低溫截止閥的設(shè)計含SW三維及8張CAD圖,低溫,截止閥,設(shè)計,sw,三維,cad 低溫截止閥的設(shè)計 摘要:本課題來源于當今社會液壓元件的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計出低溫截止閥，從而來滿足當今社會液壓元件更新?lián)Q代能力不足的缺陷。 低溫截止閥是能夠在低溫工況下使用的截止閥，通常把工作溫度低于-40℃的截止閥稱為低溫截止閥。低溫截止閥是石油化工、空氣分離、天然氣等工業(yè)不可缺少的重要設(shè)備之一，其質(zhì)量的優(yōu)劣決定著能否安全、經(jīng)濟、持續(xù)地生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，低溫截止閥的用途越來越廣，需求也越來越大。 本文運用大學所學的知識，了解低溫截止閥的工作原理，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計一款低溫截止閥。該低溫截止閥的工作介質(zhì)為12MPa的液壓油，它是用來改變管路斷面和介質(zhì)流動方向、控制輸送介質(zhì)的壓力、流量、溫度的一種裝置。通過查找相關(guān)料，了解低溫截止閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，構(gòu)建了低溫截止閥組成結(jié)構(gòu)的總的指導思想，從而得出了該低溫截止閥的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且截止效果好，運行平穩(wěn)的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：低溫截止閥;液壓元件;截止閥;裝置 The Design of The Cryogenic Valve Abstract: This subject comes from the modern society the hydraulic components of the innovation and upgrading of the basis, through the design of cryogenic valves, thus to meet the needs of today's society. Low temperature valve is to be used at low temperature condition of the valve, usually working temperature lower than valve called the cryogenic valves. Low temperature valve is one of the important equipment in petrochemical industry, air separation, natural gas and other industrial indispensable, its quality determines whether the security, economic and sustainable production. With the development of modern technology, low temperature valve applications more and more widely, the demand ismoreandmorebig. In this paper, the use of university knowledge, understand the working principle of cryogenic valves, on this basis, the design of a low temperature valve. The working fluid temperature stop valve for hydraulic oil 12MPa, which is a device for changing the flow direction of medium conveying pipeline section, and the control of media pressure, flow, temperature. Through the search related material, understand the low cut-off valve of the internal structure and working principle, construction of low temperature cut-off valve total guiding ideology structure, thus obtains the advantages of the low temperature valve is efficient, economic, and cutoff effect is good, smooth operation of the conclusion. Key words:: low temperature cut-off valves; Corrugated tube; Ball screw; The disc; The valve stem 目 錄 緒論 1 1 課題的來源與研究的目的和意義 3 1.1 本文研究的主要內(nèi)容和要求 3 1.2 低溫截止閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1.3 低溫截止閥的優(yōu)缺點 4 2 低溫截止閥的總體方案的設(shè)計和布局 7 2.1 低溫截止閥的總體方案圖 9 2.2 低溫閥門零部件材料選擇 10 2.2.1閥體、閥蓋、閥座、啟閉件等的材料選擇 11 2.2.2 閥桿材料選擇 12 2.2.3 緊固件材料選擇 14 2.2.4 墊片材抖選擇 15 3 低溫截止閥密封設(shè)計及計算 15 3.1 密封元件的選型分析 16 3.1.1 上密封裝置的設(shè)計 17 3.1.2 閥桿填料處密封 17 3.2 填料密封主密封壓力的計算 18 3.3 填料裝置的計算 19 3.3.1 填料箱孔的主要尺寸參數(shù) 19 3.3.2 填料裝置主要零件的強度校驗 20 3.4 填料與閥桿摩擦力的計算 20 3.5 低溫截止閥手輪的選取 21 3.6 滾珠絲桿的選取及強度校核 22 4 低溫截止閥的檢驗 22 5 結(jié)論 23 參考文獻 24 致 謝 25 I 緒論 1 課題的來源與研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 ? 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 ? 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉矗卫?、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務(wù)。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 1.1 本文研究的主要內(nèi)容和要求 低溫閥門的主要設(shè)計內(nèi)容： （1）第一部分是截止閥溫度總體設(shè)計：主要是針對低溫閥滿足各種條件，結(jié)合內(nèi)部截止閥結(jié)構(gòu)和優(yōu)點的閥芯和閥腔的布置方案有一個大致的方向和各部件可能設(shè)置，最終可以彌補低溫截止閥的流體阻力大，開啟和關(guān)閉時所需力較大，不適用于顆粒，粘度，易結(jié)焦的介質(zhì)和調(diào)節(jié)性能差的缺點。 （2）第二部分是低溫截止閥組件的設(shè)計：這部分主要是對設(shè)計計算的主要部分的低溫截止閥，強度校核。根據(jù)低溫閥門的相應要求和規(guī)定的狀態(tài)，在低溫截止閥結(jié)構(gòu)簡單，加工，維修成本，改進和提高。模擬分別組裝成組件，然后定義之間的對應連接關(guān)系，最后組裝成一個完整的組織。 （3）汽車CAD軟件應用程序?qū)⒛Ｐ陀成涞较鄳墓こ虉D紙，結(jié)合立體字軟件的使用，各種信息反應工程制圖系統(tǒng)在地面上，為了實現(xiàn)機制進一步精確設(shè)計和檢驗。要求：低溫閥門工作條件惡劣，工作介質(zhì)的大部分物質(zhì)，易燃，易爆，滲透性強，最低工作溫度為269℃，最大工作壓力可達10MPa。因此，低溫閥門的設(shè)計，制造，檢驗和通用閥門相比有很大的不同。一般來說，根據(jù)低溫截止閥的使用條件，設(shè)計工作提出以下要求： （1）截止閥在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度要長時間工作的能力的組合（一般為10年或3500 ~ 5000周期）； （2）截止閥的相對低的溫度中，不應該是一個重要的熱源，這是因為熱流量會降低熱效率，熱流量太多，也可能使低溫介質(zhì)汽化閥內(nèi)，造成異常高壓，危險； （3）產(chǎn)生有害影響密封性能和低溫介質(zhì)不應手輪操作性能和填料； （4）直接接觸低溫介質(zhì)組合閥塊結(jié)構(gòu)應符合防火防爆的有關(guān)要求； （5）低溫閥組件工作不能潤滑，所以需要采取措施防止摩擦部位，劃痕。 在低溫閥門設(shè)計過程中上述要求外，還應注意上述要求在低溫度的具體要求在截止閥，低溫截止閥的設(shè)計過程也應符合相應的普通截止閥的要求。 1.2 低溫截止閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 低溫截止閥的閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，并具有非?？煽康那袛鄤幼鳎沟眠@種閥門非常適合作為介質(zhì)的切斷或調(diào)節(jié)及節(jié)流使用。?低溫截止閥的閥瓣一旦處于開啟狀況，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再的接觸，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，合得這種閥門非常適合作為介質(zhì)的切斷或調(diào)節(jié)及節(jié)流使用。低溫截止閥一旦處于開啟狀態(tài)，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再有接觸，因而它的密封面機械磨損較小，由于大部分截止閥的閥座和閥瓣比較容易修理或更換密封元件時無需把整個閥門從管線上拆下來，這對于閥門和管線焊接成一體的場合是很適用的。介質(zhì)通過此類閥門時的流動方向發(fā)生了變化，因此截止閥的流動阻力較高于其它閥門。常見的低溫截止閥分別如圖1，圖2,圖3所示： 圖1 圖2 圖3 1.3 低溫截止閥的優(yōu)缺點 (1)截止閥結(jié)構(gòu)比閘閥簡單，制造與維修都較方便。 (2)密封面不易磨損及擦傷，密封性好，啟閉時閥瓣與閥體密封面之間無相對滑動，因而磨損與擦傷均不嚴重，密封性能好，使用壽命長。 (3)啟閉時，閥瓣行程小，因而截止閥高度比閘閥小，但結(jié)構(gòu)長度比閘閥長。 (4)啟閉力矩大、啟閉較費力，啟閉時間校長。 (5)流體阻力大，因閥體內(nèi)介質(zhì)通道較曲折，流體阻力大，動力消耗大。 (6)介質(zhì)流動方向公稱壓力PN≤16MPa時，一般采用順流，介質(zhì)從閥瓣下方向上流；公稱壓力PN≥20MPa時，一般采用逆流，介質(zhì)從閥瓣上方向下流．以增加密封件能。使用時，截止閥介質(zhì)只能單方向流動，不能改變流動方向。 (7)全開時閥瓣經(jīng)常受沖蝕。 截止閥的閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，使得這種閥門適合作為介質(zhì)的切斷或調(diào)節(jié)及節(jié)流使用。 缺點 1、流體阻力大，開啟和關(guān)閉時所需力較大。 2、不適用于帶顆粒、粘度較大、易結(jié)焦的介質(zhì)。 3、調(diào)節(jié)性能較差。 優(yōu)點 1、雙重的密封設(shè)計(波紋管+填料)若波紋管失效，閥桿填料也會避免； 2、外泄漏，并符合國際密封標準； 3、沒有流體損失，降低能源損失，提高工廠設(shè)備安全； 4、使用壽命長，減少維修次數(shù)，降低經(jīng)營成本； 5、堅固耐用的波紋管密封設(shè)計，保證閥桿的零泄漏，提供無需維護的條件。 6、波紋管密封截止閥采用波紋管密封的設(shè)計，完全消除了普通閥門閥桿填料密封老化快易泄露的缺點，不但提高了使用能源效率，增加生產(chǎn)設(shè)備安全性，減少了維修費用及頻繁的維修保養(yǎng)，還提供了清潔安全的工作環(huán)境。 2 低溫截止閥的總體方案的設(shè)計和布局 2.1 低溫截止閥的總體方案圖 低溫截止閥是指關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。根據(jù)閥瓣的這種移動形式，閥座通口的變化是與閥瓣行程成正比例關(guān)系。由于該類閥門的閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，而且具有非?？煽康那袛喙δ?，又由于閥座通口的變化與閥瓣的行程成正比例關(guān)系，非常適合于對流量的調(diào)節(jié)。因此，這種類型的閥門非常適合作為切斷或調(diào)節(jié)以及節(jié)流使用。其具體方案布局圖如下： 2.2 低溫閥門零部件材料選擇 2.2.1閥體、閥蓋、閥座、啟閉件等的材料選擇 溫度高于-100℃時可選用鑄件，溫度低于-100℃時選用鑄件，低壓和小口徑閥門可選用銅合金或鋁合金。 2.2.2 閥桿材料選擇 采用奧氏體不銹耐酸鋼制造，例如20Cr,需經(jīng)過適當?shù)臒崽幚?，以提高抗拉強度，同時必須鍍硬鉻（鍍層厚度0.04~0.06mm），或進行滲氮處理，以提高表面硬度。 2.2.3 緊固件材料選擇 溫度高于-100℃時，螺栓材料采用Ni、Cr-Mo等合金鋼，需經(jīng)適當?shù)臒崽幚?，以防止螺紋咬傷；溫度低子-100℃時，螺栓材料可采用奧氏體不銹鋼。螺母材料一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時螺紋表而涂二硫化鑰。 2.2.4 墊片材抖選擇 使用溫度高于-196℃，低溫最高使用壓力為3MPa時，可采用長纖維自石棉制成的石棉橡膠板；使用溫度高于-196℃，低溫最高使用壓力為5MPa時，可采用不銹鋼帶石棉纏繞式墊片、不銹鋼帶聚四氟乙烯纏繞式墊片或不銹鋼帶膨脹石墨纏繞式墊片。 這里需強調(diào)一下，所有低溫材料部件在精加工之前必須進行深冷處理，以減小低溫閥門在低溫工況下的收縮變形。 3 低溫截止閥密封設(shè)計及計算 3.1 密封元件的選型分析 閥門的密封是閥門的最重要的指標，與閥門儀表管道大多采用接觸式密封。不僅取決于兩結(jié)合面緊密，并有能力防止或限制通過密封面上的介質(zhì)中形成。 3.1.1上密封裝置的設(shè)計 在閥門全開時，阻止工作介質(zhì)向填料函處泄漏的一種裝置稱為L密封裝置。上密封裝置有兩個作用。第一，上密封裝置可以減小工作介質(zhì)對填料的損壞。工業(yè)閥門在絕大多數(shù)工作時間處于開啟狀態(tài)，如無上密封裝置，則介質(zhì)壓力直接作用于填料。填料長期處于受壓狀態(tài)，易老化。第二，當填料處有泄漏時，全開閥門，使上密封裝置處于工作狀態(tài)，就可以帶壓進行填料更換。因此，對于閘閥和截止閥都規(guī)定要有上密封裝置。 上密封面可用在閥蓋上堆焊鉆鉻鎢硬質(zhì)合金，然后精加工、研磨而成的工藝制得（對于奧氏體不銹鋼材料的閥蓋，可直接在閥蓋上加工上密封面），也可在專門的上密封座上研磨而成。總之，在低溫閥門的設(shè)計過程中要綜合考慮低溫對閥門的各種影響，采用合理的結(jié)構(gòu)，避免低溫對閥門正常工作的不良影響。 3.1.2閥桿填料處密封 在閥門中，閥蓋用填充物填充空間，通過閥桿和閥蓋填料室空間泄漏防止介質(zhì)。其中對填料的設(shè)計要求如下： （1）耐腐蝕性好，包裝必須與介質(zhì)接觸，介質(zhì)腐蝕的能力。 （2）密封好，包裝不在介質(zhì)作用下溫度泄露。 （3）摩擦系數(shù)小，減少閥桿與填料間的摩擦力矩。 3.2 填料密封主密封壓力的計算 如上所述，通過擰緊填料壓蓋上的螺栓，對填料函（即閥蓋支架）內(nèi)的填料進行軸向壓縮，填料的塑性使其產(chǎn)生徑向力，并與閥桿緊密接觸。同時，填料中添加的潤滑劑被擠出，在接觸面間形成油膜。由壓力分布示意圖于接觸狀態(tài)不均勻，接觸部位出現(xiàn)邊界潤滑狀態(tài)，未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜。當閥桿與填料壓蓋有相對運動時，接觸部位與不接觸部位組成了不規(guī)則的迷宮阻止了介質(zhì)的泄漏。 為保證填料密封的可靠性，必須保證填料對閥桿的徑向壓力，即主密封壓力。填料密封時的壓力分布理論分析和各種填料設(shè)計的性能測試，得出填料的徑向壓力，即主密封壓力計算式： 式中: Pr為填料徑向壓力（MPa）； P0為填料壓蓋處軸向壓力（MPa）； K為填料壓力比（又稱應力系數(shù)）； d1為閥桿直徑（mm）； d0為填料函孔徑（mm）；s為填料深度（mm）； μ1為填料與閥桿間的動摩擦因數(shù)； μ2為填料與填料函間的靜摩擦因數(shù)。填料壓力比是填料徑向壓力與軸向壓力之比，是確定填料高度的一個重要因素。應力系數(shù)K取決于軸向壓力。其中填料壓力比K與軸向壓力比K之間的關(guān)系如下圖所示： 3.3 填料裝置的計算 填料裝置包括：填料、填料壓蓋、填料壓板、填料壓套、活節(jié)螺栓、銷軸等零件。當PN≤4.0MPa時，用填料壓蓋式。 3.3.1 填料箱孔的主要尺寸參數(shù) 填料箱孔的直徑與閥桿直徑和填料寬度有關(guān)，而填料寬度(mm),通常在（1~1.6）的范圍內(nèi)選取，其中為閥桿直徑16（mm）。以成形塑料增強聚四氟乙烯做填料的填料箱孔，對于填料壓蓋式PN=4.0MPa，填料的圈數(shù)Z=4，填料箱孔的深度H等于上、中填料和填料墊組裝后的總高度加上裕量5mm。 3.3.2 填料裝置主要零件的強度校驗 填料壓蓋圓柱部分的高度必須滿足墊片厚度。 （1） 填料壓蓋 如圖所示III-III 是按45°的方向所取斷面的彎曲應力。下圖為填料壓蓋零件圖： I-I斷面彎曲應力為： == 36.47MPa ——I-I斷面彎曲應力矩（Nm）； ——為壓緊填料的總力（N）經(jīng)過計算得到=4443.23N； d——為填料壓蓋的內(nèi)經(jīng)及閥桿直徑； D——為填料壓蓋與填料箱孔配合直徑； 、——I-I斷面的高度、寬度； ——壓緊填料所必須施加于填料上部的比壓，=（MPa），查表知道 =4.0MPa =40÷6=6.7≈6.5所以查表知道=2.68代入上式。 II-II斷面的彎曲應力（MPa）： =11.20mm 由上式得： =32.47MPa≦ III-III斷面的彎曲應力（MPa）： =70.05MPa≦ （2） 活節(jié)螺栓 活節(jié)螺栓的拉應力（MPa）為： （3-4） =28.3MPa≦ 式中 ——單個螺栓的橫截面積（）； ——螺栓材料的許用拉應力（MPa）。 （3） 銷軸 銷軸的剪切應力（MPa）為 =22.11MPa≦=61MPa 式中 ——銷軸直徑(mm)； ——材料的許用剪切力（MPa）； 3.4 填料與閥桿摩擦力的計算 閥門在開啟和關(guān)閉時，填料與閥桿之間將產(chǎn)生摩擦力，其大小與填料的種類和材質(zhì)有關(guān)。此閥門用的填料是增強聚四氟乙烯，所以應該按照下式： 式中 ——單圈填料與閥桿接觸高度（mm）； Z——填料圈數(shù)； ——填料與閥桿間的摩擦系數(shù)，約為0.05~0.1。 3.5 低溫截止閥手輪的選取 按照要求，手輪的直徑應該不超過閥門的結(jié)構(gòu)長度或者1000mm，兩者取較小者。除公稱尺寸小于等于DN40mm的閥門外。輪輻不應該伸出手輪的周邊。 加載在手輪的力，最大不應該超過360N。否則考慮使用傳動裝置?？紤]到成本過高，所以一般在設(shè)計閥門時，一定先考慮行業(yè)標準件。本次設(shè)計因為是特殊閥門，最先就考慮到截止閥開啟或者關(guān)閉時，力矩過大，采用了滾珠絲杠代替?zhèn)鹘y(tǒng)螺紋結(jié)構(gòu)，使得摩擦力矩大大降低。但是也增加了閥門制造成本，為了減少成本的投入，所以手輪應按照國家閥門行業(yè)標準件選取適當?shù)某叽?，達到互換性的效果。 在本次設(shè)計中，設(shè)計閥門DN=50mm，PN=4MPa，手輪需要克服閥桿最大轉(zhuǎn)矩28409.67(N\mm)，按照JB/T93-2008中表3中規(guī)定，手輪選用直徑D=180mm傘形手輪，那么手輪上的力315.663N小于360N，所以滿足設(shè)計需要。 輪轂相應尺寸： 輪輻的基本尺寸：根數(shù) 輪緣的尺寸： 建投和刻字尺寸： 3.6 滾珠絲桿的選取及強度校核 根據(jù)需求，圓絲母絲杠副的選擇，因為是旋轉(zhuǎn)的螺桿。在本設(shè)計中滾珠絲杠的特點是摩擦阻尼小，效率高，為滑動螺釘或螺釘1?/ 3的驅(qū)動扭矩，正是因為這樣，我們使用的滾珠絲杠的成本相對比較高，代替普通滑動螺釘或螺紋連接。 考慮到整個絲桿不得作為焊接材料，因此螺釘不能在標準按鈕選擇，然后選擇滾珠螺桿式。公稱直徑為20mm，螺距= 8mm，選擇C7（任意精度300行程內(nèi)定位誤差±0.05），平均直徑DW = 5.0mm鋼滾珠絲杠螺母旋轉(zhuǎn)，右旋，負荷滾珠圈-4圈，密封圈，選擇ZZ G1 ~ 0.01mm軸向間隙（0），線路總長度80mm，閥桿螺紋——7.26°螺旋升角；螺母套外直徑42mm，滾道外經(jīng)26mm，滾道由22mm。長55mm。其具體結(jié)構(gòu)圖如下： （1）剛度驗算及精度選擇 （1） = = = ? 已知W1=5000? N ，? =0.2 F0=1000? N F0?? ：? 靜摩擦力???? N ?：靜摩擦系數(shù) W1? ：正壓力???? N （2）驗算傳動系統(tǒng)剛度 Kmin ：傳動系統(tǒng)剛度?? N 已知反向差值或重復定位精度為10 Kmin=222＞160 （3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 =1.7m （4）確定精度? ?? V300p? ：任意300mm內(nèi)的行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)言， ? V300p≤0.8×定位精度- 定位精度為20m/300 V300p＜14.3m 絲杠精度取為3級 V300p=12m＜14.3 (5)?確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 已確定的型號：WWCM 公稱直徑：12?? 導程：3 螺紋長度：900 絲杠全長：1000 P類3級精度 FFZD4010-3-P3? /1410×1290 2.6.10? 驗算臨界壓縮載荷?? Fc?? ：??N 絲杠所受最大軸向載荷Fmax小于絲杠預拉伸力F不用驗算。 2.6.11 驗算臨界轉(zhuǎn)速 nc=f×10 nc? :?? 臨界轉(zhuǎn)速???? n/min f?? ：與支承形式有關(guān)的系數(shù) ?：絲杠底徑 ? ：臨界轉(zhuǎn)速計算長度??? mm 由表14得f=21.9 由樣本得d2=34.3 由工作圖及表14得：Lc2= L1- L0 4310＞nmax=1500 2.6.12 驗算： Dn=Dpw nmax D?pw ：? 滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑?? mm nmax :? 滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速?? n/min Dpw≈41.4mm 4 低溫截止閥的檢驗 低溫閥門除了要做常溫檢驗外，還必須做低溫試驗。常溫檢驗主要包括殼體水壓強度試驗，水壓、氣壓密封試驗，上密封試驗，以及啟閉和扭矩試驗等。 低溫試驗的主要目的是檢驗低溫閥門在低溫狀態(tài)下的操作性能和密封性能。操作性能要求閥門啟閉靈活，移動件和密封副不得發(fā)生擦傷和咬死。密封性能要求閥門密封面泄漏量小于允許泄漏量。 5 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是低溫截止閥的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 參考文獻 [1] 鄭淑芳 機械設(shè)計理論研究與探討 北京：科學出版社，2004.5 [2] 黃長藝 低溫截止閥概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫 低溫截止閥的創(chuàng)新設(shè)計.高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 低溫截止閥工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 加工專機應用技術(shù) 機械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠. 低溫截止閥的設(shè)計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社，2002.8 [8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本 [9] 黃長藝，嚴普強.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ). 機械工業(yè)出版社，2001.1 [10] 張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.8 [11] 王昆，何小柏，汪信遠.低溫截止閥原理.高等教育出版社，1995.12 [12] 徐錦康.機械設(shè)計. 高等教育出版社，2004.4 [13] 鄧星鐘.機電傳動控制.華中科技大學出版社，2001.3 [14] 劉延俊.液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2002.12 [15] 章宏甲，黃誼，王積偉. 低溫截止閥的逆向設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2000.5 [16] 胡泓，姚伯威.機電一體化原理及應用. 北京：國防工業(yè)出版社，2000.6 [17] 陳鐵鳴 低溫截止閥的創(chuàng)新. 高等教育出版社，2003.7 [18] 孫靖民.機械優(yōu)化設(shè)計. 機械工業(yè)出版社，2005.1 [19] 王勇領(lǐng).系統(tǒng)分析與設(shè)計.北京:清華大學出版社，1991.7 [20]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. [21]Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators. 致 謝 至此在論文完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師這幾年來對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導師嚴謹求實的治學態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學術(shù)作風，認真加負責，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，查找了各類的低溫截止閥的設(shè)計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。 21