱部分长度套筒直径φ25d9φ7H1135mm外径φ12内经φ7H11铜套宽度套筒宽度6mm2mm通过对小阀杆组件各个零件的二维图绘制以及详细尺寸标注，开始绘制各个零件的三维结构图。阀杆：先画一个φ25的圆作为草图，然后经过一次“拉伸凸台/基体”命令与三次“拉伸切除”命令画出大概轮廓图，再用“倒圆角”命令倒出圆角，最后建模出来的三维结构图如图1.15所示：图3-15图1.15阀杆三维结构图阀轴：先按照图1.11画出草图，再通过“旋转凸台/基体”命令使草图回旋一周便得到阀轴的三维结构图，如图1.16所示：图3-16图1.16阀轴三维结构图套筒：先按图1.14画出草图，直接“拉伸凸台/基体”命令拉伸即可，获得套筒的三维结构图，如图1.17所示：图3-17图1.17套筒三维结构图铜套：按图1.12画出草图，再通过“拉伸凸台/基体”命令拉伸即可，获得铜套三维结构图，如图1.18所示：图3-18图1.18铜套三维结构图最后在软件中找出GB/T276-1994深沟球轴承和GB894.1-86轴用挡圈的标准件，与上面的非标准件进行配合。先将所有零件插入装配图中，然后用“配合”命令将阀轴与套筒、挡圈、铜套、轴承进行同心配合，再让其与阀杆通孔进行同心配合，最后定好距离。完成的装配图如图1.19所示图3-19图1.19小阀杆组件总三维结构图1.5小阀杆固定板结构设计根据1.4节中小阀杆的长度为69mm，这远远超出了平台的厚度，但是要求规定小阀杆组件的运动推程不能超过平台底部，所以小阀杆组件有近乎一般的体积需要露出平台。因此，在不影响导轨安装以及小阀杆组件正常运动的情况下，设计一个小阀杆固定板来固定小阀杆组件，以保证它不会偏移出平台。小阀杆固定板的尺寸以及结构直接关系到小阀杆组件能不能正常推动，所以设计小阀杆固定板的结构也尤为重要。综上所述，小阀杆固定板的设计需要满足以下要求。（1）不能影响小阀杆组件的正常推动的功能，但是也不能对小阀杆组件没有约束功能。所以需要固定板能刚好固定主小阀杆组件（2）小阀杆固定板的尺寸结构应该尽量小，因为过高可能会碰到滚动轴承上的铜套，过宽可能会碰到导轨，所以需要尽可能小的尺寸结构。（3）固定板应该与平台紧密贴合，不要有缝隙。综上所述，初步设计出小阀杆固定板的二维设计图如下：图3-20图1.20小阀杆固定板二维结构图按照上述要求与二维图，小阀杆固定板详细结构尺寸如下表1.7所示：表1.7小阀杆固定板结构尺寸表表3-7固定板长固定板宽固定板厚通孔直径倒角半径35.65mm34.33mm8mmφ6.5mmR4mm通过上述小阀杆固定板的二维结构图和详细尺寸详细，用solidworks软件进行三维建模，先按照二维图画出草图，再进行“拉伸凸台/基体”命令拉伸即可。得到如图1.21的小阀杆固定板的三维图。图3-21图1.21小阀杆固定板三维结构图1.6凸轮结构设计本课程所设计的凸轮属于移动型凸轮，通过电动推杆的推动作用使凸轮前后移动，用凸轮的结构曲线控制小阀杆组件的轴向移动。所以凸轮的结构设计决定了小阀杆组件的运动规律，从而控制先导阀阀芯的开启与闭合。根据上述基础，凸轮的结构设计须要满足之下的要求。（1）凸轮前端要与电动推杆中的推杆相连接，从而前端通孔要与推杆通孔尺寸一样，并且凸轮的行程范围要小于电动推杆的最大行程范围。（2）凸轮下方与小阀杆组件的铜套直接相接触，所以凸轮的结构不能太过于尖锐，以免损伤小阀杆组件。（3）凸轮因通过连接件与导轨滑块相连接，从而随着导轨滑块沿着导轨前后滑动，因此凸轮结构侧方因留出通孔与连接板相连接（4）凸轮的轮廓曲线直接关系到小阀杆组件的运动规律，因此在电动推杆的推程范围之内完成小阀杆的轴向运动。根据上文表1.1可知，电动推杆的行程为30mm，所以要在30mm行程中完成对小阀杆组件的控制，从而完成对先导阀阀芯的开启与关闭。而根据实际先导阀阀芯开闭的要求，小阀杆组件需要5mm的行程才能保证正常工作。综上所述，初步设计出凸轮的二维结构图。图3-22图1.22凸轮正视结构图图3-23图1.23凸轮俯视结构图图3-24图1.24凸轮侧视结构图按照上述要求与凸轮结构三视图写出凸轮的详细结构参数，如下表1.8表1.8凸轮结构详细参数表3-8凸轮长度凸轮宽度凸轮厚度凸轮凹槽深度93mm42mm20mm23mm凸轮前长度曲线角度与长度凸轮前通孔直径凸轮后通孔直径60mm30°10mmφ10.5mmφ8mm通过上述凸轮结构三视图与凸轮结构详细参数，用solidworks软件进行三维建模，先按图1.23画出草图并用“拉伸凸台/基体”命令拉伸；然后根据表1.8的数据用“拉伸切除”命令打出三个通孔；最后画出凸轮曲线结构并切除。完成的凸轮结构三维图如下：图3-25图1.25凸轮三维结构图1.7连接板结构设计根据上文凸轮结构设计与导轨结构选择，发现需要一个连接凸轮与导轨滑块的结构件，所以需要设计一个连接板结构。连接板连接凸轮与导轨滑块，使凸轮能够在电动推杆的推动下随着导轨滑块一起运动。因此连接板的尺寸精度与强度对凸轮的正常运动十分重要，连接板在整个结构中十分重要。根据上述基础，连接板结构设计需要满足以下要求。（1）连接板与凸轮之间通过螺母连接，为了保证连接的稳定性，连接版的通孔尺寸应该与凸轮上的通孔尺寸相同。（2）为了减少摩擦，连接板与导轨滑块的接触面需要比导轨滑块面大。（3）因为凸轮的侧面与导轨滑块的上表面成90度，所以当直接用两块连板将凸轮与导轨滑块连接时，连接板的强度会非常低，因此需要在两块连扳中间设计一个可以加强连接板强度的肋板。根据上面的要求，对连接板结构进行二维图设计，如图1.26、1.27、1.28所示图3-26图1.26连接板结构正视图图3-27图1.27连接板结构侧视图图3-28图1.28连接板结构俯视图按照上述要求与二维结构图写出连接板结构详细尺寸表1.9连接板结构详细尺寸表3-9连接板长度连接板宽度连接板高度58.8mm39mm35mm连接板厚度肋板斜度肋板高度3mm41.5°30mm肋板宽度大孔直径小孔直径5mmφ8.5mmφ1.5mm通过上述连接板二维三视图与详细尺寸介绍，用软件画出连接板的三维建模图。先画出草图，用“拉伸凸台/基体”命令与“拉伸切除”命令画出两个相互垂直的连板，然后在两个连板的中间新建一个基准面画出肋板即可。最后画出的连接板三维图如下所示：图3-29图1.29连接板组件三维结构图1.8电控式卸载阀控制器标准件选择设计任何机械结构都是对其非标准零件结构进行设计，但当设计好非标准件之后，需要例如螺栓、轴承、螺钉等标准件来对非标准件进行固定、连接。而这些标准件零件在solidworks软件与cad软件中都可以直接调用，可以不用对其重新设计，并且标准件的使用可以在加工时更加方便。在本设计中，用到了螺堵、螺钉、螺母、螺栓、销轴等标准件。下表详细解释了各个标准件出现的位置与其详细尺寸表1.10各标准件详细尺寸代号与出现位置表3-10代号名称与其尺寸出现位置GB/T70.1-2008内六角圆柱头螺钉M6×25小阀杆固定板与平台连接处GB/T882-2000销轴-BM8×45电动推杆与垫板组件连接处GB/T882-2000销轴-BM10×57.5电动推杆与凸轮连接处GB/T5782-2000螺栓M8×50连接板与凸轮连接处GB/T41-2000六角螺母-C级M8连接板与凸轮连接处GB/T70.1-2008内六角圆柱头螺钉M12×35垫板组件与平台连接处XZF01-5螺堵M6平台下方GB/T70.1-2008圆柱头螺钉M3×10连接板与导轨滑块连接处GB/T70.1-2008圆柱头螺钉M3×10导轨与平台连接处1.9总装配体结构干涉检查Solidworks软件不仅能进行三维建模，零件装配