毕业设计（论文）-炼钢转炉专用气动蝶阀的结构设计（全套图纸） .doc

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1、炼钢转炉专用气动蝶阀的结构设计内江职业技术学院机械工程系工程系，班级：班，班级：10级一班摘要:设计的气动蝶阀主要用于钢铁厂转炉及其他工业的除尘输送系统中，是主要以空气为传动介质的控制调节装置。因此，论文在碟阀的密封性及耐磨性等问题上进行了深入的分析和设计上的考虑。此阀的工作原理是当气缸通过阀杆带动蝶板转动时，蝶板与阀体密封面吻合，将通道切断，即为关闭；反之，则为开启。本次设计的蝶阀就是三偏心蝶阀，驱动机构采用普通双作用式气缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际需要选定。此设计的阀门主要用于钢铁厂转炉炉气的回收。当然，此阀也可以应用于化工、电站、石油等等。由于蝶阀应用于转炉炉

2、气，故对其的密封性是首先要解决的问题，其次是蝶阀的结构的分析和主要零件的设计计算。本文还对阀门的安装、保养及使用进行介绍关键词：蝶阀；三偏心；气压系统、维护全套CAD图纸，加1538937061 前言阀门是国民经济建设中使用极广泛的一种机械产品。随着我国改革开放的进一步加深以及建立社会主义市场和开展对外贸易的需要，在石油、天然气、煤炭、冶金和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中；在石油、化工产品，医药和食品生产系统中；在水电、火电和核电的电力生产系统中；在城建的给排水、供热和供气系统中；在冶金生产系统中；在船舶、车辆、飞机、航天以及各种运动机械的使用流体系统中；在国防生产以及新技术领域里；在农

3、业排灌系统中都需要大量的阀门新品种。因此，阀门是我国实现四个现代化不可缺少的重要机械产品。它与生产建设，国民建设和人民生活都有着密切的关系。用于流体控制的阀门，从最简单的截断装置到极为复杂的自控系统，其品种和规格繁多。阀门的公称通径从十分微小的仪表阀，到公称通径达10M、重几十吨的工业管路用阀。阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性化学介质、泥浆、油品、液体金属和放射性流体等各种类型流体的流动。阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、气动、液动、电-气或电-液联动及电磁驱动等；也可在压力、温度或其他形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者只进行简单的开启或关闭。阀门就是依靠驱动或自动

4、机构使其启闭件作升降，滑移，旋摆或回转运动，从而改变流道面积的大小，实现控制功能的。为了实现多流体的控制，阀门一般应具备以下性能：即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。对大多数阀门来说，密封问题是首要问题。由于密封性能差或密封寿命短而产生流体的外漏或内漏，会造成环境污染和经济损失；有毒的流体、腐蚀性流体、放射性流体和易燃易爆流体的泄漏有可能产生重大的经济损失，甚至造成人身伤亡。对于高中压气体阀门和安全阀等，阀门的安全可靠性也是十分重要的。强度不够或动作不可靠（例如高压阀的阀体或重要零件的断裂，安全阀不能准确起跳、止回阀不逆止作用等），将会造成本体或系统的破坏而导致人身伤亡。随着工

5、业技术的发展，普通的软密性蝶阀已满足不了工业上的需求，金属硬密性蝶阀很快被开发出来，并且三偏心结构蝶阀是蝶阀发展，演化中最高级一种。三偏心蝶阀自问世以来，为满足日益严酷的工况要求，其本身也经历着自我完善和不断发展的过程。即使最基本的零泄漏，理论上三偏心蝶阀都可以做的到，但实际还赖于周密的设计，精密的制造。本次设计的蝶阀就是三偏心蝶阀，驱动机构采用普通双作用式气缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际需要选定。此设计的阀门主要用于钢铁厂转炉炉气的回收。当然，此阀也可以应用于化工、电站、石油等等。由于蝶阀应用于转炉炉气，故对其的密封性是首先要解决的问题，其次是蝶阀的结构的分析和主要

6、零件的设计计算。2 三偏心蝶阀的结构设计及分析2.1蝶阀结构分析碟阀的卓越性能与自身的不断地改进、演变、发展密切相关。为满足各种工况的要求，蝶阀先后经历了从同心向单偏心蝶阀，双偏心蝶阀和三偏心蝶阀的演变。图中字母：n1阀体通道轴线；n2过旋转轴心的直线；j密封面运动轨迹；e径向偏心距；c轴向偏心距；E蝶板厚度图中字母：1阀杆 2蝶板 3弹性阀座 4压盖 5阀体三偏心蝶阀是本次要研究的对象，它的结构如图下所示蝶阀的三偏心结构见上图，即在双偏心蝶阀的基础再增加一个倾角，经过最优化设计使密封副的摩擦力进一步下降，由于采用面密封的结构使接触应力分布均匀，密封更加可靠。蝶阀的三偏心是指：第一个偏心是指蝶

7、板的回转中心H相对于蝶板中心在轴向存在偏心距c;第二个偏心是指蝶板的回转中心H相对于蝶板中心在径向存在偏心距e;第三个偏心是指蝶板锥面轴线与阀体通道轴线成一个角度，即角偏心对于三偏心结构的蝶阀，由于轴向偏心距c的存在，保证了蝶阀密封面是一个完整连续的锥面，且该密封面的几何中心容易确定，降低了密封面加工制造的难度。若密封面为正圆锥面，则由于蝶板密封面的回转半径大于阀座密封面相应部位的半径，从而在关闭的蝶板密封表面不能进入阀座，即产生“干涉”现象，而采用偏心角为的锥面即所谓圆锥斜切可以解决这个问题。本设计采用三偏心蝶阀结构，具体结构尺寸见设计装配图。2.2阀门的分类及优点分析 阀门产品的种类繁多，

8、说法也不完全统一：有的按材质分（如铸铁阀、铸钢阀、锻钢阀等）、有的按连接形式分（如内螺纹、法兰阀等）、有的按温度分（如低温阀、高温阀、保温阀等）。我国目前大多数习惯是按压力和结构种类来区分。按结构种类分主要有： 旋塞阀、闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等。根据各类阀的优缺点分析，蝶阀更适于转炉系统中使用。 蝶阀是指关闭件（阀瓣或蝶板）为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断和节流用。蝶阀具有以下优点：（1） 体积小，重量轻。与相同压力级和同样口径的别的阀相比，它均可减轻约3050%（2） 结构简单，开闭迅速，蝶阀的零件少，结构紧凑，开闭只需将阀瓣旋转90即可。（3） 调节和密封

9、性能好。蝶阀可以实现分级控制流量，调节性能较好；（4） 流体和操作力矩小。根据对蝶阀所作的流组试验证明，蝶阀的流组小于截止等类型的阀门。操作力矩小是由于阀瓣处于近似平衡状态，这样就可以用较小的力矩实现阀门的启闭。2.3阀体的结构设计及分析1. 阀体的功能：阀体是阀门中重要的零件之一，阀体的重量通常占整个阀门的总重量的70%左右。阀体的主要功能有：A. 作为工作介质的流动通道。B. 承受工作介质压力、温度、冲蚀和腐蚀。C. 在阀体内部构成一个空间，设置阀座，以容纳启闭件，阀杆等零件。D. 在阀体端部设置连接结构，满足阀门与管道系统的安装使用要求。E. 承受阀门启闭载荷和在安装使用过程中因温度变化

10、、振动、水击等影响所产生的附加载荷。F. 作为阀门总装配的基础。2. 阀体设计的基本内容 阀体的设计通常和阀门总体设计同步进行。阀体设计的基本内容如下：A. 确定阀体材料根据工作介质的性质确定合适材料，保证材料具有足够的耐蚀性，并具有可靠的强度和刚度。 气动蝶阀主要用于钢铁企业转炉炼钢中及其它工业输送系统中 ，因此它的工作介质主要是气体。转炉炼钢中产生的废气有：一氧化碳，二氧化碳，氮气，氢气，水蒸气，少量的氧气，氩气及微量的甲烷：这些化学元素中其中有一些具有腐蚀性，因此设计阀体的材料应耐腐蚀。在阀体方面我选用球墨铸铁QT400，它有足够的强度、刚度和耐腐蚀性，满足设计材料的要求。B公称压力的确

11、定 根据参考资料，查得应用场景的介质温度介于0120之间，由于给定的温度不超过120，所以应该采用t=120，相应的工作压力由表内查得其位于1kgf/cm2和2.5 kgf/cm2之间，因为第一个压力1 kgf/cm2低于实际给定值，所以不能满足给定的条件。再查标准表120下的工作压力为2.5 kgf/cm2，相应的公称压力是2.5 kgf/cm2，这个公称压力就做为设计的依据。C.法兰尺寸及类型的选择根据参考文献，由公称通径DN=100mm，公称压力Pg=2.5kgf/cm2,可以确定蝶阀的法兰尺寸及类型，该类型为：铸铁双法兰连接，结构尺寸见零件图。2.4蝶板的启闭过程工作原理图一为三偏心蝶

12、板的设计原理简图图1为三偏心蝶板的设计原理简图，蝶板密封面为锥面，处于关闭的位置。对于锥体密封蝶板，若蝶板采用正圆锥体，则由于其大端直径大于阀座密封圈内径，因而在开启或者关闭时蝶板不能通过阀座。采用偏心角为的偏心锥面便解决了这个问题。由于P1点的旋转半径比密封副接触位置（F0点）的旋转半径小，即点P1的旋转轨迹m1位于F0点的旋转轨迹以下，所以蝶板可旋入阀座，并实现接触密封。同理，P4点的旋转半径大于密封副接触位置的旋转半径，即P4点的旋转轨迹位于先进入阀座的接触点的轨迹以下，故蝶板越关越紧。 图1 三偏心蝶阀设计原理图2.5阀体的结构长度根据阀门公称通径和压力等级，结构长度，连接尺寸的有关标

13、准或规定，确定阀体的结构长度三偏心蝶阀的公称通径为100mm，公称压力为2.5 kgf/cm2，可以确定碟阀的类型为：铸铁双法兰连接。有查文献可得蝶阀的结构总长为L=150mm。宽度为K=160mm。具体尺寸看阀体零件图纸。确定阀体的流动通道根据阀门的流通能力和流体的阻力系数要求，确定合适的工作介质流动通道。阀体的流动通道与阀门的口径一样为100 mm。2.6阀体最小壁厚的设计计算查资料阀体最小壁厚T的计算公式 （mm）见表 如下：材料公称压力（MPa）公称通径（mm）公式灰铸铁1.011001200T=T=球墨铸铁0.252.52001500T=塑性材料4.050T=表中的字母：Pg-公称压

14、力，MPa P-阀体内可能产生的压力升量，MPa DN-阀门通径，mm b-材料的许用拉应力，MPa -铸造偏差，mm对于大口径蝶阀需要作刚度校核，校验变形量，其经验公式为： d=0.04GR3/EJ 式中 G-阀门质量，kg E-弹性模量，MPa J-截面惯性矩，mm4 R-阀体半径，mm 对于一般大口径蝶阀，d0.4mm，能满足要求。根据上面的公式，由下列已知数据： 阀体材料球磨铸铁 公称压力0.25Pg2.5MPa 公称通径200DN1500mm根据表可以选择相应的计算阀体壁厚的公式： T (1-1) 式中：T=b=50MPa,DN=100mm,Pg=2.5kgf/cm2; P、为关闭瞬

15、间前后的压力差，kgf/cm2; 由参考文献得关于P的计算公式为：P=0.004Q/At （1-2）式中 Q为介质的流量，m3/h, A为管道截面积，m2 T为关闭时间，s,给定流速为 v=1m/s,关阀时间为t=2s，将数据代入公式（1-2）得： P=0.00324kgf/cm2将给定数据和计算的数据代入公式（1-1）得：T12.37mm,圆整后取T=15mm。2.7蝶阀的密封副结构阀门关闭时，蝶板密封面与弹性阀座相接触，密封副在介质压力作用下产生微小的弹性变形，从而实现密封，要达到密封性能良好，操作灵活和扭矩小，金属密封蝶阀的密封副结构设计至关重要。根据阀门的公称通径，选择其结构形式。当D

16、N350mm，一般采用双偏心结构，当DN400mm时，一般采用三偏心结构。2.8密封件的选择在日常生活及工程实际中，泄漏现象屡见不鲜。生产设备的泄漏会造成多方面的危害设备中工作介质泄漏，会造成物料浪费，有时间能污染环境。易燃、易爆、剧毒、腐蚀性、放射性物质泄漏将危及人身安全，引起设备事故。环境中的气、水和粉尘等侵入设备会污染工作介质，影响产品质量或加剧零件磨损，缩短机器寿命。流体机械的内容泄漏影响容积效率，甚至工作失效。有泄漏就有治漏，设备治漏的方法有：密封、堵塞、引流、焊接和修改。在三偏心蝶阀中我选择的是密封。对大多数阀门来说(蝶阀也不例外)，密封问题是首要问题。由于密封性能差或密封寿命短而

17、产生流体的外漏或内漏，会造成环境污染和经济损失；有毒的流体、腐蚀性流体、放射性流体和易燃易爆流体的泄漏有可能产生重大的经济损失，甚至造成人身伤亡。密封的概念：防止工作介质从机器和设备中泄漏或防止外界杂质侵入机器和设备内部的一种装置或措施。被密封的工作介质可以是气体、液体或粉状固体。密封性能是评价机械产品质量的一个重要指标。密封的内容：将结合面间间隙封住，隔离或切断，增加泄漏通道中的阻力，在通道中的加设小型作功元件，对泄漏介质造成压力，与引起泄漏的压差部分抵消或完全平衡，以阻止介质泄漏。举例：如填料密封、机械密封和螺旋密封等。密封的功能：是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有两个方面：一是密封面上有间

18、隙；二是密封两侧有压力差。消除或减小任一因素可以阻止或减小泄漏。但就一般设备而言，减小或消除间隙是阻止泄漏的主要途径。密封设计中的几个问题A. 密封用材料密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料具有不同的适用性。对密封的材料的要求一般是：a. 材料致密性好，不易泄漏介质。b. 有适当的机械强度和硬度。c. 压缩性和回弹性好，永久变形小。d. 高温下不软化、不分解，低温下不硬化、不脆裂。e. 抗腐蚀性能好，在酸、碱、油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不黏附在金属表面上。f. 摩擦系数小，耐磨性好。g. 具有与密封面贴合的柔性性。h. 耐老

19、化性好，经久耐用。i. 加工制造方便，价格便宜，取材容易。显然，任何一种材料要完全满足上述要求是不可能的，但具有优异密封性能的材料能够满足上述大部分要求。B. 加工工艺良好的加工工艺和成型工艺是保证密封件尺寸精度、表面特性以及提高抗腐蚀和耐磨能力的有效手段。以橡胶O形圈为例，它是靠给定的压缩变形量来保证密封的，如果由于尺寸精度差而保证不了必要的压缩变形量，就会出现泄漏。此外，由于O形圈是以预拉伸状态安装于密封部位，当运动摩擦发热时，O形圈不是膨胀，而是收缩（拉伸状态下的橡胶受热收缩称为焦尔效应），这也可能使工作时的压缩变形量减小而发生泄漏。因此，设计时必须严格给定尺寸精度，并考虑到各种影响因素

20、，例如与密封件的相接触的零件的尺寸精度，表面粗糙度及纹理方向等。C摩擦、磨损与润滑摩擦和磨损是接触型动密封的中必然存在的问题。接触型动密封的密封件与被密封件相接触，由于有相对运动而产生摩擦，导致发热和零件表面的磨损，这是引起泄漏及密封件损坏的主要原因。因此，润滑方式与润滑的选择就成了密封设计中必须慎重考虑的问题。三偏心金属密封蝶阀是一种金属对金属密封的阀门，在密封面处无四氟乙烯，橡胶或其它非金属材料，因此可保证阀门耐磨，长时间工作不变形，也不会由于阀座变形而导致阀门泄漏。三偏心金属密封蝶阀在阀门启闭过程中阀板和阀座即脱开，它们之间无摩擦。故三偏心金属密封蝶阀有极长的使用寿命，不易泄漏，备品备件

21、的消耗少，检修费用低。冶金工业中轧钢工序如热炉的高温烟气，钢厂转炉吹氧吹氮，高炉鼓风机紧急放空等管道的控制都有一定的难度。如用三偏心蝶阀，以上问题有望解决。由于三偏心蝶阀在密封时，密封面间有相对的滑动，故密封面材料选为奥式体不锈钢，其材料的特点是：耐蚀性，耐化学性和耐热性能高，低温韧性高，强度中等至高，刚性良好，成形加工性极好，无磁性，可焊性良好；缺点是：价格比较贵。在设计过程中，综合考虑实际因素，因为O型密封圈工作可靠，静摩擦因数大，故阀体与左右阀体间的密封采用O形密封圈。2.9三偏心蝶阀密封比压的确定由参考文献可得密封比压的公式：q h=m式中q h为蝶阀的必需比压，kgf/cm2P1为计

22、算压力，kgf/cm2, P1=Pg+PPg为公称压力，Pg=2.5kgf/cm2M为比例系数，取m=1a,c的选值与密封副材料有关，对于密封副材料为钢和硬质合金来说。a=35,c=1b为密封副接触宽度，b=2.72cm（设计给定）将以上数据代入上面公式，得：qh=22.74kgf/cm2对于刚性密封面，qh按公式计算出来的值降低25%，即qh=17.05kgf/cm2根据文献，可以查得密封材料比压q=150kgf/cm2,因此设计比压q应满足： qhqq即 17.05q1502.10接头选择与强度校核接头是阀杆与闸板的连接零件。接头的结构形状为T形，接头与阀杆采用螺纹连接，接头螺纹为：M18

23、*1.56H，孔深为30mm，接头与双闸板之间采用浮动连接，这样在介质在介质压力作用下形成可靠的单向密封同时由于采用浮动连接，双闸板启闭时会因轴线不同心而造成无规则旋转，闸板与左右阀体密封面间的摩擦是紊乱而不是直线的，因此，大大提高使用寿命。接头采用的材料是铸钢（WCB），经退火处理。 强度校核拉压应力强度校核公式为：=Qfz/s式中 阀杆所受的拉压应力（MPa） QFZ阀杆拉压的总轴向力（N） s阀杆的最小截面积，一般为螺纹根部或退刀槽的面积（mm2）许用应力。因接头的材料是35钢，经查阀门设计手册表3140得：材料的许用应力为98 MPa 。活塞杆上的推力和拉力F1和F2分别为：4505.

24、6N，4653.2N，即阀杆拉的总轴向力为4653.2N，即阀杆压的总轴向力为4505.6N。 s=（D2-d2）/4 其中D为25 mm，d为18 mm。所以，s=3.14（252-182）/4=236.4 mm2接头在受拉时，应力强度为：=Qfz/s=4653.2/236.4=19.7Mpa 98 Mpa 接头在受压时，应力强度为：=Qfz/s=4505.6/236.4=19.05 Mpa 98 Mpa 所以该接头满足强度要求。以上公式参照杨源泉主编的阀门设计手册第453页。2.11碟板的设计计算1.蝶板大端的直径D的确定根据参考文献，由公称通径可以得出蝶板大端的直径D即蝶阀阀座的最小通径

25、。表2-1为两者的对应值。 蝶阀阀座的最小通径D（GB/T12238-1989）公称通径DN（mm）8074400375100944504251251195004751501446005752001907006702502308007703002809008703503251000970由表可知，公称通径为100mm时，D=94mm2.蝶板中性面的长短半径确定根据参考文献可得公式：A=A0-tan2aB=A0根据密封副材料，偏心角取目前阀门制造商广为采用的，选择a=15根据3.4得2A0=94，得A0=47mm厚度E=10mm根据公式可得 A=45.56mm B=43.89mm式中 A蝶板中性

26、面的长半轴 B蝶板中性面的短半轴3.蝶阀的轴向和径向偏心距的选择偏心角取目前阀门制造商广为采用a=b的情形，而且这种情况易于蝶板的加工和定位由参考文献将已知数据代入可得： 径向偏心距：0eA/2 轴向偏心距：5c32.8以及 5c+5 （2-1） 5c+5 因蝶阀的密封力矩与径向偏心距近似成正比关系，因此应尽量降低径向偏心距e的大小。径向偏心距e存在如下的关系： e+tan(a+y) （2-2）式中A0为蝶板大端椭圆的长半轴，A0=47mmB0为蝶板大端椭圆的短半轴又因tan(a+y)= =1.44B0=A0 ,代入数据得B0=45.28mm将计算所得的数据代入式（2-2）中，得：e11.16

27、mm （2-3）综上，径向偏心距和轴向偏心距的适宜范围由式（2-1）和式（2-3）所确定。若取e=8mm,则式（2-1）化为：5c18.36 设阀杆直径为d,为了保证三偏心蝶阀具有完整、连续的密封表面，则轴向偏心c还应满足不等式：d2(c- ) （2-4） 为了增加阀杆的刚度，阀杆的直径应该取大一些，而对于式（2-4）只有c增大，才能使d的取值范围增大，故取c=20mm。代入式（2-4）得：d24mm,初步取d=24mm 因此，三偏心蝶阀的轴向偏心距和径向偏心距以及阀杆直径取值分别为： C=20mm e=8mm d=24mm4.三偏心蝶阀力矩的计算由参考文献可知三偏心力矩的计算公式如下：轴承摩

28、擦力矩：MC= DN2Pf1d式中DN为蝶阀的公称通径，DN=100mm P为阀体压力升值，P=0.002kgf/cm2 f1 为轴承摩擦系数，取值为1 d为轴承直径，d=24mm将数据代入公式中，可得：MC=0.046nm2.12支架的选择根据阀杆螺母与支架的不同安装方式，支架可分为：a.阀杆螺母式支架 主要用于手轮操作的阀门b.立柱横梁式支架 主要用于小口径阀门或低压阀门c.法兰连接式支架 主要用于安装各种操纵机构的大口径阀门我选用第三种支架法兰连接式支架，因为支架不仅起着支撑作用还起着连接作用。它是连接气缸和阀体的过渡零件。支架与阀体的连接是采用M12的双头螺栓，支架与气缸的连接是采用M

29、12的普通螺栓。 支架的计算主要是计算支架的强度和刚度。2.13填料压套填料压套在蝶阀中主要起压紧填料作用，采用材料2Cr13，公称压力1.66.4Mpa。具体结构型式及尺寸见填料压套零件图。2.14轴承的选择按照轴承所能承受的外载荷不同，滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承，其中有几种类型还可以承受不大的轴向载荷；只能承受轴向载荷的轴承叫推力轴承，轴承中与轴颈紧套在一起的叫轴圈，与机座相联的叫座圈；能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫做向心推力轴承。 根据阀轴的受力情况，选向心轴承（1）阀轴所受的径向载荷根据参考文献对蝶板的受力情况

30、分析，则阀轴的径向载荷R为： R= ABPW 式中PW为蝶阀的工作压力，PW=2.5kgf/cm2 A=45.56 B=43.89 (A,B由上面计算得到)由于支撑轴承的轴承在结构上需要两个，因此每一端轴承所受的径向载荷R为总载荷的一半。将以上数据代入公式得：R= =769.65N（2）滚动轴承的设计计算已知轴承的径向载荷R=769.65N，轴承载荷很小可忽略不计，轴承的频率n=7.5r/min，运转时有轻微冲击，预期计算寿命L11=5000h。求比值根据参考文献，查表知深沟球轴承的最大比率e的值为0，此时A/Re初步计算当量动载荷P由公式 P=fP(XR+YA)按照参考文献，查表可知，fP=

31、1.01.2,取fP=1.2;按照参考文献，查表可知，X=1，Y=0，则P=fP(XR+YA)=923.58N求轴承应有的基本额定动载荷值C=P =923.58 =1210.23N按照轴承样本或设计手册，选择C=4320N的轴承，经验算得到轴承的寿命为：L11= = =2274125000 满足要求。轴承的相关尺寸为：轴承直径 d1=30.4mm,轴承宽度b=9mm即选定轴承为型号61804外型尺寸20327，基本额定动载荷2.2Kn，基本额定静载荷3.5Kn，3.传动方案的设计及分析3.1气动装置优缺点分析传动控制系统中主要包括：气动、液动，电动三种。其中液压传动需要液压系统和执行原件。液压

32、传动及液压系统的动力，任何液压系统都是由一些基本的回路组成的，基本的回路是由各类原件组成的，参照典型的基本回路设计液压系统，可以收到事半功倍的效果。通过泵抽取液压油，在液压回路中传递到执行原件液压缸或者液压马达等，最后作用在机构中。液压传动功率大，传动平稳，机构工作稳定，噪音小，而且控制系统中能和好的做到过载的保护，但是工作中液压系统和各种控制阀体、测量原件，加工制造成本高，而且液压油的粘稠度、工作温度、和油的纯度都直接影响着传动的精度：液压密封中漏油是很难克服的问题。气动传动是在气泵的作用下，通过气动回路作用到执行原件汽缸，然后作用到执行机构中，从而完成既定的动作，实现设备的功能。气压传动对

33、工作介质的要求不高，制造控制系统及原件的精度要求也不高，制造成本低，但是该传动形式噪音大，传动不平稳，传动的功率也很小。 电气传动，是以电为动力在电动机的带动下。通过齿轮、带等中间连接原件传递到执行机构中，从而实现既定的动作。亦或者电动及通过联轴器直接和执行机构连接完成动作。电气传动使用广泛，结构形式多样，机械动作传动准确、精度高，传递功率大，传动比大，但是机械传动中如齿轮传动或者精度等级要求高，造成成本高或者精度等级低，造成噪音大，机械传动还不易克服过载的现象，如果发现不及时可能会烧毁电机或者破获执行机械。由于此设计的阀应用于钢铁厂，本身对声音和精度的要求不是太高，故此阀采用驱动装置为气动。

34、主要输送的介质是气体。当然，此阀也可应用到发电厂、化工厂、炼油厂等。各有各的优缺点，在此不作详细介绍了。（需要介绍一下）由于此设计的阀应用于钢铁厂，主要输送的介质是气体。当然，此阀也可应用到发电厂、化工厂、炼油厂等。此阀采用驱动装置为气动。气压传动与控制技术简称气动技术，是指以压缩空气为工作介质来进行能量与信号的传递，实现生产过程机械化、自动化的一门技术，它是流体传动与控制学科的一个重要组成部分。气压传动的优点：1.以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方法与液压传动相比不必设置回收油的油箱和管道。（格式）2.因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失

35、也很小，所以便于集供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。 3.与液压传动相比，气动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。 4.工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气控制优越。5.成本低、过载能自动保护。6.利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动的高速响应。可实现缓冲。对冲击载荷和过载荷有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保能力。气压传动的缺点 ：1. 由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。2. 因工作压力低（一般为0.31.0Mpa），又

36、因结构尺寸不宜过大，总输出力不大于1040KN。3. 噪声较大，在高速排气时要加消声器。4. 气动装置中的气信号传递在声速以内不电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用 于元件级数过多的复杂回路。气缸是气动执行元件之一。气缸是将压缩空气的能量转换成直线往复运动形式机械的能量转换装置。3.2气缸的选定阀门气缸装置按其结构特点分为三种：薄膜式气动装置、气缸式气动装置（有单气缸气动装置和双气缸气动装置之分）、摆动式气动装置。它们三种各自的特点：薄膜式：行程短，40mm，结构紧凑、灵活，无手动机构。气缸式：行程长，必要时须加缓冲机构，出力不够采用双气缸机构，有手动和手气动切换结构。摆动式：结构简单，成本

37、低，往复运动直接变成旋转运动。 因设计的三偏心蝶阀有很多种规格，每种规格所用气缸的行程长短不同，因此选用的是双作用式普通单气缸气动装置。设计的三偏心蝶阀口径是100mm。双作用式普通单气缸是利用压缩空气使活塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际需要选定。活塞的推力FT和拉力FL按下式计算： FT=/4D2P FL=/4（D2-d2）P 式中 D气缸直径 d活塞杆直径 P气缸工作压力载荷率，主要考虑保证气缸动态特性参数及总阻力。若气缸动态参数要求较高 且工作频率高，其载荷率一般取=0.30.5，速度高时取小值，速度低时去大值；若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，可考虑起总阻力。其

38、载荷 可取=0.70.85。3.3气缸的主要参数计算气缸缸径的确定活塞杆上的推力F1 F1=/4D2P 活塞杆上的拉力F2 F2=/4（D2-d2）P 式中 D气缸直径（mm）;d活塞杆直径 (mm); P气缸工作压力(MPa);载荷率，主要考虑保证气缸动态特性参数及总阻力。若气缸动态参数要求较高 且工作频率高，其载荷率一般取=0.30.5，速度高时取小值，速度低时去大值；若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，可考虑起总阻力。其载荷 可取=0.70.85。由于我设计的阀门工作频率低，基本是匀速运动所以取=0.7。取气缸工作压力0.6Mpa，活塞杆直径d=24mm.当活塞杆上的推

39、力和拉力F1和F2分别为：4505.6N，4653.2N，再由上面的和两式可求得气缸直径D当推力作功时:D2=4F1/(P)=44505.6/（3.140.60.7）=13665.6mm 即D=116.9 mm当拉力作功时：D2=4F1/(P)+d2=44653.2/（3.140.60.7）+242= 14689.4mm 即D=121.2 mm在实际选用中气缸缸径选用：125 mm以上公式参照实用阀门设计手册第1430页。3.4传动原理分析当气缸通过阀杆带动蝶板转动时，蝶板与阀体密封面吻合，将通道切断，即为关闭；反之，则为开启。详见气动系统原理图本次主要针对蝶阀的设计，不详叙。4阀门的安装、使

40、用与保养1)安装前，应将阀门清洗干净，并消除在运输过程中可能造成的缺陷。2)安装时，应仔细核对阀门上的标志及铭牌是否符合使用要求。3)本阀门运行应全开或全关，不能作节流用，以免密封面受冲刷而加速磨损。4)若长期存放，应存放在干燥通风室内，并经常检查，防止腐蚀。5)运输过程中严禁磕碰。设计小结毕业设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的教学环节。通过本次毕业设计进一步巩固和加深了所学的机械、控制、驱动、材料等方面的知识，使我们设计、加工、装配等综合运用能力得到很大提高。通过此次气动蝶阀的研究和设计使我对阀门有了更深一层的了解和认识，深深的体会到阀门对国民经济的重要性，它与生产建设、国防建设和

41、人民生活的密切联系。通过对气动蝶阀的设计使我对阀门的内部结构的设计有了较清楚的的认识，也了解到了阀门设计过程中应注意的一些细节问题。通过这次对气动蝶阀的设计，对我今后从事机械这门专业有着很大的帮助，它使我更清楚的认识到从事机械这门专业应仔细、认真、慎重和虚心。经过这一个多月的毕业设计和相关资料的收集使我在大学学的知识得到了全新的认识和提高。但由于个人水平跟能力有限，在本次蝶阀设计中存在很多缺陷，这次能完成毕业设计离不开指导老师的悉心指导跟同学的帮助，在此我表示万分的感谢！参考文献1陆培文.实用阀门设计手册M.机械工业出版社. 2007年9月出版.2SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术M.机械工业出版社. 2008年8月出版.3成大先.机械设计师手册（单行本）轴及其联接M. 化学工业出版社.2004年1月出版.4机械工业部.气动元件产品样本M.机械工业出版社.2000年9月出版.5张定华.工程力学.高等教育出版社M.2000年8月出版.6李澄.机械制图.高等教育出版社M.2003年6月出版.7陈立德.机械设计基础M.高等教育出版社.2004年7月出版.8袁承训.液压与气压传动M.机械工业出版社.2006年8月出版.9东北大学工学院编写. 机械零件设计手册M. 东北大学出版社.1986年5月出版.10张炫芝. 三偏心蝶阀密封结构的分析与研究M.互联网.2000年编撰.20