Z90型电动阀门装置及数控加工工艺的设计

需说明书、图纸等完整设计请加叩叩22158911512PAGE18Z90型电动阀门装置及数控加工工艺的设计摘要本毕业设计主要是设计Z90型电动阀门装置的主要零部件以及关键零部件的数控加工工艺。Z90型电动阀门装置具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点。广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、污水处理等部门。用以控制阀门的开启、关闭和调节，可远距离控制，也可现场操作。Z90型电动阀门装置广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众多行业。是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。

目录第一章课题简介 11.1Z90型电动阀门概述 11.2本文的设计思路 1第二章Z90型电动阀门的结构及工作原理概述 22.1Z90型电动阀门的结构 22.2Z90型电动阀门的工作原理 22.3Z90型电动阀门装置的原始性能参数 2第三章Z90型电动阀门装置主要零部件的设计 33.1齿轮的设计 33.1.1选择齿轮材料及热处理方法 33.1.2计算齿轮的许用应力 33.1.3齿轮的几何尺寸计算 33.1.4齿轮弯曲疲劳强度的计算 43.1.5校核齿轮齿面接触疲劳强度 53.1.6齿轮的实际圆周速度 63.1.7计算啮合力 63.1.8电动机的选择 63.2轴的设计 73.2.1选用轴的材料和初步估算轴径 73.2.2轴上受力分析 73.2.3确定危险截面并计算安全系数 73.3轴承的寿命计算 103.3.1计算内部轴向力S 113.3.2计算实际轴向力 113.3.3取系数X、Y值 113.3.4计算当量载荷P 113.3.5计算轴承额定寿命L 123.4 选用键并校核强度 123.4.1输出轴上安装齿轮处选用键的内型 123.4.2电机齿轮固定键的内型 133.5 箱体的设计 133.6 齿轮和轴的润滑油的选择 133.7 工件压机构紧及夹具 143.8 电器元件及控制机构 15第四章关键零部件的数控加工工艺设计 184.1概述 184.1.1数控加工工艺的概念 194.1.2数控加工工艺特点 204.1.3数控加工的工艺适应性 204.1.4数控加工零件的工艺性分析 214.2数控加工工艺 224.2.1零件图样工艺分析 224.2.2制定工艺过程 234.2.3选择刀具 234.2.4确定切削用量 234.3三维造型及CAM模拟加工 23第五章本文小结 25参考文献 26致谢 27第一章课题简介阀门电动装置是阀门的驱动装置，用以驱动和控制阀门的开启和关闭。Z90型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮），再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器部分来完成工作。广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众多行业。是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。1.1Z90型电动阀门概述Z90型电动阀门装置，通称为多回转阀门电动装置，适用于阀瓣做直线运动的阀门，如闸阀、截止阀、隔膜阀、水闸阀等。它用于阀门的开启、关闭或调节，是对阀门实现远控、集控和自控必不可少的驱动装置。他们具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点，广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、污水处理等部门。1.2本文的设计思路由于Z90型电动阀门装置的内部结构大部分都采用齿轮传动来完成，所以本文设计上先应从齿轮着手，再确定电动机的型号，再确定轴，轴承，键，以及工件机构和夹具的设计。最后对关键零部件的数控加工工艺进行了设计。

第二章Z90型电动阀门的结构及工作原理概述2.1Z90型电动阀门的结构Z90型电动阀门装置由六个部分组成，即电机、减速箱、控制机构、手一电动切换机构、手轮部件及电器部分。2.2Z90型电动阀门的工作原理Z90型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮），再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器部分来完成工作。2.3Z90型电动阀门装置的原始性能参数1．电动阀门装置公称转矩为900N﹒m。2．最大控制转矩为1350N﹒m。3．最小控制转矩为≤450N﹒m。4．允许通过的阀杆直径为60mm5．输出转速为24r／min。6．电机功率为2.2KW。7．电动阀门装置的重量为128kg。

第三章Z90型电动阀门装置主要零部件的设计3.1齿轮的设计3.1.1选择齿轮材料及热处理方法根据工作要求，选用多齿轮传动。在箱体内，没有特殊要求，从降低成本、减小结构尺寸和易于选材的原则出发，决定蜗杆齿轮选用45钢调质，齿面硬度为217~255HBS。3.1.21）计算许用接触应力查教材，得齿轮的接触疲劳极限别为：齿轮（217~255）σ1=580MPa[σ]1=Zn1×σ1/S=580/1.1=527.3Mpa2）计算许用弯曲应力[]亲，由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要.此处删除XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX约5000字,需完整说明书联系Q2215891151。L==184757（h）若该电动阀门使用期限为10年，若每年以300工作日计，则，轴承的预期寿命为：L=8×2×300×5=24000（h）由于Lh＞L，所以该轴承合乎要求。选用键并校核强度3.4.1A型键14×75GB/T1096—1970。由《机械设计实用手册》表27-23，查得，键的宽度b=14mm，键的高度为h=9mm,键的长度L=45mm,键槽深t=3.5mm则键的工作长度为L=L－b=45－14=31mm.由前面的计算可以知道,T=667.4mm,d=46mm。因为对于按标准选择的平键连接，具有足够的剪切强度，鼓按挤压强度进行强度校核。则=4T/dhL==143.2（Mpa）由教材查表得，键的许用挤压应力[σP]=（125～150）Mpa。显然σP<[σP]，故，连接强度达到，能够满足要求，安全。3.4.2A型键10×52GB/T1096—1979。由《机械设计实用手册》表27-23，得b=10mm,h=8mm,L=63mm,t=5.0mm则键的工作长度L=L－b/2=63－5/2=60.5mm由前面的计算可以知道，T=667.4Nmd=36mm则σP=4T/dhL==143.2（Mpa）同样，故，连接强度达到，能够满足要求，安全。箱体的设计根据工作的要求以及从降低成本、减小结构尺寸和易于选材的原则出发，决定箱体选用45钢调质，（1）木模铸造、清砂（2）热处理，人工时效（3）清除浇冒口及毛刺（4）非加工面打底漆齿轮和轴的润滑油的选择由于齿轮圆周速度V＜12m/s，因而采用浸油润滑。电动阀门选用润滑油牌号：N46机械润滑油。电动阀门传动所需用油量：按每传递1KW的功率时，需要的用油量为V=0.35~0.75LV=（0.35～0.75）×4=1.4~2.8故，实际用油量为V1=2.5工件压机构紧及夹具在工厂从事技术工作时，时常碰到要设计工装夹具。工装夹具有两个功能：一是定位，应按被加工零件的精度和定位基准设计，技术人员比较好掌握；二是夹紧或压紧，由于零件和工况的不同，选取何种机构常是技术人员要仔细斟酌的问题。（如图3，4所示）第一种：1、连杆2、油缸活塞杆3、油缸4、固定支架5、压杆图3工件夹具（一）第二种：1、油缸2、油缸活塞杆3、连杆4、压杆5、固定支架6、被压工件图4工件夹具（二）电器元件及控制机构（如表3.1所示）电器元件表代号名称型号规格数量KO,KC交流接触器CJX8-92FR热继电器JR16B1LSF闪光开关V-1571LSO,LSC行程开关HWK114TSO,TSC转矩开关WK1-12SO,SC,SS按钮LA11-A11D3TH热敏开关T111FU熔断器BLX-11CB开度表1-10mA1W1电位器WX10-3301M电机YDF1B变压器220V1表3.1电器元件表控制机构：由转矩控制机构，行程控制机构及可调式开度指示器组成。（1）转矩控制机构：由曲矩，碰块，凸轮，分度盘，支板和微动开关组成。当输出轴受到一定的阻转矩后，蜗杆除旋转外，还产生轴向位移，带动曲矩旋转，同时使碰块也产生一角位移，从而压迫凸轮，使支板上抬。当输出轴上的转矩增大到预定值时，则支板上抬直至微动开关动作，切断电源，电机停转，以实现对电动装置输出转矩的控制。（2）行程控制机构：由十进位齿轮组，顶杆，凸轮和微动开关组成，简称计数器。其工作原理是由减速箱内的一主动小齿轮带动计数器工作。如果计数器按阀门开或关的位置已调整好，当计数器随输出轴转到预先调整好的位置时，则凸轮将被转动90度，压迫微动开关动作，切断电源，电机停转，以实现对电动装置行程的控制。为了控制较多转圈数的阀门，可调整凸轮转180度或270度再压迫微动开关动作。（3）可调式开度指示器：由减速齿轮组，调节齿轮，阀门开度表盘，凸轮，微动开关及电位器组成。在现场调试时可根据所配阀门开关的圈树，将调节齿轮调整到所需位置，并与减速齿轮组吻合。当阀门在开启或关闭的过程中，开度盘经减速后转动，指示阀门的开关量，指示角度与阀门开关量同步，供远传指示阀门位置用。根据用户的需要，可增设中途开关。

第四章关键零部件的数控加工工艺设计4.1概述数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutterlocationpoint简称CL点）。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。数控编程技术涉及制造工艺、计算机技术、数学、计算几何、微分几何、人工智能等众多学科领域知识，它所追求的目标是如何更有效地获得满足各种零件加工要求的高质量数控加工程序，以便更充分地发挥数控机床的性能、获得更高的加工效率与加工质量。数控编程是实现数控加工的重要环节，特别是对于复杂零件加工，编程工作的重要性甚至超过数控机床本身。在现代生产中，由于产品形状及质量信息往往需要通过坐标测量机或直接在数控机床上测量来得到，测量运动指令也有赖于数控编程来产生，因此数控编程对于产品质量控制也有着重要的作用。数控编程是从零件图纸到获得合格的数控加工程序的全过程，其主要任务是计算加工走刀中的刀位点（CutterLocationPoint，简称CL点）。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。一般来说，数控编程的主要内容包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数学处理、编写零件加工程序、输入数控系统、程序检验及首件试切。根据问题复杂程度的不同，数控加工程序可通过手工编程或计算机自动编程来获得。目前计算机自动编程采用图形交互式自动编程，即计算机辅助编程。这种自动编程系统是CAD（计算机辅助设计）与CAM（计算机辅助制造）高度结合的自动编程系统，通常称为CAD/CAM系统。为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工、高精度加工和高效率加工的要求，数控编程技术向集成化、只能化、自动化、易用化和面向车间编程等方向发展。在开发CAD/CAM系统时面临的关键技术有：（1） 复杂形状零件的几何建模对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控程序，其首要环节是建立被加工零件的几何模型。复杂形状零件几何建模的主要技术内容包括：曲线曲面生成、编辑、裁剪、拼接、过渡、偏置等。（2）加工方案与加工参数的合理选择数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的自动优化选择与自适应控制是近年来重点研究的问题。其目标是在满足加工要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下具有尽可能高的加工效率。（3）刀具轨迹生成刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要同时也是研究最为广泛的内容，能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。刀具轨迹生成的首要目标是使所生成的刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。（4）数控加工仿真尽管目前在工艺规划和刀具轨迹生成等技术方面已取得很大进展，但由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题仍十分难，其中最主要的有加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。（5）后置处理后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通过前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度校核修正及代码转换等。因此，有效的后置处理对于保证加工质量、效率与机床可靠运行具有重要作用。数控机床按照工艺用途分为数控车床、数控铣床、加工中心、数控磨床等类型。4.1.1数控加工工艺的概念数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。数控加工的工艺设计必须在程序编制工作开始以前完成，因为只有工艺方案确定以后，编程才有依据。工艺方案的好坏不仅会影响机床效率的发挥，而且将直接影响零件的加工质量。根据大量加工实例分析，工艺设计考虑不周是造成数控加工差错的主要原因之一。数控加工工艺主要包括如下内容：1选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。2分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、处理与非数控加工工序的衔接等。3加工工序、工步的设计。如选取零件的定位基准，夹具、辅助方案的确定、确定切削用量等。4数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。5分配数控加工中的加工余量。6处理数控机床上的部分工艺指令。7首件试加工与现场问题处理。8数控加工工艺文件的定型与归档。4.1.2数控加工工艺特点数控加工工艺和普通机床加工工艺相比较，遵循的基本原则和使用的方法大致相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因此形成了以下特点：1数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂。数控机床上通常安排较复杂的工序，部分工序在普通机床上难以完成。2数控加工工艺内容要求具体详细。在普通机床上加工时由操作者在加工中灵活掌握，并可通过适时调整来处理的工艺问题，如工序内工步的安排，刀具尺寸、加工余量、切削用量、对刀点、换刀点、走到路线的确定问题，在数控加工时必须事先具体详细地设计和安排。4.1.3数控加工的工艺适应性根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按工艺适应程度将零件分为下列3例：一、最适应类1.形状复杂，加工精度要求高，用通用加工设备无法加工或虽然能加工但难保证产品质量的零件；2.用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；3.具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件；4.必须在一次装夹中合并完成铣、镗、铰或攻螺纹等多工序的零件。对于上述零件，可以先不要过多地考虑生产率与经济上是否合理，而首先应考虑能不能把他们加工出来，要着重考虑可能性的问题。只要有可能，都应把采用数控加工作为优选方案。二、较适应类较适应类数控加工的零件大致有以下几种：1.在通用机床加工时易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控造成重大经济损失的零件；2.在通用机床上加工必须制造复杂的专用工装的零件；3.需要多次更改设计后才能定型的零件；4.在通用机床上加工需要做很长时间调整的零件；5.用通用机床加工时，生产效率很低或体力劳动强度很大的零件。这类零件在首先分析其加工性以后，还要在提高生产效率及经济效益方面做全面衡量，一般可把他们作为数控加工的主要选择对象。三、不适应类1.生产批量大的零件（当然不能排除其中个别工序用数控机床加工）；2.装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；3.加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件；4.必须用特定的工艺装备协调加工的零件。以上零件采用数控加工后，在生产效率与经济性方面一般无明显改善，更有可能弄巧成拙得不偿失，故一般不应作为数控加工的选择对象。4.1.4数控加工零件的工艺性分析数控加工工艺性分析涉及内容很多，从数控加工的可能性和方便性分析，应主要考虑：1．零件图纸上尺寸数据标注的原则（1）零件图纸上尺寸标注应符合编程方便的特点在数控加工图上，宜采用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种方法，既便于编程，也便于协调设计基准、工艺基准、检测基准与编程零点的设置和计算。（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分，如果不充分，则无法对被加工零件进行造型，也就无法编程。2．零件各加工部位的结构（1）零件所要求的加工精度、尺寸公差应能得到保证。（2）零件呢内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，尽可能减少刀具规格和换刀次数。4.2数控加工工艺4.2.1零件图样工艺分析（1）结构分析。由图5可知，该零件的加工轮廓由圆形曲线、直线构成，直线部分宜在数控车床上车削，而曲线部分则选用数控铣床加工更加合适。图5离合套（2）精度分析该零件的曲线制造公差为0.2mm，其余尺寸公差都为IT12级，表面粗糙均为Ra3.2,比较容易加工。（3）毛坯、余量分析该材料为工具钢T10A，毛坯为铸件，其外圆尺寸为φ200，粗加工单边均有足够的加工余量，精加工单边留0.25mm的加工余量,以保证加工的精度。（4）定位基准分析由于毛坯形状简单，因此可选择棒料的加工端面作为定位基准面4.2.2制定工艺过程（1）数控车床：粗车外圆表面和端面至Φ162×35。（2）数控车床：粗车两段外圆面达Φ160.5×35和Φ145.5×35。（3）数控车床：精车Φ145.5和Φ160.5两段外圆面。（4）数控车床：倒角2mm。4.2.3选择刀具根据工件的材料采用硬质合金刀具，其切削工具钢时宜采用切削钢时较低的切削速度。切削用量选用的规律是：工件材料的硬度愈高经济切削速度愈低；粗加工时背吃刀量和进给量大，切削速度低；精加工时背吃刀量和进给量小，切削速度高。4.2.4确定切削用量切削用量根据工件材料、刀具材料及图样要求选取。所选参数详见机械加工工序卡片。4.3三维造型及CAM模拟加工根据前述的工艺措施，制定数控加工的主要工艺工艺过程。我选择离合套作为三维造型设计的对象，（如图6所示）在SolidWorks软件中进行草图绘制，再用旋转功能得到三维造型图，（见图7，8所示）图6离合套的三维造型设计

图7离合套（1）图8离合套（2）第五章本文小结三年紧张而又愉快的大学即将接近尾声了，在此，我将以一毕业设计来总结我三年所学的知识。我设计的课题是Z90型电动阀门装置及关键零部件的数控加工工艺设计，这一次的设计使