三偏心蝶閥金屬密封副干涉三維分析

《三偏心蝶閥金屬密封副干涉三維分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、1前言???蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)密封副型式為圓錐斜切錐面型[1]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理如圖1所示。其蝶板為圓錐斜切而得。圓錐半錐角為β，三個(gè)偏心分別為：蝶板回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于流道中心的徑向偏心α、回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于蝶板中面的軸向偏心e以及圓錐軸線相對(duì)于流道中心線的角度偏心α。???蝶板中面輪廓線為橢圓形，其橢圓方程為[2]：??????平行于蝶板中面的前、后截面皆為橢圓，其橢圓的長(zhǎng)半軸分別為m1，m2，短半軸為n1，n2。???蝶板關(guān)閉時(shí)，蝶板與閥座密封面重合(見圖1)。當(dāng)?shù)逖仨槙r(shí)針方向開啟，蝶板上各點(diǎn)均繞回轉(zhuǎn)軸L(z=a，x=1)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)任一確定的平面y=

2、y0(y0∈[-n1，n1])，與偏心圓錐相交得到一條雙曲線，雙曲線上任一點(diǎn)c(x，y，z)與回轉(zhuǎn)軸L間的距離為ri。當(dāng)y值一定，若z＞xtanα?xí)r，ri為x的單增函數(shù)；而z≤xtanα?xí)r，ri為x的單減函數(shù)，則蝶板與閥座密封面不會(huì)發(fā)生干涉，即密封面不干涉條件為：???????(2)???2參數(shù)干涉檢驗(yàn)???上述分析計(jì)算過程復(fù)雜，人工難于完成，適于計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。在設(shè)計(jì)中一般蝶板直徑D0可以預(yù)先確定，而D0與H的關(guān)系可由下式得出：???D0＝H[tan(α+β)-tan(α-β)]???(3)???N-S結(jié)構(gòu)化程序流程圖如圖2所示。???程

3、序設(shè)計(jì)中有關(guān)公式詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[2]。通過大量的數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，蝶板與閥座干涉的部位大多位于蝶板轉(zhuǎn)軸附近的邊角區(qū)域，在設(shè)計(jì)中應(yīng)格外注意。???3三維運(yùn)動(dòng)學(xué)干涉拉驗(yàn)???三偏心蝶閥的啟閉運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)復(fù)雜的三維空間圖形，蝶板與閥座在開啟與關(guān)閉過程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)無干涉，但目前國內(nèi)這種蝶閥設(shè)計(jì)、制造體系尚不完善。為此，我們考慮采用功能較為強(qiáng)大的三維軟件對(duì)三偏心蝶閥進(jìn)行三維實(shí)體建模，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)三維可視化仿真，模擬蝶板在開啟、關(guān)閉過程中的運(yùn)動(dòng)，以調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)蝶板與閥座的良好吻合、無干涉啟閉、密封副無摩擦及關(guān)閉狀態(tài)無泄漏，最終得到合理的三偏心蝶閥

4、工程設(shè)計(jì)圖。???三維建模軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的核心是零件、工程圖和裝配體，通過零件造型，進(jìn)而進(jìn)行零件裝配和出工程圖，裝配體可實(shí)現(xiàn)碰撞檢查、動(dòng)態(tài)間隙檢查等多項(xiàng)功能。???以直徑D0=250mm，a=10mm、e=30mm、b＝10mm、α=10°、β=10°為例，應(yīng)用三維建模軟件進(jìn)行實(shí)體建模，根據(jù)α、β、D0、H參數(shù)值，作出相關(guān)圓錐體草圖，由旋轉(zhuǎn)特征得到錐體，據(jù)初定板厚b由切除特征得到蝶板，由a、e作出轉(zhuǎn)動(dòng)軸孔草圖，由拉伸特征得到蝶板零件，如圖3所示。類似地可作出鬧座(圖4)、轉(zhuǎn)軸、銷等零件。???將四大類零件按裝配關(guān)系裝配，得到三偏心蝶閥裝配

5、體(見圖5)，在滿足軸、銷、蝶板裝配關(guān)系時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，蝶板隨軸共同轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)可進(jìn)行蝶板與閥座的干涉檢查。???圖6、圖7為蝶板全部開啟及部分開啟時(shí)三偏心蝶閥三維模型圖，圖8為蝶板與閥座發(fā)生干涉時(shí)所取的模型圖。???通過三維建模分析，發(fā)現(xiàn)容易發(fā)生干涉的部位大多位于蝶閥轉(zhuǎn)軸附近的邊角區(qū)域(圖7所示)。蝶權(quán)與閥座是否干涉，取決于蝶板厚度b、徑向偏心e、軸向偏心a、錐體軸線偏心角α及半錐角β，而且滿足不干涉要求的e、α、β的取值范圍很小，尤其是一些大直徑碟閥，當(dāng)?shù)搴穸萣取值稍大，很難找到蝶板與閥座不發(fā)生干涉的合適參量a、e、α、β，這和程序運(yùn)算所得

6、到的結(jié)論一致。???4結(jié)束語???(1)三維模型驗(yàn)證了程序判斷蝶板與閥座是否發(fā)生干涉是可行的。???(2)由程序運(yùn)算可確定a，e，b，α，β之間的關(guān)系及取值范圍。???(3)運(yùn)算不同直徑D0所確定的合理的a，e，b，α，β可建立起數(shù)據(jù)庫，通過三維建模軟件能實(shí)現(xiàn)三維造型的參數(shù)化。???(4)將三維建模軟件建立的模型導(dǎo)入ANSY、ABAQS等有限元分析軟件，可方便地進(jìn)行在壓力、溫度耦合作用時(shí)蝶板、閥座的應(yīng)力、變形及強(qiáng)度計(jì)算，大大減少了在有限元軟件下手工建模的工作量。???(5)創(chuàng)建的三維模型可連接數(shù)控機(jī)床進(jìn)行三偏心蝶閥的遠(yuǎn)程加工。