毕业设计论文-阀门的设计

-.z.摘要阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或卸压等功能。用于流体控制的阀门，从最简单的截止闸阀到复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径到达10m的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动，阀门的工作压力可从0.013MPa到1000MPa的超高压，工作温度从-269℃的超低温到1430℃的高温。阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、涡轮、电磁动、电磁-液动、电-液动等；可以在压力、温度或其他形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进展简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件做升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。闸阀是指关闭件〔闸板〕沿通路中心线的垂直方向移动的阀门。闸阀在管路中只能作全开或全关切断用，不能作调节和节流。闸阀是使用范围很广的一种阀门，一般口径DN≥50mm的切断装置都选用它，有时口径很小的切断装置也选用闸阀。本设计是以楔式弹性单闸板闸阀为设计对象，主要介绍了闸阀的构造特点和手动气动转换装置的特点，以及其工作原理。阀门设计包括很多内容，包括通用部件的设计和专用部件的设计，又包括强度、尺寸等众多计算过程。其中，设计阀门的关键在于阀门密封设计，其中阀杆的强度计算，以及稳定性计算也是重点。阀门设计整个过程包括这样几个步骤。按设计参数确定构造，进展方案论证，工作原理受力分析，强度计算，稳定性校核，材料选择，测绘总装备图和手动机构装配图和气缸及阀门的全部零件图〔用AutoCAD绘制〕。闸板密封面的受力分析，闸杆稳定性校核及阀门强度计算是重难点。其中包括这样几个重点步骤。首先对工作环境进展确定，选择适宜的方案，对设计的零件进展受力分析；然后根据国家标准和推荐尺寸来确定实际尺寸；最后对强度进展校核，绘制阀门工程图。关键词：手动—气动转换密封面楔式闸阀弹性闸AbstractValvesisthecontrolunitofthefluidpipingsystem.Itisusedtochangethechannelsectionsandputtomediumflow,withdiversion,off,adjustthethrottle,onlytheback,splitorpressurerelieffunction.Forfluidcontrolvalves,cut-offvalvefromthesimplesttotheCommissionforDisciplineInspectionofcomple*automationsystemsusedinavarietyofvalves,anditsmanyvarietiesandspecifications,thevalvenominaldiametergaugevalvefromtinytolargediameterto10m,industrialpipingvalves.Thevalvecanbeusedtocontrolthewater,steam,oil,gas,slurry,avarietyofcorrosivemedia,liquidmetalsandradioactivefluidandothertypesoffluidflow.Workingpressureofthevalvefrom0.013MPato1000MPa.Workingtemperaturefrom-269℃to1430℃ultra-lowtemperatures.Valvecontrolcanbeavarietyoftransmissionmethods,suchasmanual,electric,hydraulic,pneumatic,turbine,electromagneticmoving,electromagnetic-hydraulic,electro-hydraulic,etc.Inpressure,temperatureorotherformsofsensorsignalsundertheeffectofapredeterminedactionrequired,orisnotasimplesensingsignalandopenorclosethevalvemechanismreliesonthedriveorautomaticopeningandclosingmembertomakemovements,slip,swingorrotarymotion.Thuschangingthesizeoftheflowpassageareatoachieveitscontrolfunction.Valveisclosedparts(ram)alongthechannelcenterlineverticalmovementofthevalve.Valveinthepipelinecanonlybefullyopenorfullyclosedoffwith,cannotbeadjustedandthethrottle.Valveistouseawiderangeofavalve,generallydiameterDN≥50mmcuttingdevicesareusedwhich,sometimesasmalldiametercuttingdevicealsousevalve.Thedesignisfle*iblewedgegatevalveforthedesignofsingleobjects.MainlyintroducedthestructurecharacteristicsofGate.Manpower-Pneumatictheconversiondevicecharacteristicandoperatingprinciple.Thevalveisdesignedincludingmanycontent.Includecomponentdesignbeingappliedoruseduniversallyandspecialusepartdesign.Andalotofcalculationprocesssuchasincludingtheintensity,thedimension.Amongthem,designthatthevalvekeydependsonvalvehermeticsealingdesignsthat.Amongthemthevalvestemintensitysecretlyschemesagainst.Thestabilityiscalculatedbeingalsodifficultpoint.Thevalveisdesignedincludingsuchstep.Designparametersdeterminedbythestructure,conductdemonstrationprogram,workingprinciplestressanalysis,strengthcalculation,stabilitycheck,materialselection,mappingdiagramsandtheGeneralArmamentmanualmechanismandcylinderandvalveassemblydrawingsforallthepartsdiagram(withAutoCADdrawing).Includingsuchseveralprioritystep.Firstbeinprogresstotheworkenvironmentthinking.Choosetherightschemebeinprogresstothepartdesigningthatbyforceanalysis.Thencomethestandardandrecommendationaccordingtothecountrytoascertaintheactualdimension.Lasttheintensityisproofread,drawvalveengineeringdrawing.Keywords:thehandpneumaticchangesealdyadicvalveofwedgeelasticitybrakeboard目录TOC\o"1-3"\h\u摘要IAbstractIII第一章绪论11.1选题意义11.2国内外阀门的开展21.2.1国外阀门的开展21.2.2国内阀门的开展2第二章气动—手动楔式闸阀的工作原理及其构造特点42.1工作原理42.2构造设计特点5第三章阀门的设计与计算73.1阀体的设计与计算73.1.1阀体的功能73.1.2阀体的选材73.1.3阀体的构造形式和制造方法83.1.4确定阀体的构造长度和连接尺寸83.1.5构造设计与计算93.1.6阀体壁厚的设计与计算113.1.7中法兰的设计与计算123.2闸板的设计与计算163.2.1闸板密封面宽度和内径的选取163.2.2闸板与阀体档宽及相应公差的计算163.2.3闸板主要构造尺寸确实定173.2.4闸板密封面比压计算183.2.5闸板强度的校核183.3阀杆的设计与计算193.3.1阀杆总轴向力193.3.2阀杆的直径估算203.3.3阀杆的强度校核203.3.4阀杆的稳定性校核223.3.5阀杆主要尺寸确实定243.4阀盖及填料装置的设计与计算243.4.1阀盖的设计与计算243.4.2填料压盖的设计与计算263.4.3上密封座尺寸293.5气缸的设计与计算303.5.1气缸的直径粗估算与选取303.5.2气缸的校核303.6其他主要零件的设计与校核323.6.1滚动轴承的选取323.6.2阀杆螺母的校核323.6.3上活塞与T型槽接头连接螺栓的校核33第四章结论34致谢35参考文献36-.z.第一章绪论选题意义气动闸阀从八十年代进入我国。在不到二十年的时间里，其使用范围从普通领域扩展到了更为广阔的各行各业。从矿山电厂的选煤、排矸、排渣。开展到了城市的污水处理，从一般的工业管道开展到了食品、卫生、医药等专业管道系统。超薄型的刀闸阀以其体积小、流阻小、重量轻、易安装、易拆卸等优点彻底解决了普通闸阀、平板闸阀、球阀、截止阀、调节阀、蝶阀等类阀门的流阻大、重量大、安装难、占地面积大等的疑难问题[1]。随着机电一体化的趋势，以及微电子技术和计算机技术的开展，这些电动阀门在使用中出现越来越多的问题。比方控制精度不高、现场调试不方便、故障诊断方法不完善等，这就使得原有的电动阀门越来越无法适应现代工业开展的需要，必将被淘汰。因此对电动阀门这一重要的工业用机械产品进展有效的改造，提高其智能化程度，使其控制过程计算机化、通讯功能数字化、故障诊断处理智能化、检测远程化，都有着非常重要的意义[2]。气动阀门的设计需要综合考虑阀门、执行器、气动元件以及阀门功能等多种因素，目前设计水平和制造水平与一流执行器阀门制造商还是有一定的差距，需要虚心学习，不断提高[3]。国内外在提高阀门使用性能和使用寿命等方面进展了大量的研究工作包括阀门的可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验和提高阀门可靠性的各种方法。许多学者针对阀门进展了深入的研究研究内容主要局部为两大局部，一局部是关于具体型号阀门失效模式的研究；另一局部是从理论的角度对一些故障机制和可靠性方法进展研究。目前在阀门可靠性研究领域密封问题、振动噪声问题和可靠性试验问题是人们关注的焦点也是难点。同时阀门作为典型的机械产品种类相当多，目前尚未有统一的标准来指导阀门的可靠性研究。因此，阀门可靠性技术研究的总结和展望对今后系统地进展阀门可靠性研究有重要的理论现现实意义[4]。1.2国内外阀门的开展国外阀门的开展国外阀门研究机构对阀门的设计与根底理论、新材料、新工艺、产品性能、可靠性和标准化的研究十分重视。国外阀门的科研特点如下:(1)试验研究与新产品开发密切结合。(2)内部研究课题与引进国外技术密切。(3)重视高新技术在阀门上的应用研究。(4)重视高参数和特殊工况用阀门的试验研究。(5)重视阀门根底理论的研究工作。(6)重视现场试验与改良工作[5]。在50年代以前，国外的一些国家就已经形成了独立阀门专业及其行业体系，有了阀门行业组织或者阀门专业学术组织。像美国、英国、东欧、西欧等都有了阀门行业协会，日本也有阀门工业会和阀门研究会，前苏联则有阀门设计研究院。这些阀门行业和专业组织，都是为了提高生产技术和对外竞争的需要而建立起来的。国际阀门贸易市场在最近几年中十分活泼，竞争也相当剧烈，实力较强的国家则是德国和美国，其中德国是世界最大的阀门出口国[6]。随着高压技术的广泛使用,超高压系统中的超高压阀门性能直接影响整个系统工作的可靠性、平安性、工作效率和使用寿命，所以对阀门的材料选择和构造提出了更高的要求。美国HIP公司的超高压针阀,工作压力为690MPa的采用奥氏体316不锈钢,工作压力1034MPa的采用马氏体型沉淀硬化不锈钢17-4PH[7]。国内阀门的开展阀门是随着流体管路的产生而产生的。人类使用阀门已经有近4000年的历史了。中国古代从盐井中吸卤水制盐时，就曾在竹制管路中使用过木塞阀。公元前1800年，古埃及人为了防止尼罗河泛滥而修建大规模水利时，也曾采用过类似的木制旋塞来控制水流的分配。这些都是阀门的雏形。工业用阀门的大量应用，是从瓦特创造蒸汽机以后才开场的。二十世纪初出现了铸铁、铸钢、锻钢、不锈钢、铬钼钢、黄铜、球墨铸铁等各种材质的阀门。应用于各个行业，各种工矿。国内最早引进国外阀门生产技术的公司不多，后引进国外生产技术，使得国内阀门生产技术突破，质量提高，寿命加长[8]。随着工业用陶瓷技术的开发成功，也出现了陶瓷材料阀门。陶瓷材料在低冲角下具有高的抗冲蚀性能[9]。目前中国四大阀门未来开展前景及趋势：〔1〕工程节能阀门走向系列；〔2〕水力控制阀一阀多用；〔3〕智能电动调节阀瞄准摇控；〔4〕阀门迈向通用化[10]。2009年1-12月，全国累计生产阀门4,583,935.72吨，比2008年增长了3.74%；2010年1-12月，我国阀门产量累计为5,390,394.75吨；2011年1-12月，我国阀门的产量为5,958,729.61吨；2012年1-4月我国阀门产量达2,041,987.98吨。在我国目前的阀门市场上，除低压阀门到达国际市场能承受的水平外，高压阀门仍然需要依靠进口[11]。从产品情况来看，我国阀门行业目前已经能生产十几大类产品，如闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、平安阀、止回阀、节流阀、旋塞阀、减压阀、隔膜阀、疏水阀、紧急迫断阀等，最高使用温度到达570℃，最低为-196℃，最高压力为600MPa，最大通径到达5350毫米[12]。阀门产品市场的强劲需求，国有经济持续稳定开展，固定资产投资逐步扩大。尤其是几项世纪工程"西气东输〞、"西电东送〞、"南水北调〞等工程的开工需要大量的阀门产品配套；另外，我国正面临着工业化时代的到来，石化行业、电力部门、冶金部门、化工行业和城市建立等使用阀门大户将增强对阀门产品的需求[13]。西气东输为代表的油气输送管线的建立和快速开展，我国高压管线阀门的设计制造技术有了重要突破，特别是成功研制开发了用于主管线口径为NPS40和NPS48、压力为Class600和Class900的高压大口径全焊接球阀，打破了国外阀门企业对于该领域的垄断[14]。电动和气动两种驱动形式的闸阀，是现在使用最为广泛的闸阀类型，电动闸阀和气动闸阀随着阀门技术的不断进步，向着高技术、高规格、抗腐蚀、寿命长的方向开展，两者工作性能的提高，使其在行业中占的比重越来越大，得到更多的市场开展空间[15]。第二章气动—手动楔式闸阀的工作原理及其构造特点第三章阀门的设计与计算3.1阀体的设计与计算阀体是阀门的重要构造要素，是连接收道的重要部件。阀体的设计时比拟重要的一个局部，主要计算局部包括：阀体的壁厚，阀座密封面等。详细计算见下文。阀体的功能阀体是阀门的重要部件之一，阀体的重量是整个阀门重量的70%左右，对于双气缸气动楔式闸阀中阀体的重量会比通常小些。阀体的主要功能：作为工作介质的流体通道；承受工作介质的压力、温度、冲蚀和腐蚀；在阀体内部构成一个空间，设置阀座以及容纳启闭件，阀杆等零件；在阀体端部设置法兰连接构造，满足阀门与管道系统的安装要求；承受阀门启闭载荷和在安装使用过程中，因温度变化、震动、流体冲击等影响产生的附加载荷；安装过程中作为阀门总装配的根底。阀体的选材制造阀门的材料必须根据以下因素来选择：〔1〕工作介质的压力、温度和特性；〔2〕该零件的手里情况和在构造中应起的作用；〔3〕有较好的工艺性〔包括铸造、加工、热处理、焊接工艺性〕；〔4〕本钱和国家资源情况。可供制造阀门零件用的材料牌号很多，包括各种不同的钢材、有色金属及其合金，各种非金属材料等。但是为了减少供给储藏上的困难，我们已经进展了材料选用方面的标准化工作，便于既满足与设计要求，又方便生产。目前，我国有关部门正在对新材料进展大量的实验研究工作，如新的钢种、工程塑料和新的密封面堆焊材料等，这些材料的出现无疑亦给阀门制造业创新提供了条件。本次设计中适用于压力P≥2.5MPa，介质温度T≤200℃的低压阀门，常用牌号有HT20-40、HT25-47、HT30-54等，其机械性能按照GB/T12226-2005"通用阀门灰铸铁件技术条件"的规定。但是由于经济开展，使用铸铁的本钱和使用铸钢的本钱不相上下了，使用IG-25的钢材能够获得更好的机械性能。本设计中决定使用IG25，其机械性能等查"阀门设计"P321页，GB979-67。阀体的构造形式和制造方法由闸阀的公称压力PN=25MPa，公称通径DN=500mm，通常情况阀体在构造允许的条件下使用圆形中腔，圆形中腔较之其他形状的中腔受力较好。阀体与阀盖按要求选择法兰连接，阀体采用整体铸造的制造形式，流道采用全通形式。确定阀体的构造长度和连接尺寸GB/T12221-2005"金属阀门构造长度"表7法兰连接闸阀构造长度，参考公称设计参数确定公称压力PN=25MPa，公称通径DN=500mm的楔式闸阀构造长度为1321mm。阀体与管道采用法兰连接，根据阀门的公称压力与公称通径查GB9113.4-88，选取凸面整体钢制法兰。材料为Q345R标准号GB713，其构造及尺寸查P36~37图、表8.2.1-1得：图3-1-1整体法兰表3-1-1整体法兰构造设计与计算1阀座密封面的设计与计算1〕阀座密封面内径和宽度的选取阀座密封面内径，对于堆焊的密封面，由于堆焊工艺的要求，一般取比内径大4~5mm；对于非堆焊的密封面，去与阀座内径相等。本设计属于堆焊，故取阀座密封面内径D=300+5=305mm。阀座密封面的宽度一般取公称通经的~，并且随着公称通经的增大，密封面宽度与工程通径之比逐渐减小。除了采用如钴铬钨硬质合金等较好的材料密封面宽度取较小之外，一般阀座密封面宽度最好不小于5mm。故取阀座密封面宽度=10mm。由JB5211-2008-T"阀门零部件闸阀阀座"确定的阀座构造如下：图3-1-2阀座其中b=20，D=500±1.0，D1=705，D2=608，D3=650，C=4H=442〕密封面形式的选取按照介质静压力与介质密封力的不同关系，闸板与阀座之间的密封有三种形式：自动密封、单面强制密封、双面强制密封。本设计采用单面强制密封。这种形式的密封在介质进口端闸板与阀座密封面之间是不密封的，这里或者根本没有比压力，或者只有比密封比压小的比压力；在介质出口一边闸板与阀座密封面之间的密封性由阀杆轴向力来强制地加以保证，当没有介质时，密封面上的额比压力不得小于密封比压。这是在介质静压力小于密封力时所必须采取的强制密封的一种，也是通常采用的一种。3〕单面强制密封的受力分析和密封面比压的计算作用在阀门上的出口端阀座密封面的比压要比进口端大，其值按以下公式计算：密封面上介质静压力〔3.1〕其中：DMN—密封面内径bM—阀座密封面宽度P—计算压力QMJ—密封面上介质静压力介质密封力〔3.2〕其中：qMF—密封压力，由"阀门设计"P170表8-1查得〔3.3〕密封面上的总作用力：〔3.4〕密封面上的比压计算：〔3.5〕密封面材料使用2Cr13，由"阀门设计"P171查得需用比压[q]=45MPa，所以qMF<q<[q]故阀体密封比压校验合格。阀体壁厚的设计与计算阀体壁厚的计算方法与它的形状有关，不同类型的阀体的形状亦有所不同。一个阀体又往往由几种形状所组成，即使是同一形状，尺寸亦不一样，例如抵押闸阀的阀体，通道两端是圆形，而中腔确是椭圆形；中压和高压闸阀的阀体虽然通道两端与中腔都是圆形，但圆的内径又不一样。按理说，一个阀体的计算要根据它的形状和尺寸一局部一局部地单独进展，但实际应用上并不需要这样做，因为分开计算比拟复杂，并且一个阀体中通常亦不取几个不同的壁厚。另外需要注意的是：阀体壁厚的计算除了考虑强度之外，还应考虑其刚度，否则同样会出现因受力变形而报废的现象。-.z.本设计采用的是WCB级的铸钢，属于塑性材料因此按照塑性材料计算其壁厚根据"阀门计算"P117得壁厚计算公式：〔3.6〕其中：DN—中腔直径；-.z.P—设计压力一般去公称压力PN；σL—材料ZG25的许用拉应力C—考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量，查"阀门设计"P119，表7-5得C=5mm；根据"实用阀门设计手册"P1442表9-18查得法兰和对焊连接钢制闸阀的壳体最小壁厚为82mm。所以最后取SB=82mm中法兰的设计与计算1、中腔尺寸DN确定闸阀阀体中法兰是指阀体与阀盖连接的法兰，这样的连接形式在阀门上是十分普遍的。中法兰的设计必须保证在工作温度和工作压力下有足够的强度与密封性。对在高温下工作的阀门，应按常温、初加温和高温三种工况分别盐酸，当介质温度≤300℃时，只按照常温工况计算。中腔尺寸确实定可参考楔式闸阀阀体、闸板轨道和轨道槽的形式根据"实用阀门设计手册"P1281图7-8得该形式的示意图及尺寸如下：图3-1-3楔式闸阀阀体、闸板轨道和轨道槽的形式其中：L=635L1=625l=608l1=605b=15±0.5b1=16根据以上数据，确定中腔直径DN=500mm。2、中法兰垫片尺寸和材料的选择由"实用阀门设计手册"P1224选择垫片〔二〕，材料为*5200，尺寸由"阀门设计"P124确定如下：垫片系数mDP=2内径d=500，外径D=730，厚度t=82比压qYJ=25MPa。3、中法兰构造尺寸确实定同时参考中法兰垫片尺寸和标准法兰尺寸得中法兰构造同图3-1-1，表3-1-2中法兰4、螺栓的总计算载荷当工作温度小于等于200℃是，直接计算并校核。1〕工作时〔操作时总作用力〕式中：QDJ—垫片处的介质压力，QDF—垫片密封力，QDT—垫片弹簧力，所以2〕最小预紧力而式中：qYJ—密封面预紧比压；KDP—碘片形状系数，按圆形取1所以，螺栓计算载荷5、螺栓的强度校核螺栓的材料选为35号钢，根据"使用阀门设计手册"P617查得[σL]=135MPa，单个螺栓底直径面积为cm2。所以，所以，选择35号钢的螺栓是符合设计需求的。6、中法兰的强度计算图3-1-4中法兰尺寸由"实用阀门设计手册"P1059查得中法兰强度校验公式如下：断面拉应力满足强度要求。Ⅰ-Ⅰ断面弯曲应力〔3.7〕式中：所以由"阀门设计手册"P264查得IG25的[σW所以σW1<[σW]Ⅱ-Ⅱ断面弯曲应力〔3.8〕式中：所以由"阀门设计手册"P264查得IG25的[σW所以σW1<[σW]综上，中法兰的设计符合强度要求。3.2闸板的设计与计算闸板密封面宽度和内径的选取闸板密封面宽度b’M应取得较阀座密封面宽度bM大，这基于以下几个方面考虑：阀门在经过一段时间的使用后，闸板与阀座密封面之间有磨损。关闭阀门时，往往容易过于用力。这两点必然导致闸板的下窜。对于明杆闸阀，阀体导轨与闸板之间径向间隙对闸板与阀座密封面之间接触面积有一定影响。间隙量越大，实际接触面积就越有可能较理论接触面积为小。考虑到以上三点，为了保证闸阀密封面能够与整个阀座密封面接触，就必须去b’M较bM大，一般取=0.5~1.0，大口径、高压力取较小值，故取bM18mm。闸板密封面平均直径应取得与阀座密封面平均直径相等，这样便于得出闸板密封面内径。闸板与阀体档宽及相应公差的计算对于楔式闸阀，其阀座的档宽Lk已经标准化，可以由阀门的公称通经DN，公称压力PN直接查到。由"实用阀门设计手册"P1283表7-12查得LK=80mm。所谓档宽就是指阀座或闸板两密封面在其中心线上的距离。正确的设计应使闸板密封面边缘〔最低点〕与阀座密封面下缘重合。由于阀座与闸板的档宽名义尺寸不等，所以在全关的位置上，闸板的中心线不会与阀座的中心线重合，而是由一定的距离上述的是理想情况的名义尺寸，即为没有任何偏差的情况下。但实际上闸板与阀座的加工都会有偏差的存在，使得闸板与阀座装配时的实际关闭位置上，即闸板的实际位置可能上移或者下移。一次要对阀座和闸板规定适当的公差范围，以保证他们能够良好的密封，得到最正确的密封性能，到达设计的最小磨损裕量行程。闸板与阀座的密封面磨损后，闸板的关闭位置下移至二者的密封面上缘(最高点)对齐时，即为极限位置，这是尚能使两者密封面全面积接触，当两者密封面继续磨损下移，则认为两者不能保证密封，认定此阀门损废。密封面的公差确定：闸板密封面的档宽LB确实定应使阀门在设计关闭时闸板密封面与阀座密封面下端对齐，这样便得出〔3.9〕由于阀体档宽上下偏差LK=80，设闸板公差为LB；由于闸板按其公差上限的最大档宽于阀座按其公差下限的最小档宽相结合，假设闸板上移1mm，即0.13-*=2×1×sin5，*=+0.04；由于闸板按其公差下限的最大档宽于阀座按其公差上限的最小档宽相结合，假设闸板下移但仍能保证最小磨损形成，即0.28+y=2×1sin5，y=-0.08；所以，闸板密封面的档宽LB。闸板主要构造尺寸确实定1.闸板与阀杆头部相配合的T型槽尺寸由"实用阀门设计手册"P1289图7-21和表7-22以及的公称通径、阀杆直径确定闸板T形槽构造与尺寸如下：图3-2-1闸板T形槽构造如图：闸板密封面外径为497+2×18=533mm。闸板其他机构尺寸由"实用阀门设计手册"P1284图7-14表7-14确定闸板其他构造尺寸如下：图3-2-2闸板尺寸其中L=，D1=497,b=18，d=280，S=16h=31，A=100，B=100,D=560,H=280闸板密封面比压计算闸板密封面大于阀座密封面，则当闸阀关闭时，两则接触面积即为受压面积，及阀座密封面，所以闸板密封面比压于阀座密封面比压一样q’=25.688MPa。闸板强度的校核闸板的单边厚度SB原则上应使闸板厚度能满足强度和刚度的要求，但是闸板并非均匀厚度的圆板，形状不规则，故难以建立起强度和刚度的准确计算工时。设计时刻根据下面的强度近似计算式确定。公式为：〔3.10〕式中RB—中间薄板根部处半径C—腐蚀裕量，取3；—IG25的许用应力，"阀门设计手册"P264查得IG25的=。所以闸板强度满足设计要求。3.3阀杆的设计与计算阀杆总轴向力关闭时楔式闸阀作用于阀杆上的力由"实用阀门设计手册"P1028表5-87得关闭时阀杆总轴向力计算公式如下：〔3.11〕式中K1、K2—由"实用阀门设计手册"P681表3-31查得K1=0.29、K2=0.77；QP—阀杆径向截面上介质作用力，且QT—阀杆与填料摩擦力，由"实用阀门设计手册"P1464查得填料函内径58mm，填料宽度10mm。填料材料选为聚四氟乙烯，其构造及尺寸由"阀门设计"P528查得，单填料〔上、中填料〕高度为6mm，填料垫为6mm，最后根据填料函的构造尺寸以及填料的构造尺寸，确定中填料的个数为6。所以，填料空的深度H=6+6×6+6+(2~5)=53mm〔3.12〕其中h1—单圈填料与阀杆接触的高度；𝑍Z1—填料圈数；计算得。所以，2.开启时楔式闸板作用于阀杆的力由"实用阀门设计手册"P1028表5-87得关闭时阀杆总轴向力计算公式如下：〔3.13〕式中：K3、K4—由"实用阀门设计手册"P681表3-31查得K3=0.41、K4—同关闭时。所以阀杆的直径估算由"阀门设计"P197公式10-26的直径估算公式〔3.14〕式中：Q—阀杆的最大轴向力，即[σY]—阀杆材料的许用应力，查"阀门设计"P185表9-8得到，2Cr13的[σY]=245MPa。所以但又由"实用阀门设计手册"P1456表9-40查得阀杆的最小直径为30mm，所以最终确定阀杆直径dF=30mm。阀杆的强度校核阀杆的轴向力通常是由驱动装置的扭矩产生的，因此计算阀杆的扭转矩对阀杆的强度计算，螺母与阀杆的螺纹之间的摩擦力矩的计算都是不可缺少的。由于阀杆的轴向力通过螺母凸肩作用在支架上，此处设有推力轴承，所以轴承与支架产生的摩擦力矩并不作用在阀杆上。明杆闸阀的阀杆为开降杆，即在启闭过程中只做直线运动，所以填料没有阻力矩，阀杆的受力分布如以下图：图3-3-1阀杆的受力分布因为开启时阀杆的轴向力最大，也就是说开启时阀杆的总扭矩也最大，所以下面计算只算开启时的总扭矩。由"实用阀门设计手册"P1027与P1028查得阀杆受力图及强度验算公式，对于装有推力球轴承的明杆闸阀阀杆的总扭矩为：〔3.15〕式中RFM—螺纹的摩擦半径，由"实用阀门设计手册"P665查得所以开启时阀杆的总扭矩为2.阀杆的强度计算阀杆开启时阀杆的强度计算开启时阀杆的受载情况如上图所示上阀杆的危险截面为螺纹退刀槽出，因此此处的横截面最小，因该校核此处拉应力、扭转应力和合成应力。a.拉应力(MPa)为〔3.16〕式中：Fs—阀杆最小截面积(mm2)；按有退刀槽处的FT计算，由"实用阀门设计手册"P667查得为624mm2；[σL]—阀杆材料的许用拉应力(MPa)，由"实用阀门设计手册"P607查得为240MPa。b.扭转应力(MPa)为240MPa；〔3.17〕式中：Ws—阀杆最小抗扭截面系数(mm3)，有螺纹退刀槽则为退槽处的抗扭界面系数WT，4500mm3，由"实用阀门设计手册"P667查得；[τN]—阀杆材料的许用扭转应力(MPa)，由"实用阀门设计手册"P607查得为145MPa。c．合成应力(MPa)为〔3.18〕式中：[σΣ]—阀杆材料的许用合成应力(MPa)，由"实用阀门设计手册"P607查得为230MPa。综上，阀杆的强度是合格的。下阀杆的强度校核和尚阀杆一样，且下阀杆的最小截面大小和上阀杆最小截面大小差不多，但是下阀杆没有气缸的摩擦力，因此下阀杆的校核可以省去，且我们认为它是和尚阀杆一样强度是合格的。阀杆的稳定性校核稳定性是指受压杆件发生横向的弯曲破坏，影响阀杆的稳定性的主要因素有：特别是其抗弯曲性能是影响稳定性的重要因素，具体表达在弹性模数E的值；阀杆截面积越大，截面形状越有利于抗弯，则其稳定性越好，综合界面积与形状的影响，反映在计算中的位界面的惯性矩，而结合材料性能，即为杆件的抗弯强度；杆件的长度越大，其受压的稳定性越差；主要是杆件两端的固定方式和中间支撑状况，两端的自由度越大，则稳定性越差，在计算中反映为长度折算系数。手动关闭式阀杆与开合螺母连接，可以认为是固定连接，下端部与T型槽连接属球星连接，属于有自由度连接，长度系数μλ取0.899。阀杆的细长比(即柔度)按下式计算：式中：dF—阀杆直径为30mm；lF—阀杆计算长度，对于升降杆是从上端阀杆螺母螺纹全高中点至阀杆下端面的距离，lF=802mmμλ—长度系数，与支撑形式有关，这里取为0.899。所以，λ=48.1。由"阀门设计"P154查得常温时阀杆中细长比的下界λ1=40，λ2=78.2，所以有即〔3.20〕所以上阀杆满足稳定性条件。式中：σY—阀杆的压应力；[σY]W1—中细长比压杆的稳定性许用应力；a、b—依赖于材料性质的系数，由"阀门设计"P154查得a=6442,b=23.6；nW—稳定平安系数，取2.5。下阀杆是一端活塞通过螺母固定，属固定端，端部与T型槽以铰链连接，同上阀杆，阀杆的细长比(即柔度)按下式计算：(3.21)式中：lF—阀杆计算长度，对于升降杆是从上端阀杆螺母螺纹全高中点至阀杆下端面的距离，lF=814.3mm；μλ—长度系数，与支撑形式有关，对于具有中间支撑，查"阀门设计"P153得μλ=0.410。所以，由上λ1=40，即λ<λ1，所以下阀杆为低细长比压杆，不需要进展稳定性验算。3.3.5阀杆主要尺寸确实定由"实用阀门设计手册"P1297查得下阀杆端部构造与尺寸如下：图3-3-2阀杆端部构造D=200d0=46SR=200h=19h1=30H=62b=28B=45下阀杆头部构造较复杂，有螺双连接和键的连接，还有密封圈沟槽和退刀槽，具体尺寸确定如下：设计时务必考虑键的安装，一定要保证能装进去螺栓为M36，密封圈内径26。上阀杆的T型槽螺纹处局部为Tr38×5-7H，下端的尺寸和下阀杆端部尺寸一样。3.4阀盖及填料装置的设计与计算阀盖的设计与计算闸阀的阀盖一般设计成带开口的阀盖，为了设计填料函，保证中腔的密封，阀盖的椭圆形中部即为开孔处安装上密封座。对阀盖进展强度计算时，通常应检验Ⅰ-Ⅰ断面的拉应力和Ⅱ-Ⅱ断面的剪应力，开孔阀盖的构造如下图：图3-3-3开孔阀盖由"实用阀门设计手册"P1066表5-130得开孔阀盖的强度验算如下：a.Ⅰ-Ⅰ断面的拉应力：(3.22)式中：DN—压紧面的内径，为630mm；[σL]—IG25的许用拉应力，为80.36MPa；所以所以，Ⅰ-Ⅰ断面拉应力满足强度要求。b.Ⅱ-Ⅱ断面剪应力：(3.23)式中：dr—填料函外径为，内径D+2SB=124mm；[τ]—IG25的许用剪应力，为49.98MPa；所以所以，Ⅱ-Ⅱ断面剪应力满足强度要求。综上，阀盖的设计满足强度要求。填料压盖的设计与计算填料箱孔的直径与阀杆直径和填料宽度有关，而填料宽度bT(mm)，通常在(1~1.6)的范围内选取，构造尺寸参照"实用阀门设计手册"。在本次设计中选择聚四氟乙烯为填料，这主要从经济和摩擦力两方面考虑。填料的构造尺寸按形式如以下图所示，尺寸按JB/T17122008中表4规定。图3-4-1上填料图3-4-2中填料填料垫构造形式如下图，尺寸按JB/T17122008中表5规定。图3-4-3填料垫填料函尺寸确实定由"实用阀门设计手册"P1294查得填料函局部尺寸，如图下：图3-4-4填料函局部尺寸其中D=58d0=16C=1.5A=120r=16B=44b=22Z≥7填料压盖也不完全是标准件，它也是一方面参照"实用阀门设计手册"中的尺寸，一方面考虑实际确定的，填料压盖的构造形式和尺寸如下：图3-4-5填料压盖填料压盖的材料选为2Cr13。根据"实用阀门设计手册"P1062和P1063可知填料压盖的强度校核应对Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ断面进展弯曲应力校核。Ⅰ-Ⅰ断面的弯曲应力为(3.24)式中：M1—Ⅰ-Ⅰ断面的弯曲力矩，按下式计算：，为力；FyT为压紧填料的总力，按下式计算：；d为填料压盖的内径，D为填料压盖与填料箱孔配合直径；qT为压紧填料所必须施加于填料上部的比压，qT=ψp，ψ为聚四氟乙烯的最大轴向比压系数为3.8；综上计算得M1=213.533KN·mm；W1—Ⅰ-Ⅰ断面的断面系数，按下式计算：b1为Ⅰ-Ⅰ断面的宽度，h1为Ⅰ-Ⅰ断面的高度；[σW1]—压盖材料的许用弯曲应力，为99.96MPa。所以，即Ⅰ-Ⅰ断面校核合格。Ⅱ-Ⅱ断面的弯曲应力为式中，MⅡ—Ⅱ-Ⅱ断面弯曲力矩，即，Ⅱ-Ⅱ断面校验合格。故，填料压盖的设计满足强度要求。活节螺栓主要作用是连接填料压盖与阀盖，材料为35钢，活节螺栓的尺寸由GB798-88所规定，其尺寸如下：d=M16，d1=12，S=18，b=38，D=28，r=10，*=5，l=60活节螺栓所受拉应力为：(3.26)其中，[σL]—为35号钢拉应力，由"实用阀门设计手册"P615查得。所以，螺栓的强度校核合格。销是活节螺栓与填料函的连接部件，材料选为35钢，构造尺寸由"机械课程设计手册"P54查得如下：采用圆柱销B型，d=10，l=44销的校核：销所受到的剪应力为：(3.27)[τ]为35钢的许用剪应力，由"实用阀门设计手册"P607查得为120MPa；所以，销的校核合格。阀盖及填料局部的设计计算已经完毕，由于阀盖法兰的局部尺寸与阀体上法兰的尺寸一样，当阀体的中法兰强度合格时，阀盖局部的就不在进展法兰的校核了。3.上密封座尺寸采用镶座式上密封面的构造形式，其构造尺寸按"实用阀门设计手册"P1277表7-3图7-3设计。图3-4-6上密封座构造3.5气缸的设计与计算气缸的直径粗估算与选取在进展活塞传动装置力的计算时，首先近似地确定气缸直径d，d确实定可根据启闭-.z.阀门所需的阀杆最大轴向力和气源工作压力P，如下：(3.28)式中：d—活塞杆的直径为38mm；P—气源动力，取；故(3.29)又因为气缸中O型密封圈室标准件，所以要考虑密封圈尺寸以保证密封，则密封圈的安装外径和气缸的内径一样。根据"O型密封圈"相关规定，初步确定气缸内径为460mm。但是由于气缸所提供的压力显然比我们所需要的压力大很多，就必须对密封面的强度进展校核。气缸的校核(1)无介质时：实际产生的轴向力(3.30)其中：Q—气源作用在活塞上的力无介质时，介质静压力QMJ=0即所以可见。故，无介质时，密封面比压满足要求。(2)有介质时：实际产生的轴向力同无介质时，因为有介质作用，则〔3.32〕所以，可见。故，有介质时，密封面比压也满足要求。综合上述，有无介质两种情况，气缸的校验合格。3.6其他主要零件的设计与校核滚动轴承的选取为了减小操作力矩，一般应在阀杆轴向力超过40KN的情况下，在阀杆螺母上装有单向推力球轴承。单向推力球轴承必须根据轴承的工作能力系数来选择。〔3.33〕式中：n—阀杆转速，当手动时可取n=25r/min；h—轴承寿命，对于阀门可取125h；KR—轴承负荷性质对轴承寿命的影响系数，对于阀门可按轻微冲击力，即短时间超载125%，考虑去1.1；KW—轴承工作温度对轴承寿命的影响系数，对于本设计阀门工作温度为常温，可取1。3.6.2阀杆螺母的校核阀杆及阀杆螺母通常采用单头标准梯形螺纹，这里阀杆螺母也作为开合螺母，是用来实现手动和气动切换的。工作时阀杆螺母受阀杆轴向力，其强度校核按下面几个方面进展：考虑到开合螺母要求强度高，减磨性要好，选择材料为铝黄铜。由于阀杆启闭过程中，螺纹两面都工作，所以T型螺纹形式采用单头标准梯形螺纹。由于通常阀杆材料的强度大于螺母材料，所以只对阀杆螺母的螺纹进展校核螺纹外表的挤压应力〔3.35〕式中：QFZ—阀杆总轴向力；n—计算螺纹圈数，Fy—单牙螺纹受挤压面积；由"实用阀门设计手册"P668查得Fy2，Fy22；查得铝黄铜的[σZY]=35MPa，[σW]=135MPa，[τ]=80MPa所以故螺纹外表的挤压应力满足强度要求。〔3.36〕故螺纹外表的剪应力满足强度要求。〔3.37〕式中：*L—力臂，取1.5mm；故螺纹外表的弯曲应力满足强度要求。综上所述，螺纹的强度满足设计要求。3.6.3上活塞与T型槽接头连接螺栓的校核这个部位螺栓主要承受手动开启的最大轴向力，对此螺栓应校核抗拉强度。〔3.38〕螺杆的材料选为35钢，则[σL]为140MPa，则σL<[σL]。所以，长螺杆的强度校核满足要求。第四章结论闸阀广泛的应用于石油、化工、电力、医药、城建等行业。本设计方案完成了双缸气动闸阀构造与工艺设计，根本到达了任务书的要求。通过本次设计前期的大量学习闸阀设计的根底知识，复习机械设计、互换性和金属热处理的知识，通过对闸阀实物的测绘了解其构造与功能，去车间了解其加工艺，并对阀门的使用维修做了一定的了解，使得自己对其设计加工流程比拟清晰，查阅了大量资料，为这次设计的成功奠定了根底。由于时间、水平和经历有限，在工艺设计局部并未对热处理工艺、焊接工艺进展描述，只简单介绍了机械加工工艺过程，然而，在编制机械加工工艺过程亦有缺乏之处，有很多改良的余地，这些需要在以后的生产实践中区掌握，去积累，去精通。此次毕业设计对于我来说，既是一次机遇，又是一次挑战。通过此次设计锻炼了自己的专业能力，稳固了机械制图、机械设计、机械制造加工工艺、金属材料热处理等知识。在设计过程中碰到了许多新的技术问题，通过查询资料，请教同学教师，使自己在解决这些问题的过程中提升了自己的水平。通过自己的实践，增强了动手能力，通过实际工程的设计也使我了解到书本知识和实际应用的差异；让我明白了自己的缺陷在哪里；让我懂得了知识和技术的重要性及创新的魅力。相信自己能在以后得工作中积累总结，设计出一套完完整整的设计图纸。致谢踉踉跄跄地忙碌了近两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。从开场接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的工程。在这一段时间里，教师、同学都给予了我很大的帮助，在此感谢授课教师和在企业的员工及同事们对我的教诲,你们丰富的根底知识和实践经历拓宽了我的视野,让我能初步的了解阀门行业；这是在大学中无法学到的更专业的的东西了。在这三个月里教师屡次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。教师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽然短短三个月，却给