三偏心蝶閥摩擦力矩分析

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1、三偏心蝶閥摩擦力矩分析時(shí)間:2009-08-15??來(lái)源:蘭州理工大學(xué)????編輯:俞樹榮內(nèi)容提示：通過(guò)對(duì)三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導(dǎo)出三偏心蝶閥的摩擦力矩,并且分析了徑向偏心距、軸向偏心距以及偏心角對(duì)摩擦力矩的影響。1、前言三偏心蝶閥是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上,使蝶板的中心偏置一定的角度,形成三偏心密封結(jié)構(gòu),從而消除了蝶閥啟閉時(shí)兩密封面之間的機(jī)械磨損和擦傷,減小了驅(qū)動(dòng)力矩。密封面位于斜圓錐表面,閥座和密封圈的正截面均為橢圓,這正是其設(shè)計(jì)和制造的難點(diǎn)及關(guān)鍵,也是目前不能準(zhǔn)確計(jì)算摩擦力矩的原因所在[1]。2、

2、三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)分析蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)(圖1)是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)傾角,經(jīng)過(guò)最優(yōu)化設(shè)計(jì)使密封副的摩擦力進(jìn)一步下降,由于采用面密封的結(jié)構(gòu)使接觸應(yīng)力分布均勻、密封更加可靠。三偏心蝶閥的第一個(gè)偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心L相對(duì)于蝶板中心在軸向存在偏心距c,第二個(gè)偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心L相對(duì)于蝶板中心在徑向存在偏心距e,第三個(gè)偏心是指閥座所在圓錐形的高線與閥體通道軸線有一個(gè)夾角φ,即角偏心[2、3]?。?圖1三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)于三偏心結(jié)構(gòu)的蝶閥,由于軸向偏心距c的存在,保證了蝶閥密封面是一個(gè)完整連續(xù)的錐面,

3、并且該密封面的幾何中心容易確定,降低了密封面加工制造的難度。若密封面為正圓錐面,則由于蝶板密封面的回轉(zhuǎn)半徑大于閥座密封面相應(yīng)部位的半徑,從而在關(guān)閉時(shí)蝶板密封表面不能進(jìn)入閥座,即產(chǎn)生“干涉”現(xiàn)象,而采用偏心角為φ的錐面即所謂圓錐斜切可以解決這個(gè)問(wèn)題。其密封面為斜置錐形,蝶板與閥座的密封接觸為面接觸,依靠密封面與閥座的充分接觸來(lái)達(dá)到密封效果[4、5]。從圖1得蝶板中性面橢圓的長(zhǎng)半軸A和短半軸B分別為:式中A———中性面橢圓長(zhǎng)半軸,mmB———中性面橢圓短半軸,mmR0———密封圓錐底半徑,mmE———蝶板厚度

4、,mmθ———密封圓錐半錐角,°φ———角偏心,°3、靜力分析當(dāng)?shù)逄幱谂R界狀態(tài)(即蝶板在關(guān)閉的瞬間)時(shí),其上的作用力包括:密封面上的單位正壓力N(方向垂直于密封面且為均布的空間力系)和摩擦力fN(方向沿密封表面并且阻止蝶板運(yùn)動(dòng)的空間力系)以及介質(zhì)對(duì)蝶板的壓力p(方向取決與介質(zhì)流向)。而摩擦力fN與摩擦系數(shù)f有關(guān),摩擦系數(shù)f與密封副材料、加工方法、表面光潔度和硬度、潤(rùn)滑狀態(tài)及溫度等因素有關(guān),可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試來(lái)確定其準(zhǔn)確數(shù)值[6]。?圖2蝶板受力示意三偏心蝶閥摩擦力矩分析時(shí)間:2009-08-15??來(lái)源:

5、蘭州理工大學(xué)????編輯:俞樹榮內(nèi)容提示：通過(guò)對(duì)三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導(dǎo)出三偏心蝶閥的摩擦力矩,并且分析了徑向偏心距、軸向偏心距以及偏心角對(duì)摩擦力矩的影響。當(dāng)介質(zhì)為正流狀態(tài)時(shí)(介質(zhì)流動(dòng)方向與蝶板關(guān)閉方向相同)蝶板密封面受力情況如圖2所示。密封面上所受的壓力N是均布力,方向垂直于密封表面,即垂直于圓錐母線與該點(diǎn)的切線所組成的平面,并且壓力是一空間力系。由于蝶板的密封表面與閥座密封面之間有運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),且存在著相互作用力,則兩密封面之間也必然存在著一定的摩擦力,其大小為fN,方向沿圓錐母線且阻止蝶板的運(yùn)動(dòng)

6、。力的平衡方程以閥桿軸線為界,圖3所示橢圓被分為上下兩部分,根據(jù)對(duì)稱性可將該橢圓分為兩個(gè)區(qū)間:[0,θ1]和[θ1,π]。?圖3蝶板截面示意通過(guò)各力在圓錐軸線方向上的投影可列出相應(yīng)的力的平衡方程式,進(jìn)而可求出密封面上所受的壓力N:式中p———管道中流體介質(zhì)壓力,MPaf———與密封副材料有關(guān)的摩擦系數(shù)4、摩擦力矩計(jì)算由于三偏心蝶閥密封面為圓錐的表面,密封為面接觸密封,求出蝶板密封表面上的摩擦力后,再求作用于蝶板上、下兩部分的摩擦力矩。在求摩擦力矩的時(shí)候,為計(jì)算方便,取蝶板中性面橢圓代替蝶板進(jìn)行分析。如圖4

7、所示,首先將摩擦力進(jìn)行分解,對(duì)于閥桿有力矩作用的分力,分別求出摩擦力矩,最后將各分摩擦力矩合并為總的摩擦力矩。假定摩擦力矩逆時(shí)針為正,順時(shí)針為負(fù)。圖4摩擦力分解示意(1)摩擦力分力fNcosα1(圖4)引起的蝶板上部分的摩擦力矩(逆時(shí)針方向):(2)摩擦力分力fNcosα1引起的蝶板下部分的摩擦力矩(逆時(shí)針方向):(3)摩擦力分力fNsinα1cosα(圖4)引起的蝶板上部分的摩擦力矩(逆時(shí)針方向):(4)摩擦力分力fNsinα1cosα引起的蝶板下部分的摩擦力矩(順時(shí)針方向):式中C———長(zhǎng)軸上的焦點(diǎn)半

8、徑,mmλ———焦點(diǎn)參數(shù),λ=B2/Ae′———橢圓離心率三偏心蝶閥摩擦力矩分析時(shí)間:2009-08-15??來(lái)源:蘭州理工大學(xué)????編輯:俞樹榮內(nèi)容提示：通過(guò)對(duì)三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導(dǎo)出三偏心蝶閥的摩擦力矩,并且分析了徑向偏心距、軸向偏心距以及偏心角對(duì)摩擦力矩的影響。5、特殊情況當(dāng)φ=0時(shí),閥座的內(nèi)表面由斜圓錐變?yōu)檎龍A錐,閥座和密封圈的正截面為圓。這就是蝶閥的雙偏心結(jié)構(gòu),雙偏心是三偏心的特殊情況,此時(shí)密封面上所受的壓