無摩擦球閥設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優(yōu)秀 西南科技大學 畢業(yè)設計（論文） 題目名稱：無摩擦球閥設計 年 級： 2004 級 本科 ?？?學生學號： 20045666 學生姓名：李紅忠 指導教師：張曉勇 學生單位：制造科學與工程學院 技術職稱：講師 學生專業(yè)：機械設計制造及其自動化 教師單位：后勤管理處 西 南 科 技 大 學 教 務 處 制 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） I 無摩擦球閥設計 摘要 ： 該設計是為了改善傳統(tǒng)球閥的缺點而做的，傳統(tǒng)球閥的缺點是摩擦大、使用壽命短、密封性能不好。此設計可以根據(jù)流體沖蝕磨損、腐蝕程度和工作壓力來調整密封比壓。軌道式無摩擦球閥是一種新型的球閥，它利用閥桿頭部的斜面凸輪與導軌套螺旋槽的配合來實現(xiàn)球閥的無摩擦開啟、關閉和金屬密封的新型閥門； 所以設計中的關鍵問題是要避免產(chǎn)生摩擦，密封要緊，最終達到高效率、高質量、耐用性等要求。本論文研究對軌道式無摩擦球閥的運動和動力分析方法，完成了球閥啟閉運動軌跡、球體運動空間以及主要零部件的受力分析設計。該球閥具有啟閉無磨損，關閉時壓 力可調節(jié)和啟閉省力的優(yōu)點；克服了普通球閥因密封比壓大而使密封面容易磨損的缺點，延長了球閥的使用壽命。 關鍵詞： 無摩擦；球閥；軌道式；凸輪 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） II Design of Non-Friction Ball Valve 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 designs 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 Valves 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-fr iction, 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 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） III 目錄 第 1 章 引言 . 1 1.1 課題來源 . 1 1.2 選題目的和意義 . 1 1.3 球閥的發(fā)展趨勢 . 2 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 . 2 第 2 章 主要結構參數(shù) . 4 2.1.軌道式無摩擦 球閥技術要求 . 4 2.1.1 技術參數(shù) . 4 2.1.2 技術要求 . 4 2.1.3 型號及其含義 . 4 2.2 主要結構尺寸 . 4 2.2.1 球體直徑 . 4 2.2.2 密封面寬度及壓緊比壓 . 5 2.2.3 密封比壓 q . 6 2.2.4球閥結構長度及連接法蘭尺寸 . 6 第 3 章 運動軌跡設計 . 7 3.1 球閥啟閉運動軌跡 . 7 3.1.1 滾動啟閉 . 7 3.1.2球閥擺動 . 7 3.1.3凸輪的輪廓 . 8 3.2 球閥下支承外形 . 10 3.2.1 滾動柱面與倒角半徑 . 10 3.2.2倒角中心點位置 . 11 3.3.3滾動空間 . 12 第 4 章 結構設計和計算 . 13 4.1 閥桿機構受力狀況 . 13 4.1.1 球閥受力狀況 . 13 4.1.2 閥桿支承反力與支承結構型式選擇 . 14 4.1.3摩擦阻力扭矩 . 16 4.1.4閥桿 承受的軸向力 . 18 4.2 操作扭矩和手輪選擇 . 21 4.2.1操縱扭矩 Mc . 21 4.2.2 徑 D選擇 . 22 4.3 零件設計與計算 . 22 4.3.1具有螺旋導軌槽襯套的主要結構尺寸 . 22 4.3.2 球閥銷軸接觸強度 . 23 4.3.3 球閥下支承的接觸強度 . 24 第 5 章 工作能力校核 . 31 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） IV 5.1 工作壽命 . 31 5.2 實際工作壓力的潛力估計 . 31 5.2.1 閥體壁厚承壓能力 . 31 5.2.2 閥體與閥蓋連接螺栓 . 33 5.2.3 閥蓋連接法蘭 承載能力 . 35 5.2.4 閥桿頭部承載能力 . 37 5.3 壽命和實際工作潛力估計 . 38 5.3.1 壽命估計 . 38 5.3.2 承壓能力估計 . 39 結 論 . 40 致 謝 . 41 參考文獻 . 42 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） V 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） VI 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） VII 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 引言 1.1 課題來源 閥門是一種量大面廣的通用機械產(chǎn)品，國民經(jīng)濟各部門所需要的閥門數(shù)量很大，應用范圍也非常廣泛。輸送流體介質離不開管路，而控制介質流動則離不開閥門。凡是需要對流動介質進行控制的地方，都必須安裝閥門，閥門可比喻為“管路的咽喉”。 球閥 是本世紀 50 年代問世的一種閥門，在半個世紀的時間里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類 。球閥經(jīng)過半個世紀的發(fā)展已經(jīng)有了很大的改進 和發(fā)展，廣泛應用于 能源、石油、化工、冶金等領域，起著截流、控制等作用。 傳統(tǒng)的球閥具有以下特點： 1） 流體 阻力小 。 2） 密封性能 較 好 。 3） 球閥通道平整光滑，不易沉積介質 。 4）結構簡單。 傳統(tǒng)球閥明顯的缺點： 1）閥的開啟和關閉摩擦很大。 2）摩擦大引起密封材料的磨損，使球閥的密封性能下降。 3）閥的使用壽命不長。 4）大型的球閥開啟和關閉比較費力 因此設計一種無摩擦的球閥即可以改變傳統(tǒng)球閥摩擦大的缺點，使球閥更耐用和可靠。該畢業(yè)設計旨在減小傳統(tǒng)球閥的摩擦，適當補償磨損，提高球閥的使用壽命和密封性能。 在 石油化工領域 、大型煤液化工程關鍵設備、冶金部門、 “ 南水北調 ” 工程、 西氣東輸工程、 環(huán)保工程等 球 閥市場需 求很大。 通過對閥門市場的調查分析，在 “ 十一 五 ” 中，閥門需求量的總體趨勢為上升趨勢，閥門這個量大面廣的產(chǎn)品，其需求量在穩(wěn)定中增長。其中球 閥的市場需求占閥門試產(chǎn)需求的 15.5%，是各類閥門中需求最多的。由此可見，球閥在我國有著巨大的市場潛力。 1.2 選題目的和意義 1）通過本設計掌握機械新型設計的方法，以及更深入掌握機械原理，機構綜合的知識 。 2）過本設計掌握機械結構設計的方法，更深入掌握機械設計，材料選擇等知識。 3） 會查閱和收集資料，學會使用手冊及圖表資料。 4）培養(yǎng)創(chuàng)新設計的思維，為今后工作打下堅實的基礎。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 5） 通過調查研究國內(nèi)外在這方面的發(fā)展情況 ,明確我國制造業(yè)現(xiàn)狀，學習國內(nèi)外的先進制造技術。 1.3 球閥的發(fā)展趨勢 球閥，是一種以球體作為關閉件的閥門，它起源于本世紀 50 年代。早在 19世紀80 年代美國就開始設計球閥，但是由于當時缺乏合適的材料，限制了球閥的發(fā)展，使它未成為一種正式工業(yè)產(chǎn)品。直到本世紀 50 年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生與發(fā)展出現(xiàn)了轉機；同時，也由于機床工業(yè)的發(fā)展，使球體加工技術提高， 能夠實現(xiàn)球體所要求的尺寸精度和表面粗糙度。 目前，球體最大公稱直徑已達到 3050mm，這是美國 Escher Wyss 公司為田納西州的一個泵站所提供的 4 臺球閥，用作透平機出口的切斷閥，設計壓力為 4.8Mpa。球閥的最高工作壓力已達到 72Mpa，其相應溫度高達 1000 C。 球閥不僅在一般工業(yè)管道得到了廣泛應用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧和液氫輸送管線上普遍采用。 全塑料球閥近年來發(fā)展較快。其特點是：耐腐蝕、總量輕、成本底。在水道、化學管道上應用越來越廣。德國一家閥門公司已制造出通徑為 6的塑料球閥；美國一家 閥門公司制成一種含氟塑料球閥，它具有高強度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，適應溫度為 250 C。 大口徑輸油（或天然氣）管線是球閥應用的一個重要方面。公稱通徑范圍： 6001400mm，工作壓力通常為： 8.0Mpa。為了確保安全，一些制造廠商按管線球閥的使用特點和他所受外界自然條件的影響，進行抗地震的彎曲實驗、防止火災蔓延的實驗、耐氣候條件的綜合實驗、緊急切斷實驗等。 為了適應高溫工況的需求，近年來還發(fā)展了高溫球閥，它的閥座材料不再是聚四氟乙烯，而是金屬、石墨或碳素纖維等。 一些特殊用途的特殊結構球閥在不斷涌現(xiàn) 。，降低了切換閥的流阻并減小了如在我國一國防科研的實驗系統(tǒng)上采用了自行研制的三通半球閥扭矩。 我們可以預料今后幾年球閥將在以下幾個方面得到更大的發(fā)展： a) 密封面材料 聚四氟乙烯作為球閥密封面材料已有 30 年歷史，但它必定還會在生產(chǎn)工藝、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐壓性）、耐溫性能方面進一步改善，以提高球閥的性能和適用范圍。耐高溫、耐磨、耐腐蝕的低摩擦的金屬或非金屬材料將會不斷研制出來。 b) 新型球閥結構將會不斷涌現(xiàn) 其目的主要在于提高壽命、密封可靠性和改善加工工藝性。比如本設計的軌道式。 c) 全塑料球閥將會有 很大發(fā)展 在新型塑料的應用、結構與注塑工藝性等方面的發(fā)展將會使塑料球閥的通徑、適用工作溫度與壓力范圍進一步擴大。 d) 長輸管線球閥會在遙控、自控、工作可靠性、壽命等諸方面得到提高，它們的需求量也會增加。 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 無摩擦球閥在國外研究較早，現(xiàn)在技術基本成熟；國內(nèi)雖也有單位進行過研究并投入了生產(chǎn)，但明顯落后于國外，國內(nèi)需求還依賴于進口，技術還不夠成熟，有西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 待于進一步完善其技術，更廣泛的投入生產(chǎn)。無摩擦球閥有很廣的國內(nèi)外市場，特別是我國西氣東輸工程中應用甚廣。 本文詳細闡述了“無摩擦球閥的原理研究 及結構設計”，討論了實現(xiàn)軌道（即軌道式球閥運動功能）的設計實現(xiàn)，以及 CAD 軟件的應用過程，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： 1) 詳細分析了運動原理。該設計是通過閥桿頭部的斜面凸輪和和螺旋導軌槽的配合來實現(xiàn)球閥的啟閉運動。 2) 詳細討論了運動軌跡的設計。通過數(shù)學方法和數(shù)據(jù)計算詳細說明了球閥啟閉的運動軌跡，如圖 2-1 所示。 3) 在認識了運動原理和運動軌跡設計后，利用 CAD 軟件繪制工程圖 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 第 2 章 主要結構參數(shù) 2.1.軌道式無摩擦球閥技術要求 2.1.1 技術參數(shù) 公稱通徑 DN=125mm 公稱壓力 PN=4.0Mpa 適用溫度 -29 121 C 適用介質 石油及制品、天然氣、氧氣、其他氣體 2.1.2 技術要求 閥門的開啟關閉動作： （ 1） 操作機構帶動閥桿上升，使球體沿通道軸線位移 0.2 0.5mm 脫離閥座； （ 2） 閥桿繼續(xù)上升并同時旋轉，帶動球體繞閥桿軸線旋轉 90角度，閥門開啟； （ 3） 運行過程中球體只是沿通道軸線位移和繞閥桿軸線旋轉； （ 4） 關閉與開啟動作相反。 閥門作用：（ 1）切斷介質；（ 2）調節(jié)流量。 閥門操縱、手動（仿 ORBIT 閥門操縱原理） 2.1.3 型號及其含義 125 Q 4 I Y 40 2.2 主要結構尺寸 2.2.1 球體直徑 球體半徑 R=(0.8 0.95)d 公稱直徑 法蘭連接 浮動直通式 閥座密封材料，硬制合金類 球閥公稱壓力 kg/ 2cm 類型、球閥 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 式中 d 球體通道孔徑；根據(jù) GB12237， DN=125 鋼制球閥閥體的最小流道直徑，當 PN=4.0Mpa 時（不縮徑）直徑 123，因此選擇確定 d=125mm.。 R=(0.78 0.95)d=98.4 116.8mm 根據(jù) JB1744,當 DN=125,球徑 D=2R= 16.0200 ,即 R=100mm。 圖 2 1 球體通道孔徑 2.2.2 密封面寬度及壓緊比壓 密封寬度 R 根據(jù)圖 1 1所示，球面接觸外點半徑 R R = 22 SR 即 R = 22 78100 =70.42mm 密封面在垂直于流體流動方向上投影寬度 b b=R -2db=70.42-62.5=7.92mm 壓緊比壓bq，bq= bcpam式中： p 壓力 Mpa， m 常數(shù)，常溫液體， m=1；常溫汽油、煤油、空氣、蒸氣及高于 100 C液體， m=1.4；氫、氮及其它密封要求高的 m=1.8， a、 c 與密封面有關系數(shù)，詳見表 1。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 表 1 a、 c 系數(shù) 表面材料 鋼、硬質合金 硬聚氯乙烯，鋁及鋁合金，尼龍，聚四氧乙烯 黃銅青銅鑄鐵 中硬橡膠 軟橡膠 a 3.5 1.8 3.0 0.4 0.3 c 1 0.9 1.0 0.6 0.4 73.392.7 45.34.1 bq Mpa 此值與通用機械研究所推薦值相近，查有關表格 Mpaqb 10（或 7.5Mpa） ,表面粗糙度 4.02.0 Ra ，（ Ra 0.2 剛性密封面）。 2.2.3 密封比壓 q pdD dDq )(4 )( 式中： D =2R ,P=PN=4.0Mpa M p aq 7.160.4)12582.140(4 12542.702 閥座 1Cr18Ni9Ti 140 170HB q=150Mpa 或 =40Mpa 因此 qqqb 2.2.4 球閥結構長度及連接法蘭尺寸 球閥的結構長度 根據(jù) GB12221 89， DN=125mm, M p aPNLL 4400381 ，長短,選取 L=400mm. 連接法蘭尺寸 根據(jù) GB9113.5， PN=4.0Mpa,DN=125,選擇凸面整體鋼制法蘭，外徑 270，密封面直徑 184，厚度 26，螺紋 M24， 8個，孔 26。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 第 3 章 運動軌跡設計 3.1 球閥啟閉運動軌跡 3.1.1 滾動啟閉 圖 2 1所示運動軌跡簡圖，表明球閥繞自身形心 O 順時針方向轉動0角，并且沿水平方向以1O點作瞬心，沿滾動支承面作移動0h，實現(xiàn)球閥向閥口關閉，反之，則開啟，因此： 000 180360 RDh （ 3 1） 式中： D 球閥外徑， D=2R， mm R 球閥半徑， mm 0 球閥自轉角度，度 0h 球閥形心 O點水平位移， mm 在本項設計中，0h=0.5mm， R=100mm，由式（ 3 1）知 h/0= 度 /744.1180100180 mmR 由于0h=0.5mm，因此實際轉角0為： 0= 0h/1.744=0.287 3.1.2 球閥擺動 具有傾角的平面凸輪（斜面）沿 Y 軸向下移動 s 距離，而兩圓柱中心 B和 C 以 1O 為瞬心，沿 X 軸向平移和沿順時針方向轉動0角，該兩中心沿 X軸向位移量 h為： h=s tan =0（ R+OB ）180（ 3 2） 式中： 222 2/lOOOB 在本項設計中： 2OO =87mm, 2/l =24mm。 因此， mmOB 25.902487 22 由式（ 2 2）可得： h=0.1051 s=0h+1.574 0=3.3180（ 3 3） 當0h=0.5mm, 0=0.358 時： h=0.952mm,或 s=9.068mm。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 3.1.3 凸輪的輪廓 該平面的凸輪機構是以雙斜面與圓柱面接觸原理工作，當凸輪機構的一邊（例如右側）是直線型斜面，則在另一側就不一定是一個平行于右側的斜面（指左側工作面），因此要計算出在 s不同值時， A 點（也是 A ）和 D 點（也是 D 點）的坐標位置，以右側為直線，求左側輪廓位置。 當 s=0，如圖所示狀況，即2y=0，當圓柱半徑 r=9， = A點 cos1151 rxsin1 ry D點 c o s1154 rx （ 3 4） sin4 ry 在圖示狀況下（本項目中 l=48mm） 232232 )()( yyxxl （ 3 5） 當 s= | 2y 值時 sstgx 1 0 5 1.015151 sin21 ryy （ 3 6） c os1 0 5 1.015c os12 rsrxx 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 圖 2 1 球閥啟閉運動軌跡計算簡圖 O 球心形心 1O 滾動瞬心 1OO=R(球閥半徑 ) 0 球閥滾動角 斜導軌斜角 滾柱與導軌接觸點 A、 D與 CD連線的夾角，隨導軌位移而變化 S 導軌沿 Y 軸方向移動量（向下為正） S=-Y 0h 球閥形心水平移動量 h 導軌 在 X軸向增量 COOBOO 1212r 滾動半徑 11,YX A點坐標 22,YX B點坐標 33,YX C點坐標 44,YX D點坐標 L A 與 D 之間垂距（沿斜面） A 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 s ins in23 lslyy c o sc o s1 0 5 1.015c o s23 lrslxx s ins ins in34 rlsryy c o sc o s1 0 5 1.015c o s34 lrsxx （ 3 7） rlrlL 2)c o s (2c o s （ 3 8） 在本項設計中，平面凸輪最高升高 hh 3max 4mm,由式（ 3 3）和（ 3 8）得： maxh=4mm m a x 4 38t a n 6s m m 2 0 5.13 1 9.3 4m a x0 mmL 8 3 1 6.2918)2 0 5 2.16co s (48m a x h=2mm s=19.029mm 603.00L=29mm h=1mm s=9.514mm 751.00L=29.769mm h=0 s=0 00 L=29.737mm 由 L值可見，平面凸輪下窄上寬，角度變化范圍約在： tan =m a x 0m a x 02 9 . 8 3 1 6 2 9 . 7 3 7 0 . 0 0 2 4 8 938LLSS ， =0 .1 4 2 6 8 .5 5 6 （斜度在左側變?。?當凸輪右側面是斜平面時，左側應為一曲面，由于曲面曲率變化小，在結構設計中可用一個近似斜平面，角度略小于右側面角來實現(xiàn)。 3.2 球閥下支承外形 3.2.1 滾動柱面與倒角半徑 根據(jù)球閥啟閉采用滾動啟閉原理，下支承結構外形要適 應這一要求，實現(xiàn)無滑動滾動。圖 3 2所示下支承結構外形簡圖，圖中表示支承外圓 R（即與球閥外徑同），它與倒角圓角 r 的接點 a的位置應遠離球閥滾動時用于支承的 R柱面區(qū)。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 圖 3 2 球閥下支撐點外形 當?shù)菇前霃綖?1r ，軸承內(nèi)孔直徑為 Bd ，經(jīng)倒角半徑為 1r 起點 b 與球閥形心連線與 y 軸夾角近似為： m a x11 3)2/(s in R rd B （ 3 9） 在本 設計中： Bd =40mm， 1r =9mm， R=100mm，因而： 6156.33277.6100 )920(s in m a x1 3.2.2 倒角中心點位置 點 a位置應為（aa yx、） )cos1( RyasinRxa （ 3 10） 倒角中心點 b位置： 12 rdx B cos1ryy a (3 11) 在本項設計中： mmya 5 9 9 5.0)277.6c o s1(100 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 mmxa 9 3 3 5.102 7 7.6s in1 0 0 mmx 119240 mmy 5 4 5 5.9227.6c o s95 9 9 5.0 3.3.3 滾動空間 要求以 O 點為瞬心， OC 為半徑能作無滑動的滾動，此時 OC 點長度和 OC 與 X軸夾角關系為： 22 )2/( Bdy 1ta n /2Byd （ 3 12） 當球閥轉動0角后， C點在 X軸上投影cl為： cl= cos( ) （ 3 13） 根據(jù)cl大小來確定尺寸 Bd 配合間隙。 在本項設計中： mm1 6 1.22205 4 5 5.9 22 ， 1 9 . 5 4 5 5t a n 2 5 . 5 1 420 ， cl= 2 2 . 1 6 1 c o s ( 2 5 . 5 1 4 1 . 2 0 5 ) 2 0 . 1 9 2 mm 。 在滾動中要求右邊增大半徑 0.192mm，而左邊滾動中出現(xiàn)空隙，此時cl=cos( ) = 2 2 . 1 6 1 c o s ( 2 5 . 5 1 4 1 . 2 0 5 ) 1 9 . 7 9 4 mm,空隙為 0.206mm,考慮左、右狀況，理論上還有空隙 0.014mm,因此選擇 優(yōu)先配合 )142.0080.0(940d ，支承軸承孔)0062.0(940 H 。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 第 4 章 結構 設計和計算 4.1 閥桿機構受力狀況 4.1.1 球閥受力狀況 球閥受力狀況可以簡化為圖 4 1所示狀態(tài)，圖中： pDFD 24 （ 4 1） 式中： D=PN=125mm P=PN=4Mpa NFD 5.4906241254 2 LaFR DA LBFR DB (4 2) 式中： a、 b 與 L 見圖 4 1中尺寸。 圖 4 1 球閥受力狀況簡圖 因此： NRA 2 49 4 71 77905.4 90 6 2 NRB 5.2 41 1 51 77875.4 90 6 2 球閥密封壓力bq所需壓緊力SR軸向總推力SF，參考式（ 4 2）可得： 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 )(4 22 dDF S （ 4 3） LaFR SSA LbFR SSB （ 4 4） 本設計中： Mpaqb 73.3， mmD 84.140 ,d=125mm NF S 1232973.3)12584.140(4 22 NR SA 6 2 6 91 7 7901 2 3 2 9 NR SB 60601778712329 合力AOR和BOR當流體正向流動時，由于bqq，因此 AOR= AR BOR= BR （ 4 5） 當流體反向流動時（密封時），要保持密封面bq值，因此球閥上受倒閥桿作用力引起支反合力： AOR= AR +SARBOR= BR +SBR（ 4 6） 在本設計中：AOR=24947+6269=31216N BOR=24115.5+6060=30175.5N 在后面分析中應用 AR 與 BR ，在強度計算時將考慮SAR和SBR。 4.1.2 閥桿支承反力與支承結構型式選擇 方案 1：前支承導向型（即無后支承）圖 4 2是方案 1 的力系平衡圖，由圖可得： 0M 2()23A O rlC R F l ， 而 rF= 12 2 4llqq，因而 26 ()2 AOlq c Rl 0F MA FR 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 圖 4 2 前支承導向受力圖 因此：1 16 4m AOF cq q Rl l l 2 16 2m AOF cq q Rl l l 1q 區(qū)間 lclclllclclcl 36 4622646461 2q 區(qū)間 lclclllclcl36262362262 （ 4 7） 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 AOr RlclcllqF 36 )46(4121 2111 AOr RlclcllqF 36 )26(4121 2222 （ 4 8）因此： NFr 5 6 5 7 33 1 2 1 61 1 73406)1 1 74406(1 1 74 1 21 NFr 4.5 4 6 8 75.3 0 1 7 51173406)1174406(1174 1 22 方案 2：前后支承導向型 圖 4 3是方案 2 受力狀況圖，由圖可知： 圖 4 3 前后支承導向受力圖 2AO rR d F e 21 rAOr FRF （ 4 9） 因此，當 2rF = 98 3 1 2 1 6 1 7 4 8 0 . 9 6175 N 1rF = 3 1 2 1 6 1 7 4 8 0 . 9 6 4 8 6 9 6 . 9 6N 比較兩個結構方案，方案 2 受力狀況較好，在結構設計上又允許設計后支承，因此選用方案 2（只考慮 AR 時，） 1 3 8 9 1 7 .3rF ， 2 1 3 9 7 0 .3rF 4.1.3 摩擦阻力扭矩 閥桿支承摩擦阻力扭矩rfM西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 rfM= 0012c o s ( ) c o s22r f r rddF F F f (4 10) 式中： rfF= 12rrFF 導軌槽螺旋角， =53.5 f 摩擦系數(shù)， f=0.15 0.25（潤滑不良），取 f=0.2 0d 閥桿直徑，0d=40mm 因此：rfM= （ 38917.3+13970.3） 0.2 595.0240 =125872.5 N mm 密封摩阻扭矩mMmM= c o s22.1c o s2 000 dZ h p fddF mm（ 4 11） 式中：mF=mZhpfd 02.1 Z 山形密封件數(shù)， h 密封件長度，在具體結構中： Zh=2 6+10 3.4=46mm 第一層件數(shù) 中間層件數(shù) mf 摩擦系數(shù)，對于尼龍mf=0.15 MpaPNp 0.4 因此：mM=1.2 40 46 4 0.15240 0.595=49502.5N mm 球閥下支承點摩阻扭矩BfMBfM 2BBB dfR （ 4 12） 式中： Bd 下支承點軸徑， Bd =40mm， Bf 摩阻系數(shù)， Bf =0.15 因此： 5.7234624015.05.24115 BfMN mm 導軌槽產(chǎn)生扭矩SM與摩阻扭矩fMSM fM=Bfmrf MMM （ 4 13） 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 因此：SM fM=125872.5+49502.5+72346.5=247721.5N mm 4.1.4 閥桿承受的軸向力 導軌槽承受軸向力SF（反作用閥桿上） 在螺旋槽部分 SF )(2rmftgd M （ 4 14a） 式中： )(21 nwm ddd ，導槽平均直徑，wd 導槽外徑，wd=70mm,，nd 導槽內(nèi)徑，nd=41mm, md mm5.55)4170(21 導槽螺旋升角， =53.5（左旋） r 導槽與導輪摩擦角，當 1.0Tf ， r =5.71，在式（ 3 14）中，當開啟時取“ -”，關閉時取“ +” 在直槽部分 1aoSmT FmFFRfR（ 4 14b） 式中： aoF 除導槽以外的軸向合力，詳見式（ 4 19）。 mR=md/2 FmR 閥桿梯形螺紋摩擦半徑，F(xiàn)mR )(2 LLFp tgd ，關閉用“ +”，開啟時用“ -”，當選用 Tr38 6L 7H梯形螺紋，螺紋螺旋角 L =334 ，當螺紋摩擦系數(shù) 25.0Lf 時， L =142 ，梯形螺紋平均直徑 mmd FP 5.34 。 由式（ 4 14b）可得在本設計中： 開啟時 FmR=2.68 mm； SF=0.0190 aoKF關閉時 FmR=4.60 mm； SF=0.0330 aoGF由式（ 4 14）計算結果列于表 4 1 中。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 表 4-1 導軌槽承受軸向力 工作狀況 fM TmdaoF導向中軸向力 區(qū)域 SF SF 開啟 斜槽 247721.5 53.5 5.7 55.5 8094.8 直槽 0 55.5 13434.9 255.3 關閉 斜槽 247721.5 53.5 5.7 55.5 5313.6 直槽 0 55.5 27127.8 895.2 圖 4-4 導軌槽承受力圖 液壓推力 PF PF pd 204 （ 4 15） 式中： p=PN=4.0Mpa 因此： PF N5 0 2 44404 2 閥桿前后支承摩擦阻力 由式（ 4 9）和（ 4 10）知，支承摩擦阻力為： 直線移動中 關閉時 fFFFrrrf )( 21 開啟時 fFFFrrrf )( 21 （ 4 16） 螺旋移動中 s in)( 21 fFFF rrrf式（ 4 16）計算結果列于表 4 2中。 西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 表 4 2 閥桿前后支承軸向摩擦阻力（ N） 工作狀況 前支承 后支承 摩擦系數(shù) f 螺旋角 摩擦阻力 1rF1rF2rF 1rFrfF rfFrfF直線移動 關閉 48696.96 17480.96 0.2 0 13235.6 開啟 38917.33 13970.3 0.2 0 10577.50 螺旋運動 38917.3 13970.3 0.2 53.5 8462 閥桿密封摩擦力mF由式（ 4 11）知 直線運動時 mF mZhpfd 02.1 螺旋運動時 mF s in2.1 0 mZhpfd（ 4 17） 因此：mF=1.2 40 46 4 0.15=4159.9N mF = mF 5.3 3 4 48 0 4.09.4 1 5 9s in N E.閥桿頭部斜面與球閥柱銷間摩擦阻力 hhh fNF 關閉 hN cos/AOR其他狀況 / c o shANR （ 4 18） 式中： 斜面傾角， =6 hf 摩擦系數(shù)，hf=0.15 因此再閥門關閉時：hF= 31216 0 . 1 5 4 7 0 8 . 3c o s 6 N其他狀況： 24974 0 . 1 5 3 7 2 1 . 5c o s 6hFN 閥桿軸向合力aoF西南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 開啟 PhmrfSao FFFFFF 1旋開 PhmrfSao FFFFFF 2旋關 PhmrfSao FFFFFF 3（ 4 19） 關閉 PhmrfSao FFFFFF 4式中：開啟 aoKF FFFF hmrf 關閉 aoGF Phmrf FFFF 由式（ 4 19）計算并考慮（ 4 14）結果列于 表 4 3 工作狀況 導軌槽 閥桿前后支承 閥桿密封 桿頭斜面 液壓力 軸向合力 SFSFrfF rfFrfFmF mFhF hFpF aoFaoF 開啟 255.3 10577.5 4159.9 3721.5 -5024 13434.9 13690.2 旋開 8094.8 8462 3344.5 3721.5 -5024 18598.8 旋關 5313.6 8462 3344.5 3721.5 5024 25865.6 關閉 895.2 13235.6 4159.9 4708.3 5024 27127.8 28023 4.2 操作扭矩和手輪選擇 4.2.1 操縱扭矩 Mc 根據(jù)結構設計，閥桿上選用 GTr38 6L 7H 左旋梯形螺紋 ,根據(jù)表 4-3