無磨損蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真分析畢業(yè)設(shè)計說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書作 者： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 機(jī)械學(xué)院 系(專業(yè))： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 題 目： 無磨損蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真分析 指導(dǎo)者： 評閱者： 2010年 6 月 10 日畢業(yè)設(shè)計中文摘要無磨損蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真分析摘要：工作原理：閥座的滑鍵內(nèi)圓周面安裝有閥座密封圈，與安裝在蝶板外圓周邊緣的閥板密封環(huán)構(gòu)成密封副，閥門開啟時，閥座沿著閥體內(nèi)壁移動，與蝶板脫離，然后閥桿轉(zhuǎn)動，帶動蝶板轉(zhuǎn)動打開閥門。閥板的轉(zhuǎn)動軸線與密封副平面間存在軸向偏心，為單偏心結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：蝶閥 無磨損 仿真分析 畢業(yè)設(shè)計外文摘要Title: Non-wear butterfly valve structure desi

2、gn and simulation analysisAbstract:Based on the requirements of the design plan, the design aims to improve the existing butterfly valves to reduce the friction between the sealing rooms, reduce operating torque, speed up the opening and closing speed and improve valve life. The designer used UG to

3、model and to assemble simulation and completed its movement in the design process with UG. We propose two solutions, and option one is: using the butterfly mobile seat and the gear to complete the butterfly plate opening and closing movement. Option two is: using the butterfly mobile base and worm d

4、rive to complete the butterfly plate opening and closing movement. Taking the transmission efficiency and economic benefits into consideration, the use of gear drive meet the movement requirements and save the cost. Working principle: Valve seat ring are installed within the sliding key in the seat,

5、 and installed in the outer circumference of the edge of justice valve plate sealing rings seals, valve open, move the seat along the valve body wall, and butterfly board out, and then turning of the stem, rotate the disc drive to open the valve. Disc rotation axis and the seal between the existence

6、 of axial eccentric vice plane, a single eccentric structure.Keywords: butterfly valve non-wear simulation analysis 目 錄1 緒論11.1 蝶閥概況及技術(shù)進(jìn)展11.1.1 蝶閥的概況11.1.2 蝶閥的結(jié)構(gòu)形式11.2 課題的提出11.2.1 蝶閥的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2 課題研究的內(nèi)容21.2.3 課題研究的意義21.3 課題研究的可行性分析32 蝶閥的結(jié)構(gòu)分析4 3 部件的選擇及校核103.1 選用電動機(jī)10 3.2 確定閥體各部件尺寸103.2.1 確定閥體的厚度103

7、.2.2 確定移動蝶座的內(nèi)徑113.2.3 確定蝶板的尺寸113.2.4 確定閥桿的直徑113.2.5 錐面密封13 4 UG建模及裝配134.1 UG草圖134.1.1 建立草圖工作平面134.1.2 建立草圖對象134.1.3 約束草圖134.2 UG建模134.2.1 UG建模思想144.2.2 主體結(jié)構(gòu)造型144.3 UG裝配過程 164.3.1 裝配建模的特點(diǎn) 164.3.2 配對條件 17 4.3.3 配對類型 184.3.4 按配對條件添加組件的步驟 185 UG仿真運(yùn)動分析 215.1 仿真技術(shù)簡介215.1.1 仿真技術(shù)的意義和應(yīng)用215.1.2 仿真系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)225.2

8、 UG運(yùn)動仿真模塊介紹 225.3 UG運(yùn)動仿真模塊的基本概念 235.3.1 機(jī)構(gòu)的組成235.4 無磨損蝶閥的運(yùn)動仿真分析24結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29致謝 301 緒論1.1 蝶閥概況及技術(shù)進(jìn)展1.1.1 蝶閥的概況碟閥（Butterfly bamper）是一種歷史悠久的閥門，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)長度小。由于介質(zhì)作用在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)面積上的力矩可以互相平衡，所以碟閥的驅(qū)動力矩小，易于實(shí)現(xiàn)快速啟閉，且具有良好的流量調(diào)節(jié)特性。碟閥既可用作切斷閥，也可用作調(diào)節(jié)閥1。近年來，隨著結(jié)構(gòu)和密封材料的改進(jìn)，其密封性能也大大提高。由于以上種種優(yōu)點(diǎn)，碟閥在工業(yè)上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。近幾年來，各種蝶

9、閥逐漸被人們所認(rèn)識，并廣泛用于各行各業(yè)2。蝶閥是近幾年來在閥門行業(yè)發(fā)展最快的一種閥門，蝶閥正在以其成本低、體積小、重量輕、壽命長的優(yōu)勢，在許多場合代替了傳統(tǒng)的閥件，如截止閥、閘閥、旋塞閥和球閥，并且高性能蝶閥的發(fā)展3，已經(jīng)把蝶閥推廣應(yīng)用到在一些使用條件苛刻如低溫、高溫、高壓、真空、泥漿，甚或是有火災(zāi)危險需要使用專門閥件的地方4。1.1.2 蝶閥的結(jié)構(gòu)形式蝶閥的卓越性能與其自身不斷地改進(jìn)、演變、發(fā)展密切相關(guān)。為滿足各種需求，蝶閥先后經(jīng)歷了從同心向單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥的演變5。本次設(shè)計的課題是在單偏心蝶閥的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無磨損密封。1.2 課題的提出1.2.1 蝶閥的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著閥

10、門設(shè)計制造水平的提高閥門產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大高科技成果的不斷采用使閥門功能型開發(fā)的前景更加廣闊6。國內(nèi)有數(shù)百家閥門公司，對任何一種新型閥門的開發(fā)都需經(jīng)過設(shè)計、制作模具、加工制造、性能檢測等工序，耗費(fèi)大量的人力、物力和財力，周期長、成本高，還不能保證設(shè)計出的新型閥門具有很好的性能指標(biāo)7。國外閥門的開發(fā)比國內(nèi)更有效，但同樣存在著與國內(nèi)同行業(yè)相同的問題。改革開放后，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，閥門行業(yè)也展現(xiàn)了欣欣向榮的生機(jī)。現(xiàn)在有幾千家的大小閥門廠，盡管良莠不齊，但產(chǎn)品品種已達(dá)3000多個型號，近30000個規(guī)格。在密封性能、強(qiáng)度要求、調(diào)節(jié)功能、動作性能和流通性能，特別是密封性能，都有了長足

11、的進(jìn)步，倒退十年，城鎮(zhèn)供水協(xié)會的權(quán)威人士有句行業(yè)名言說“十閥九漏”，雖然有些夸張，確實(shí)不盡人意。閘閥主要是密封性能差，蝶閥還有操作機(jī)構(gòu)可靠性差等等，這種情況確有明顯改進(jìn)，現(xiàn)在球墨鑄銖、樹脂砂鑄造工藝、奧氏體不銹鋼閥軸、硬密封閥座、專用特殊閥國外對蝶閥的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且在閥門性能方面的研究已上升到相當(dāng)?shù)母叨龋夷承╅y可完成許多嚴(yán)酷工況下的工作。1960年的德國KarlAdams提出蝶閥同時具有切斷(Isolation)、調(diào)節(jié)(Throttling和止回(check)3種功能，并于1966年以“斜置錐形閥座密封系統(tǒng)”為名注冊了專利，這是蝶閥技術(shù)的一次重大進(jìn)展。1967年在法蘭克福舉辦的“國際化

12、工展覽”(CHEMR)上展出T新型的法蘭偏心設(shè)計蝶閥，這種新型蝶閥的密封性能大為提高，很快用于中高壓系統(tǒng);日本株式會社的三偏心蝶閥Trietc的壓力等級己達(dá)到2500磅級，最高壓力達(dá)到26MPa，耐溫低至196、高達(dá)700，密封基本達(dá)到零泄漏，調(diào)控比高達(dá)100：1以上，也就是說，在各種嚴(yán)酷、關(guān)鍵的過程控制管線上，不論是開關(guān)閥還是調(diào)控閥，只要選型得當(dāng)現(xiàn)在都可以使用蝶閥;還有美國的KYsToNE，加拿大的SCORE等公司的金屬硬密封蝶閥不論是質(zhì)量還是性能都達(dá)到了很高的水平，并在各自的國內(nèi)市場得到了廣范的應(yīng)用。1.2.2 課題研究的內(nèi)容蝶閥是一種應(yīng)用于管道內(nèi)調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的閥門，通常包括閥體、閥桿、蝶

13、板和閥座。閥座的內(nèi)圓與密封件的外圓構(gòu)成密封副。在閥門關(guān)閉狀態(tài)下，依靠蝶板的徑向壓縮和正向介質(zhì)的推力使密封圈發(fā)生彈性變形，實(shí)現(xiàn)過盈配合密封。傳統(tǒng)的蝶閥開啟和關(guān)閉時，密封副間總存在著摩擦，使啟閉閥門的力矩增大，啟閉速度減慢，不可避免的頻繁啟閉會造成密封面的加速磨損， 密封性能下降，最終導(dǎo)致閥門（泄漏）損壞。本課題設(shè)計一種新型無磨損蝶閥，大幅減少或者消除閥門啟閉時密封副間的摩擦，降低操作力矩，啟閉速度快，且沖擊作用小，提高閥門使用壽命。1.2.3課題研究的意義隨著我國工業(yè)的發(fā)展，對蝶閥的要求越來越高，在密封滿足的情況下，更多的是考慮其驅(qū)動方式，降低操作力矩，提高啟閉速度，研究一種無磨損的密封蝶閥，使

14、密封副之間的摩擦大幅減少，從而提高其使用壽命，在滿足使用性能的同時提高經(jīng)濟(jì)效益。1.3課題研究的可行性分析（一）經(jīng)濟(jì)性由于蝶閥具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，密封比較可靠以及可調(diào)節(jié)流量等優(yōu)點(diǎn)受到廣大用戶的青睞。在大口徑閥門的選擇上，人們更傾向于蝶閥。因而研究無磨損蝶閥，在降低摩擦后，提高使用壽命，必然會提高經(jīng)濟(jì)效益。（二）理論上的可行性本次設(shè)計采用的是單偏心蝶閥，采用移動式蝶座，利用錐面密封圈的擠壓來完成密封，從而減少了在蝶板旋轉(zhuǎn)時由于摩擦使密封圈磨損的情況，從理論上來說是可以實(shí)現(xiàn)的。（三）技術(shù)上的可行性 對于球形或拋物線形的密封形式，其加工難度比較大，而錐形密封副易于加工，按一般工藝就可以保證其加工

15、精度。另外，對于蝶板的空間運(yùn)動分析，可尋求相關(guān)的軟件支持。例如ANSYS軟件，UG軟件和ADAMS軟件都可對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行全參數(shù)化三維實(shí)體建模及閥門實(shí)際工作過程的計算機(jī)模擬，從而確定蝶閥運(yùn)動的可行性。2 蝶閥的結(jié)構(gòu)分析經(jīng)過分析國內(nèi)外蝶閥專利，發(fā)現(xiàn)蝶閥的密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了如下幾個階段：無偏心蝶閥單偏心蝶閥雙偏心蝶閥三偏心蝶閥階段一：無偏心蝶閥（或者叫同心蝶閥）；隨著天然橡膠的出現(xiàn)以及五十年代人造橡膠襯層的問世，橡膠襯層開始用作密封材料，早期的蝶閥設(shè)計就是無偏心蝶閥4，常見的襯膠蝶閥即屬于此類。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：閥桿軸心、蝶板中心、閥體中心在同一位置上，如圖1.3所示。圖2.1 無偏心蝶閥優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，因蝶板

16、中心線兩側(cè)是相等的，故力矩和通過蝶板的壓力負(fù)載是平衡的，使蝶閥關(guān)閉時達(dá)到雙向緊密封，不存在不平衡區(qū)，減少了單邊泄漏。缺點(diǎn)：由于它是以旋轉(zhuǎn)軸為中心的對稱結(jié)構(gòu)。它的密封面是處于軸的兩側(cè),這樣的結(jié)構(gòu),密封面的壓緊力與介質(zhì)的壓力永遠(yuǎn)只有一半閥板是相一致的,另一半則處于完全相反的方向。因此造成蝶閥密封性能不高,也就是說其密封性能是完全依靠密封面間的初始過盈量來實(shí)現(xiàn)的7。階段二：單偏心蝶閥；在六十年代初期，利用使閥桿中心線與密封中心線錯開，以便不通過橡膠襯密封面的方法使這一現(xiàn)象得到糾正，從而產(chǎn)生了單偏心蝶閥。例如中國專利號ZL92227598.x：偏心式蝶閥。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：閥桿軸心偏離了蝶閥中心，如圖1.4所

17、示。優(yōu)點(diǎn)：閥桿中心線與密封中心線錯開，形成不對稱結(jié)構(gòu)，以便不通過橡膠襯密封面，造就了蝶閥的密封面成為一個完整連續(xù)的圓弧曲面，這樣對于密封面的加工制造就非常方便，而且閥板與閥座還可以進(jìn)行研磨，這對于蝶閥的密封性能當(dāng)然就有了充分的保證。解決了閥桿通過襯里的兩點(diǎn)密封問題，蝶板上下端不再為成回轉(zhuǎn)軸心，分散、減輕了蝶板上下端的過度擠壓，能較快離開密封面，減少了配合面間的摩擦力。圖2.2 單偏心蝶閥缺點(diǎn)：由于單偏心結(jié)構(gòu)在閥門的整個開關(guān)過程中蝶板與閥座的刮擦現(xiàn)象并未消失，故采用不多。階段三：雙偏心蝶閥；在單偏心蝶閥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改良成型就是目前廣泛應(yīng)用的雙偏心蝶閥，如圖1.5所示，中國專利：ZL992079

18、14.4 高性能雙偏置蝶閥；ZL94219466.7：雙偏心金屬球面硬密封蝶閥；美國專利：4,436,281改良的密閉裝置。圖2.3 雙偏心蝶閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：閥桿軸心既偏離閥座的密封面中心，也偏離管路和閥門中心線。優(yōu)點(diǎn)：第二個偏心產(chǎn)生凸輪作用，即在行程接近結(jié)束時，閥板和閥座才開始接觸，減少了閥門啟閉時的轉(zhuǎn)矩和閥座的磨損，當(dāng)閥板開啟約15°，閥板和閥座完全脫開（取決于閥門大?。?。當(dāng)開度大于15°直至全開時，閥板和閥座完全不接觸，大大減少了閥座的磨損和變形6。提高了閥座壽命；刮擦的大幅度降低，同時還使得雙偏心蝶閥可以采用金屬閥座，提高了蝶閥在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。缺點(diǎn)：因?yàn)槠涿芊庠韺傥?/p>

19、置密封，即蝶板與閥座的密封面為線接觸，依靠蝶板或閥體上的彈性元件產(chǎn)生變形加大密封面密度。另外，在蝶板圓周上，各點(diǎn)的壓力角變化較大。為了保證密封，只能使蝶板或閥體的彈性元件產(chǎn)生更大的變形，這就使得蝶板或閥體密封面的摩擦現(xiàn)象非常嚴(yán)重，尤其在閥體密封面靠近軸兩端的部分，長期使用時容易產(chǎn)生擦傷，造成密封失效。階段四：三偏心蝶閥；圖1.6 三偏心蝶閥1966年德國Karl Adams以“斜置錐形閥座密封系統(tǒng)”（The inclined conical seat sealing system）為名注冊了專利，如圖1.6所示。1967年在法蘭克福舉辦的“國際化工展覽”上，展出了新型的三偏心設(shè)計蝶閥，80年代

20、后，這種新型蝶閥被稱為“高性能蝶閥（High performance butterfly valve）”,并與成套設(shè)備引入我國。中國專利號：ZL98226652.9 三偏心密封蝶閥；專利號：ZL99243242.1 三偏心硬密封蝶閥；ZL00229687.x 三維偏心錐面硬密封蝶閥；ZL00210703.1 三偏心蝶閥；ZL99205890.2 三維偏心金屬密封蝶閥；ZL01213618 一種橢球面金屬密封蝶閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：三偏心蝶閥是在雙偏心的閥桿軸心位置偏心的同時，再加上圓錐形密封面中心線相對于閥門中心線偏轉(zhuǎn)一個角度，形成第三個偏心。優(yōu)點(diǎn)：前兩個偏心使得閥門的閥座與密封圈之間的摩擦減少，閥座與

21、閥板在打開大約15度以后脫離接觸，第三個偏心可使閥座與閥板在閥門的整個行程中完全脫離，閥板與閥座的接觸只是在密封時的一瞬間，因此，1）極大地減少了閥座與閥板之間在開關(guān)過程中的摩擦，減少了磨損，延長使用壽命；2)由于摩擦的減少,使閥門的操作扭矩減小,可使用較小的執(zhí)行機(jī)構(gòu),降低工人的勞動強(qiáng)度；3)由于其密封是靠閥座與閥板上密封圈之間的擠壓實(shí)現(xiàn)的,因此扭矩越大密封等級越高。如果閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,則可實(shí)現(xiàn)極高的密封效果。4)對密封接觸角度的合理設(shè)計,可排除閥門卡死的可能性。因而提高了操作的可靠性；5)與一般的蝶閥相比,三偏心蝶閥采用金屬密封,克服了軟密封的弱點(diǎn),適用溫度范圍更加廣泛。不但可替代閘閥用于

22、高、低溫工況,亦可用于耐腐蝕抗沖刷的工況。缺點(diǎn)：三偏心蝶閥對結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材要求嚴(yán)格，特別是密封圈，其橢圓形截面尺寸要求精確，工作條件亦苛刻，并且由于蝶板和閥座的彈性變形，在其接觸和脫離的瞬間，仍存在著摩擦，又由于存在著正流和逆流兩種不同的工作狀態(tài)，要達(dá)到零泄漏比較困難，所以需要開發(fā)新的產(chǎn)品。三偏心蝶閥在設(shè)計上還兩個難點(diǎn)。其一是高密封性能和低開閉力矩的矛盾。要求密封性能好,就必須提高密封面比壓,這必然要增加摩擦力,使開閥力矩也相應(yīng)增大。由于存在著正流和逆流兩種不同的工作狀態(tài),密封性能與開閉力矩之間呈現(xiàn)更復(fù)雜的關(guān)系。其二是正流和逆流的不同密封性能。以蝶板為例,介質(zhì)流動方向的上游和下游情況不同。正流

23、狀態(tài),蝶板轉(zhuǎn)動方向與介質(zhì)流動方向相同,上游密封條件較好,容易達(dá)到零泄漏。逆流狀態(tài)時介質(zhì)流動方向與蝶板轉(zhuǎn)動方向相反,上游密封條件不好,一般要求外部施加留駐力矩,才能保持密封面的比壓。要達(dá)到零泄漏比較困難。本次設(shè)計蝶閥主要包括密封組裝的閥體、閥桿、閥板、閥座及其驅(qū)動裝置，閥體包括主閥體和副閥體兩部分，主閥體和副閥體中心軸線重合，由法蘭螺栓密封連接；主閥體的內(nèi)圓周上設(shè)置有鍵槽；閥座為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置在閥體內(nèi)，其一端的外圓周面上安裝有滑鍵，并可沿主閥體的鍵槽軸向滑移，閥座的滑鍵內(nèi)圓周面安裝有閥座密封圈，與安裝在閥板外圓周邊緣的閥板密封環(huán)相配合構(gòu)成密封副，閥座另一端的外圓周面制有與驅(qū)動裝置機(jī)械連接的外螺

24、紋；副閥體的內(nèi)圓周面的一端設(shè)置有驅(qū)動裝置支座；閥桿的上、下端分別用圓錐銷通過上連接座和下連接座與閥板連接；閥板的轉(zhuǎn)動軸線與密封副平面之間存在軸向偏心，為單偏心結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本次設(shè)計蝶閥的有益效果是： 1.效能提高。本次設(shè)計的蝶閥將傳統(tǒng)的固定式閥座改進(jìn)設(shè)計成為可沿閥體中心線軸向移動的移動式閥座，閥門開啟時，閥座在其驅(qū)動裝置作用下沿閥體的中心軸線方向軸向移動，松開對閥板的壓緊，閥座密封圈與閥板密封環(huán)脫離，當(dāng)密封面脫離開一段距離后，啟動閥桿轉(zhuǎn)動，無摩擦的情況下打開閥板。這種設(shè)計避免了閥板在轉(zhuǎn)動時密封副之間產(chǎn)生摩擦力，可使閥門的使用壽命由目前的幾千次提高到幾十萬次。并且開啟閥板時，閥板兩邊的介

25、質(zhì)壓力已卸掉大部分，所以啟閉力矩大大減小，僅為一般蝶閥的10%左右，可使驅(qū)動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號相應(yīng)減少，從而降低了成本，節(jié)約了能源，同時提高了啟閉速度。 2.易于制造。本設(shè)計蝶閥結(jié)構(gòu)緊湊，閥的體積及重量比較輕，操作簡易輕便，生產(chǎn)制造比較容易。 3.密封性好。本設(shè)計蝶閥閥門關(guān)閉時，閥板轉(zhuǎn)到原位后，閥座在其驅(qū)動裝置作用下，沿閥體的中心軸線方向平行壓向閥板的密封環(huán)，直至閥座壓緊閥板，能保證密封面間均勻的密封比壓；且本設(shè)計的閥座驅(qū)動裝置具有反向傳動自鎖性，能保證密封面的壓緊和良好的密封性能。 4.適用性廣。本設(shè)計蝶閥的驅(qū)動方式多樣，可采用電動、手動、液動或氣動方式驅(qū)動，使用非常方便。3 部件的選擇及校

26、核3.1 選用電動機(jī) 閥桿的驅(qū)動電機(jī)的選擇：根據(jù)題目所給要求：公稱壓力0.05-0.6Mpa 通徑為1020mm，通過查閱機(jī)械設(shè)計師手冊，電動裝置力矩值應(yīng)為： 蝶閥閥桿轉(zhuǎn)速：0.5-4r/min所以選定閥門電動裝置的型號為：Q602 閥門專用電動機(jī)：N = 式中：N 電動機(jī)功率 M 電動裝置最大輸出轉(zhuǎn)矩（N ） n 電動裝置的輸出轉(zhuǎn)速 電動裝置的整機(jī)效率 K 閥門專用電動機(jī)的利用系數(shù)其中：M=13000N n=2r/min K=1.5 =0.9 其中閥桿的轉(zhuǎn)速設(shè)定為2r/min，電動裝置直接連接閥桿，與閥桿轉(zhuǎn)速相同。帶入數(shù)據(jù)計算得：2.2 KW電動機(jī)型號： YDF213.2 3.2 確定閥體各

27、部件尺寸3.2.1 確定閥體的厚度閥體所用材料為Q235A，根據(jù)公式： S=+c式中：=30 設(shè)計給定余量 c=1mm將數(shù)據(jù)代入公式中得：S=16.5mm設(shè)計時以SS為合格，所以設(shè)計選定閥體厚度為20mm。3.2.2 確定移動蝶座的內(nèi)徑通過查設(shè)計手冊，選定閥座內(nèi)徑為970mm。3.2.3 確定蝶板的尺寸蝶板的厚度 b=0.054D 代入數(shù)據(jù)計算得 b=29.3取b=30mm 得蝶板直徑：d=940mm 圖3.1 蝶板3.2.4 確定閥桿的直徑表 1：閥軸直徑和操作扭矩對應(yīng)關(guān)系表操作扭矩（N·m）閥軸直徑（mm）軸徑代號操作扭矩（N·m）閥軸直徑（mm）軸徑代號5014d14

28、600070d7012518d18800080d8025022d2212000100d10050028d2816000120d120100032d3220000140d140200040d4032000150d150300050d5040000160d160400060d6060000180d180根據(jù)操作扭矩為10000 N·m，查表1運(yùn)用插值法確定閥軸的直徑為90mm。3.2.5 錐面密封： Q=(D+b)p=(970+10)p=452.35KNQ=(D-D)(1+f/tan)q =(980-970)(1+0.4) =121.235KNQ=Q+Q=573.585計算比壓：q =

29、(D+D) = 4.7Mpa查手冊得：q=3.6 q=30.0滿足q < q < q 所以設(shè)計合格。3.2.6選擇齒輪考慮到齒輪內(nèi)徑尺寸及齒輪模數(shù)大小，選定傳動比i=6，模數(shù)m=4，小齒輪齒數(shù)Z =50 大齒輪齒數(shù)Z =300 小齒輪的分度圓直徑：d=m Z =200mm 大齒輪的分度圓直徑：d =m Z =1200 mm齒頂高：h =5mm 齒根高：h=4mm螺紋的螺距設(shè)定為4mm，啟閉長度為20mm。4 UG建模及裝配4.1 UG草圖在UG中，使用草圖可非常方便地對構(gòu)成特征的二維截面輪廓進(jìn)行參數(shù)化控制。繪制草圖時可按照設(shè)計思路隨意繪制，然后對草圖施加約束和定位，從而精確的控制他

30、們的尺寸，形狀，和位置，以滿足設(shè)計要求。而由草圖經(jīng)過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作生成的三維實(shí)體模型是與草圖相關(guān)的，修改草圖時，關(guān)聯(lián)的實(shí)體模型會自動改變。4.1.1 建立草圖工作平面在一個部件文件中，每個草圖具有唯一的草圖名，因此在建立草圖前，應(yīng)首先確定草圖的名稱。產(chǎn)生草圖平面即是定義一個平面和一個坐標(biāo)系，這個平面可以是坐標(biāo)系，也可以使物體上的一個平面，我們在這個平面上建立草圖對象。4.1.2 建立草圖對象繪制草圖時只需畫出大致輪廓和位置，但形狀和尺寸不能與標(biāo)準(zhǔn)輪廓相差太多，否則施加約束時圖形有可能嚴(yán)重變形，完全背離了設(shè)計意圖。4.1.3 約束草圖畫出大致的曲線輪廓后，通過施加約束來保證曲線的具體形狀和尺寸

31、，草圖約束分為尺寸約束和幾何約束，前者約束草圖的尺寸，后者約束草圖的幾何之間的關(guān)系。在施加約束時應(yīng)在觀察自由度符號的同時，交替進(jìn)行幾何約束和尺寸約束。4.2 UG建模 將相配組件中的一個對象中心定位到基礎(chǔ)組件中的一個對象中心上，其中兩個對象都必須是圓柱體或軸對稱實(shí)體。將相配組件中的一個對象中心定位到基礎(chǔ)組件中的兩個對象的對稱中心上5 UG仿真運(yùn)動分析5.1 仿真技術(shù)簡介近年來,隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用,我國在仿真系統(tǒng)的建模與開發(fā)方面迅速發(fā)展起來, 并取得了很大的成就。在機(jī)械工程領(lǐng)域, 建模與仿真技術(shù)的應(yīng)用已擴(kuò)展到產(chǎn)品的全生命周期:方案論證、設(shè)計制造、試驗(yàn)、使用和維護(hù)訓(xùn)練。從而在制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和制

32、造的過程中,計算機(jī)仿真已成為不可缺少的工具,它在減少損失、縮短開發(fā)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮了巨大作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展和軟硬件產(chǎn)品的開發(fā),使仿真技術(shù)的應(yīng)用、意義和成果都得到進(jìn)一步擴(kuò)展。5.1.1 仿真技術(shù)的意義和應(yīng)用商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,使機(jī)械產(chǎn)品的性能和類型需要隨著市場的需求快速變化, 以滿足各種用戶和不同功使它能滿足需求變化。機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計是各種機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的初步,它的優(yōu)劣直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和經(jīng)濟(jì)價值。機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計, 過去一般是由機(jī)械工程師和專家共同完成,通過功能需求分析、計算方案結(jié)構(gòu)尺寸、畫出草圖研究,最后從中選出兩個或更多方案進(jìn)行試驗(yàn)研究,通常經(jīng)過幾次改進(jìn)才能確定最終方案。對

33、于設(shè)計過程的支持可以利用專家系統(tǒng)、人工智能和實(shí)例化等方法開發(fā)出實(shí)際有效的智能設(shè)計支持系統(tǒng),幫助設(shè)計者取得更好的成果。對設(shè)計方案的仿真過程研究無論對于專家, 還是設(shè)計者都有重要意義,它能在實(shí)體制造之前給人直觀、清晰的設(shè)計結(jié)果。最早應(yīng)用Basic、Fotran 等進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和二維運(yùn)動仿真,編制分析子程序,給出初始條件調(diào)用這些子程序進(jìn)行計算和運(yùn)動圖形的繪制。它被用于教學(xué)、機(jī)構(gòu)性能研究和特殊機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析及解決工程實(shí)際問題。而隨著工程問題的逐漸復(fù)雜和計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,開始利用三維圖形技術(shù)(3DS) 解決設(shè)計問題, 它給用戶和設(shè)計人員提供更加逼真的仿真過程,這更為三維機(jī)構(gòu)(球面機(jī)構(gòu)等)

34、的設(shè)計研究提供了可能, 同時也為方案論證提供有力的依據(jù)。在一些文獻(xiàn)中論述了利用仿真技術(shù)求解一個較難的實(shí)際工程問題,通過方案運(yùn)動仿真后,一次實(shí)驗(yàn)取得成功。但整個過程需要專家、機(jī)械工程師和計算機(jī)工程師一起協(xié)同完成, 這就使它的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展受到限制。因而需要為機(jī)械工程師建立一個可以自己方便進(jìn)行三維設(shè)計的仿真系統(tǒng), 它能提供充足的模塊和操作功能,使機(jī)械工程師很方便地進(jìn)行多機(jī)構(gòu)建模和運(yùn)動仿真。另外也能與智能設(shè)計支持系統(tǒng)連接,使在設(shè)計系統(tǒng)中得出的運(yùn)動方案可直接在仿真系統(tǒng)中自動生成三維模型,并可進(jìn)行運(yùn)動仿真。5.1.2 仿真系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案仿真系統(tǒng)是為了滿足對設(shè)計方案進(jìn)行實(shí)時仿真,不僅可以對機(jī)

35、構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律(運(yùn)動的位移曲線、速度曲線和加速度曲線) 進(jìn)行分析, 而且可以在三維的模型中實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程的可視化, 并且實(shí)現(xiàn)運(yùn)動過程的干涉檢驗(yàn)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)造型需要建立基本機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(包括連桿機(jī)構(gòu),凸輪機(jī)構(gòu), 槽輪機(jī)構(gòu)等) 和基本構(gòu)件3D 造型庫,系統(tǒng)將首先在數(shù)據(jù)中查詢出設(shè)計方案的各個參數(shù)和機(jī)構(gòu)構(gòu)件的裝配關(guān)系,然后利用構(gòu)件3D 造型庫構(gòu)造出實(shí)體模型。如果在仿真系統(tǒng)中只有幾個機(jī)構(gòu)模擬運(yùn)行, 設(shè)計者較難確定設(shè)計結(jié)果的可行性,而為各個機(jī)構(gòu)加入執(zhí)行工件后可以使各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況能夠更真實(shí)的反映出來。它包括系統(tǒng)內(nèi)造型即利用基本形體和基本構(gòu)件3D 造型庫來造型, 外部造型輸入即先利用一些3D 造型軟件設(shè)計復(fù)

36、雜實(shí)體,然后轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)識別的點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),即可在系統(tǒng)內(nèi)使用。在完成機(jī)構(gòu)的造型過程之后進(jìn)行機(jī)構(gòu)的綜合分析,通過運(yùn)動分析軟件系統(tǒng)和干涉檢查系統(tǒng)對整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置、速度和加速度特性及機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程干涉進(jìn)行分析, 給出可視化的運(yùn)動過程顯示和各種分析結(jié)果,判斷機(jī)構(gòu)是否能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求。 5.2 UG運(yùn)動仿真模塊介紹并用動畫來表現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程,用圖表和電子表格來反映運(yùn)動仿真的結(jié)果,得到精確機(jī)構(gòu)運(yùn)動數(shù)據(jù),為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù), UG軟件的運(yùn)動分析模是一個模擬仿真分析的設(shè)計工具，它是ADAMS軟件的一個子集。它既能進(jìn)行運(yùn)動分析，又能進(jìn)行動力學(xué)分析。與傳統(tǒng)方法比較，U G 制作機(jī)構(gòu)的三維運(yùn)動仿

37、真較為便利 ,節(jié)省時間和物力。而且確定最佳方案之后 ,參與組合的零件模型圖可直接轉(zhuǎn)為二維生產(chǎn)圖紙或生成代碼用于數(shù)控加工。其典型步驟如下：首先將要分析的裝配圖存入一個Scenario文件，確定分析所需構(gòu)件，再建立構(gòu)件之間的運(yùn)動副，然后定義整個機(jī)構(gòu)承受的載荷，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，從中得出所分析的運(yùn)動副處的位移、速度、加速度及力的數(shù)值及特性曲線，為下一步做有限元分析或作強(qiáng)度分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計打下了基礎(chǔ)。 5.3 UG運(yùn)動仿真模塊的基本概念5.3.1 機(jī)構(gòu)的組成1. 構(gòu)件任何機(jī)器都是由許多零部件組合而成的。這些零件中，有的是作為一個獨(dú)立的運(yùn)動單元體而運(yùn)動的，有的由于結(jié)構(gòu)和工藝上的需要，而

38、與其他零件剛性的連接在一起，作為一個整體而運(yùn)動，這些剛性連接在一起的各個零件共同組成了一個獨(dú)立的運(yùn)動單元體。機(jī)器中每一個獨(dú)立的運(yùn)動單元成為一個構(gòu)件。2. 運(yùn)動副由構(gòu)件組成機(jī)構(gòu)時，需要以一定的方式把各個構(gòu)件彼此連接起來，這種連接不是剛性連接，而是能產(chǎn)生某些相對運(yùn)動。這種由兩個構(gòu)件組成的可動連接稱為運(yùn)動副，把兩個構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的表面稱為運(yùn)動副元素。3. 自由度和約束設(shè)有任意兩構(gòu)件，它們在沒有構(gòu)成運(yùn)動副之前，兩者之間有6個相對自由度（在直角坐標(biāo)系中三個移動和三個轉(zhuǎn)動自由度）。若將兩者以某種方式連接起來而構(gòu)成運(yùn)動副，則兩者之間的運(yùn)動便受到一定的約束。運(yùn)動副常根據(jù)兩構(gòu)件的接觸情況進(jìn)行分類

39、，兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動副稱為高副，通過面接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的稱為低副，另外也有按移動方式分類的運(yùn)動副，回轉(zhuǎn)副、螺旋副、球面副等移動方式分別為移動、轉(zhuǎn)動、螺旋運(yùn)動和球面運(yùn)動。5.4 無磨損蝶閥的運(yùn)動仿真分析當(dāng)?shù)y零件裝配為系統(tǒng)(總成) 之后 ,就可以對對其作運(yùn)動分析了。UG的運(yùn)動分析模塊可在屏幕上模擬真實(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動 ,并檢查運(yùn)動軌跡和運(yùn)動干涉等 ,進(jìn)行三維動態(tài)仿真。運(yùn)動分析之前 ,要對各零件和運(yùn)動副定義。運(yùn)用的 UG工具主要有構(gòu)件、運(yùn)動副等。經(jīng)過上述定義和編輯之后 ,機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動仿真。UG的動畫工具可計算機(jī)構(gòu)的加載運(yùn)動是否正確 ,干涉檢驗(yàn)功能可檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動干涉，并用激活選項(xiàng) ,

40、設(shè)定以高亮點(diǎn)來顯示干涉部位。蝶閥的運(yùn)動分析主要包括以下幾個步驟：打開裝配好了的主模型文件；圖5.1 設(shè)置機(jī)構(gòu)分析環(huán)境1) 進(jìn)入運(yùn)動分析模塊，創(chuàng)建一個Scenario模型并設(shè)置機(jī)構(gòu)分析環(huán)境,選擇運(yùn)動學(xué)解算器,如圖5.1 所示；2) 創(chuàng)建各機(jī)構(gòu)對象包括構(gòu)件、運(yùn)動副、標(biāo)記等，如圖5.2、5.3所示； 圖5.3 建立運(yùn)動副圖5.2 設(shè)置連桿圖5.4分析模型導(dǎo)航器在設(shè)置連桿時，一定要注意在UG中連桿的定義，它是指在運(yùn)動時一起運(yùn)動的所有部件。因此，不僅包括常規(guī)意義上的連桿，也要把連桿上隨其一塊運(yùn)動的緊固件、及軸套等共同定義為一個連桿。在定義運(yùn)動副時，一定要保證運(yùn)動副的方向是正確的，否則將不能實(shí)現(xiàn)理想的運(yùn)動。在定義時，均采用旋轉(zhuǎn)副，這需要定義四個。定義好后的連桿、運(yùn)動副及后來定義的智能點(diǎn)都可以在模型導(dǎo)航器中找到，圖5.4為分析模型導(dǎo)航器；3) 設(shè)置標(biāo)記、跟蹤及干涉選項(xiàng)：以閥座和智能點(diǎn)A001，及閥板和智能點(diǎn)A002為跟蹤對象；以閥板與閥座