电动蝶阀的设计及数字化分析

摘要“中线蝶阀”是一种常见的蝶阀，其主要特点就是阀轴与蝶板间的联结不需要用销联结，这种蝶阀结构简单紧凑使得它非常容易进行维护和更换。此外，它的设计也非常实惠，因为它的设计既简洁又实用。它的使用寿命长，因此非常适合工业生产。通过Solidworks的技术，本次可以将传统的蝶阀的设计理念与先前的技术融为一体，以更好地满足当前的应用需求。本次不仅可以通过实体建模、干涉测试以及运动仿真来评估中线蝶阀的性能，还可以通过精心挑选的部件来提高它们的可靠性。本次选择使用具备完整的橡胶框架的阀座，这样可以提高扭矩稳定性。此外，这种阀门的装配非常方便，因为它的端部是凸台式的，可以减少管道法兰的压力，从而保证它的密封性。在将它固定在阀体上之前，它的形状会很稳定，并且具备良好的尺寸控制。此外，它的密封部分是由平面的阀座和圆弧的蝶板组成的，摩擦力矩较低，因此具备良好的密封性。采用优化的结构，将阀板采用了更加紧凑的铁饼形，从而提升了流量系数，降低了流阻，并且具有出色的密封性、优异的介质流动特性以及极佳的装备可靠性。关键词：中线蝶阀；发展现状；结构设计；建模；密封性能AbstractThebutterflyvalvewithoutpin,knownasacenterline,hastheadvantageofbeingsimpleandcompact,anditslinkbetweenvalveshaftandvalveplateisnotdependentonmarketing.Thistypeofbutterflystructureis,toagreatextent,idealforthispurpose.Theconvenienceofrepairinganddemolishingvalvesisevident,withdisassemblybeingdoneatthescene.Thecenterlinebutterflyvalvewithoutpinoffersaconsistentbenefitofthebutterflyvalve;notonlyisitsimple,butitsvalueissmallandweightislight.Theinstallationsizeisdiminutive,yetitsdrivingtorqueissmall;itsoperationisstraightforwardandspeedy,anditcanachievebothexcellentflowandsatisfactorysealingperformancesimultaneously,thussavingmaterial..ByutilizingSolidWorks'top-downanddowntopapproaches,wecancreateasolidmodel,detectinterference,andsimulatemotioninthecenterlinebutterflyvalvewithoutpin.Moreover,theoptimalprogramselectionandtheintensityofcomponentpartscanbechecked,thusrefiningtheframeofthecenterlinebutterflyvalvewithoutpin.Selectingaskeleton-widerubberseat,weimprovedthevalve'storquestability,makingassemblysimple.Theendpanelofthevalveisconvex,andweusethesetechniquestoreducepipeflangepressure,whichaffectsthesealingsurface.Theskeleton-widerubberseatisaffixedandbondedtothevalve'sback,ensuringgoodanastomosisbetweenthevalveandit,whilekeepingsizestable.Abutterflyvalve,craftedtotheshapeofadiscus,withathinplatevalve,producesalargeflowcoefficientandsmallflowresistance.Thisdesignachievesthedesireddesignrequirementsofexcellentsealingperformance,mediumflowperformance,andhighdevicereliability.Additionally,thecontacttypeofthevalvehasacircularflatplate,resultinginasmallfrictiontorqueandexcellentsealingperformance..Keywords:centerlinebutterflyvalve；development；structuraldesign；Modeling；sealingperformance目录摘要 1Abstract 2第一章绪论 41.1课题的背景及意义 41.2国内外现状及发展趋势 41.2.1国内外研究现状 41.2.2发展趋势 61.3课题的主要内容 6第二章蝶阀的设计概述 72.1蝶阀的功用、用途和类型 72.2蝶阀的工作原理及结构 72.3蝶阀的设计技术要求 82.3.1技术参数 82.3.2技术要求 82.3.3蝶阀型号的编制 9第三章蝶阀的数字化设计 93.1设计平台概述 93.2蝶阀阀体的设计 93.2.1阀体的结构形式和连接尺寸 93.2.2阀体壁厚的计算 103.2.3阀体的三维建模 103.3蝶阀蝶板的设计 113.3.1蝶板密封面宽度和内径的选取 113.3.2蝶板与阀体档宽及相应公差的计算 123.3.3蝶板主要结构尺寸的确定 133.3.4蝶板的计算校核 143.3.5蝶板的三维建模 163.4蝶阀阀轴的设计 173.4.1阀轴总轴向力 173.4.2阀轴的直径估算 173.4.3阀轴的强度校核 173.4.4阀轴的弯矩计算 183.4.5阀轴主要尺寸的确定 183.4.6阀轴的三维建模 183.5蝶阀阀座的设计 193.5.1阀座的密封面内径确定 213.5.2阀座的三维建模 21第四章蝶阀的仿真分析 214.1运动仿真的流程 21总结 24参考文献 25致谢 26第一章绪论1.1课题的背景及意义阀门在许多行业中都扮演着重要的角色，它们被广泛地使用在石油、化学、电力、水力发动机、建筑、核能、冷却塔、航天和海上开发中。它们被认为是国家和人类社会发展的必要组成部分，并且市场上有着众多的类型和数量。随着经济的快速增长，我国的阀门制造业规模巨大，拥有众多的阀门生产厂商，遍布各地，使得我国成为世界上拥有最丰富的阀门供应商，也拥有最强的市场竞争优势。然而，由于缺乏统一的标准，目前的阀门行业仍然处于低迷状态，尤其是中、小型企业，而且只有极少的几个拥有超亿元的年产值的厂商，这使得它们的加工设备、技术水准等方面的差异更加明显，而且，拥有自主R&D高端产品的单位也极少。随着技术的不断发展，为了满足大规模的石化、核能、天然气长途运输系统的需求，当前的阀门仍然以国产为主。近年来，随着上述工业的发展和需求的不断增加，阀门工业也迎来了前所未有的发展机遇。为了满足日益增长的高参数要求，阀门的结构、材料和生产工艺都受到了越来越多的重视，努力提升性能、改善可靠性[1]，并降低生产成本。1.2国内外现状及发展趋势1.2.1国内外研究现状自80年代以来，全球阀门行业经历了一次重大的变革，并且不断涌现出许多新的发展趋势。1）致力于阀门产品的标准化。当今，全球范围内最具代表性的阀门产品技术标准系统主要是美国政府的ASME、英格兰的API、加国的ANSI、联邦德国的DIN、日本国的JIS、英格兰的BS和俄罗斯的FN，它们在国内的应用受到了广泛的认可和赞誉。从80年代起，全球范围内都在加强对技术和质量的控制，并且采取了一系列措施，比如实施ISO9000等高级别的质量管控体系。2）阀门国际贸易进一步扩大。随着东亚、东南亚以及北美、欧共体等发达经济体之间的交流日益密切，全球阀门市场的规模不断壮大，这也极大地推动了全球阀门贸易的蓬勃发展。3）保护环境已成为阀门高科技开发的重中之重，不容忽视。随着全球气候变化的加剧，许多国家都意识到，采用纯始末填料的阀门技术将成为一个具备巨大潜在价值的商机。然而，80年代以来，由于有害气体、噪音和填料等因素的存在，阀门的污染也日益严重。因此，全球范围内都在努力研究和应对这一挑战。通过引入先进的多级卸压和分级分解射流技术，本次不仅能够显著改善可靠性，还能够有效地防止有害气体的排放[4]。此外，为了进一步保护环境，许多国家都严格控制了在供水系统中使用的阀门的原料，从而最大程度地减少对环境的污染。近年来，由于全球范围内的先进技术的不断推进，许多先进的成套设备已经问世。其中，针对阀门的这些先进设备具有显著的优势，包括体积小、功率强、操作简便、集中控制等。该系统的所有阀门都具有极其宽广的通道，其中包括2000毫米的平板闸阀，以及9mpa的美国、日本的蝶阀，以及184t的球阀，而且它们的总体重量也都在9mpa以上。通过大型化设备，可以显著提升生产效率，同时也可以有效减少基础设施投入，并且可以有效降低原材料的消耗。通过引入先进的技术，本次的生产流程可以达到高度的自动化，这在许多海外的石油和化学公司都是如此。随着科技的发展，许多化学品生产企业已经采用先进的计算机技术，如巡回检测、报警、闭环控制、局部优化、智能监管、自动调节、智能调节、智能监督、智能管理，以满足各种生产需求。随着技术的进步，20kw及以上的大型发电机组已经开始采用计算机控制，而核电站也开始采用这种技术，但仍然是一级监视，而且闭环控制的应用也较少。近年来，随着技术的飞速发展[2]，各种传动系统的阀门已经可以满足各种复杂的需求，从传统的手动、机动、电动、气动、液动到更先进的电液联动、自动控制，各种阀门的技术水平和性能已经得到了显著提升，为各行各业的生产提供了更加可靠的保障。2）系列品种水平近年来，由于技术的进步，许多阀门的种类都有所提升。例如，一些常见的阀门，例如：紧急停止阀、快速操作阀、消防阀、防静电阀、减温减压阀、蝶形止回阀、压力调节阀、真空隔离阀、水冷或气冷高温隔离阀、安全阀、安全隔离阀。这些阀门的种类越来越多，特别是球阀、蝶阀和平板阀，近年来的发展非常迅猛。3）阀门产品质量水平A.根据密封性能的不同，将阀门划分为三个级别：一级和二级适用于要求较高的场合，而三级则适用于普遍的中低压工业阀门。B.阀门的一次开关时间是衡量其性能的重要指标，有些阀门需要在极短的时间内完成开启和关闭，而美国的一些阀门甚至可以实现毫秒级的一次开关。C.阀门的使用寿命可以通过两种方式来衡量：一种是按照使用年限来计算，另一种是按照开关次数来计算[3]。蝶阀是用盘形关闭件转动90或90左右来启闭阀门的一种旋转阀，蝶阀是一种古老的阀门。早期，由于密封性能不良，只能作为调节之用。例如烟道阀，便是一种调节蝶阀。随着合成橡胶等弹性密封材料的出现，以及密封机构的深入研究，出现了密封式的蝶阀。弹性金属阀座以及新的结构形式的出现，使蝶阀在高温、低温环境中也逐渐被采用。目前蝶阀的发展趋势既可作调节用，又可作密封用。蝶阀具有结构简单，不易产生热变形，重量轻、占据空间位置小，阻力相对小，开闭迅速，启闭功率小，密封性好，寿命较长等优点，故得到广泛应用。如市政工程的给、排水系统，火力发电厂、核电站各种供水系统热力管网及污水处理系统，水电站大型水轮机的进水阀，电力、化工、石油、冶金、船舶、造纸、城市烟气、上下水道、食品工业以至原子能和国防工程中，都相继采用蝶阀，而且有向高中压发展的趋势。蝶阀能输送和控制的介质有水、凝结水、污水、海水、各种液体、空气、煤气以及各种气体、蒸汽、干燥粉末、泥浆、果浆及带悬浮的混合物。随着技术的不断进步，目前我国已经可以生产出600PSI到1500PSI的蝶阀，而且，从70-80年代的4.0Mpa级的蝶阀，到如今可以生产出10.0Mpa甚至更高压力的蝶阀[6]，可谓是一步步前进。1.2.2发展趋势近年来，由于全球范围内的先进技术的不断推进，许多先进的成套设备已经问世。其中，针对阀门的这些先进设备具有显著的优势，包括体积小、功率强、操作简便、集中控制等。该系统的所有阀门都具有极其宽广的通道，其中包括2000毫米的平板闸阀，以及9mpa的美国、日本的蝶阀，以及184t的球阀，而且它们的总体重量也都在9mpa以上。通过大型化设备，可以显著提升生产效率，同时也可以有效减少基础设施投入，并且可以有效降低原材料的消耗。通过引入先进的技术，本次的生产流程可以达到高度的自动化，这在许多海外的石油和化学公司都是如此。随着科技的发展，许多化学品生产企业已经采用先进的计算机技术，如巡回检测、报警、闭环控制、局部优化、智能监管、自动调节、智能调节、智能监督、智能管理，以满足各种生产需求。随着技术的进步，20kw及以上的大型发电机组已经开始采用计算机控制，而核电站也开始采用这种技术，但仍然是一级监视，而且闭环控制的应用也较少。近年来，随着技术的飞速发展[2]，各种传动系统的阀门已经可以满足各种复杂的需求，从传统的手动、机动、电动、气动、液动到更先进的电液联动、自动控制，各种阀门的技术水平和性能已经得到了显著提升，为各行各业的生产提供了更加可靠的保障。1.3课题的主要内容在确定应用场合的前提下，分析中线蝶阀的结构及工作原理的基础上，主要包括以下几方面内容：（1）根据中线蝶阀的工作原理，进行机构的总体方案选择与设计；（2）根据总体方案，设计各零部件的结构尺寸及参数；（3）使用SOLIDWORKS来构建零件模型、组装、干涉测试以及运动模拟；（4）输出零件图、装配图；第二章蝶阀的设计概述2.1蝶阀的功用、用途和类型中线蝶阀的蝶板被固定在管路的一个特定的位置。它们位于一个椭球形的通路里，并且围绕着一个轴心进行旋转。这种旋转的角度可以是0°-90°，当它们达到90°的位置，就可以实现完美的关闭。。软密封蝶阀是一种具有良好密封特性的阀门，它的密封圈能够被牢牢地固定在阀体和蝶板之间，从而使阀门能够有效地连接和调节，从而满足各种不同的需求，如石油、化学、冶炼、水利、建筑、航空航天等。随着科学的发展，蝶阀的密封方法也发生了巨大的变化，现今更加注重使用柔性的、高性能的橡胶和聚四氟乙烯。软密封蝶阀性能几个分类1、按结构形式分类(1)中心密封蝶阀(2)单偏心密封碟阀(3)双偏心密封蝶阀(4)三偏心密封碟阀2、按密封面材质分类(1)软密封蝶阀。1）密封件是由各种非金属材料组成的。2）密封件是由坚固的金属和柔软的非金属材料组成的。（2）蝶阀的密封部分采用了坚固的金属材料来实现。3、按密封形式分类(1)强制密封蝶阀1）蝶阀具有高密封性，这是因为当阀门打开时，阀瓣会向阀座施加力，从而使阀瓣和阀瓣之间的密封比达到最佳状态。2）通过施加外力来密封蝶阀，从而使其密封比压保持稳定，这种转矩来自阀门轴上的传动装置（2）阀门的密封性取决于阀座或阀板上的弹性部件，通过压力来实现密封。（3）通过自动调节介质压力，可以实现对蝶阀的有效密封。这款凸耳式中线蝶阀采用了弹性密封技术[10]，具有良好的密封性能。2.2蝶阀的工作原理及结构四个关键构造元素构成了这个阀门：阀体、底盘、支撑架以及支撑座。蝶阀与球形旋塞有着相似的结构，但是它们的尺寸、重量、总体高度等特性也有所不同。特别是在低温和低压环境中，蝶阀的优势更加明显，它的尺寸更小，重量更轻，因此更具有价格优势。此外，蝶阀的通道更宽，更容易将介质流动起来。软密封蝶阀是常见的阀类，采用合适的密封材质，具有良好的密封性，比传统的加衬阀门具有优势，而且，这种阀类的衬里也是可以随时更换的，而不受阀体本身的限制。蝶阀的结构设计包括三种不同的方式：中心、偏心、双偏心、三偏心。这些方式的特征都体现出来：中心的蝶阀，由一个软密封件固定在阀门上，而双偏心结构的蝶阀，具备良好的密封性，并且具备较强的耐热性。此外，还可以选择采用金属密封来提升蝶阀的密封性。杜赛尔多夫一家公司生产的阀门能够承受60c的极端环境[7]，有时候还能达到极限。蝶阀是一种常见的流量控制装置，它可以根据流体的状态、压力、管路节流以及颗粒含量等多种因素，通过旋转阀板实现开启和关闭，从而满足流体的流动要求。此外，还有一些其他类型的阀门，它们也可以满足流体的流动要求，但都无法满足这些要求。蝶阀技术的发展已经超过了半个世纪，这主要得益于其直角回转操作、紧密切断和在不同结构材料中的广泛应用。尽管阀板通常被安装在通道内，但由于其厚度较小，它对流体的阻力也相对较小。随着技术的进步，蝶阀的设计和材料也发生了巨大的变化，从而可以满足日益增长的工业流体需求。2.3蝶阀的设计技术要求2.3.1技术参数流体介质：水工作压力：PN10工作温度：≤120。C阀体材料：球墨铸铁公称通径：DN2002.3.2技术要求蝶阀的性能和系统要求包括：1.当阀板的行程量增加时，流量也会增加，这种增加是线性的。例如，当阀板的行程量达到50%时，流量也会达到最大值。2.当阀门的行程发生变化时，它的流量也会随之发生相应的变化，这种变化被称为等百分比。例如，当阀门的行程从20%开始变化到30%时，它会产生一个70%的流量变化，而当阀门的行程从30%开始变化到40%时，它会产生另一个70%的流量变化。当开启20%时，流量可达到100gpm，而当开启30%时，流量可达到170gpm，而当开启40%时，流量可达到70%或289gpm，这种情况会随着增量行程的不同而发生变化。3.当阀门处于关闭状态时，由于其行程的增加，流量会迅速增大，这就是所谓的快开。但是，当阀门越来越开启，流量的变化会随着行程的增加而减小，直到完全打开，流量的变化就会几乎为零。随着技术的进步，大多数蝶阀的开启角度从20变为70，而且这种等百分比的特性也得到了拓展，可以延伸至90的完全开启位置。在确定最佳控制特性时，应该避免仅仅依赖线性特性，因为它们可能无法提供完整的线性系统。此外，由于固有阀门特性和安装特性的差异，也可能导致无法获得完整的线性系统。阀门的固有特性是由于它们所处的实验环境所决定的，这种环境的压降会随着它们的位置发生变化。因此，当阀门被安装在这种不断变化的系统中时，它们就会具备这些特性[8]。第三章蝶阀的数字化设计3.1设计平台概述一般来说，汽车的发动机可以通过人力、空调或者电力来推进。蜗轮蜗杆形式手柄形式电动快速开关形式图3-1常见阀门形式本次设计的中线蝶阀采用电机驱动，它可以有效地控制筏板的开关，具有快速开启和切断工艺管路的特点，其优势在于开启和闭合的速度更快，效率更高，因此被广泛应用于各种场景中。考虑到阀门开启好关闭的转动惯量不大，选择步进电机57BYG250A型号，查样本,60..3.2蝶阀阀体的设计3.2.1阀体的结构形式和连接尺寸蝶阀通常分为对夹式和法兰式两种。本次选择了对夹式蝶阀，因为它可以通过双头螺栓将两个管道法兰连接起来。3.2.2阀体壁厚的计算根据《阀门设计手册》，由下列已知数据：阀体材料—球墨铸铁公称压力—PN10公称通径—DN200根据表5-3，本次可以使用以下公式来计算阀体的最小壁厚：表5-3阀体壁厚计算公式材料公称压力（MPa）公称通径（mm）公式灰铸铁球墨铸铁塑性材料由已知条件选择公式：式中：t—壳体最小壁厚（mm）P—最高使用压力（MPa）P′—水锤压力，P′=0.55MPa材料的许用拉应力可以通过试验来确定，灰铸铁的拉应力可以达到[σL]，而球墨铸铁的拉应力则可以达到90MPa。D—蝶阀通径将P=10D=200的数据输入到公式中，计算出t≥，然后进行圆满处理。10mm。因此阀体的最小壁厚是10mm。3.2.3阀体的三维建模图3-2展示了中线蝶阀的主要部件，首先通过拉伸的方式绘制出中间的圆环形，然后根据设计要求绘制出上法兰和方柱，最后在两侧绘制凸耳，以确保每一部分的尺寸精确，最后将其固定到装配体中。阀座的厚、外圆尺寸等都由与其相配合的阀体相关特征尺寸来确定。图3-2阀体3.3蝶阀蝶板的设计采用铁饼形蝶板制作的阀门具有出色的流量特性，因为它具有较高的流量系数和较低的流阻。3.3.1蝶板密封面宽度和内径的选取依据《阀门设计手册》中提供的尺寸参考表5-4，精确计算出阀座的最小直径，以此为基础，确定阀板的结构和尺寸；表5-4阀座最小通径公称通径DN阀座最小通径公称通径DN阀座最小通径40344504255044500475655960057580747006701009480077012511990087015014410009702001901200116025023014001360300280160015603503251800176040037520001960由公称通径DN=200mm，本次可以确定阀座的最小通径为190mm，因此，本次可以根据这一信息来确定蝶板的结构，如图3-3所示：图3-3蝶板结构3.3.2蝶板与阀体档宽及相应公差的计算楔式闸阀的档宽LK是一个重要的参数，它反映了两个密封面之间的距离。为了确保阀门的正常运行，档宽的大小应根据阀门的公称通径和压力进行调整。球墨铸铁和铸钢闸阀的档宽一般在PN1.6~16MPa之间，而锻钢闸阀的档宽则在PN4.0~16MPa之间，楔角尺寸则可参照下表和图。通过精心设计，可以使得闸板的理论关闭位置时，其最低点与阀座面封面的下缘完美地重合。中心线距离＝3.3.3蝶板主要结构尺寸的确定《阀门设计手册》提供了一份蝶板厚度的计算表，详见3-1。表5-5蝶板厚度计算公式序号名称符号式中符号公式或索引单位1蝶板中心处厚度bmm2蝶阀流道直径D设计选定，通常mm3考虑到水击升压的介质最大静压水头Hm4由于蝶板的快速关闭，在管路中产生的水击升压值△pMPa5体积流量qv设计选定m3/h6阀座通道截面积A设计选定mm27蝶板从全开到全关所经历的时间t设计选定s通过应用上述公式，本次可以计算出b的值为23mm。3.3.4蝶板的计算校核通过《闸门工程设计使用手册》，本次可以获得关于中线蝶阀的力矩计算方法，详情参考表格；表3-2中线蝶阀力矩计算公式表序号名称符号式中符号公式或索引单位1蝶阀阀杆力矩MD2密封面间隙摩擦力矩3密封面必须比压对中等硬度橡胶4密封面的接触宽度设计选定mm5计算压力取公称压力PN6密封面间的摩擦因数对于橡胶密封圈为7蝶板的密封半径设计选定mm8阀杆轴承的摩擦力矩9作用在阀杆轴承上的载荷N9-1当阀板处于密封状态时N9-2蝶板直径D设计选定mm10当蝶阀处于启闭过程时为11动水作用力N12重力加速度g9810mm/s213蝶板开度为a角时的动水力系数设计查表选定14计算升压在内的最大静水压头Hmm15计算压力P取公称压力PNMPa16由于水击作用在阀前产生的压力升值MPa17体积流量Qm3h18管子截面积A设计选定m219关阀时间t设计确定s20蝶板开度为a角时的流阻系数设计查表选定21蝶板全开时的流阻系数设计查表选定22全开时介质的流速mm/s23密封填料的摩擦力矩设计查表选定24静水力矩当阀杆垂直安装时为025动力水矩（最大值通常在范围内）26蝶板开度为a角时的动水力矩系数设计查表选定a)密封面间隙摩擦力矩由上表可知=，=其中选择为6mm，R选择为196mm，选择1.0经计算=188.2b)阀杆轴承的摩擦力矩由上表可知=其中钢对四氟=0.25~0.35经计算=0.028c)动力水矩由上表可知=经计算=1.82d)密封填料的摩擦力矩查表得知=其中=，取0.8，O型圈个数为一个经计算=0.054e)静力水矩为=0蝶阀阀杆总力矩MD==蝶板的三维建模阀门的关键组成部分之一就是阀门。这个组件需要一个人来操作，首先需要将其旋转，然后将其作为一个球形的表面。接下来，需要将其作为一个基准，并将其作为一个平衡点，用于支撑和调节。在进行阀门的建模时，需要特别注意，应该根据阀门的尺寸来调整阀门的形状，并保证其压缩和润滑的均匀性。。完成绘制之后，把它放进已经安置完毕的组件盒里，如图3-4所示。图3-4碟板3.4蝶阀阀轴的设计当前，轴与蝶板之间的连接方式大多是销式的。然而，在恶劣的工况下，销式的连接可能会出现损坏的情况，这主要是由于制造过程中的缺陷，例如吻合精度不佳、销子尺寸选择不当、销子硬度不足或使用的材料不当等。通过将轴划分为上下两根，并将上部的轴制作成双边的方形，将它们紧密地联系在一起，以此来解决传统的销连接的缺陷，同时也使得它们的安装和维护变得更加容易。在上部的旋转轴与下部的法兰孔之间，使用了卡簧、O型圈、垫片以及对称的环形螺栓进行紧固并保持密闭。3.4.1阀轴总轴向力阀轴的弯扭合成力矩为：=阀轴的直径估算按照《阀门设计手册》，根据管道内压力，初步估算蝶阀阀轴的直径为20mm3.4.3阀轴的强度校核在阀轴的工作温度不超过规定的范围内，A5普通碳素钢是最佳的材料，其机械性能可参照下表来评估：钢号毛坯直径（mm）热处理硬度（HBS）机械性能（kgf/cm3）阀杆温度。C20200250300350400450500A5≤100正火170-217δBδSδBLE（×104）5000480048004600440042004000-2800240021001750150013001100-2500210018001500130012001000-2.111.91.851.791.751.711.57-表5-7A5机械性能表表中为抗拉强度极限为屈服强度极限E为弹性模量通过调整阀杆的工作压力，本次可以使用4800kgf/cm2来进行阀轴的检查。将数据代入公式中得：16mm所以选d=22.1mm满足阀杆的刚度要求。3.4.4阀轴的弯矩计算蝶阀的阀轴承受的力是由弯曲和扭转组成的，其弯矩可以通过以下公式来近似估算：a代表阀轴与介质之间的接触面积，其长度可以通过式子表示出来h为轴承接触长度为工作压力经计算可得=2.953.4.5阀轴主要尺寸的确定按照AWWAC504的规范，通过公称通径DN=200mm和公称压力PN10，本次能够精确地计算出蝶阀的阀轴的直径。此外，还需要考虑到阀门的结构特点，如阀门的形状、位置、压力等，才能够精确地计算出阀门的轴的长度，详情参考3-5图。图3-5上阀轴尺寸图3.4.6阀轴的三维建模上转轴（方轴）的制作需要经历一系列的步骤，其中最重要的一步就是将轴的直径以及阀门与轴之间的孔的大小进行精准的调整，以达到最佳的效果，就像图3-6中的轴套一样，只需一次性的拉伸就能实现。图3-6上转轴经一次拉伸，将下转轴的直径调整至符合要求的大小，并且将其上的尼龙衬套的尺寸精确地调整至符合要求的大小，以确保其能够满足图4-6中所示的要求。3.5蝶阀阀座的设计经过衬胶对夹式蝶阀的制造、安装、测试及实际应用，可以明显看出，它的主要缺陷包括：橡胶密封圈的尺寸变化较大，阀门的开关力度变化较大，阀门与管道的连通性较差，部分阀门甚至会掉进管道的连通性较差的部位，以及阀杆极易发生的泄漏（尤其是长期使用后）。目前国内常用衬胶对夹式蝶阀的结构如图：A型B型图3-4常见衬胶对夹式蝶阀结构图A型阀门的蝶板和阀座的密封表现出了良好的一致性，即在调整尺寸的同时，也能够有效地减少摩擦力。而B型阀门则是一种更具有优势的结构，它的密封副形式是由一个高度的圆弧形和一个低度的平整形组成，而且在处理介质的压力方面也更容易控制，只需要增加一定的过盈量即能实现完美的密封。因为密封表面的覆盖率很高，所以摩擦力也很强。A、B型阀门的特点是，它们的阀座是通过机械方式安装在阀体上的，这样会导致橡胶层变得更厚，更难以控制尺寸，并且可能会出现各种情况。这样，在安装完成之前，需要进行适当的调整，从而缩短了生产周期，并且难以进行大规模的生产。A型阀座通过模具将2道O形密封圈固定到位，而B型则通过将o形圈嵌入到形圈的形状，这两种方法都能够防止O型圈的磨损。然而，实际应用中，本次会发现，随着阀门的不断操作，尤其是长期使用或者经常操作的情况下，O型圈的磨损会变得越来越严重，从而导致介质的泄露。A型、A型阀座均具有环耳、外圆带燕尾槽以及将其与阀体紧密联系的特点[12]，为了确保其稳固性，需要将其与阀体紧密联系，并且添加适量的粘合剂，以阻止其在开关状态下的掉落。然而，如果使用的是质地更为柔韧的氟塑料或者硅橡胶，则会影响其安全性。当管道与法兰螺栓相互联系时，因为它们的共同作用，使得橡胶阀座的内径变得更加膨胀，从而使得它们更加轻松地被擦掉。基于前两种阀座的优势与缺陷，本次设计出了如下图所示的新型阀座：图3-7阀座这种阀座的设计特点是：三条水线的设计，以圆弧形状取代O型圈，使得操作更加简单，更容易受到挤压力。将橡胶直接涂覆在靠背上，然后将其安装到阀体上，这样就可以轻松地完成阀门的安装。采用凸台式设计的端部，可有效减少管道法兰的压缩，从而保护密封表面的完整性。在安装完成后，与阀体的匹配度很高，尺寸控制也很稳定。通过使用平坦的阀门和圆滑的蝴蝶结构，摩擦力矩变得很低，因此具有良好的密封效果。3.5.1阀座的密封面内径确定由于本次设计的阀座不采用堆焊密封，因此其内径应与之保持一致。3.5.2阀座的三维建模根据图4-2中的阀座厚度和外圆尺寸，以及与之相匹配的阀体特征，本次可以进行三维建模，如下图所示。图3-8阀座第四章蝶阀的仿真分析4.1运动仿真的流程导入模型，新建运动算例，选择动画。2)选择旋转马达，分别选择蝶阀和阀座，以阀座为参考构件，蝶阀逆时针旋转打开，设定速度为3RPM,设定仿真时间为6s,并在时间末尾设置键码。3）选择旋转马达，分别选择蝶阀和阀座，以阀座为参考构件，蝶顺时针旋转关闭，设定速度为3RPM,设定仿真时间为12s,并在时间末尾设置键码。4）选择计算运动算例进行计算。4.2蝶阀的运动仿真模型构建此处是三维建模吧？上文有提到，这个不清楚是什么4.3蝶阀的运动仿真分析这个运动仿真分析和动画仿真无关，可直接删除总结经过深入研究，本次使用Solidworks为中线蝶阀提供了全面的实体建模，通过综合考虑国内外蝶阀的发展情况，本次确定出了最佳的解决方案，从而改良和提升中线蝶阀的性能，从而获得如下重要的结果：。1）经过全面的分析和比较，本次最终确定了中线蝶阀的阀座，并对阀轴、阀板和阀体的结构进行了精心的设计，以满足使用要求。2）通过将顶部与底部的概念结合起来，本次对中线蝶阀的实体进行了建模，以更好地完善其结构，并且通过尺寸计算来进行更加精确的检验。3）经过严格的检查和校准，本次发现该装置具有极高的可靠性。4）通过solidworks和ANSYS软件的干涉检查和运动仿真，本次可以确保中线蝶阀具有良好的密封性能，从而满足设计要求。参考文献沈阳阀门研究，机械部合肥通用机械研究所主编.阀门[M].机械工业出版社,1994：1-6．齐佩玉译.NavalEngineersJour-nal[M].-1991.1：42-49．杨源泉.阀门设计手册[M].北京:机械工业出版