1、目 錄中文摘要（關(guān)鍵詞） 1英文摘要（關(guān)鍵詞）21前言 31 .1閥門概況 3閥門行業(yè)技術(shù)水平 31.1.2 國(guó)外閥門行業(yè)最新發(fā)展動(dòng)向 4蝶閥 4蝶閥的發(fā)展 5蝶閥的結(jié)構(gòu)特性 5閥門的性能和系統(tǒng)要求 6中線蝶閥 62 凸耳式中線無(wú)銷蝶閥 73凸耳式中線無(wú)銷蝶閥的總體設(shè)計(jì) 8設(shè)計(jì)的基本要求： 8閥座的設(shè)計(jì)與選擇 9閥軸、閥板、閥體結(jié)構(gòu)的選擇 10凸耳式中線無(wú)銷蝶閥的設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 114中線無(wú)銷蝶閥實(shí)體建模 12中線無(wú)銷蝶閥建模過(guò)程 12中線無(wú)銷蝶閥裝配體及各部分零件 125中線無(wú)銷蝶閥設(shè)計(jì)計(jì)算 17基本參數(shù) 17中線無(wú)銷蝶閥典型計(jì)算 17軸的強(qiáng)度校核 266結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28致 謝 29摘

2、要中線無(wú)銷蝶閥是蝶閥中的一種，其主要特點(diǎn)就是閥軸與蝶板間的聯(lián)結(jié)不需要用銷聯(lián)結(jié)，這種蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，而且在很大程度上方便閥板的維修與拆卸（可現(xiàn)場(chǎng)拆裝），并且無(wú)銷蝶閥集成了蝶閥的一貫優(yōu)點(diǎn)，無(wú)銷蝶發(fā)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、材料耗用省，安裝尺寸小，而且驅(qū)動(dòng)力矩小，操作簡(jiǎn)便、迅速，并且還可同時(shí)具有良好的流量調(diào)節(jié)功能和關(guān)閉密封性能。在國(guó)內(nèi)外蝶閥發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用Solidworks的從底至頂和從底至頂相結(jié)合的思想完成了中線無(wú)銷蝶閥的實(shí)體建模、干涉檢查和運(yùn)動(dòng)仿真，并對(duì)其組成零件進(jìn)行了最優(yōu)方案的選擇和零件強(qiáng)度的校核，進(jìn)一步完善了中線無(wú)銷蝶閥的結(jié)構(gòu)。選擇了全橡膠有骨架閥座，增強(qiáng)了閥門的扭矩穩(wěn)定性，閥

3、門裝配容易，端面采用凸臺(tái)式, 以消除管道法蘭壓力對(duì)密封面的影響，安裝和粘結(jié)于閥體后與閥體吻合性好, 尺寸控制穩(wěn)定 ，密封副采用平面閥座與圓弧蝶板接觸的型式, 摩擦力矩小，密封性能好。閥板設(shè)計(jì)成鐵餅形狀，閥板較薄，使得流量系數(shù)大，流阻小。所設(shè)計(jì)的閥門能夠達(dá)到密封性能好，介質(zhì)流通性能良好，裝置可靠性高的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：中線無(wú)銷蝶閥；發(fā)展現(xiàn)狀；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建模；密封性能        Abstract    Center line butterfly valve without pin is one of bu

4、tterfly valve, the main characteristics of it is the link between valve shaft and valve plate does not need to link with marketing,this kind of butterfly structure is Simple and compact,and to a great extent, the repair and demolition of valve is convenient(Disassemblage could be done at the scene),

5、and center line butterfly valve without pin involves consistent advantage of butterfly valve, center line butterfly valve without pin is Not only has a simple structure, small value, light weight,and the consumption of material is saving, installation size is small,but also has a small driving torqu

6、e,its operation is simple and rapid,and it can possess good flow and good closure of the sealing performance at the same time.In the basis of the development of domestic and foreign butterfly valve,we can use the method of SolidWorks topdown and downtop together to achieve the solid modeling, interf

7、erence detection and motion simulation of center line butterfly valve without pin,we can also achieve the best choice of program and the checking of parts intensity of its component parts,this perfected the frame of center line butterfly valve without pin further.Weve chosen skeleton-wide rubber sea

8、t,this enhanced the valves torque stability, valves assemblyment becomes easy,its end panel uses convex desktop,we use these methods to remove pipe flanges pressure which affects sealing surface, skeleton-wide rubber seat is installated and bonded to valves back so that there is good anastomosis of

9、valve and it, the control of size is stability, vice-sealed uses butterfly valve with circular flat plate of the type of contact, friction torque is small, sealing performance is good. The valve is designed to the shape of discus, plate valve is thin,this makes flow coefficient large, flow resistanc

10、e small.The designed valve could achieve design requirements of good sealing performance,good medium flow performance and high device reliability.Key words: center line butterfly valve；development；structural design；Modeling；sealing performance1前言閥門是石油、化工、電站、長(zhǎng)輸管線、造船、核工業(yè)、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門不可缺少的流體

11、控制設(shè)備。閥門廣泛應(yīng)用于國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，需求數(shù)量巨大，由于要適應(yīng)各種不同工況條件的要求，因而特的品種繁多數(shù)量巨大。我國(guó)的閥門制造業(yè)十分龐大，閥門生產(chǎn)廠家數(shù)以計(jì)千，遍布全國(guó)，目前我國(guó)已成為全球閥門產(chǎn)量和市場(chǎng)需求最大的國(guó)家之一。單我國(guó)的閥門行業(yè)大多為中、小企業(yè)，良莠不齊，年產(chǎn)值超億元的廠家為數(shù)不多，及時(shí)與國(guó)內(nèi)其他機(jī)械行業(yè)相比，無(wú)論在加工裝備上還是在技術(shù)水平上都存在很大的差距，真正具有獨(dú)立研究開(kāi)發(fā)高端產(chǎn)品能力的單位很少，因而在大型石化、核電、油氣長(zhǎng)輸管線等重大工程項(xiàng)目中配套的閥門，目前主要還是依靠進(jìn)口。上述工業(yè)的發(fā)展和需要，推動(dòng)了閥門工業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，在滿足各方面高參數(shù)新要求的同時(shí)，對(duì)閥門的結(jié)

12、構(gòu)、材料和生產(chǎn)工藝等方面，對(duì)如何做到好地提高性能、可靠性及降低成本等也予以密切關(guān)注1。1 .1閥門概況閥門行業(yè)技術(shù)水平1）成套水平 隨著國(guó)外大型成套技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一系列新型成套設(shè)備與單機(jī)。與閥門有關(guān)的新型成套設(shè)備發(fā)展的特點(diǎn)是：大型化、高參數(shù)化、高性能自動(dòng)化和成套化。 與這些成套設(shè)備配套的閥門最大通徑與最高壓力：最大平板閘閥通徑1620mm，2000和3050mm（美國(guó)、日本）；最大蝶閥通徑9750mm；最大球閥通徑3050mm，不算驅(qū)動(dòng)裝置的重量184t；最大水用閘閥通徑2750mm，9mpa（日本）。設(shè)備大型化經(jīng)濟(jì)效果：概括起來(lái)說(shuō)，一是提高生產(chǎn)效率，二是減少基建投資，三是降低原燃料消耗。

13、成套設(shè)備自動(dòng)化水平：國(guó)外石油化工企業(yè)主要成產(chǎn)過(guò)程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制，有的還實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分級(jí)控制。合成氨、乙烯、尿素、合成纖維、合成橡膠和合成塑料等化工企業(yè)普遍實(shí)現(xiàn)巡回檢測(cè)、報(bào)警，有的實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和局部最佳化控制。20kw以上大型發(fā)電機(jī)組普遍向計(jì)算機(jī)控制發(fā)展。核電站普遍用計(jì)算機(jī)控制，但一般直屬于監(jiān)視一級(jí)水平，閉環(huán)控制和少。以上這些成套設(shè)備的控制方式也都要求閥門與之相適應(yīng)。所以，近年來(lái)，國(guó)外閥門的控制方式也有很大發(fā)展。除一般手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)傳動(dòng)之外，電液聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)控制的閥門種類不斷增多，并有進(jìn)一步的發(fā)展趨勢(shì)2。2）系列品種水平 隨著各類成套設(shè)備、工藝流程和性能的改善，國(guó)外閥門的系列品

14、種還在不斷增加，近年來(lái)出現(xiàn)了不少新品種。如，緊急切斷閥、快速開(kāi)關(guān)閥、防火閥、防靜電閥、減溫減壓閥、蝶型止回閥、泄壓閥、真空夾套閥、水冷或氣冷高溫夾套閥、安全閘閥、安全截止閥等多種新式閥門，其中通用閥門中球閥、蝶閥和平板閘閥是近些年來(lái)發(fā)展最快的閥門品種。3）閥門產(chǎn)品質(zhì)量水平A密封性可靠。按密封程度進(jìn)行分類，分三級(jí)。一、二級(jí)用于密封性要求高的地方，三級(jí)用于通用的中低壓工業(yè)閥門。B閥門一次開(kāi)關(guān)時(shí)間。某些閥門要求在很短時(shí)間內(nèi)開(kāi)啟或關(guān)閉。一次開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)短標(biāo)志著閥門性能的優(yōu)劣。美國(guó)某些閥門一次開(kāi)關(guān)時(shí)間已經(jīng)達(dá)到毫秒的程度。C閥門使用壽命。國(guó)外閥門使用壽命用兩種方式表示：一種用使用年限，一種用開(kāi)關(guān)次數(shù)表示3。

15、1.1.2 國(guó)外閥門行業(yè)最新發(fā)展動(dòng)向 自80年代以來(lái)，世界各國(guó)閥門行業(yè)雖沒(méi)有引起震動(dòng)的大變革，但仍出現(xiàn)許多新發(fā)展動(dòng)向。 1）致力于閥門產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。 目前，國(guó)際上較有影響的閥門標(biāo)準(zhǔn)體系除ISO標(biāo)準(zhǔn)外，還有美國(guó)的ASME、API、ANSI、MSS及ASTM等標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)的DIN標(biāo)準(zhǔn)，題本的JIS標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)的BS標(biāo)準(zhǔn)以及法國(guó)的FN標(biāo)準(zhǔn)等。自80年代以來(lái)，各國(guó)不但重視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作，更重視制訂嚴(yán)格的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，如ISO9000。2）閥門國(guó)際貿(mào)易進(jìn)一步擴(kuò)大。東亞和東南亞的閥門進(jìn)出口增長(zhǎng)迅速，北美和歐共體等發(fā)達(dá)國(guó)家間的相互貿(mào)易持續(xù)發(fā)展，都為國(guó)際閥門貿(mào)易的擴(kuò)大做出了貢獻(xiàn)。3）環(huán)境保護(hù)成為閥門高新技術(shù)開(kāi)

16、發(fā)的著眼點(diǎn)現(xiàn)在許多國(guó)家認(rèn)為用于環(huán)境保護(hù)的閥門新產(chǎn)品是一個(gè)有利可圖的嶄新市場(chǎng)。閥門污染主要是有毒物質(zhì)的泄露，噪聲污染，還有就是閥門材料的問(wèn)題。80年代開(kāi)始，各國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了純始末填料并大力推廣波紋管密封閥門。大大提高了可靠性并降低了有毒物質(zhì)的泄露。同時(shí)是采用多級(jí)卸壓和分級(jí)分解射流的閥門新結(jié)構(gòu)，用以減少噪聲。世界很多國(guó)家也限制了給水系統(tǒng)中閥門制造材料，減少并盡量避免含有有毒物質(zhì)4。1.2蝶閥閘閥、截止閥和止回閥是閥門家族最老的成員，閥門家族的新成員越來(lái)越受人們的歡迎，它包括有旋轉(zhuǎn)90開(kāi)關(guān)的閥門如球閥、蝶閥、自潤(rùn)滑柱塞和隔膜閥，這些類型的閥門具有操作快，壓力損失小的優(yōu)點(diǎn)。但是在這些閥門的設(shè)計(jì)中，最高工

17、作溫度受到人造合成橡膠密封的限制。這與閘閥和截止閥的情況不同，后者可以通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇閥體和密封材料來(lái)適應(yīng)任何工作條件5。1.蝶閥的發(fā)展6。1.蝶閥的結(jié)構(gòu)特性閥門由四個(gè)主要部件組成：閥體、閥板、閥桿和閥座。 蝶閥與球形旋塞相比，很相似，只有部分結(jié)構(gòu)不同。尤其在低溫和低壓下，蝶閥的優(yōu)點(diǎn)很突出。其尺寸規(guī)格較小，重量輕，且總體高度小，因而還具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。此外蝶閥的通道較寬，便于介質(zhì)通過(guò)。一般規(guī)格的都是軟密封蝶閥，其密封材料（包括合成材料）能夠?qū)崿F(xiàn)更加可靠的密封，相對(duì)于其它的加襯閥門來(lái)說(shuō)，還可由一個(gè)可替換的襯圈構(gòu)成襯里，可更換且與閥體材料無(wú)關(guān)。 在軟密封蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其碟版可能是中心的，偏心的

18、和雙偏心或三偏心的。中心的碟版，軟質(zhì)密封位于閥蓋中。雙偏心結(jié)構(gòu)的，優(yōu)點(diǎn)在于密封部位有效長(zhǎng)期。為了使蝶閥的密封性能適應(yīng)更高的溫度范圍，可使用金屬密封。像杜賽爾多夫一家公司產(chǎn)的閥可以經(jīng)受60c的工作溫度甚至更高7。 許多不同類型的用于流量控制。由于種種原因而使用它們，例如狀態(tài)（液體或氣體）、壓力、管路節(jié)流和顆粒含量。選擇其他閥門是因?yàn)樗鼈兙哂兄苯腔剞D(zhuǎn)完成開(kāi)啟和關(guān)閉的能力。所有閥門類型里，由于許多原因，包括上述的一些或所有原因，蝶閥被用作流量控制裝置，即裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥板，控制流程中的流動(dòng)介質(zhì)。閥板總是位于通道內(nèi)，但是因?yàn)樗容^薄，所以它對(duì)流動(dòng)幾乎沒(méi)有阻力。蝶閥技術(shù)在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)發(fā)展顯著，這可以部分

19、歸因于直角回轉(zhuǎn)操作、緊密切斷以及它在各種構(gòu)造材料中的可用性。早期的蝶閥使用集中在水應(yīng)用，但是新的設(shè)計(jì)和新的組成材料已允許它們用于不斷增加的工業(yè)流體應(yīng)用。1.閥門的性能和系統(tǒng)要求蝶閥的性能和系統(tǒng)要求主要有以下幾個(gè)方面：1.線性的。流量與閥板的行程量成正比。例如，在50%開(kāi)啟的情況下，流量是最大流量的50%。2.等百分比。等百分比的意思是，閥門的行程的等增量相對(duì)于前行程位置的流量生產(chǎn)等百分比的流量變化。例如，如果從20%開(kāi)啟到30%開(kāi)啟的閥行程變化產(chǎn)生一個(gè)70%的流量變化，那么從30%到40%開(kāi)啟的閥行程變化將產(chǎn)生又一70%的流量變化。如果在20%開(kāi)啟情況下的流量是100gpm，那么在30%開(kāi)啟情

20、況下的流量將是170gpm，在40%開(kāi)啟情況下的流量將比在30%行程的大70%或是289gpm。每一增量行程位置的情況都將如此。3.快開(kāi)?？扉_(kāi)閥的意思正在于此。當(dāng)閥門位置接近關(guān)閉位置時(shí)，由于閥行程的增量變化，通過(guò)閥門的流量迅速增大。當(dāng)閥門位置變的更加開(kāi)啟時(shí)，流量變化隨閥門行程的增量變化而減少，當(dāng)閥門位置接近全開(kāi)時(shí)，流量變化接近零。傳統(tǒng)上，多數(shù)蝶閥在20到70的開(kāi)啟角度呈現(xiàn)等百分比的固有特性。閥板設(shè)計(jì)的發(fā)展允許等百分比特性延伸到90的全開(kāi)啟位置。在選擇理想控制發(fā)特性的過(guò)程中，不要根據(jù)線性特性會(huì)提供一個(gè)全面的線性系統(tǒng)而誤選擇它。雖然可能想要個(gè)線性系統(tǒng)，但是線性閥門特性可能不提供系統(tǒng)線性。這是由于固

21、有閥門特性和安裝特性建的不同造成的。 固有特性是閥門在恒壓降下形成的，這種恒壓降是試驗(yàn)環(huán)境下特有的。當(dāng)閥門安裝在壓降隨閥門位置變化而變化的系統(tǒng)中時(shí)，出現(xiàn)安裝特性8。1.中線蝶閥 是蝶閥中最早的也是最常用的一種。蝶板的回轉(zhuǎn)中心位于閥體的中心線和閥板的密封面截面上，閥座采用合成橡膠。關(guān)閉時(shí)閥板的外援密封面擠壓合成橡膠閥座，使閥座產(chǎn)生彈性力作為密封比壓保證蝶閥的密封。中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)使雙向密封效果一樣，并且流動(dòng)阻力較小，但軸頭由于經(jīng)常處于摩擦狀態(tài)，比其它部位摩擦損失大，容易在此泄露。因此襯膠蝶閥中有時(shí)在軸頭初有四氟薄膜等材料，以減少摩擦，顯然，中線型如果做成金屬對(duì)金屬，要密封有些困難中線蝶閥可以設(shè)計(jì)成法

22、蘭連接，對(duì)夾連接和單夾連接，同時(shí)可設(shè)計(jì)成通桿，傳銷和兩節(jié)六方連接結(jié)構(gòu)等。中線蝶閥適用于要求達(dá)到完全密封、氣體試驗(yàn)泄漏為零、壽命要求較高、工作溫度在( - 10150)°C 的淡水、污水、海水、鹽水、蒸汽天然氣、食品、藥品、油品和各種酸堿及其他管路上9。技術(shù)革新，聯(lián)合它的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，已使蝶閥成為解決各種工業(yè)流量控制要求的可靠的，經(jīng)濟(jì)的、靈活的機(jī)動(dòng)的辦法。2 凸耳式中線無(wú)銷蝶閥凸耳式中線無(wú)銷蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°-90°之間，旋轉(zhuǎn)到90°時(shí)，閥門全開(kāi)狀態(tài)有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈

23、性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。目前 ,軟密封蝶閥作為一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。在已公知的蝶閥技術(shù)中，其密封形式多采用軟密封結(jié)構(gòu)，密封材料為橡膠、聚四氟乙烯等。軟密封蝶閥性能幾個(gè)分類1、按結(jié)構(gòu)形式分類(1)中心密封蝶閥(2)單偏心密封碟閥(3)雙偏心密封蝶閥(4)三偏心密封碟閥2、按密封面材質(zhì)分類(1)軟密封蝶閥。1)密封副由非金屬軟質(zhì)材料對(duì)非金屬軟質(zhì)材料構(gòu)成。2)密封副由金屬硬質(zhì)材料對(duì)非金屬軟質(zhì)材料構(gòu)成。(2)金屬硬密封蝶閥。密封副由金屬硬質(zhì)材料對(duì)金屬硬質(zhì)材料構(gòu)成。3、按密封形式分類(1)強(qiáng)制密封蝶閥

24、1)彈性密封蝶閥。密封比壓由閥門關(guān)閉時(shí)閥板擠壓閥座，閥座或閥板的彈性產(chǎn)生2)外加轉(zhuǎn)矩密封蝶閥。密封比壓由外加于閥門軸上的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生(2)充壓密封蝶閥。密封比壓由閥座或閥板上的彈件密封元件充壓產(chǎn)生(3)自動(dòng)密封蝶閥。密封比壓由介質(zhì)壓力自動(dòng)產(chǎn)生。本次設(shè)計(jì)的是凸耳式中線無(wú)銷蝶閥，采用軟密封，屬?gòu)椥悦芊獾y10。3凸耳式中線無(wú)銷蝶閥的總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的基本要求：1） 蝶閥主要用于截止閥和控制閥。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，只由少數(shù)幾個(gè)零件組成。而且只需旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)具有流體控制特性。所以怎樣能使蝶閥處于完全開(kāi)啟位置時(shí)，介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)的阻力較小，使其有良好的流量特性成為設(shè)計(jì)的

25、一個(gè)關(guān)鍵。2） 閥門的密封性能是考核閥門質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。閥門的密封性能包括兩方面，即內(nèi)漏和外漏。內(nèi)漏指閥座與關(guān)閉件之間對(duì)介質(zhì)達(dá)到的密封程度；外漏指填料部分的泄漏、中法墊片部位的泄漏及閥體因鑄造缺陷造成的滲漏。所以提高閥門的密封性能成為閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵11。 圖3-1凸耳中線無(wú)銷蝶閥部件示意圖 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式有手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)等。如下有幾種常見(jiàn)形式：蝸輪蝸桿形式 手柄形式 電動(dòng)快速開(kāi)關(guān)形式 圖3-2常見(jiàn)閥門形式本次設(shè)計(jì)的是8凸耳式中線無(wú)銷蝶閥，根據(jù)規(guī)定，一般10以上的閥用蝸輪蝸桿形式，10以下用手柄形式的。而電動(dòng)快開(kāi)形式一般多用于各種快速開(kāi)關(guān)、切斷工藝管路，且較小的閥門

26、用電動(dòng)形式成本也較高，所以這次設(shè)計(jì)選用手柄式驅(qū)動(dòng)。如圖：手柄驅(qū)動(dòng)方式操作簡(jiǎn)單，拆卸方便，其中分度盤和手柄配合具有較好的調(diào)節(jié)角度作用，可實(shí)現(xiàn)在0。、15。、30。、45。、60。、75。、90。轉(zhuǎn)換。 閥座的設(shè)計(jì)與選擇襯膠對(duì)夾式蝶閥在加工、裝配、試驗(yàn)和使用中發(fā)現(xiàn), 圖3-3分度盤其主要問(wèn)題是橡膠密封圈尺寸不穩(wěn)定,閥門啟閉扭矩不統(tǒng)一, 與管道法蘭密封面接觸面積小, 有的整個(gè)閥門落入管道法蘭孔中, 閥桿處易泄漏(特別是使用一段時(shí)間后) 等。目前國(guó)內(nèi)常用襯膠對(duì)夾式蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖： A型 B型 圖3-4 常見(jiàn)襯膠對(duì)夾式蝶閥結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：A 型閥門蝶板密封面為圓弧面, 閥座密封面為平面。當(dāng)閥座尺寸誤差較小時(shí)

27、, 密封面摩擦力矩較小。B 型閥門采用閥座中高圓弧密封面與蝶板外圓平面接觸的密封副型式,蝶板加工簡(jiǎn)單, 當(dāng)介質(zhì)壓力較高時(shí), 可通過(guò)適當(dāng)加大密封面過(guò)盈量來(lái)達(dá)到密封。由于密封面接觸面積大, 故摩擦力矩較大。A、B 型閥門由于直接將閥座裝入閥體, 橡膠層相對(duì)較厚, 受橡膠收縮率的影響較大, 尺寸控制不穩(wěn)定, 甚至每一批壓制的都不同。因此, 閥座加工后才能配車蝶板, 延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期, 不容易批量投入生產(chǎn)。A型閥座采用內(nèi)孔壓制2 道O 形密封帶,B型采用鑲?cè)?模壓入閥座) 內(nèi)裝入O形圈的形式, 當(dāng)O型圈磨損后可以更換, 共同之處是在軸上再開(kāi)12 道O 形圈溝槽。在閥門的裝配、調(diào)試和用戶使用中發(fā)現(xiàn), 閥門

28、啟閉幾次特別是使用一段時(shí)間后和閥門啟閉頻繁的場(chǎng)合, O 型圈磨損較快, 造成介質(zhì)滲漏。A 型閥座采用環(huán)耳、外圓帶燕尾槽和閥體相連接。B 型閥座采用環(huán)耳結(jié)構(gòu)。A、B型閥座裝配時(shí)在閥體與閥座之間加入粘結(jié)劑, 防止閥門啟閉過(guò)程中閥座脫落。當(dāng)A、B 型閥座采用較軟的氟或硅橡膠材料時(shí), 裝配不便。連接在管道中后, 由于法蘭螺栓的作用, 橡膠閥座內(nèi)徑收縮過(guò)盈量增大, 而容易將閥座刮落12。借于以上兩種閥座的優(yōu)點(diǎn)和不足，設(shè)計(jì)了如圖所示的閥座： 圖3-5 閥座 這種閥座的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：1） 有三條水線，與軸配合處圓弧設(shè)計(jì)代替O型圈，簡(jiǎn)單方便，便于擠壓。2） 閥座橡膠直硫化在靠背上, 通過(guò)靠背裝入閥體, 閥門裝配

29、容易。3） 端面采用凸臺(tái)式, 以消除管道法蘭壓力對(duì)密封面的影響4） 安裝和粘結(jié)于閥體后與閥體吻合性好, 尺寸控制穩(wěn)定。5） 密封副采用平面閥座與圓弧蝶板接觸的型式, 摩擦力矩小，密封性能好。閥軸、閥板、閥體結(jié)構(gòu)的選擇1）閥軸的選擇目前軸與蝶板采用銷連接的比較多。在惡劣的工況條件下連接銷有損壞現(xiàn)象, 這主要是由于制造的原因, 其中吻合精度不好, 銷子尺寸選擇不合適, 銷子硬度不夠或采用材料不合適等。為了避免上述弊端，采用無(wú)銷連接，把軸分為上下兩根，其中上轉(zhuǎn)軸做成兩端方形的，與閥板的方空連接，卡住。這樣的設(shè)計(jì)不僅避免了銷連接所造成的弊端，而且拆卸相當(dāng)便利。上轉(zhuǎn)軸與閥體上法蘭軸孔連接處，采用卡簧、O

30、型圈、墊片、對(duì)開(kāi)環(huán)來(lái)固定和密封。2）蝶板的結(jié)構(gòu) 蝶板做成鐵餅形，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是流量系數(shù)大，流阻小，使閥門有良好的流量特性。3）閥體的結(jié)構(gòu) 常用的蝶閥有對(duì)夾式蝶閥和法蘭式蝶閥兩種。本設(shè)計(jì)采用對(duì)夾式蝶閥，它是用雙頭螺栓將閥門連接在兩管道法蘭之間。3.5凸耳式中線無(wú)銷蝶閥的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：    1.全橡膠有骨架閥座，增強(qiáng)了閥門的扭矩穩(wěn)定性。    2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，所有零件均為可拆連接，維護(hù)方便、迅速。    3.啟閉力矩小，良好的流量調(diào)節(jié)功能和關(guān)閉密封性能。    4.閥

31、板特有設(shè)計(jì)，流量系數(shù)大，流阻小。    5.適用介質(zhì)：淡水、污水、海水、空氣、蒸汽、食品、藥品、各類油類、堿類、酸類、鹽類等，在額定壓力下，實(shí)現(xiàn)零泄漏。4中線無(wú)銷蝶閥實(shí)體建模經(jīng)過(guò)比較和計(jì)算機(jī)的硬件配置所限，選用SolidWorks,它是世界上第一款基于Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，目前在用戶數(shù)量、客戶滿意度和操作效率等方面均是世界上領(lǐng)先的3D設(shè)計(jì)軟件13。中線無(wú)銷蝶閥建模過(guò)程由于閥門是比較特殊的裝置，它的密封情況是檢驗(yàn)閥門是否合格的關(guān)鍵因素，閥門結(jié)構(gòu)中的閥座主要就是起到密封作用，一般采用軟密封，本次設(shè)計(jì)也用的是軟密封，材料為橡膠，那么就存在閥板與閥座之間

32、的過(guò)盈配合，而閥軸和O型圈之間也由于密封要求而必須采用過(guò)盈配合，所以在本次建模過(guò)程中，不能因簡(jiǎn)便而單一的使用solidworks中的從頂至底的思想，應(yīng)把自頂向下與自底向上相結(jié)合，從而提高建模的效率和準(zhǔn)確性。首先通過(guò)草圖繪制，尺寸驅(qū)動(dòng)，各種特征等方法建立各零部件。閥體，閥座，軸和軸套的建?？梢杂脧捻斨恋椎姆椒ㄟM(jìn)行，他們具有明顯的關(guān)聯(lián)尺寸，例如軸孔配合處的直徑。可先將一個(gè)零件在裝配體中固定（本設(shè)計(jì)用閥體固定），接下來(lái)就可以完全以這個(gè)零件與其他零件的配合尺寸來(lái)建立與這個(gè)零件相配合的零件。其工作效率是其他設(shè)計(jì)思路無(wú)法企及的，當(dāng)在裝配體中完成所有零件的建模后，可以將每個(gè)零件從裝配體中拆卸出來(lái)，單獨(dú)進(jìn)行細(xì)

33、節(jié)的進(jìn)一步修改，修改完成后就可以生成2維的工程圖了。關(guān)聯(lián)零件由于存在外部參考，只能用在此裝配中，不方便多個(gè)部件共用。關(guān)聯(lián)特征和關(guān)聯(lián)零件越多，則管理起來(lái)越不容易，在傳遞設(shè)計(jì)修改時(shí)越可能出錯(cuò)。所以自頂向下和自底向上的結(jié)合使用才能提高效率閥板與閥座的配合為過(guò)盈配合，故單獨(dú)畫閥板，再將其裝配進(jìn)去。最后再打開(kāi)裝配體，對(duì)修改以后的零件進(jìn)行自動(dòng)更新，此時(shí)所有零件的細(xì)節(jié)部分都傳遞到裝配體中。然后從總體檢查裝配體是否存在錯(cuò)誤。檢查無(wú)誤后，直接可以生成2維裝配體的工程圖。建模工作完畢。中線無(wú)銷蝶閥裝配體及各部分零件圖4-1閥體 圖4-2閥座圖4-1為中線無(wú)銷蝶閥的閥體，即主要零件，它是先用拉伸的方法把中間的圓環(huán)狀

34、畫出，再建基準(zhǔn)面將上法蘭和方柱畫出，同樣用拉伸的方法，最夠在畫出兩邊的凸耳。在零件編輯狀態(tài)下將其各個(gè)部分需要與其他零件配合的尺寸確定，然后將其固定到裝配體中。而圖4-2閥座的厚、外圓尺寸等都由與其相配合的閥體相關(guān)特征尺寸來(lái)確定。圖4-3上轉(zhuǎn)軸 圖4-4軸套圖4-3為上轉(zhuǎn)軸（方軸），它主要是通過(guò)拉伸和拉伸切除完成的。圖4-4軸套的尺寸主要是按照軸的直徑和閥體與軸連接處孔的直徑確定的，繼續(xù)從頂至底的思想，通過(guò)一次拉伸即可完成，。其他兩個(gè)軸套也如此畫出，在這里就不做說(shuō)明了。圖4-5下轉(zhuǎn)軸 圖4-6尼龍襯套圖4-5下轉(zhuǎn)軸和圖4-6尼龍襯套，下轉(zhuǎn)軸通過(guò)一次拉伸即可，尼龍襯套的尺寸是通過(guò)下轉(zhuǎn)軸的直徑和閥體

35、與下軸相連孔的尺寸得來(lái)的。圖4-7閥板 圖4-8絲堵 圖4-7閥板是中線無(wú)銷蝶閥的重要零件，它是單獨(dú)完成的，先通過(guò)繪制草圖旋轉(zhuǎn)，從而得到一個(gè)球面板，再建立基準(zhǔn)面拉伸完成兩側(cè)插軸的部位，注意兩側(cè)非對(duì)稱，且與上軸相連的孔有方角，以便卡住，在閥板建模的過(guò)程中，注意閥板的尺寸要參考閥座的尺寸，注意壓膠量，過(guò)盈配合為正確的。畫好后將其裝入以上建好的裝配體中。圖4-8絲堵通過(guò)拉伸和拉伸切除得到，它的直徑和外圓尺寸均由閥體得到。圖4-9閥體部裝裝配圖 圖4-10閥體部裝全剖視圖圖4-9閥體部裝裝配圖和圖4-10閥體部裝半剖視圖以便更清楚的展示中線無(wú)銷蝶閥外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖4-11閥體部裝爆炸視圖圖4-11閥

36、體部裝爆炸視圖能夠更全面的幫助我們了解閥體內(nèi)外部結(jié)構(gòu)以及安裝的先后順序。軸向密封分別通過(guò)卡簧、O型圈、墊片等完成，從圖中可以看出。圖4-12手柄分度盤 圖 4-13手柄 圖4-12手柄分度盤和圖4-13手柄又是繼續(xù)從頂至底的思想，手柄關(guān)鍵部分的尺寸和形狀由分度盤尺寸得到，即扣住分度齒部分的尺寸與形狀。而分度盤外圓尺寸由閥體上法蘭尺寸得出，分度盤內(nèi)部中心孔尺寸由上轉(zhuǎn)軸得到，分度盤和手柄的厚度由上轉(zhuǎn)軸方頭露出部位尺寸決定。分度盤經(jīng)過(guò)分別兩次拉伸即可得到，先外面大圓，后中間小圓臺(tái)。圖手柄是一裝配體，由上下兩部分通過(guò)圓柱銷連接，中間連接彈簧構(gòu)成，與上下兩部分都可通過(guò)拉伸和拉伸切除得到。彈簧則通過(guò)草圖生

37、成螺旋線，進(jìn)而進(jìn)行掃描得到，它的長(zhǎng)度一定要和手柄上下兩部分配合好，這是關(guān)鍵。圖4-14中線無(wú)銷蝶閥總體裝配圖圖4-14中線無(wú)銷蝶閥總體裝配圖，各零件經(jīng)過(guò)配合裝配之后，添加螺栓，螺母，O形圈等標(biāo)準(zhǔn)件，使實(shí)體模型接近真實(shí)模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉檢查，并進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)。5中線無(wú)銷蝶閥設(shè)計(jì)計(jì)算基本參數(shù)(1) 流體介質(zhì)：水(2) 工作壓力：PN10(3) 工作溫度：120。C(4) 閥體材料：球墨鑄鐵(5) 公稱通徑：DN200中線無(wú)銷蝶閥典型計(jì)算要設(shè)計(jì)一個(gè)中線無(wú)銷蝶閥，首先要確定一些典型的參數(shù)，而這些參數(shù)是根據(jù)計(jì)算得出的，這些參數(shù)要確保其準(zhǔn)確性，典型的計(jì)算項(xiàng)目見(jiàn)表5-1：表5-1中線無(wú)銷蝶閥典型計(jì)算項(xiàng)目表序號(hào)

38、零件名稱計(jì)算內(nèi)容1閥體厚度2閥座密封面上計(jì)算比壓3蝶板厚度4蝶板直徑5閥桿強(qiáng)度驗(yàn)算6手柄總轉(zhuǎn)矩及圓周力1)中線無(wú)銷蝶閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的確定根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)API609，可以根據(jù)蝶閥PN=10,DN=200來(lái)確定蝶閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，具體見(jiàn)下表：表5-2 API609 蝶閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度選型表閥門規(guī)格（NPS）面到面尺寸最大偏差（正數(shù)或負(fù)數(shù)）inmminmm2434634645255665686010681278147816102181142012724154301656362004225148276由上表可選擇蝶閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為60mm。2)中線無(wú)銷蝶閥的法蘭尺寸及類型的選擇A上法蘭的選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO5211，由公稱通

39、徑DN=200mm，公稱壓力PN10，可以確定蝶閥的上法蘭尺寸及類型，結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖5-1。圖 5-1 上法蘭結(jié)構(gòu)尺寸B側(cè)法蘭的選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASA 150LBS，由公稱通徑DN=200mm，公稱壓力PN10，可以確定蝶閥的側(cè)法蘭尺寸及類型，結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖5-2圖5-2 側(cè)耳的結(jié)構(gòu)尺寸3)閥體壁厚的計(jì)算根據(jù)閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)，由下列已知數(shù)據(jù)：閥體材料球墨鑄鐵公稱壓力PN10公稱通徑DN200在表5-3中選擇相應(yīng)的計(jì)算閥體最小壁厚的公式：表5-3 閥體壁厚計(jì)算公式材料公稱壓力（MPa）公稱通徑（mm）公式灰鑄鐵球墨鑄鐵塑性材料由已知條件選擇公式：式中：t殼體最小壁厚（mm） P最高使用壓力（MPa） P水錘

40、壓力， L材料的許用拉應(yīng)力，灰鑄鐵材料的許用拉應(yīng)力為40MPa；球墨鑄鐵的許用拉應(yīng)力為90MPa D蝶閥通徑其中 P=10 D=200 將數(shù)據(jù)帶入公式中，解出t，圓整后取10mm。因此閥體的最小壁厚是10mm。4)中線無(wú)銷蝶閥閥板設(shè)計(jì)A閥板直徑設(shè)計(jì)根據(jù)閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)中閥座的尺寸選擇表表5-4，選擇出閥座的最小通徑來(lái)確定閥板的結(jié)構(gòu)及尺寸；表5-4 閥座最小通徑公稱通徑DN閥座最小通徑公稱通徑DN閥座最小通徑4034450425504450047565596005758074700670100948007701251199008701501441000970200190120011602502301

41、4001360300280160015603503251800176040037520001960由公稱通徑DN=200mm，可從上表得閥座最小通徑為190mm，所以選定閥座通徑為194mm，由此可定蝶板的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖： 圖5-3 蝶板結(jié)構(gòu)B閥板厚度計(jì)算根據(jù)閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)中的蝶板厚度計(jì)算表表5-5：表5-5 蝶板厚度計(jì)算公式序號(hào)名稱符號(hào)式中符號(hào)公式或索引單位1蝶板中心處厚度bmm2蝶閥流道直徑D設(shè)計(jì)選定，通常mm3考慮到水擊升壓的介質(zhì)最大靜壓水頭Hm4由于蝶板的快速關(guān)閉，在管路中產(chǎn)生的水擊升壓值pMPa5體積流量qv設(shè)計(jì)選定m3/h6閥座通道截面積A設(shè)計(jì)選定mm27蝶板從全開(kāi)到全關(guān)所經(jīng)歷的時(shí)間t設(shè)

42、計(jì)選定s根據(jù)以上公式，將已知數(shù)據(jù)帶入公式中求得b=23mm。5)軸的選取根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AWWA C504，由公稱通徑DN=200mm，公稱壓力PN10，可以確定蝶閥閥軸的軸徑為。根據(jù)閥體、閥座、閥板的裝配要求，來(lái)確定軸的長(zhǎng)度，下閥軸總長(zhǎng)90mm，上閥軸具體尺寸見(jiàn)下5-4圖： 圖5-4上閥軸尺寸圖6)中線無(wú)銷蝶閥各力矩的計(jì)算根據(jù)閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)查得中線蝶閥的力矩計(jì)算公式見(jiàn)下表；表 5-6中線蝶閥力矩計(jì)算公式表序號(hào)名稱符號(hào)式中符號(hào)公式或索引單位1蝶閥閥桿力矩MD2密封面間隙摩擦力矩 3密封面必須比壓對(duì)中等硬度橡膠4密封面的接觸寬度設(shè)計(jì)選定mm5計(jì)算壓力取公稱壓力PN6密封面間的摩擦因數(shù)對(duì)于橡膠密封圈為7蝶板

43、的密封半徑設(shè)計(jì)選定mm8閥桿軸承的摩擦力矩9作用在閥桿軸承上的載荷N9-1當(dāng)閥板處于密封狀態(tài)時(shí)N9-2蝶板直徑D設(shè)計(jì)選定mm10當(dāng)?shù)y處于啟閉過(guò)程時(shí)為11動(dòng)水作用力N12重力加速度g9810mm/s213蝶板開(kāi)度為a角時(shí)的動(dòng)水力系數(shù)設(shè)計(jì)查表選定14計(jì)算升壓在內(nèi)的最大靜水壓頭Hmm15計(jì)算壓力P取公稱壓力PNMPa16由于水擊作用在閥前產(chǎn)生的壓力升值MPa17體積流量Qm3h18管子截面積A設(shè)計(jì)選定m219關(guān)閥時(shí)間t設(shè)計(jì)確定s20蝶板開(kāi)度為a角時(shí)的流阻系數(shù)設(shè)計(jì)查表選定21蝶板全開(kāi)時(shí)的流阻系數(shù)設(shè)計(jì)查表選定22全開(kāi)時(shí)介質(zhì)的流速mm/s23密封填料的摩擦力矩設(shè)計(jì)查表選定24靜水力矩當(dāng)閥桿垂直安裝時(shí)為0

44、25動(dòng)力水矩（最大值通常在范圍內(nèi)）26蝶板開(kāi)度為a角時(shí)的動(dòng)水力矩系數(shù)設(shè)計(jì)查表選定a) 密封面間隙摩擦力矩由上表可知=，=其中選擇為6mm，R選擇為196mm，經(jīng)計(jì)算b) 閥桿軸承的摩擦力矩由上表可知=其中鋼對(duì)四氟經(jīng)計(jì)算c) 動(dòng)力水矩由上表可知=經(jīng)計(jì)算d) 密封填料的摩擦力矩查表得知=其中=，取0.8，O型圈個(gè)數(shù)為一個(gè)經(jīng)計(jì)算e) 靜力水矩為=0蝶閥閥桿總力矩MD=7)閥軸所受彎矩計(jì)算蝶閥的閥軸受力形式為彎扭合成受力，閥軸所受的彎矩可用下面的公式做近似計(jì)算： 式中a為閥軸與介質(zhì)接觸部分長(zhǎng)度 h 為軸承接觸長(zhǎng)度為工作壓力 經(jīng)計(jì)算可得8)閥軸所受彎矩合成力矩閥軸的彎扭合成力矩為：5.3軸的強(qiáng)度校核閥軸

45、的工作溫度不超過(guò)300時(shí),一般選用A 5 普通碳素鋼,它的機(jī)械性能如下表所示： 鋼號(hào)毛坯直徑（mm）熱處理硬度（HBS）機(jī)械性能（kgf/cm3）閥桿溫度。C20 200 250 300 350 400 450 500A5100正火170-217BSBLE（×104）5000 4800 4800 4600 4400 4200 4000 -2800 2400 2100 1750 1500 1300 1100 -2500 2100 1800 1500 1300 1200 1000 - 1.9 1.85 1.79 1.75 1.71 1.57 -表5-7 A5機(jī)械性能表表中為抗拉強(qiáng)度極限為

46、屈服強(qiáng)度極限 E為彈性模量根據(jù)閥桿的工作溫度取=4800kgf/cm2，閥軸的校核公式為：將數(shù)據(jù)代入公式中得：16mm所以選d=滿足閥桿的剛度要求。6結(jié)論本文在分析國(guó)內(nèi)外蝶閥發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用Solidworks完成了中線無(wú)銷蝶閥的實(shí)體建模，并對(duì)其進(jìn)行了最優(yōu)方案的選擇，進(jìn)一步完善了中線無(wú)銷蝶閥的結(jié)構(gòu)，得到以下結(jié)論：1）在分析現(xiàn)有中線無(wú)銷蝶閥現(xiàn)有各零件形式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了閥座的最優(yōu)選擇，完成了閥軸、閥板、閥體的結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì)。2）利用從頂至底和從底至頂相結(jié)合的思想，進(jìn)行了中線無(wú)銷蝶閥的實(shí)體建模，進(jìn)一步完善了中線無(wú)銷蝶閥的結(jié)構(gòu)，并對(duì)尺寸計(jì)算進(jìn)一步檢驗(yàn)。3）通過(guò)對(duì)閥軸等零件的校核，驗(yàn)證了裝置有較

47、高的可靠性。4）利用solidworks對(duì)中線無(wú)銷蝶閥進(jìn)行了干涉檢查，從而確定閥門能夠達(dá)到較好的密封性能，并對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，從而進(jìn)一步確定其能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)1M.機(jī)械工業(yè)出版社,1994：1-62 齊佩玉譯. Naval Engineers Jour-nalM.：42-493 楊源泉. 閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 19924 沈陽(yáng)閥門研究所主編.國(guó)外閥門科技文獻(xiàn)選編（六）M.機(jī)械工業(yè)部門科技信息網(wǎng),20082：228-230.5 沈陽(yáng)閥門研究所主編.國(guó)外閥門科技文獻(xiàn)選編（四）M.機(jī)械工業(yè)部門科技信息網(wǎng),19962：108-1136C，20086：203-2097C.

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