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1、三偏心蝶閥摩擦力矩分析時間:2009-08-15??來源:蘭州理工大學????編輯:俞樹榮內容提示：通過對三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導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上,使蝶板的中心偏置一定的角度,形成三偏心密封結構,從而消除了蝶閥啟閉時兩密封面之間的機械磨損和擦傷,減小了驅動力矩。密封面位于斜圓錐表面,閥座和密封圈的正截面均為橢圓,這正是其設計和制造的難點及關鍵,也是目前不能準確計算摩擦力矩的原因所在[1]。2、
2、三偏心蝶閥結構分析蝶閥的三偏心結構(圖1)是在雙偏心蝶閥的基礎上再增加一個傾角,經過最優(yōu)化設計使密封副的摩擦力進一步下降,由于采用面密封的結構使接觸應力分布均勻、密封更加可靠。三偏心蝶閥的第一個偏心是指蝶板的回轉中心L相對于蝶板中心在軸向存在偏心距c,第二個偏心是指蝶板的回轉中心L相對于蝶板中心在徑向存在偏心距e,第三個偏心是指閥座所在圓錐形的高線與閥體通道軸線有一個夾角φ,即角偏心[2、3]?。?圖1三偏心蝶閥結構示意圖對于三偏心結構的蝶閥,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半徑大于閥座密封面相應部位的半徑,從而在關閉時蝶板密封表面不能進入閥座,即產生“干涉”現象,而采用偏心角為φ的錐面即所謂圓錐斜切可以解決這個問題。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達到密封效果[4、5]。從圖1得蝶板中性面橢圓的長半軸A和短半軸B分別為:式中A———中性面橢圓長半軸,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、靜力分析當蝶板處于臨界狀態(tài)(即蝶板在關閉的瞬間)時,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動的空間力系)以及介質對蝶板的壓力p(方向取決與介質流向)。而摩擦力fN與摩擦系數f有關,摩擦系數f與密封副材料、加工方法、表面光潔度和硬度、潤滑狀態(tài)及溫度等因素有關,可以通過試驗測試來確定其準確數值[6]。?圖2蝶板受力示意三偏心蝶閥摩擦力矩分析時間:2009-08-15??來源:
5、蘭州理工大學????編輯:俞樹榮內容提示：通過對三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導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摩擦力矩的影響。當介質為正流狀態(tài)時(介質流動方向與蝶板關閉方向相同)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動的趨勢,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動
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,根據對稱性可將該橢圓分為兩個區(qū)間:[0,θ1]和[θ1,π]。?圖3蝶板截面示意通過各力在圓錐軸線方向上的投影可列出相應的力的平衡方程式,進而可求出密封面上所受的壓力N:式中p———管道中流體介質壓力,MPaf———與密封副材料有關的摩擦系數4、摩擦力矩計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。在求摩擦力矩的時候,為計算方便,取蝶板中性面橢圓代替蝶板進行分析。如圖4
7、所示,首先將摩擦力進行分解,對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。假定摩擦力矩逆時針為正,順時針為負。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(順時針方向):式中C———長軸上的焦點半
8、徑,mmλ———焦點參數,λ=B2/Ae′———橢圓離心率三偏心蝶閥摩擦力矩分析時間:2009-08-15??來源:蘭州理工大學????編輯:俞樹榮內容提示：通過對三偏心蝶閥蝶板的靜力分析,推導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摩擦力矩的影響。5、特殊情況當φ=0時,閥座的內表面由斜圓錐變?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構,雙偏心是三偏心的特殊情況,此時密封面上所受的壓
