1、 毕业设计说明书阀门电动装置的设计院（系）名 称 工学院 2012 年 5 月 6 日黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页阀门电动装置的设计摘要阀门是管道系统中的重要部件。阀门电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。它是用来截断或调节管道系统中介质流量的为了减轻运行人员的体力劳动强度在各个部门中已经广泛使用电动阀门，电动阀门是由阀门电动装置和阀门本体共同组成的。阀门电动装置有时也称阀门驱动器，阀门控制器，后来统一称为电动装置。电动装置从五十年代就开始广泛用于各个工业部门中，但它的主要只是代替人力去操作那些大口径的阀门，因此技术要求
2、简单在使用时大多还需人力进行辅助操作。从六十年代，我国各个工业部门开始应用自动控制技术和电子计算机应用对电阀门提出了新的要求，为此、开始制造并在各个工业部门中应用了一些新型的，能适应自动化要求的阀门装置。电动阀门是由阀门电动装置和阀门组合成一体的管道附件。它可以接受运行人员或自动截断或调节管道中的介质流量。电动装置和阀门本身都是独立的部件。为保证电动装置的工作性能良好，除了必须有良好的阀门电动装置外，还应使二者能很好地协调工作。在电站中通常需要配用电动装置的阀门有闸阀、节止阀、蝶阀和球阀等。这次设计阀门电动装置，我们根据阀门电动装置的实际应用情况，参考一些其它资料来设计，由于我们的工作不够深入
3、，实践经验不足，错误之处还望各位老师指正。关键词：阀门；电动装置；驱动器黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页The valve electric device designAuthor:Liu Hua geTutor:Li Chang shiAbstractThe valve is an important component in the piping system. Valve electric device is a valve program control, automation, and remote drives indispensable to control the si
4、ze of the course of the campaign can be stroke, torque or axial thrust. It is used to cut off or adjust the medium flow in the piping system in order to reduce the physical strength of running staff in various departments has been widely used electric valve, electric valve is composed of electric va
5、lve actuators and valve body. Valve electric device is sometimes also known as the valve actuator, the valve controller, later known as the unified electric device.Electric devices from the 1950s are widely used in various industrial sectors, but its mainly just replace the manpower to operate the v
6、alves of large diameter, so the technical requirements for auxiliary operation in the use of most of the needed manpower. Sixties, China began the application of automatic control technology and computer applications, new power valve, and began manufacturing and a number of new applications in vario
7、us industrial sectors, can meet the requirements of the automation of various industrial sectors the valve device.The electric valve piping accessories into one by the electric valve actuators and valve combination. It can accept the media in the run or automatic cut off or adjust the pipeline flow.
8、 Electric devices and valves are independent components. In order to ensure good performance of electrical devices must have a good valve electric device, but also to make the two can work well coordinated. In the power plant usually requires valve, the section stop valve, butterfly valve and ball v
9、alve with electric devices.黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页The design of the valve electric device, based on the actual application of the valve electric device, reference data, our work is not thorough enough, and the lack of practical experience in the wrong place but also hope the teacher corrected.Keywords
10、: valves; electrical installations; drive黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV 页目录1 绪论 .12 设计任务书 .22.1 工作条件 22.2 设计工作量 23、拟定传动方案 .34、电动机的选择、传动系统运动和动力参数的选择 .54.1 电动机选择 54.2 选择电动机容量 .54.3 确定电动机的转速 54.4 计算运动和动力参数 54.4.1 各轴的功率 54.4.2 各轴的转矩 .65 传动零件的设计计算 .75.1 选择蜗杆传动类型 .75.2 选择材料 .75.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 .75.3.1 确定作用在蜗轮上的转矩 T2
11、75.3.2 确定载荷 K75.3.3 确定弹性影响系数 .75.3.4 确定接触系数 Z 75.3.5 确定许用接触应力 H .85.3.6 计算中心距 .85.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 .85.4.1 蜗杆 85.4.2 蜗轮 85.5 校核齿根弯曲疲劳强度 9黄河科技学院毕业设计说明书 第 V 页5.6 精度等级公差和表面粗糙度的确定 95.7 热平衡核算 96 轴的设计和计算 .116.1 电动机轴设计 .116.2 蜗杆轴的设计 116.3 蜗杆轴的受力分析及强度校核 136.3.1 画轴的受力简图，如图 6-1136.3.2 支承反力 .136.3.3 画弯矩图，如图 6
12、-1 146.3.4 画转矩图 如图 6-1 146.3.5 校核轴的强度 146.4 蜗轮轴的设计 .166.5 蜗轮轴的受力分析及强度校核 .167 键及轴承的选择校核 217.1 电动机轴上的键由电动机轴直径选择 .217.2 校核蜗杆轴轴承寿命 .217.3 校核涡轮轴轴承强度 228 箱体设计 238.1 箱体的壁厚及其结构尺寸的确定 .238.1.1 轴承座联接螺栓凸台结构尺寸的确定 .238.2 箱盖顶部外表面轮廓的确定 .248.3 油面位置及箱座高度的确定 .248.4 箱体结合面的密封 .248.5 导油沟的形式和尺寸 .258.6 箱体应该有良好的结构工艺性 .258.6
13、.1 铸造工艺性 258.6.2 机械加工工艺性 .25黄河科技学院毕业设计说明书 第 VI 页8.7 箱体结构尺寸的确定 .25设计总结 .27致谢 .28参考文献 .29黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页1 绪论阀门是石油、化工、电站、长输管线、宇航以及海洋采油等国民经济各部门不可缺少的流体控制设备。上述工业的发展和需要，推动了阀门工业的发展。近年来，在满足各方面高参数新要求的同时，对阀门的结构、材料和生产工艺等方面，对如何做到更好地提高性能、可行性及降低成本等也予以密切关注。因此，对阀门要求进一步严格控制内在质量阀门电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备，其运动过程可由
14、行程、转矩或轴向推力的大小来控制。由于阀门电动装置的工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置工作规范及阀门在管线或设备上的位置。自 80 年代我国改革开放至今，我国的化工行业得到了长足的发展，发生了翻天覆地的变化，化工设计行业也随之发生了很大的变化。由于国外先进技术的不断引进及国内化工技术开发力度的不断加大，化工产品种类不断增多，品种越来越齐全.随着国家经济水平的提高，化工设计行业对阀门制造业的要求也越来越高，尤其是对阀门的性能的可靠性、耐用性等要求越来越高。电动阀门广泛应用于市政和工矿企业的给排水系统，电动阀门由电动装置，阀门本体，连接附件和控制箱等组成，电动阀门一般是由给排水专业选型的，给排
15、水专业技术人员在工程设计时须对阀门的电动装置提出具体的功能要求，在实际工程中经常会发生在现场安装时，阀门电动驱动装置与控制系统冲突不匹配的现象。这通常是由于在确定电动装置的功能需求时有不合理或是不完善的地方。阀门电动装置一般由下列部分组成：专用电动机减速机构，用以降低电动机的输出转速；行程控制机构，用以调节和准确控制阀门的启闭位置；转矩限制机构，用以调节转矩并使之不超过预定值；手动、电动切换机构，进行手动或电动操作的连锁机构；开度指示器，用以显示阀门在启闭过程中所处的位置。其中，行程控制机构、转矩限制机构、手动、电动切换机构及开度指示器等合称为电动执行器。黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页
16、2 设计任务书设计题目 输出力矩 输出速度 工作时间阀门电动装置 350N.M 30r/min 15 年2.1 工作条件阀门电动装置载荷平稳，工作允许误差为5%每年按 300 个工作日计算，使用期限为十年，大修 4 年单班，工厂小批量生产。 2.2 设计工作量每个学生应完成：装配图一张（A0）。零件图 3 张。设计说明书 1 份。黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页3、拟定传动方案确定传动传动方案，传动装置总传动比为 50，输出速度 nw =30r/min，若选用同步转速为 1500 或 1000r/min 的电动机可以粗估出传动装置总传动比为，根据这个传动比及工作条件订出图示两种方案.图
17、3-1黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页图 3-2方案 3-1 虽然结构简单制造方便但是由于齿轮传降速比不大，致使降速过小，整个传动装置的结构尺寸过大，达不到降速要求，而且还不利于在以后的设计中加入控制装置。方案 3-2 电动装置结构简单、紧凑，降速传动由于采用了蜗轮蜗杆所以能够实现较大的降速传动，满足使用要求。黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页4、电动机的选择、传动系统运动和动力参数的选择4.1 电动机选择目前用于电动装置的电动机绝大多数都是阀门专用电动机。这主要由于阀门专用电动机的结构简单、效率高、运行可靠和价格低廉选用 YDF 型全封三相异步电动机。 4.2 选择电动机容量Pd=
18、Pw/Pw=F v/1000= 12 2式中 1是轴承的传动效率, 2是蜗杆传动效率其大小分别为 0.99 , 0.8 ，由于已知 T=350N.M n=30r/min 由 T=9550P/n 得： P d=1.1kw4.3 确定电动机的转速nw=30r/min蜗轮为：i 2 =50nd = i1 nw=5030=1500r/min查阀门专用电机设计手册选择电动机型号为：YDF311额定公率p/kw同步转速 n 满载转速 启动转距 最大转矩1.1 1500r/min 1440r/min 3 2 .8黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页4.4 计算运动和动力参数4.4.1 各轴的功率轴的输入功
19、率：p 1=pd 01=1.1kw轴的输入功率：p 2= p1 12=1.10.80.99=0.87kw4.4.2 各轴的转矩电动机输出转矩：T d=9550 pd/ nm=7.30NM轴的输出转矩：T 1= Td =7.30NM轴的输出转矩：T 2= T1 12i 蜗 =7.300.80.9950=289.08NM黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页5 传动零件的设计计算5.1 选择蜗杆传动类型根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用圆弧圆柱蜗杆（ZC）5.2 选择材料考虑到蜗杆传递功率不大并对重量及结构尺寸无特殊要求，速度只是中等故蜗杆用 45 钢，因希望效率高一些，耐磨性好些，
20、故蜗杆螺旋齿面要求淬火、硬度为 45-55HRC,蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1 金属模铸造。为了节约贵重的有色金属仅齿圈用青铜制造而轮芯，用灰铸铁 HT100 制造5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动设计准则先按齿面接触疲劳强度进行设计再校核齿根弯曲疲劳强度由式传动中心距：A 2E32KZTeHA5.3.1 确定作用在蜗轮上的转矩 T2按 Z1=1 取效率 =0.72=9.5510622=9.551061.10.71440/50=2550005.3.2 确定载荷 K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数 K =1，机械设计270 页查表 11-5 取 KA=1.15，由
21、于转速不高，冲击不大，可取 KV=1.05；则K=KAK KV =1.1511.051.215.3.3 确定弹性影响系数因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 ZE=160MPa1/2黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页5.3.4 确定接触系数 Z先假设分度圆直径 d1和传动中心距 a 的比值 d1/a=0.3，从图 11-18 中查得Z=2.75.3.5 确定许用接触应力 H根据蜗轮材料为铸锡青铜 ZCuSn10P1，金属铸造膜，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表 11-7 中查得蜗轮的基本许用应力 H=268MPa应力循环次 =602=60114405072000=1.24108寿命系数
22、 8 1071.24107=0.730则 =0.730268=1965.3.6 计算中心距由 ，取 a=125mm, i=5031.21255000(1602.7196)2=114.3从表 11-2 中查得 m=4，蜗杆分度圆直径 d1=44。这时 d1/a=0.352，从图11-18 中查得 2.60，因 ，因此以上计算结果可用。ZZ5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸5.4.1 蜗杆轴向齿距 =12.56mm；ap直径系数 q=11；齿顶圆直径 =52mm；1ad齿根圆直径 df1=34.4mm分度圆导程角 r=51124；蜗杆轴向齿厚 7.85mm12asm5.4.2 蜗轮蜗轮齿数 z
23、2=50；变位系数 x2= +0.75；黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页验算传动比 i = z2/z1=50；传动比误差为 0蜗轮分度圆直径 d 2=mz2=450=200mm蜗轮喉圆直径 d a2=d2+2ha2=200+25=210mm蜗轮齿根圆直径 d f2=d2-2hf2=188mm蜗轮咽喉母圆半径 r g2= a-0.5da2=22.5mm5.5 校核齿根弯曲疲劳强度21.53FFaFKTYdm当量齿数 2= 2(cos)3= 50(cos5.19)3=51.55由此，根据 x2= +0.75, zv2=51.55查表 11-19 可得齿形系数 YFa2=2.01螺旋角系数 =
24、1 140=15.19140=0.963许用弯曲应力 FFNK从表 11-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用应力 =56MPaF寿命系数 =9 1061.24108=0.585=560.585=32.76=1.531.21255000442004 2.010.963=25.960满足弯曲强度。5.6 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从 GB/T 100891988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 8 级精度，侧隙种类为 f，标注为 8f GB/T 100891988。黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页5.7 热平衡核算由于
25、摩擦损耗的功率 ，则产生的热流量为(1)fP10()PP蜗杆传递的功率以自然方式 2()doaSt箱体的表面传热系数，可取 ；d 215/()dWmCS内表面能被论化油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的箱体表面面积，单位为 m2；取 S=0.5 m2油的工作温度，可取 ；Ot 65Ot周围空气的温度，常温情况可取 ；a 20atC按热平衡条件 ，可求得在即定工作条件下的油温12S1则两轴承的轴向力分别为 Fa1=S2+A=3030.58N Fa2=S2=139.78因 R1R2， Fa1Fa2 故只需校核轴承 1 的寿命计算轴承 1 的当量载荷由 Fa1/Co=3030.58/15200
26、=0.199，查表 11-9 得 e=0.50，因Fa1/R1=3030.58/762.89=3.97e，故 X=1，Y=0，则当量动载荷为=1+1=1762.89=762.89黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页轴承在 以下工作，查表 8-34 得 ，查表 8-35 得载100 =1， 对 于减速器荷系数 ，轴承 1 的寿命为=1.5=106601()3= 106601500( 1200001.5762.89)=59318LhLh，故轴承寿命足够7.3 校核涡轮轴轴承强度计算轴承的轴向力 由表 11-9 查 7213C 轴承得 C=69800N,C0=55200N。由表 9-10 查的
27、7213C 轴承内部轴向力计算公式，则轴承 1、2 的内部轴向力分别为1=0.41=0.41636.07=654.42=0.42=0.41473.36=589.3外部轴向力 A=331.8N S1+A=654.4+331.8N=986.2NS2则两轴承的轴向力分别为 Fa2=S1+A=986.2N Fa1=S1=654.4N计算当量动载荷由 Fa1/Co=654.4/55200=0.39，查表 11-9 得 e=0.39，因Fa1/R1=654.4/1636.07=0.39=e，故 X=1，Y=0，则当量动载荷为1=1+1=11636.07=1636.07由 Fa2/Co=986.2/5520
28、0=0.017，查表 11-9 得 e=0.39，因Fa2/R2=986.2/1473.36=0.67e，故 X=0.44，Y=1.45，则轴承 2 当量动载荷为2=2+2=0.441473.36+1.45986.2=2078.3校核轴承寿命因 P1Lh，故轴承寿命足够黄河科技学院毕业设计说明书 第 23 页8 箱体设计电动装置箱体起着支承和固定轴系零件、保证轴系运转精度、良好润滑及可靠密封等重要作用。设计箱体结构，应保证有足够的刚度和良好的工艺性。箱体要有足够的刚度，箱体的刚度不够，会在加工的过程中产生不允许的变形，从而引起轴承座孔中心线歪斜，在传动中产生偏载，导致运动副加速磨损，影响电动装
29、置以及减速器正常工作。而箱体的刚度主要取决于箱体的壁厚、轴承座螺栓连接的刚度和肋板的尺寸。8.1 箱体的壁厚及其结构尺寸的确定箱体要有合适的壁厚。对于铸造箱体，壁厚应该满足壁厚最小厚度要求，同时壁厚应尽可能一致，并采用圆弧过渡。铸造箱体壁厚与结构尺寸可以参考机械设计课程设计表 5-1，焊接箱体多由钢板 A3 焊成。本设计中结合闸阀电动装置工作条件，我们可以选铸造的箱体。轴承座承受较大的载荷，应该较高的刚度。轴承座孔采用凸缘式轴承端盖，其厚度可以参考机械设计手册。为了进一步提高轴承座刚度，我们可以设置外置式支撑肋板。为了保证蜗杆传动的啮合质量，大端盖与箱体采用 配合，端盖内部可设置肋板，以提高刚7Hg度。端盖上面装有起盖螺钉，以方便拆卸。8.1.1 轴承座联接螺栓凸台结构尺寸的确定(1)轴承座联接螺栓位置的确定为了提高剖分式箱体轴承座处的联接刚度，座孔两侧的联接螺栓应该尽量靠近，轴承座凸台上面的螺栓孔德间距 s 不应过小，否则螺栓孔容易与轴承端盖螺栓孔或箱体轴承座的输油沟相干涉，造成漏油和油沟失去供油作用。（2）凸台高度 h 的确定：凸台高度应该能够保证安装时有足够的空间，高度 h 可以根据最大的那个轴承座孔旁联接螺栓的中心线位置和保证装配时有足
