new明桿楔式單閘板閘閥設計概述

1、 明桿楔式單閘板閘閥設計 作者姓名： 召E雷 專業(yè)名稱： 機械工程及自動化 指導教師：鄭才國講師 成都理工大學工程技術學院 學位論文誠信承諾書 本人慎重承諾和聲明： 1. 本人已認真學習學位論文作假行為處理辦法（中華人民共和 國教育部第34號令）、成都理工大學工程技術學院學位論文作假行為 處理實施細則（試行）（成理工教發(fā)201330號）文件并已知曉教 育部、學院對論文作假行為處理的有關規(guī)定，知曉論文作假可能導致作 假者被取消學位申請資格、注銷學位證書、開除學籍甚至被追究法律責 任等后果。 2. 本人已認真學習成都理工大學工程技術學院畢業(yè)設計指導手 冊，已知曉學院對論文撰寫的內容和格式要求。 3

2、. 本人所提交的學位論文（題目：）， 是在指導教師指導下獨立完成，本人對該論文的真實性、原創(chuàng)性負責。 若論文按有關程序調查后被認定存在作假行為，本人自行承擔相應的后 果。 承諾人（學生簽名）： 201 年 月 日 注：學位論文指向我校申請學士學位所提交的本科學生畢業(yè)實習報 告、畢業(yè)論文和畢業(yè)設計報告。 明桿楔式單閘板閘閥設計 摘要 閥門的使用在現(xiàn)代化生產(chǎn)中十分重要， 其身影在人類的生產(chǎn)生活中 隨處可見。閥門的研究能夠帶動人類經(jīng)濟生產(chǎn)， 在各類生產(chǎn)系統(tǒng)中極大 的提高經(jīng)濟效益，節(jié)約能源。 如何正確設計和選用閥門是實現(xiàn)閥門的密封性能、調節(jié)性能、實用 性能、安全性能和流通性能的關鍵所在。在閥門設計過程

3、中，要對各種 參數(shù)進行嚴格的核對驗算，需要將各種相關因素考慮其中，比如介質溫 度、壓力、腐蝕性等做到科學嚴謹。閥門主體、零件的也要做到科學選 材，以免造成不必要的經(jīng)濟損失和浪費。 設計的過程中需要邊計算邊繪圖，通過設計計算確定閥門各個部件 的數(shù)據(jù)，然后在CADt畫出零件圖，做到各部件數(shù)據(jù)合理。通過嚴格設 計計算，閥門能對管道中的介質進行正常開啟閉合控制， 沒有介質的內 泄外漏，能與相應管道設備配合使用，方才設計合格。 關鍵詞：生產(chǎn)系統(tǒng)正確設計科學選材數(shù)據(jù)合理 -I - 明桿楔式單閘板閘閥設計 Abstract The use of the valve in the moder n in dus

4、trial product ion is very important, its figure in the production of human life everywhere. The research of valve can drive the economic production of human, and can greatly improve the econo mic ben efit and save en ergy in all kinds of producti on system. How to desig n and choose the valve is the

5、 key to achieve the valve seali ng performa nee, regulatio n performa nee, practical performa nee, safety and performa nee of the key .In the valve desig n process, to a variety of parameters strictly checked and checked, the n eed to con sider all kinds of factors, such as media temperature, pressu

6、re, corrosion and so scientific rigor. Valve body, parts of the scientific selection should be scientific, so as not to cause unn ecessary econo mic losses and waste. The desig n of the process n eeds to draw the edge of the calculati on, through the desig n and calculati on of the valve parts of th

7、e data, and the n draw a part diagram on the CAD, so that the data is reas on ablefor each comp onent. Through the rigorous calculati on and desig n, the valve can ope n the medium of the pipeline normally open the closure control, without the leakage of the medium in side the medium. Keywords: Prod

8、uction system, Correct design, Scientific selection, Data reas on able -ii - 明桿楔式單閘板閘閥設計 目錄 摘要I AbstractII 目錄Ill 前言1 一、設計任務2 二、確定閥門的主體材料 4 三、明桿楔式單閘板閘閥設計 5 3.1承壓件設計7 3.1.1承壓件材料8 3.1.2承壓件壁厚8 3.2密封副設計9 3.2.1密封副材料9 3.2.2密封副的總作用力和比壓的計算 9 3.3閥體與閥蓋連接型式和密封面結構的確定 11 3.4閥桿設計12 3.4.1閥桿材料13 3.4.2閥桿總軸向力計算 13 3.4

9、.3閥桿扭應力計算 16 3.4.4閥桿彎曲應力的校核 17 3.5閘板設計19 3.5.1閘板材料19 3.5.2閘板厚度計算 19 3.6中法蘭設計20 3.6.1中法蘭材料 20 3.6.2中法蘭計算21 3.6.3中法蘭墊片計算 21 3.6.4螺栓設計計算22 3.6.5彎曲應力計算23 3.7閥蓋設計24 3.7.1閥蓋材料25 3.7.2閥蓋壁厚計算 25 3.8支架設計計算26 3.8.1支架材料27 382彎曲應力計算27 3.9閥桿螺母的設計 30 3.9.1閥桿螺母材料30 3.9.2閥桿螺母擠應力計算與型號 30 3.10填料壓蓋設計31 3.10.1填料壓蓋材料 31

10、 3.10.2填料壓蓋型號 31 3.11鎖緊螺栓設計32 3.11.1鎖緊螺栓材料 32 3.11.2鎖緊螺栓型號 32 3.12手輪設計33 3.12.1手輪材料34 3.12.2手輪型號34 3.13閥門流量系數(shù)35 致謝38 參考文獻39 附件40 -IV - 明桿楔式單閘板閘閥設計 、八 、 刖言 閘閥是一種常見通用機械零部件，在生產(chǎn)生活中得到普遍應用，是 我國工業(yè)大力發(fā)展的重要機械產(chǎn)品，它與人民的生產(chǎn)生活息息相關，閘 閥的研究設計能夠大大的加快我國國民經(jīng)濟以及國防建設的發(fā)展。 我國閘閥的生產(chǎn)歷史已經(jīng)有了幾十年發(fā)展，閘閥的制造廠家也越來 越多，設計的閘閥數(shù)量越來越大，閘閥的型號也變得

11、越來越豐富。以前 我國的生產(chǎn)廠家僅僅只有少數(shù)的幾十家， 現(xiàn)在已經(jīng)有了數(shù)千家廠家，閘 閥型號也有越來的幾十上百種發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)千上萬種，可以說發(fā)展迅 速。盡管如此，我國國內的閘閥技術與國際水平還是有一定的差距，許 多優(yōu)秀閘閥設計還是需要從國外引入，但是我國生產(chǎn)制造廠家依舊不棄 不餒，依舊在國內原有的基礎上大力研究發(fā)展， 相信不久后我國閘閥制 造技術定會站在國際頂端 。 閘閥是流體控制元件，對流體阻力小，適用的壓力和溫度范圍大， 在流體管道系統(tǒng)中主要作用是管路介質的截斷或接通、防止流體回流、 調節(jié)流量、調節(jié)和排泄壓力，由于所控制流體的物理性質與化學性質的 不同，閘閥的使用規(guī)格型號也就不同。閘閥功能

12、簡單，一般只能對介質 作全開和全關功能0 設計閘閥時，密封面的設計相當重要。按密封面形式的不同可以將 閘閥分為楔式閘板閘閥和平行式閘板閘閥。楔式閘板閘閥又有單閘板閘 閥和雙閘板閘閥之分。一般而言，閘閥的密封性能十分重要，密封性的 好差直接決定閘閥是否使用合格。如果產(chǎn)生流體外漏，可能會造成環(huán)境 污染、經(jīng)濟損失，甚至可能會造成人身傷亡，十分危險。 設計時不但要考慮閘閥密圭寸面的密圭寸性能， 還要考慮其選用材料的 機械強度、剛度、制造工藝以及磨損等問題，以及流體溫度、壓力、腐 蝕性等物理問題和化學問題。 由于閘閥生產(chǎn)生活中的重要性，本次設計就這些物理化學等問題展 開設計。 設計任務 設計任務，即設計

13、任務書。明確閥門具體參數(shù)，如：公稱直徑、公 稱壓力、溫度、介質、驅動方式等。使用條件和要求，如：室外或室內 安裝、啟用頻率等。相關執(zhí)行標準。 （一）設計課題：明桿閘閥設計 （二）設計主要內容： 閥門是管道系統(tǒng)的重要組成部分，應該滿足管道系統(tǒng)對閥門所提出 安全性、可靠性的使用要求。其零部件可以通過CAD、UG等軟件來繪 制和裝配，以配合完成設計。 （三）本次設計內容：確定閥門主體材料 閘閥結構設計：承壓件、密封副、閥體與閥蓋、閥桿、閘板、中法 蘭、支架、閥桿螺母、填料壓蓋、手輪 （四）設計給定數(shù)據(jù)： 表1.1設計參數(shù) 序號 名稱 符號 單位 公式或來源 數(shù)據(jù) 1 公稱通徑 DN mm 設計給定

14、80 2 公稱壓力 PN Mpa 設計給定 4 3 溫度 T C 設計給定 20 4 介質 設計給定 水、油 品 5 驅動方式 設計給定 手動 6 附加余量 mm 設計給定 5 7 壁厚系數(shù) k1 PN=2.0MPa 時， k1=1.3;PN 5.0MP時 k仁1 1 8 密封面寬度 bm mm 設計給定 2.5 9 密封面內徑 d mm 設計給定 80 10 閥桿直徑 df mm 設計給定 22 11 介質壓力 P MPa 設計給定 1 12 填料層總高度 hT mm 設計給定 3 13 閥桿與填料間的 摩擦系數(shù) (IT 0.01 （五）使用條件要求： 室溫20C，室內外無要求，手動控制 （

15、六）與管道連接形式： 法蘭連接 （七）相關執(zhí)行標準2: 設計標準： GB12234 設計系列： 低壓小口徑系列閘閥 -14 - 確定閥門的主體材料 閥門主體與介質流體直接接觸，所受腐蝕力最強，對材料的要求也 十分重要，為了能讓閥門安全可靠，節(jié)約能源、保護環(huán)境以及經(jīng)濟上的 節(jié)約，閥門主體材料應當根據(jù)設計輸入?yún)?shù)、使用條件和制造要求選定。 閥門在設計和選材的時候必須考慮的問題有很多，必須重點考慮的 一個問題是閥門在工作時的溫度。為了更好的規(guī)范閥門主體材料所能適 宜的工作溫度，我國從閥門所使用材料的應力要求、溫度等作出了相關 規(guī)定以便于常規(guī)閥門的設計 。另外，從生產(chǎn)經(jīng)濟上考慮，閥門的主體 材料應該選

16、用綜合性適當?shù)模苊庠斐山?jīng)濟上的浪費。根據(jù)設計輸入?yún)?數(shù)、使用條件和制造要求，并且應符合規(guī)定，綜合考慮后確定閥門主體 材料。碳素鑄鋼WCB為閥門常見材質編號，是機械性能為 B級的中等 強度的可焊鑄鋼件，含碳量0.3L0.50。的低碳鋼。 設計給定：公稱壓力PN=4Mpa，溫度T=20C 參考資料34復印資料等，綜合考慮后確定閥門閥體材料碳素鑄鋼 WCB。 表2.1 ASTM閥門管件用鑄件材料的力學性能（Mpa） 材料牌 號 力學 性能 溫度/c -29343 371 399 427 454 482 510 538 565 WCA % 414 397.5 359 298 240 180 125

17、70 207 200 180 150 120 90 65 35 WCB % 485 458 408 330 256 180 125 70 as 245 230 200 165 128 90 65 35 三、明桿楔式單閘板閘閥設計 閘閥是通過啟閉件閘板對流體的運動進行截斷控制的一種機械部 件，其閘板的運動方向與流體運動方向垂直， 一般只能對流體作全開和 全關控制，由于需要控制流體的物理性質和化學性質的不同，用作流體 控制的閘閥規(guī)格也就不相。閘閥種類繁多，其選用需要根據(jù)不同的環(huán)境 要求而定。 閘閥關閉時，密封面可以通過介質壓力的作用把閘板的密封面壓向 另一側的閥座來形成自密封。許多閘閥也都采用強制

18、密封，通過外力如 人力、電機等將閘板強行壓向閥座來進行密圭寸。 在有著不同壓力、溫度、介質等條件的地方運用不同的閥門，閥門 型號種類有很多種，其中閘閥、截止閥和球閥等是主要閥類。一臺閥門， 口徑和內件的尺寸各有不同，內件材料的物理和化學特性也都有差別， 內件還有不同的加工方式，可以鑄造和鍛造等。由于生產(chǎn)生活中需要使 用閥門的地方環(huán)境多樣，導致閥門種類不同，其運動方式、介質流通形 式、CV值也就不同。 一般情況下在明桿閘閥閥桿上設有梯形螺紋， 通過閥門頂端的螺母 以及閥體上的導槽將閘板和閥桿所作運動轉變?yōu)橹本€運動，也就是將旋 轉運動轉變成直線運動，把轉矩轉變成推矩。在閥門開啟過程中閘板提 升高度

19、與閥門通徑比值為1:1時，流體的通道完全敞開，對介質流體無 截止作用，但在運動過程中，這個比值為1:1的位置是無法看到的。因 為溫度的上升與下降使閥桿可能出現(xiàn)鎖死現(xiàn)象，通常把閥桿開到頂點 位置上時再倒回12-1 , 一般把這個位置作為閥門的全開位置。所以說 閥門的全開位置是由閘板的位置來進行確認的 。 閘閥的密封副設計十分重要。一般一個合格的閘閥密封副是良好 的，在閘板關閉和開啟時不會對輸送中的流體介質造成泄漏。 閘閥設計需要根據(jù)具體實際操作、設計給定參數(shù)和相關規(guī)定，需要 將專業(yè)知識的相互結合，設計過程中應當邊計算邊繪圖。 圖為明桿楔式單閘板閘閥： 圖3.1明桿楔式單閘板閘閥 3.1承壓件設計

20、 閥門作為壓力管道一個重要部件。由于閥門的功能比較特殊，受力 比較復雜，所以閥門承壓件的設計標準有著一定的特殊性。 經(jīng)研究表明， 基于亞比例失效準則的閥門設計是準確可行的。 承壓件只有完全處于亞 比例狀態(tài)的時候才是安全的。承壓件因受力使其變形量達到最大比例變 形量的一半時的變形狀態(tài)叫亞比例狀態(tài)。 閥門在工作中受到介質壓力作 用的同時還受到密封副之間擠壓力的作用。 閘閥閥體一般為鑄造，因為形狀的復雜性，近年來對中小型閥體多 采用緊密鑄造。閥體與流體管道系統(tǒng)多數(shù)是法蘭連接，也有焊接，閥體 上有導軌是閥桿升降導向。 檔寬是閥體兩個密封面間中心線的距離，略小于閥板中心相應的尺 寸厚度，以便使密封面有一

21、定的磨損時，仍然能夠保證密封面的良好接 觸。 圖3.2閘閥承壓件 3.1.1承壓件材料 承壓件（閥體）直接與閥門控制的流體接觸，其所受介質的物理和 化學作用最大，如果介質流體是帶有腐蝕性的化學物質，則需要用能抗 腐蝕的材料進行承壓件的制造；如果介質流體壓力很大，那么抗壓性差 的材料就不能作為承壓件的制造材料。 已知：公稱壓力，溫度，介質流體為水，油等 所以材料選用：碳素鑄鋼（ZG23O-450） 3.1.2承壓件壁厚 設計給定：介質的工作溫度室溫，取 T=20C 介質公稱壓力（Mpa）: PN 祁I 參考資料閥門計算手冊第 38頁：鋼、合金鋼及不銹鋼 圓形閥體壁厚計算式（Ti） 計算厚度（mm

22、）: tB=PDnC（3-1-1） 2.3Pl_P 計算壓力（Mpa）: P P MP4 計算內徑（mm）: dn =100 mm 許用壓力 匚:查表4-33，4-53得=82 附加余量：C =5 計算得：tB = 7.16mm 因為實際厚度tB %，所以t10mm 3.2密封副設計 為了實現(xiàn)閥門內外密封的零泄漏，節(jié)能環(huán)保與提高工作效率，閥門必 須具備可靠的密封性能。 閥門的密封副指的是啟閉件與閥座相互接觸進行關閉的部分，密封 面在進行密封過程中容易受到磨損，密封性隨著使用次數(shù)增加而減低。 在使用過程中，因為金屬密封面以及閥門受介質腐蝕和沖刷的影響容易 損壞。所以閥門密封件的材料必須能夠耐腐蝕

23、、抗沖刷。如果其中的任 何一個要求都不能滿足，密封面就不能用這種材料制作。介質的沖蝕會 被腐蝕大大加速。同樣，盡管這種材料具有較大的抗腐蝕性和抗沖刷性， 但由于抗擦傷性能較差，該材料同樣不適用。如果在普通閥門上應用性 能較好的材料，制造成本價格太高，也不適用。 閘閥的密封副設計是對稱的，由于閥桿的作用力，在進口和出口上 形成相同的密封。所以，對于一般工業(yè)要求，單面強制密封足夠滿足， 但高壓系統(tǒng)則難以滿足。 密封面材料除了需要滿足一般強度外，還需滿足對介質的奶腐蝕 性，所以材料的選擇也是十分重要的。 3.2.1密封副材料 密封副是閥門的重要部件，密封副的密封性能是閥門是否能夠正常 工作的重要標準

24、。由于密封副的閥體一樣，在閘閥工作的時候直接與介 質流體接觸，在介質流體的腐蝕與沖刷下，為了能夠使密圭寸性能提高， 閘閥使用時間久，密封副的材料一定要具有耐磨、抗壓、耐腐蝕的物化 性能。 已知：公稱壓力，溫度，介質流體為水，油等 介質公稱壓力：PN =4Mpa、公稱通徑DN = 80mm 密圭寸面寬度：bm = 2.5mm、密圭寸面內徑：d =80mm 密封面材料：黃銅（Hsi80-3），材料硬度HB95-110，密封面間 無滑動 3.2.2密封副的總作用力和比壓的計算 密封面比壓的滿足條件：資料3、資料4第425頁 qMF : q :q 式中：qMF :密封面上的必須比壓 查資料3表3-13

25、 qMF = 14.0 q:密封面的許用比壓 查資料3表3-14 q =100 q :實際比壓（MPa） qQmz（ 3-2-1） 兀（d+bm）bm 式中：q :實際密封面比壓（MPa） d:閥座密封面內徑，設計給定，d=80rnm（mm） bm :密封面寬度，設計給定，bm = 2.5mm（ mm） Qmz :出口端閥座密封面上的總作用力（N），表4-67計算: 單面強制密封：Qmz =Qmf Qmj（ 3-2-2） 作用在出口密封面上的介質靜壓力（N）: Qmf p：d bMF =9071.N（ 3-2-4） 密封面上達到必需比壓時的作用力（N）: 2 Qmj =0.785 d bm p

26、 =21371.6N（ 3-2-5） 所以：Qmz = 30442.9N 實際比壓：q =47.0 所以：q mf : q : q 設計合格 1楔半角5 2. 法蘭和對焊連結鋼制閘閥的殼體最小壁厚（GB12234）:表 3 6-226 t = 10.2mm 3. 鋼制閥門閥體頸部的最小壁厚（GB12234）：表6-2393 t =6.7mm 4. 推薦的加工余量值： 表 4-2, C 亠 8mm 3.3閥體與閥蓋連接型式和密封面結構的確定 閥蓋主要是為閥體提供一個罩子，用于連接閥體，保護閥桿密封副， 所以閥蓋和閥體可以是一個整體，也可以分離。它必須經(jīng)受住工作介質 的壓力和溫度。 法蘭是用于管道

27、間相互連接的零件，也叫突緣或法蘭凸緣盤。也有 用在設備進出口上的法蘭，用于兩個設備之間的連接，如減速機法蘭。 法蘭、墊片以及螺栓三者相互連接而成的一組組合密封結構叫做法蘭連 接，法蘭連接可以通過相應的機械工具進行拆卸。 在管道裝置中管與管 相連接用的法蘭叫管道法蘭，用在設備上是設備的進出口法蘭。 法蘭上 有螺栓孔，螺栓使兩個法蘭相互緊密連接。兩個法蘭中間的密封需要使 用密封墊。法蘭的連接方式有許多種，如：螺紋連接、絲扣連接、焊接 以及卡夾。通常法蘭的使用是成對的，絲接法蘭可以在低壓管道上使用， 焊接法蘭則在壓力為四公斤以上的機構中使用。兩片法蘭盤用螺栓緊固 時，兩者之間需要加上密封墊。法蘭厚度

28、和螺栓的使用因壓力的不同而 不同。水泵和閥門在和管道連接的地方也制成相對應的法蘭形狀，這種 管與管道間、管與設備間、設備與設備間通過法蘭進行連接的連接方式 也稱為法蘭連接7。 明桿楔式單閘板閘閥設計 不同的法蘭連接有不同的連接型式，當它用在閥門中的時候，其密 封面結構型式有許多種，其中光滑式、徑向自緊在一般閥門中比較常見 等。 此次設計中閥體與閥蓋連接型式為法蘭連接，法蘭密封面結構為光 滑式結構。 3.4閥桿設計 明桿閘閥閥桿是一根長形圓柱機械零件， 作用是將手輪的旋轉扭力 轉化為上下推力。閥桿端頭與閘板連接形成密封副，閥桿上部有傳動螺 紋，一般采用梯形螺紋或方形螺紋。明桿閘閥閥桿非螺紋部分因

29、與填料 摩擦，需要進行表面處理，提高耐磨性和抗腐蝕能力。閘閥閥桿上的傳 動螺紋一般為左旋螺紋，手輪右向旋轉可以將閥桿旋下，密封副密封， 介質運動截止。 明桿閘閥的閥桿螺母裝在支架上，手輪帶動旋轉，螺母有軸向限位。 閥桿材料多為2Cr13。 rFZ 40- 10 圖3.4閥桿頭部 3.4.1閥桿材料 閥桿與閘相連接，手輪同構閥桿將力矩傳送給閘板，閘板與閥座開 口閉合，形成密封。所以閥桿材料須具有一定的抗壓力、扭應力。 因為：介質公稱壓力：PN =4Mpa 公稱通徑DN=80mm 所用材料：2Cr13 3.4.2閥桿總軸向力計算 設計給定：閥桿直徑df =22mm 填料層總高度h=3mm 介質作用

30、于閥桿上的軸向力：QP df P（3-4-1） 4 P：介質的工作壓力PN4Mpa 所以：QP=1520.5N (3-4-2) 填料層的寬度：bth.OL1.6 . df =4.697.50 取 bt =6 mm 填料函內徑：D 二df 2b = 22 12 = 34mm(3-4-3) 當 PN =4Mpa 乞 16Mpa，填料圈數(shù) Z =4 9，取 Z =5 填料函深度：H =Zbt =30mm（ 3-4-4） 填料層總高度（設計給定）ht =3mm 閥桿與填料間摩擦系數(shù) 0.01 閥桿與填料間摩擦力： Qt 二二dfhHtP =8.29N (3-4-5) 資料第60頁： 關閉時閥桿總軸向力

31、： FFZ - K1FMJ K2FMFFPFT (3-4-6) 開啟時閥桿總軸向力： FFZ - K3FMJK4Fmf - Fp - Ft (3-4-7) 閥桿最大軸向力fFz , 取Ffz、Ffz中的最大值。 查閱資料： 0=0.29、K2=0.77、K3 =0.41. 0.62 兀2 (349) (3-4-10) 密圭寸面處介質作用力：FmjDmn bm P 4 密圭寸面內徑Dmn二d =80mm 密圭寸面寬度bm=2.5mm 公稱壓力P = PN =4Mpa 所以：Fmj : 21382.46N 密封面上密封力： Fmf * ： Dmn bi bqMF 密封面必須比壓qMF =14.0

32、所以：Fmf ： 9071.33N 兀 2 (3411) (3412) 閥桿徑向截面上介質作用力：Fpdf2P 4 閥桿直徑df =22mm 所以：FP： 150.53 閥桿與填料摩力：Ft hdfbP 無石棉填料系數(shù)t，按填料深度和填料寬度查表可得 丁 =2.31 所以：Ft =1219.68N 已知：Ki=0.29、K2 =0.77、K3 =0.41、K 0.62 所以：關閉時閥桿總軸向力： Ffz 二 Fmj -x =230N 因為：二a - f、 = 245N (3-4-14) (3-4-15) (3416) (3417) 所以：合格 閥桿端部的強度計算 (3418) Ffz 剪應力：

33、 = - 2bh 已知：開啟時閥桿總軸向力：Ffz=11650.84N (3419) 閥桿與填料摩擦力：FtdFbrP 219.68J 閥桿銑扁后截面寬度：b=14mm （設計給定） 閥桿銑扁處到底面高度：h=12mm （設計給定） 所以：.、43.46N I I-132N -1 - -1，設計合格 3.4.4閥桿彎曲應力的校核 彎曲應力的校核: 彎曲應力: 3 Ffz Ft D A-2a 4 bh2 (3-4-20) 已知：Ffz =11650.84J、Ft=1219.68N、D = 27mm A=22mm、a=18nm 所以：二 w 50.45N 二w - w 1，設計合格。 (3421)

34、 閥桿的穩(wěn)定性計算3: 閥桿計算長度：Lf二2.2L2.5 Dmn 300 密封面內徑：DmN =80mm 所以：LfP2.2L2.5Dmn 300 = 376400mm,取 Lf -380mm Lf 閥桿的柔度確認：匚（3-4-22） i d 閥桿的慣性半徑（mm）:心丄（3-4-23） 4 dp =22mm,所以：i =6mm 無中間支承閥桿，亠-1 所以： =63.33 30,匕=78.2 所以：乞乞2 此時狀態(tài)為中細長小柔度壓桿，需滿足：二丫- k-Y Li F * 為閥桿的壓應力（Mpa）:亟 Mpa （3-4-24） As yWi 中細長比壓桿的穩(wěn)定許用應力（Mpa）: (3-4-

35、25) a, b :依賴于材料性質的系數(shù)（Mpa），資料閥門設計手冊第 456頁 a =544.2, b = 2.36/ _ 63.33 穩(wěn)定安全系數(shù)：n =2.5 所以： SLi 157.90 二丫卜-丫 W1，設計合格 3.5閘板設計 閘閥閘板種類規(guī)格有許多種，根據(jù)閘板形狀分為楔式閘閥、 平行式 閘閥。楔式閘閥的兩個密封面與管道軸線成楔形形狀， 楔形角一般252 或5。楔式閘閥常見結構是楔式單閘板閘閥、楔式雙閘板閘閥。楔式單 閘板閘閥結構簡單、安全性高、安裝簡單方便，但對楔形角精度要求較 高，維修困難，生產(chǎn)制造企業(yè)一般只能配做，不可以更換。 常用材料：20鋼。 圖3.5楔式單閘板 3.5.

36、1閘板材料 閘板和閥體一樣，直接承受著流體介質的沖刷力、 腐蝕等物理化學 性質，其材料必須具備一定的抗壓力、抗腐蝕性。故選用材料：20鋼 352閘板厚度計算 I KP 計算閘板厚度（mm）: t6 = R（i可+C（3-5-1） 圓弧過渡處半徑密封面平均半徑（mm）: 1 R = 2 DMN bm（ 3-5-2） 設計給定：Dmn =78mm、bM = 10mm 1 1 所以：RDmn - bM78 10 = 44mm 查表得系數(shù)：K =1.24 計算壓力：P = PN =4Mpa 許用彎曲應力：查表4-5幾丄11曲卩3 附加余量：C=5 J KPM 244 所以：t； = R / +C =4

37、4j +5 常 14.34mm v no 實際厚度： -t； 取：t； =15mm 3.6中法蘭設計 法蘭是工業(yè)、生產(chǎn)、建造中經(jīng)常使用的重要零件。一般為圓形，也 有其它形狀，法蘭盤四周有螺紋孔，用于兩個法蘭之間進行螺栓連接形 成密封。法蘭在使用中常受環(huán)境的影響，不同的設備連接，使用的法蘭 連接方式不同。不同的使用壓力法蘭的厚度也不同，用于法蘭連接的螺 栓型號也不同。 3.6.1中法蘭材料 中法蘭是位于閥門中部的法蘭，用于連接閥蓋與支架，支撐閥桿。 法蘭的設計計算很重要，由于需要承受的壓力大，密封性等需要，其材 料的選擇要根據(jù)計算載荷來選擇。 已知：溫度T =20oc、材料ZG230-450、螺

38、栓材料35鋼 362中法蘭計算 常溫時比值系數(shù)： Flz 93641.06 nLZ780.34 (3-6-1) 120 初加溫比值系數(shù)： Flz (3-6-2) % 1 高溫時比值系數(shù)： nFlz iw1 (3-6-3) 計算載荷（N）: f取比值系數(shù)n、 n、中的最大值F =780.34N 常溫時螺栓計算載荷（N）： Flz取總用力F、F”的最大值 Flz -93641.06N 操作下總作用力（N）： F = Fdj Fdf Fdt Ffz =49062.50 18840 9812.5 15926.06=93641.06 最小預緊力（N）： F”=Fyj =11775 363中法蘭墊片計算

39、墊片處介質作用力（N）: (3-6-4) 2 2 FdjDdpP125 4 = 49062.50N 44 墊片平均直徑（mm）： DDp= 125mm 計算壓力（Mpa）: P取PN = 4Mpa 墊片上的密封力（N）: FDf =2二 DDpBnMDpP =2二 125 3 2 4 =18840N 墊片的有效寬度（mm）:查表4-26，根據(jù)bDP查得 Bn bp 3mm 墊片的寬度（mm）:設計給定bDP = = 3mm 墊片系數(shù)（Mpa）:查表4-2嚴得Mdp =2.00 墊片彈性力（N）: FDt 9 FDj =0.2 49062.50= 9812.5CN 系數(shù)：按固定法蘭得 =0.2

40、關閉時閥桿總作用力（N） : FfzN 必須預緊力（N）: Fyj = “ DdpBnCYjKdp 二125 3 10 H775N 密封面預緊比壓（Mpa）:查表4-27得qY10Mpa 墊片形狀系數(shù)：按圓形取KDp =1 介質工作溫度（C）:設計給定T =20oC 法蘭材料線脹系數(shù)（ 堆）:根據(jù)T查表4-12得o (3-6-5) (3-6-6) (3-6-7) 11.1 364螺栓設計計算 螺栓計算長度（mm）: L =2 = 20 rm、R 關閉時螺紋摩擦半徑（mm）: Rm查表4-193 開啟時螺紋摩擦半徑（mm）： R：M查表4-193 手輪的圓周力（N）:般規(guī)定，Qs蘭360 N 所

41、以： D 二 2 M 二 180 mm Q s 確定手輪：D =180mm、H = 22mm、d50mm、d55mm、 d =32mm 3.13閥門流量系數(shù) 流量系數(shù)（Kv ）是確定閥門是否能夠保證正常的流通量，能夠正 常使用的重要參考值，這對閥門十分重要，在特定的環(huán)境下對閥門的系 數(shù)要求不同。 閥門流量系數(shù)的確定是通過閥門介質壓力、介質固定時間內所通過 的介質流量來確定的，Kv越小說明閥門流體通過時失去的壓力越大， 閥門流通量越小。 閥門流通系數(shù)通過計算和查表確定， 標準閥門流量系數(shù)的確定可以 直接根據(jù)公稱尺寸、公稱壓力查表確定。 已知公稱尺寸DN =80mm，公稱壓力PN =4Mpa 表3

42、.12 流量系數(shù) 公稱尺寸 公稱壓力PN / Mpa 1.6 2.5 4.0 6.4 10.0 DN / mm NPS/i n Kv值 80 3 94 94 94 94 94 100 4 162.8 162.8 162.8 162.8 162.8 125 5 254.4 254.4 254.4 254.4 254.4 150 6 366.3 366.3 366.3 366.3 366.3 200 8 651.1 651.1 651.1 651.1 644.6 得：Kv = 94 總結 閘閥的應用在生產(chǎn)生活中十分重要，是我國工業(yè)大力發(fā)展的重要機 械產(chǎn)品，本次設計基本完成閘閥的結構與工藝設計，達到設計要求。 這次設計我查閱許多相關資料，對以往所學的知識進行了系統(tǒng)性的 復習，加深了專業(yè)知識的印象，在網(wǎng)上與機械相關的網(wǎng)友對閥門各個內 容進行了研究與討論，這對我能完成此次的