插板阀的结构设计

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1、毕业设计专 业：机械设计制造及其自动化班级学号：机自0812学生姓名：指导教师：吕天讲师二O二年六月本科生毕业设计插板阀的结构设计The Design and Motion Simulation of OpenedGate Valve专业班级：机自0812学生姓名：指导教师：吕天讲师系 别：机械工程学院2012 年 06月摘要阀门是一种机械装置，用于在闭式管路如管道和管线内流体的截断或进、出的流量 控制。 本文主要介绍了敞开式插板阀的结构特点、工作原理并对主要构件进行设计和校 核计算，并以 CAD/CAM/CAE 集成化软件 Solidworks 为设计平台，进行了敞开式插板阀 的建模、装配、

2、运动仿真，对阀体尺寸和结构进行优化。通过 Solidworks 强大完善的功 能对阀门进行运动仿真分析，缩短了产品的设计周期，减少了软件间的数据交换。整个 阀门从建模、装配、运动仿真到优化设计在同一个软件中进行，减少了物理样机的制造 试验等过程，提高了工作效率，缩短了产品的设计周期。关键词：插板阀；Solidworks ；运动仿真ABSTRACTA valves is a mechanical device to shut off flow or control the rate of flowing into, or out of such enclosed conduits as pipi

3、ng and tubing.The This paper introduced the character structure and operating principle of open-type gate valve, which to design and check analog with the major part, with the platform of CAD CAM/CAE integrated swith the result that the dimension and structure of valve body are optimized. The advant

4、age of the powerful functions of Solidworks software is made to ody are optimized. Entity valve from modeling, assembling, motion simulation and optimality design will be processed in the same software. That shortens the process of manufacture and test for physical prototype, improves efficiency and

5、 reduces the product design period.Keywords： Open-wide Gate Valve; Solidworks; Mmotion and Simulation目录1 绪 论 11.1 介绍几种插板闸阀的结构特点 11.1.1 联动组合式插板阀 11.1.2 中心推杆式插板阀 11.1.3 电动扇形插板阀 21.1.4 封闭式插板阀 31.2 Solidwork 介绍 32敞开式插板阀设计 52.1 敞开式插板阀结构介绍 52.2 阀门主要零件材料 52.2.1 阀体、阀盖和阀板（阀瓣）的材料 52.2.2 密封面材料 62.2.3 阀杆和阀杆螺母材料

6、 72.2.4 紧固件、填料及垫片材料 82.3 敞开式插板阀设计参数及整体构思 92.4 阀门通用部分计算式 102.4.1 壁厚计算式 102.4.2 密封圈比压计算 112.4.3 阀杆强度计算 错误!未定义书签。2.4.4 阀杆稳定性验算 错误!未定义书签。2.4.5 闸板厚度计算 错误!未定义书签。2.4.6 阀杆与阀杆螺母中梯形螺纹强度计算 错误!未定义书签。2.4.7 阀体压盖强度验算 错误!未定义书签。2.4.8 支架强度计算 错误!未定义书签。3传动装置设计错误!未定义书签。3.1 电动机的选择 错误!未定义书签。3.1.1 电动装置的输出转矩与转速 错误!未定义书签。3.2

7、 电动装置结构设计 错误!未定义书签。3.3 阀门操作转矩的确定 错误!未定义书签。3.3.1 插板阀操作转矩的计算 错误!未定义书签。3.3.2 计算过程的分析 错误!未定义书签。4基于 SolidWorks 的敞开式插板阀设计 错误!未定义书签。4.1 插板阀结构设计 错误!未定义书签。4.1.1 创建阀体实体 错误!未定义书签。4.1.2 创建阀板实体 错误!未定义书签。4.1.3 创建阀杆实体 错误!未定义书签。4.1.4 创建阀杆螺母实体 错误!未定义书签。4.2 敞开式插板阀的装配设计 错误!未定义书签。4.2.1 创建电动装置装配图 134.2.2 创建插板阀总装配体 144.3

8、 SolidworksCOSMOSMotion 的运动仿真介绍 154.3.1 运动仿真介绍 154.3.2 机构的组成 154.3.3 机构自由度的计算 164.4 插板阀 Solidworks 运动仿真的具体步骤 164.4.1 整体仿真过程的安排 174.4.2 仿真设置 18结 论 22参考文献23附录 英文原文24致 谢 27在各种类型的阀门中，闸阀是应用最广泛的一种。插板阀是闸阀中的一种，敞开 式插板阀的阀板和阀杆是外露的，通过阀杆螺母的旋转运动传递给阀杆做直线行程运 动带动阀板的启闭。敞开式插板阀可应用于大型管道启闭控制的装置。其驱动形式包 括电动气动手动或者和驱动综合使用。其优

9、点主要为重量轻，占用空间尺寸小,密封性 好，操作维护方便、抗腐蚀、寿命长、阀板滑动灵活的特点。本设计主要基于Solidworks 的模块设计和运动仿真。本文就是介绍一下如何应用Solidworks软件建立其三维实体 模型和虚拟的机械系统装配模型，然后应用运动分析模块创建运动方案和运动环境对 其进行运动仿真分析，对其结构设计和性能参数进行优化，从而不需要通过实物实验 就可以进行产品的优化设计，降低产品开发费用、缩短开发周期。1.1介绍几种插板闸阀的结构特点1.1.1联动组合式插板阀该运行中的不同步及传动机构繁复等技术问题，可用来替代现有的插板阀。其 具体图片如下：图1.1联动式插板阀1.1.2中

10、心推杆式插板阀该阀门适用于冶金、化工、市政系统的煤气管道，是一种理想的气体隔断设备。 特点：结构紧凑，机械传动效率高，体积小。与传统敞开式插板阀相比，顶开、压紧 机构大大简化，彻底解决了传统插板阀多条丝杠运行中的不同步及传动机构繁复等技 术问题，用来代替现有的插板阀。图1.2中心推杆式插板阀1.1.3电动扇形插板阀阀门的使用范围：适用于冶金、矿山、化工、市政、电力等行业的煤气、空气管 道，是一种理想的气体隔断设备。阀门的特点：采用防爆电动装置，链式转动，并 附有手动、运转灵活，密封胶圈在阀板上密封可靠，便于更换，同时可远距离遥控。 阀门实体照片如下图1.3电动扇形插板阀1.1.4封闭式插板阀适

11、用介质：煤气及有毒、有害、易燃气体 该阀适用于冶金、化工、市政系统的 煤气管线，供管道可靠隔断之用。图1.4封闭式插板阀1.2 Solidwork 介绍Solidwork以其强大业，可以方便的与其它cad软件进行数据交换，这就在某种 程度上加快了设计的开发进程。并且它能保证图面的真实性和效果的正确性，缩短设 计开发周期，有效支持模具加工与产品生产。1、用户界面SolidWorks软件在用户界面方面的方便程度是世界公认的，但SolidWorks公司 还是努力地改进软件的用户界面，使得设计工作更加自动化。Solidworks去掉了一些 多余的对话框，而以隐含的右键菜单所代替，最明显的是能够将特征管

12、理器沿水平拆 分。这使得进行某些特殊命令操作时，如检查装配关系，而不会迷失在特征树的位置。 这对于大型装配体和复杂零件的操作也非常重要，因为零件复杂以后，特征管理树会 很长，有时很难同时观察特征树的最上端和特征树的最下端。有了特征管理器的拆分 功能，这一切都成为可能。2、大型装配用户不仅用SolidWorks软件来解决一般的零部件设计问题，越来越多的用户开 始用 SolidWorks 软件处理系统级的大型装配设计，对大型装配体上载的速度也是要 求越来越高。面对用户的需要，SolidWorks公司的研发部门设法从不同的角度对大型 装配体的上载的速度进行了改进，包括分布式数据的处理和图形压缩技术的

13、运用，使 得大型装配体的性能提高了几十倍。在新版中，还增加了智能装配功能，能够在装配过程中自动捕捉装配关系，而无 须用户另行指定。在装配过程中，还新增加了球面的配合关系和圆锥面的配合关系， 这就使得将球插到孔里的操作变得更加容易。Solidworks是一个非常优秀的软件产品。SolidWorks公司在技术上的投入和技术 的先进性不断保持SolidWorks软件在机械三维设计领域的领先地位。2 敞开式插板阀设计阀门作为管道系统中的一个重要组成部分，应保证安全可靠地执行管道系统对阀 门提出的使用要求。本次设计的敞开式插板阀其基本参数如下：1、公称直径：1200mm2、电动插板式闸阀适用于高炉热风炉

14、系统的烟道、冷风、助燃空气、燃烧及煤 气等管道，可对烟气、煤气、空气进行有效地切断。3、驱动方式：采用电机驱动。4、电动敞开式插板阀压力： 0.25MPa5、适用温度：25C6、阀体材质为铸钢7、适用介质：含尘高炉煤气2.1 敞开式插板阀结构介绍敞开式插板阀为敞开式设计结构，具有重量轻，易维护（密封胶圈更换、电液动 装置维护检查、更换、阀门的局部维护均在外部，不影响阀门正常运行），阀门的运 动过程、开关状态直观性好，启闭后检查完成状态极为方便，具有封闭式不可替代的 优越，缺点是启闭时有少量的煤气外漏。现今流行的控制方式包括手动、电动、液动、 混合控制的控制方式，其中比较流行的方式为电动。2.2

15、 阀门主要零件材料制造阀门零件材料很多，包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择： 工作介质的压力、温度和特性。该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。有较好的工艺性。 在满足以上条件情况下，要有较低的成本。2.2.1 阀体、阀盖和阀板（阀瓣）的材料阀体、阀盖和闸板（阀瓣）是阀门主要零件之一，直接承受介质压力，所用材料必须符合“阀门的压力与温度等级”的规定。常用材料有下面几种：一、灰铸铁：灰铸铁适用于公称压力PNWl.OMPa,温度为一1OC200C的水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质。灰铸KTH33008、 KTH35010。鉴于目前国内工艺水平，以及有关数据资料显示，建议PNW2.5MPa，阀门还是 采用钢制阀门为安全。因此本设计的插板阀的阀体、阀盖用铬钼铸钢（ ZGCr5Mo） 材料。2.2.2 密封面材料阀门的密封面是指阀座与关闭件互相接触而进行关闭的部分它是阀门最关键的 工作面。由于阀门在使用过程中密封面在进行密封中要受到冲刷和磨损，所以阀门的 密封性能