------專業資料-摘要閥門是管路流體輸送系統中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質流動方向，具有導流、截止、調節、節流、止回、分流或卸壓等功能。用于流體控制的閥門，從最簡單的截止閘閥到復雜的自控系統中所用的各種閥門，其品種和規格繁多，閥門的公稱通徑從極微小的儀表閥大至通徑達到10m的工業管路用閥。閥門可用于控制水、蒸汽、油品、氣體、泥漿、各種腐蝕性介質、液態金屬和放射性流體等各種類型流體的流動，閥門的工作壓力可從0.013MPa到1000MPa的超高壓，工作溫度從-269℃的超低溫到1430℃的高溫。閥門的控制可采用多種傳動方式，如手動、電動、液動、氣動、渦輪、電磁動、電磁-液動、電-液動等；可以在壓力、溫度或其他形式傳感信號的作用下，按預定的要求動作，或者不依賴傳感信號而進行簡單的開啟或關閉，閥門依靠驅動或自動機構使啟閉件做升降、滑移、旋擺或回轉運動，從而改變其流道面積的大小以實現其控制功能。閘閥是指關閉件（閘板）沿通路中心線的垂直方向移動的閥門。閘閥在管路中只能作全開或全關切斷用，不能作調節和節流。閘閥是使用范圍很廣的一種閥門，一般口徑DN≥50mm的切斷裝置都選用它，有時口徑很小的切斷裝置也選用閘閥。本設計是以楔式彈性單閘板閘閥為設計對象，主要介紹了閘閥的結構特點和手動氣動轉換裝置的特點，以及其工作原理。閥門設計包括很多內容，包括通用部件的設計和專用部件的設計，又包括強度、尺寸等眾多計算過程。其中，設計閥門的關鍵在于閥門密封設計，其中閥桿的強度計算，以及穩定性計算也是重點。閥門設計整個過程包括這樣幾個步驟。按設計參數確定結構，進行方案論證，工作原理受力分析，強度計算，穩定性校核，材料選擇，測繪總裝備圖和手動機構裝配圖和氣缸及閥門的全部零件圖（用AutoCAD繪制）。閘板密封面的受力分析，閘桿穩定性校核及閥門強度計算是重難點。其中包括這樣幾個重點步驟。首先對工作環境進行確定，選擇合適的方案，對設計的零件進行受力分析；然后根據國家標準和推薦尺寸來確定實際尺寸；最后對強度進行校核，繪制閥門工程圖。關鍵詞：手動—氣動轉換密封面楔式閘閥彈性閘AbstractValvesisthecontrolunitofthefluidpipingsystem.Itisusedtochangethechannelsectionsandputtomediumflow,withdiversion,off,adjustthethrottle,onlytheback,splitorpressurerelieffunction.Forfluidcontrolvalves,cut-offvalvefromthesimplesttotheCommissionforDisciplineInspectionofcomplexautomationsystemsusedinavarietyofvalves,anditsmanyvarietiesandspecifications,thevalvenominaldiametergaugevalvefromtinytolargediameterto10m,industrialpipingvalves.Thevalvecanbeusedtocontrolthewater,steam,oil,gas,slurry,avarietyofcorrosivemedia,liquidmetalsandradioactivefluidandothertypesoffluidflow.Workingpressureofthevalvefrom0.013MPato1000MPa.Workingtemperaturefrom-269℃to1430℃ultra-lowtemperatures.Valvecontrolcanbeavarietyoftransmissionmethods,suchasmanual,electric,hydraulic,pneumatic,turbine,electromagneticmoving,electromagnetic-hydraulic,electro-hydraulic,etc.Inpressure,temperatureorotherformsofsensorsignalsundertheeffectofapredeterminedactionrequired,orisnotasimplesensingsignalandopenorclosethevalvemechanismreliesonthedriveorautomaticopeningandclosingmembertomakemovements,slip,swingorrotarymotion.Thuschangingthesizeoftheflowpassageareatoachieveitscontrolfunction.Valveisclosedparts(ram)alongthechannelcenterlineverticalmovementofthevalve.Valveinthepipelinecanonlybefullyopenorfullyclosedoffwith,cannotbeadjustedandthethrottle.Valveistouseawiderangeofavalve,generallydiameterDN≥50mmcuttingdevicesareusedwhich,sometimesasmalldiametercuttingdevicealsousevalve.Thedesignisflexiblewedgegatevalveforthedesignofsingleobjects.MainlyintroducedthestructurecharacteristicsofGate.Manpower-Pneumatictheconversiondevicecharacteristicandoperatingprinciple.Thevalveisdesignedincludingmanycontent.Includecomponentdesignbeingappliedoruseduniversallyandspecialusepartdesign.Andalotofcalculationprocesssuchasincludingtheintensity,thedimension.Amongthem,designthatthevalvekeydependsonvalvehermeticsealingdesignsthat.Amongthemthevalvestemintensitysecretlyschemesagainst.Thestabilityiscalculatedbeingalsodifficultpoint.Thevalveisdesignedincludingsuchstep.Designparametersdeterminedbythestructure,conductdemonstrationprogram,workingprinciplestressanalysis,strengthcalculation,stabilitycheck,materialselection,mappingdiagramsandtheGeneralArmamentmanualmechanismandcylinderandvalveassemblydrawingsforallthepartsdiagram(withAutoCADdrawing).Includingsuchseveralprioritystep.Firstbeinprogresstotheworkenvironmentthinking.Choosetherightschemebeinprogresstothepartdesigningthatbyforceanalysis.Thencomethestandardandrecommendationaccordingtothecountrytoascertaintheactualdimension.Lasttheintensityisproofread,drawvalveengineeringdrawing.Keywords:thehandpneumaticchangesealdyadicvalveofwedgeelasticitybrakeboard目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要IAbstractIII第一章緒論11.1選題意義11.2國內外閥門的發展21.2.1國外閥門的發展21.2.2國內閥門的發展2第二章氣動—手動楔式閘閥的工作原理及其結構特點42.1工作原理42.2結構設計特點5第三章閥門的設計與計算73.1閥體的設計與計算73.1.1閥體的功能73.1.2閥體的選材73.1.3閥體的結構形式和制造方法83.1.4確定閥體的結構長度和連接尺寸83.1.5結構設計與計算93.1.6閥體壁厚的設計與計算113.1.7中法蘭的設計與計算123.2閘板的設計與計算163.2.1閘板密封面寬度和內徑的選取163.2.2閘板與閥體檔寬及相應公差的計算163.2.3閘板主要結構尺寸的確定173.2.4閘板密封面比壓計算183.2.5閘板強度的校核183.3閥桿的設計與計算193.3.1閥桿總軸向力193.3.2閥桿的直徑估算203.3.3閥桿的強度校核203.3.4閥桿的穩定性校核223.3.5閥桿主要尺寸的確定243.4閥蓋及填料裝置的設計與計算243.4.1閥蓋的設計與計算243.4.2填料壓蓋的設計與計算263.4.3上密封座尺寸293.5氣缸的設計與計算303.5.1氣缸的直徑粗估算與選取303.5.2氣缸的校核303.6其他主要零件的設計與校核323.6.1滾動軸承的選取323.6.2閥桿螺母的校核323.6.3上活塞與T型槽接頭連接螺栓的校核33第四章結論34致謝35參考文獻36---專業資料-第一章緒論1.1選題意義氣動閘閥從八十年代進入我國。在不到二十年的時間里，其使用范圍從普通領域擴展到了更為廣闊的各行各業。從礦山電廠的選煤、排矸、排渣。發展到了城市的污水處理，從一般的工業管道發展到了食品、衛生、醫藥等專業管道系統。超薄型的刀閘閥以其體積小、流阻小、重量輕、易安裝、易拆卸等優點徹底解決了普通閘閥、平板閘閥、球閥、截止閥、調節閥、蝶閥等類閥門的流阻大、重量大、安裝難、占地面積大等的疑難問題[1]。隨著機電一體化的趨勢，以及微電子技術和計算機技術的發展，這些電動閥門在使用中出現越來越多的問題。比如控制精度不高、現場調試不方便、故障診斷方法不完善等，這就使得原有的電動閥門越來越無法適應現代工業發展的需要，必將被淘汰。因此對電動閥門這一重要的工業用機械產品進行有效的改造，提高其智能化程度，使其控制過程計算機化、通訊功能數字化、故障診斷處理智能化、檢測遠程化，都有著非常重要的意義[2]。氣動閥門的設計需要綜合考慮閥門、執行器、氣動元件以及閥門功能等多種因素，目前設計水平和制造水平與一流執行器閥門制造商還是有一定的差距，需要虛心學習，不斷提高[3]。國內外在提高閥門使用性能和使用壽命等方面進行了大量的研究工作包括閥門的可靠性分析、可靠性設計、可靠性試驗和提高閥門可靠性的各種方法。許多學者針對閥門進行了深入的研究研究內容主要部分為兩大部分，一部分是關于具體型號閥門失效模式的研究；另一部分是從理論的角度對一些故障機制和可靠性方法進行研究。目前在閥門可靠性研究領域密封問題、振動噪聲問題和可靠性試驗問題是人們關注的焦點也是難點。同時閥門作為典型的機械產品種類相當多，目前尚未有統一的規范來指導閥門的可靠性研究。因此，閥門可靠性技術研究的總結和展望對今后系統地進行閥門可靠性研究有重要的理論現現實意義[4]。1.2國內外閥門的發展1.2.1國外閥門的發展國外閥門研究機構對閥門的設計與基礎理論、新材料、新工藝、產品性能、可靠性和標準化的研究十分重視。國外閥門的科研特點如下:(1)試驗研究與新產品開發密切結合。(2)內部研究課題與引進國外技術密切。(3)重視高新技術在閥門上的應用研究。(4)重視高參數和特殊工況用閥門的試驗研究。(5)重視閥門基礎理論的研究工作。(6)重視現場試驗與改進工作[5]。在50年代以前，國外的一些國家就已經形成了獨立閥門專業及其行業體系，有了閥門行業組織或者閥門專業學術組織。像美國、英國、東歐、西歐等都有了閥門行業協會，日本也有閥門工業會和閥門研究會，前蘇聯則有閥門設計研究院。這些閥門行業和專業組織，都是為了提高生產技術和對外競爭的需要而建立起來的。國際閥門貿易市場在最近幾年中十分活躍，競爭也相當激烈，實力較強的國家則是德國和美國，其中德國是世界最大的閥門出口國[6]。隨著高壓技術的廣泛使用,超高壓系統中的超高壓閥門性能直接影響整個系統工作的可靠性、安全性、工作效率和使用壽命，所以對閥門的材料選擇和結構提出了更高的要求。美國HIP公司的超高壓針閥,工作壓力為690MPa的采用奧氏體316不銹鋼,工作壓力1034MPa的采用馬氏體型沉淀硬化不銹鋼17-4PH[7]。1.2.2國內閥門的發展閥門是隨著流體管路的產生而產生的。人類使用閥門已經有近4000年的歷史了。中國古代從鹽井中吸鹵水制鹽時，就曾在竹制管路中使用過木塞閥。公元前1800年，古埃及人為了防止尼羅河泛濫而修建大規模水利時，也曾采用過類似的木制旋塞來控制水流的分配。這些都是閥門的雛形。工業用閥門的大量應用，是從瓦特發明蒸汽機以后才開始的。二十世紀初出現了鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、不銹鋼、鉻鉬鋼、黃銅、球墨鑄鐵等各種材質的閥門。應用于各個行業，各種工礦。國內最早引進國外閥門生產技術的公司不多，后引進國外生產技術，使得國內閥門生產技術突破，質量提高，壽命加長[8]。隨著工業用陶瓷技術的開發成功，也出現了陶瓷材料閥門。陶瓷材料在低沖角下具有高的抗沖蝕性能[9]。目前中國四大閥門未來發展前景及趨勢：（1）工程節能閥門走向系列；（2）水力控制閥一閥多用；（3）智能電動調節閥瞄準搖控；（4）閥門邁向通用化[10]。2009年1-12月，全國累計生產閥門4,583,935.72噸，比2008年增長了3.74%；2010年1-12月，我國閥門產量累計為5,390,394.75噸；2011年1-12月，我國閥門的產量為5,958,729.61噸；2012年1-4月我國閥門產量達2,041,987.98噸。在我國目前的閥門市場上，除低壓閥門達到國際市場能接受的水平外，高壓閥門仍然需要依靠進口[11]。從產品情況來看，我國閥門行業目前已經能生產十幾大類產品，如閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、安全閥、止回閥、節流閥、旋塞閥、減壓閥、隔膜閥、疏水閥、緊急切斷閥等，最高使用溫度達到570℃，最低為-196℃，最高壓力為600MPa，最大通徑達到5350毫米[12]。閥門產品市場的強勁需求，國有經濟持續穩定發展，固定資產投資逐步擴大。尤其是幾項世紀工程“西氣東輸”、“西電東送”、“南水北調”等項目的開工需要大量的閥門產品配套；另外，我國正面臨著工業化時代的到來，石化行業、電力部門、冶金部門、化工行業和城市建設等使用閥門大戶將增強對閥門產品的需求[13]。西氣東輸為代表的油氣輸送管線的建設和快速發展，我國高壓管線閥門的設計制造技術有了重要突破，特別是成功研制開發了用于主管線口徑為NPS40和NPS48、壓力為Class600和Class900的高壓大口徑全焊接球閥，打破了國外閥門企業對于該領域的壟斷[14]。電動和氣動兩種驅動形式的閘閥，是現在使用最為廣泛的閘閥類型，電動閘閥和氣動閘閥隨著閥門技術的不斷進步，向著高技術、高規格、抗腐蝕、壽命長的方向發展，兩者工作性能的提高，使其在行業中占的比重越來越大，得到更多的市場發展空間[15]。第二章氣動—手動楔式閘閥的工作原理及其結構特點第三章閥門的設計與計算3.1閥體的設計與計算閥體是閥門的重要結構要素，是連接管道的重要部件。閥體的設計時比較重要的一個部分，主要計算部分包括：閥體的壁厚，閥座密封面等。詳細計算見下文。3.1.1閥體的功能閥體是閥門的重要部件之一，閥體的重量是整個閥門重量的70%左右，對于雙氣缸氣動楔式閘閥中閥體的重量會比通常小些。閥體的主要功能：作為工作介質的流體通道；承受工作介質的壓力、溫度、沖蝕和腐蝕；在閥體內部構成一個空間，設置閥座以及容納啟閉件，閥桿等零件；在閥體端部設置法蘭連接結構，滿足閥門與管道系統的安裝要求；承受閥門啟閉載荷和在安裝使用過程中，因溫度變化、震動、流體沖擊等影響產生的附加載荷；安裝過程中作為閥門總裝配的基礎。3.1.2閥體的選材制造閥門的材料必須根據下列因素來選擇：（1）工作介質的壓力、溫度和特性；（2）該零件的手里情況和在結構中應起的作用；（3）有較好的工藝性（包括鑄造、加工、熱處理、焊接工藝性）；（4）成本和國家資源情況。可供制造閥門零件用的材料牌號很多，包括各種不同的鋼材、有色金屬及其合金，各種非金屬材料等。但是為了減少供應儲備上的困難，我們已經進行了材料選用方面的標準化工作，便于既滿足與設計要求，又方便生產。目前，我國有關部門正在對新材料進行大量的實驗研究工作，如新的鋼種、工程塑料和新的密封面堆焊材料等，這些材料的出現無疑亦給閥門制造業創新提供了條件。本次設計中適用于壓力P≥2.5MPa，介質溫度T≤200℃的低壓閥門，常用牌號有HT20-40、HT25-47、HT30-54等，其機械性能按照GB/T12226-2005《通用閥門灰鑄鐵件技術條件》的規定。但是由于經濟發展，使用鑄鐵的成本和使用鑄鋼的成本不相上下了，使用IG-25的鋼材能夠獲得更好的機械性能。本設計中決定使用IG25，其機械性能等查《閥門設計》P321頁，GB979-67。3.1.3閥體的結構形式和制造方法由閘閥的公稱壓力PN=25MPa，公稱通徑DN=500mm，通常情況閥體在結構允許的條件下使用圓形中腔，圓形中腔較之其他形狀的中腔受力較好。閥體與閥蓋按要求選擇法蘭連接，閥體采用整體鑄造的制造形式，流道采用全通形式。3.1.4確定閥體的結構長度和連接尺寸GB/T12221-2005《金屬閥門結構長度》表7法蘭連接閘閥結構長度，參考公稱設計參數確定公稱壓力PN=25MPa，公稱通徑DN=500mm的楔式閘閥結構長度為1321mm。閥體與管道采用法蘭連接，根據閥門的公稱壓力與公稱通徑查GB9113.4-88，選取凸面整體鋼制法蘭。材料為Q345R標準號GB713，其結構及尺寸查P36~37圖8.2.1、表8.2.1-1得：圖3-1-1整體法蘭表3-1-1整體法蘭3.1.5結構設計與計算1閥座密封面的設計與計算1）閥座密封面內徑和寬度的選取閥座密封面內徑，對于堆焊的密封面，由于堆焊工藝的要求，一般取比內徑大4~5mm；對于非堆焊的密封面，去與閥座內徑相等。本設計屬于堆焊，故取閥座密封面內徑D=300+5=305mm。閥座密封面的寬度一般取公稱通經的~，并且隨著公稱通經的增大，密封面寬度與工程通徑之比逐漸減小。除了采用如鈷鉻鎢硬質合金等較好的材料密封面寬度取較小之外，一般閥座密封面寬度最好不小于5mm。故取閥座密封面寬度=10mm。由JB5211-2008-T《閥門零部件閘閥閥座》確定的閥座結構如下：圖3-1-2閥座其中b=20，D=500±1.0，D1=705，D2=608，D3=650，C=4H=442）密封面形式的選取按照介質靜壓力與介質密封力的不同關系，閘板與閥座之間的密封有三種形式：自動密封、單面強制密封、雙面強制密封。本設計采用單面強制密封。這種形式的密封在介質進口端閘板與閥座密封面之間是不密封的，這里或者根本沒有比壓力，或者只有比密封比壓小的比壓力；在介質出口一邊閘板與閥座密封面之間的密封性由閥桿軸向力來強制地加以保證，當沒有介質時，密封面上的額比壓力不得小于密封比壓。這是在介質靜壓力小于密封力時所必須采取的強制密封的一種，也是通常采用的一種。3）單面強制密封的受力分析和密封面比壓的計算作用在閥門上的出口端閥座密封面的比壓要比進口端大，其值按下列公式計算：密封面上介質靜壓力（3.1）其中：DMN—密封面內徑bM—閥座密封面寬度P—計算壓力QMJ—密封面上介質靜壓力介質密封力（3.2）其中：qMF—密封壓力，由《閥門設計》P170表8-1查得（3.3）密封面上的總作用力：（3.4）密封面上的比壓計算：（3.5）密封面材料使用2Cr13，由《閥門設計》P171查得需用比壓[q]=45MPa，所以qMF<q<[q]故閥體密封比壓校驗合格。3.1.6閥體壁厚的設計與計算閥體壁厚的計算方法與它的形狀有關，不同類型的閥體的形狀亦有所不同。一個閥體又往往由幾種形狀所組成，即使是同一形狀，尺寸亦不一樣，例如抵押閘閥的閥體，通道兩端是圓形，而中腔確是橢圓形；中壓和高壓閘閥的閥體雖然通道兩端與中腔都是圓形，但圓的內徑又不一樣。按理說，一個閥體的計算要根據它的形狀和尺寸一部分一部分地單獨進行，但實際應用上并不需要這樣做，因為分開計算比較復雜，并且一個閥體中通常亦不取幾個不同的壁厚。另外需要注意的是：閥體壁厚的計算除了考慮強度之外，還應考慮其剛度，否則同樣會出現因受力變形而報廢的現象。---專業資料-本設計采用的是WCB級的鑄鋼，屬于塑性材料因此按照塑性材料計算其壁厚根據《閥門計算》P117得壁厚計算公式：（3.6）其中：DN—中腔直徑；P—設計壓力一般去公稱壓力PN；σL—材料ZG25的許用拉應力C—考慮鑄造偏差、工藝性和介質腐蝕等因素而附加的裕量，查《閥門設計》P119，表7-5得C=5mm；根據《實用閥門設計手冊》P1442表9-18查得法蘭和對焊連接鋼制閘閥的殼體最小壁厚為82mm。所以最后取SB=82mm3.1.7中法蘭的設計與計算1、中腔尺寸DN確定閘閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接的法蘭，這樣的連接形式在閥門上是十分普遍的。中法蘭的設計必須保證在工作溫度和工作壓力下有足夠的強度與密封性。對在高溫下工作的閥門，應按常溫、初加溫和高溫三種工況分別鹽酸，當介質溫度≤300℃時，只按照常溫工況計算。中腔尺寸的確定可參考楔式閘閥閥體、閘板軌道和軌道槽的形式根據《實用閥門設計手冊》P1281圖7-8得該形式的示意圖及尺寸如下：圖3-1-3楔式閘閥閥體、閘板軌道和軌道槽的形式其中：L=635L1=625l=608l1=605b=15±0.5b1=16根據以上數據，確定中腔直徑DN=500mm。2、中法蘭墊片尺寸和材料的選擇由《實用閥門設計手冊》P1224選擇墊片（二），材料為X5200，尺寸由《閥門設計》P124確定如下：墊片系數mDP=2內徑d=500，外徑D=730，厚度t=82比壓qYJ=25MPa。3、中法蘭結構尺寸的確定同時參考中法蘭墊片尺寸和標準法蘭尺寸得中法蘭結構同圖3-1-1，表3-1-2中法蘭4、螺栓的總計算載荷當工作溫度小于等于200℃是，直接計算并校核。1）工作時（操作時總作用力）式中：QDJ—墊片處的介質壓力，QDF—墊片密封力，QDT—墊片彈簧力，所以2）最小預緊力而式中：qYJ—密封面預緊比壓；KDP—碘片形狀系數，按圓形取1所以，螺栓計算載荷5、螺栓的強度校核螺栓的材料選為35號鋼，根據《使用閥門設計手冊》P617查得[σL]=135MPa，單個螺栓底直徑面積為3.816cm2。所以，所以，選擇35號鋼的螺栓是符合設計需求的。6、中法蘭的強度計算圖3-1-4中法蘭尺寸由《實用閥門設計手冊》P1059查得中法蘭強度校驗公式如下：斷面拉應力滿足強度要求。Ⅰ-Ⅰ斷面彎曲應力（3.7）式中：所以由《閥門設計手冊》P264查得IG25的[σW]=99.96MPa所以σW1<[σW]Ⅱ-Ⅱ斷面彎曲應力（3.8）式中：所以由《閥門設計手冊》P264查得IG25的[σW]=99.96MPa所以σW1<[σW]綜上，中法蘭的設計符合強度要求。3.2閘板的設計與計算3.2.1閘板密封面寬度和內徑的選取閘板密封面寬度b’M應取得較閥座密封面寬度bM大，這基于以下幾個方面考慮：閥門在經過一段時間的使用后，閘板與閥座密封面之間有磨損。關閉閥門時，往往容易過于用力。這兩點必然導致閘板的下竄。對于明桿閘閥，閥體導軌與閘板之間徑向間隙對閘板與閥座密封面之間接觸面積有一定影響。間隙量越大，實際接觸面積就越有可能較理論接觸面積為小。考慮到以上三點，為了保證閘閥密封面能夠與整個閥座密封面接觸，就必須去b’M較bM大，一般取=0.5~1.0，大口徑、高壓力取較小值，故取bM18mm。閘板密封面平均直徑應取得與閥座密封面平均直徑相等，這樣便于得出閘板密封面內徑。3.2.2閘板與閥體檔寬及相應公差的計算對于楔式閘閥，其閥座的檔寬Lk已經標準化，可以由閥門的公稱通經DN，公稱壓力PN直接查到。由《實用閥門設計手冊》P1283表7-12查得LK=80mm。所謂檔寬就是指閥座或閘板兩密封面在其中心線上的距離。正確的設計應使閘板密封面邊緣（最低點）與閥座密封面下緣重合。由于閥座與閘板的檔寬名義尺寸不等，所以在全關的位置上，閘板的中心線不會與閥座的中心線重合，而是由一定的距離上述的是理想情況的名義尺寸，即為沒有任何偏差的情況下。但實際上閘板與閥座的加工都會有偏差的存在，使得閘板與閥座裝配時的實際關閉位置上，即閘板的實際位置可能上移或者下移。一次要對閥座和閘板規定適當的公差范圍，以保證他們能夠良好的密封，得到最佳的密封性能，達到設計的最小磨損裕量行程。閘板與閥座的密封面磨損后，閘板的關閉位置下移至二者的密封面上緣(最高點)對齊時，即為極限位置，這是尚能使兩者密封面全面積接觸，當兩者密封面繼續磨損下移，則認為兩者不能保證密封，認定此閥門損廢。密封面的公差確定：閘板密封面的檔寬LB的確定應使閥門在設計關閉時閘板密封面與閥座密封面下端對齊，這樣便得出（3.9）由于閥體檔寬上下偏差LK=80，設閘板公差為LB=80.70；由于閘板按其公差上限的最大檔寬于閥座按其公差下限的最小檔寬相結合，若閘板上移1mm，即0.13-x=2×1×sin5，x=+0.04；由于閘板按其公差下限的最大檔寬于閥座按其公差上限的最小檔寬相結合，若閘板下移但仍能保證最小磨損形成，即0.28+y=2×1sin5，y=-0.08；所以，閘板密封面的檔寬LB=80.70。3.2.3閘板主要結構尺寸的確定1.閘板與閥桿頭部相配合的T型槽尺寸由《實用閥門設計手冊》P1289圖7-21和表7-22以及已知的公稱通徑、閥桿直徑確定閘板T形槽結構與尺寸如下：圖3-2-1閘板T形槽結構如圖：2.閘板密封面外徑閘板密封面外徑為497+2×18=533mm。閘板其他機構尺寸由《實用閥門設計手冊》P1284圖7-14表7-14確定閘板其他結構尺寸如下：圖3-2-2閘板尺寸其中L=，D1=497,b=18，d=280，S=16h=31，A=100，B=100,D=560,H=2803.2.4閘板密封面比壓計算閘板密封面大于閥座密封面，則當閘閥關閉時，兩則接觸面積即為受壓面積，及閥座密封面，所以閘板密封面比壓于閥座密封面比壓相同q’=25.688MPa。3.2.5閘板強度的校核閘板的單邊厚度SB原則上應使閘板厚度能滿足強度和剛度的要求，但是閘板并非均勻厚度的圓板，形狀不規則，故難以建立起強度和剛度的精確計算工時。設計時刻根據下面的強度近似計算式確定。公式為：（3.10）式中RB—中間薄板根部處半徑C—腐蝕裕量，取3；—IG25的許用應力，《閥門設計手冊》P264查得IG25的=99.96MPa。所以閘板強度滿足設計要求。3.3閥桿的設計與計算3.3.1閥桿總軸向力關閉時楔式閘閥作用于閥桿上的力由《實用閥門設計手冊》P1028表5-87得關閉時閥桿總軸向力計算公式如下：（3.11）式中K1、K2—由《實用閥門設計手冊》P681表3-31查得K1=0.29、K2=0.77；QP—閥桿徑向截面上介質作用力，且QT—閥桿與填料摩擦力，由《實用閥門設計手冊》P1464查得填料函內徑58mm，填料寬度10mm。填料材料選為聚四氟乙烯，其結構及尺寸由《閥門設計》P528查得，單填料（上、中填料）高度為6mm，填料墊為6mm，最后根據填料函的結構尺寸以及填料的結構尺寸，確定中填料的個數為6。所以，填料空的深度H=6+6×6+6+(2~5)=53mm（3.12）其中h1—單圈填料與閥桿接觸的高度；??Z1—填料圈數；f—填料與閥桿的摩擦系數，約為0.05~0.1，取f=0.1計算得。所以，2.開啟時楔式閘板作用于閥桿的力由《實用閥門設計手冊》P1028表5-87得關閉時閥桿總軸向力計算公式如下：（3.13）式中：K3、K4—由《實用閥門設計手冊》P681表3-31查得K3=0.41、K4=0.62—同關閉時。所以3.3.2閥桿的直徑估算由《閥門設計》P197公式10-26的直徑估算公式（3.14）式中：Q—閥桿的最大軸向力，即[σY]—閥桿材料的許用應力，查《閥門設計》P185表9-8得到，2Cr13的[σY]=245MPa。所以但又由《實用閥門設計手冊》P1456表9-40查得閥桿的最小直徑為30mm，所以最終確定閥桿直徑dF=30mm。3.3.3閥桿的強度校核1.閥桿的總扭矩閥桿的軸向力通常是由驅動裝置的扭矩產生的，因此計算閥桿的扭轉矩對閥桿的強度計算，螺母與閥桿的螺紋之間的摩擦力矩的計算都是不可缺少的。由于閥桿的軸向力通過螺母凸肩作用在支架上，此處設有推力軸承，所以軸承與支架產生的摩擦力矩并不作用在閥桿上。明桿閘閥的閥桿為開降桿，即在啟閉過程中只做直線運動，所以填料沒有阻力矩，閥桿的受力分布如下圖：圖3-3-1閥桿的受力分布因為開啟時閥桿的軸向力最大，也就是說開啟時閥桿的總扭矩也最大，所以下面計算只算開啟時的總扭矩。由《實用閥門設計手冊》P1027與P1028查得閥桿受力圖及強度驗算公式，對于裝有推力球軸承的明桿閘閥閥桿的總扭矩為：（3.15）式中RFM—螺紋的摩擦半徑，由《實用閥門設計手冊》P665查得所以開啟時閥桿的總扭矩為2.閥桿的強度計算閥桿開啟時閥桿的強度計算開啟時閥桿的受載情況如上圖所示上閥桿的危險截面為螺紋退刀槽出，因此此處的橫截面最小，因該校核此處拉應力、扭轉應力和合成應力。a.拉應力(MPa)為（3.16）式中：Fs—閥桿最小截面積(mm2)；按有退刀槽處的FT計算，由《實用閥門設計手冊》P667查得為624mm2；[σL]—閥桿材料的許用拉應力(MPa)，由《實用閥門設計手冊》P607查得為240MPa。b.扭轉應力(MPa)為240MPa；（3.17）式中：Ws—閥桿最小抗扭截面系數(mm3)，有螺紋退刀槽則為退槽處的抗扭界面系數WT，4500mm3，由《實用閥門設計手冊》P667查得；[τN]—閥桿材料的許用扭轉應力(MPa)，由《實用閥門設計手冊》P607查得為145MPa。c．合成應力(MPa)為（3.18）式中：[σΣ]—閥桿材料的許用合成應力(MPa)，由《實用閥門設計手冊》P607查得為230MPa。綜上，閥桿的強度是合格的。下閥桿的強度校核和尚閥桿相同，且下閥桿的最小截面大小和上閥桿最小截面大小差不多，但是下閥桿沒有氣缸的摩擦力，因此下閥桿的校核可以省去，且我們認為它是和尚閥桿一樣強度是合格的。3.3.4閥桿的穩定性校核1.影響因素穩定性是指受壓桿件發生橫向的彎曲破壞，影響閥桿的穩定性的主要因素有：a.材料的機械性能特別是其抗彎曲性能是影響穩定性的重要因素，具體體現在彈性模數E的值；b.桿件截面積及界面形狀閥桿截面積越大，截面形狀越有利于抗彎，則其穩定性越好，綜合界面積與形狀的影響，反映在計算中的位界面的慣性矩，而結合材料性能，即為桿件的抗彎強度；c.桿件的長度桿件的長度越大，其受壓的穩定性越差；d.桿件的外界約束條件主要是桿件兩端的固定方式和中間支撐狀況，兩端的自由度越大，則穩定性越差，在計算中反映為長度折算系數。2.上閥桿的穩定性校核手動關閉式閥桿與開合螺母連接，可以認為是固定連接，下端部與T型槽連接屬球星連接，屬于有自由度連接，長度系數μλ取0.899。閥桿的細長比(即柔度)按下式計算：式中：dF—閥桿直徑為30mm；lF—閥桿計算長度，對于升降桿是從上端閥桿螺母螺紋全高中點至閥桿下端面的距離，lF=802mmμλ—長度系數，與支撐形式有關，這里取為0.899。所以，λ=48.1。由《閥門設計》P154查得常溫時閥桿中細長比的下界λ1=40，λ2=78.2，所以有即（3.20）所以上閥桿滿足穩定性條件。式中：σY—閥桿的壓應力；[σY]W1—中細長比壓桿的穩定性許用應力；a、b—依賴于材料性質的系數，由《閥門設計》P154查得a=6442,b=23.6；nW—穩定安全系數，取2.5。3.下閥桿的穩定性校核下閥桿是一端活塞通過螺母固定，屬固定端，端部與T型槽以鉸鏈連接，同上閥桿，閥桿的細長比(即柔度)按下式計算：(3.21)式中：lF—閥桿計算長度，對于升降桿是從上端閥桿螺母螺紋全高中點至閥桿下端面的距離，lF=814.3mm；μλ—長度系數，與支撐形式有關，對于具有中間支撐，查《閥門設計》P153得μλ=0.410。所以，由上已知λ1=40，即λ<λ1，所以下閥桿為低細長比壓桿，不需要進行穩定性驗算。3.3.5閥桿主要尺寸的確定1.下閥桿端部結構尺寸由《實用閥門設計手冊》P1297查得下閥桿端部結構與尺寸如下：圖3-3-2閥桿端部結構D=200d0=46SR=200h=19h1=30H=62b=28B=452.下閥桿頭部結構尺寸下閥桿頭部結構較復雜，有螺雙連接和鍵的連接，還有密封圈溝槽和退刀槽，具體尺寸確定如下：設計時務必考慮鍵的安裝，一定要保證能裝進去螺栓為M36，密封圈內徑26。3.上閥桿的結構尺寸上閥桿的T型槽螺紋處部分為Tr38×5-7H，下端的尺寸和下閥桿端部尺寸相同。3.4閥蓋及填料裝置的設計與計算3.4.1閥蓋的設計與計算閘閥的閥蓋一般設計成帶開口的閥蓋，為了設計填料函，保證中腔的密封，閥蓋的橢圓形中部即為開孔處安裝上密封座。對閥蓋進行強度計算時，通常應檢驗Ⅰ-Ⅰ斷面的拉應力和Ⅱ-Ⅱ斷面的剪應力，開孔閥蓋的結構如圖所示：圖3-3-3開孔閥蓋由《實用閥門設計手冊》P1066表5-130得開孔閥蓋的強度驗算如下：a.Ⅰ-Ⅰ斷面的拉應力：(3.22)式中：DN—壓緊面的內徑，為630mm；[σL]—IG25的許用拉應力，為80.36MPa；所以所以，Ⅰ-Ⅰ斷面拉應力滿足強度要求。b.Ⅱ-Ⅱ斷面剪應力：(3.23)式中：dr—填料函外徑為，內徑D+2SB=124mm；[τ]—IG25的許用剪應力，為49.98MPa；所以所以，Ⅱ-Ⅱ斷面剪應力滿足強度要求。綜上，閥蓋的設計滿足強度要求。3.4.2填料壓蓋的設計與計算1.填料選擇及填料函尺寸的確定填料箱孔的直徑與閥桿直徑和填料寬度有關，而填料寬度bT(mm)，通常在(1~1.6)的范圍內選取，結構尺寸參照《實用閥門設計手冊》。a.填料和填料墊在本次設計中選擇聚四氟乙烯為填料，這主要從經濟和摩擦力兩方面考慮。填料的結構尺寸按形式如下圖所示，尺寸按JB/T17122008中表4規定。圖3-4-1上填料圖3-4-2中填料填料墊結構形式如圖所示，尺寸按JB/T17122008中表5規定。圖3-4-3填料墊填料函尺寸的確定由《實用閥門設計手冊》P1294查得填料函部分尺寸，如圖下：圖3-4-4填料函部分尺寸其中D=58d0=16C=1.5A=120r=16B=44b=22Z≥72.填料壓蓋的設計與強度校核a.填料壓蓋填料壓蓋也不完全是標準件，它也是一方面參照《實用閥門設計手冊》中的尺寸，一方面考慮實際確定的，填料壓蓋的結構形式和尺寸如下：圖3-4-5填料壓蓋填料壓蓋的材料選為2Cr13。b.填料壓蓋的強度校核根據《實用閥門設計手冊》P1062和P1063可知填料壓蓋的強度校核應對Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ斷面進行彎曲應力校核。Ⅰ-Ⅰ斷面的彎曲應力為(3.24)式中：M1—Ⅰ-Ⅰ斷面的彎曲力矩，按下式計算：，為力；FyT為壓緊填料的總力，按下式計算：；d為填料壓蓋的內徑，D為填料壓蓋與填料箱孔配合直徑；qT為壓緊填料所必須施加于填料上部的比壓，qT=ψp，ψ為聚四氟乙烯的最大軸向比壓系數為3.8；綜上計算得M1=213.533KN·mm；W1—Ⅰ-Ⅰ斷面的斷面系數，按下式計算：b1為Ⅰ-Ⅰ斷面的寬度，h1為Ⅰ-Ⅰ斷面的高度；[σW1]—壓蓋材料的許用彎曲應力，為99.96MPa。所以，即Ⅰ-Ⅰ斷面校核合格。Ⅱ-Ⅱ斷面的彎曲應力為式中，MⅡ—Ⅱ-Ⅱ斷面彎曲力矩，即，Ⅱ-Ⅱ斷面校驗合格。故，填料壓蓋的設計滿足強度要求。3.活節螺栓的設計與強度校核活節螺栓主要作用是連接填料壓蓋與閥蓋，材料為35鋼，活節螺栓的尺寸由GB798-88所規定，其尺寸如下：d=M16，d1=12，S=18，b=38，D=28，r=10，X=5，l=60活節螺栓所受拉應力為：(3.26)其中，[σL]—為35號鋼拉應力，由《實用閥門設計手冊》P615查得。所以，螺栓的強度校核合格。4.銷的選擇與校核銷是活節螺栓與填料函的連接部件，材料選為35鋼，結構尺寸由《機械課程設計手冊》P54查得如下：采用圓柱銷B型，d=10，l=44銷的校核：銷所受到的剪應力為：(3.27)[τ]為35鋼的許用剪應力，由《實用閥門設計手冊》P607查得為120MPa；所以，銷的校核合格。閥蓋及填料部分的設計計算已經結束，由于閥蓋法蘭的部分尺寸與閥體上法蘭的尺寸相同，當閥體的中法蘭強度合格時，閥蓋部分的就不在進行法蘭的校核了。3.4.3上密封座尺寸采用鑲座式上密封面的結構形式，其結構尺寸按《實用閥門設計手冊》P1277表7-3圖7-3設計。圖3-4-6上密封座結構3.5氣缸的設計與計算3.5.1氣缸的直徑粗估算與選取在進行活塞傳動裝置力的計算時，首先近似地確定氣缸直徑d，d的確定可根據啟閉---專業資料-閥門所需的閥桿最大軸向力和氣源工作壓力P，如下：(3.28)式中：d—活塞桿的直徑為38mm；P—氣源動力，取0.7MPa；故(3.29)又因為氣缸中O型密封圈室標準件，所以要考慮密封圈尺寸以保證密封，則密封圈的安裝外徑和氣缸的內徑相同。根據《O型密封圈》相關規定，初步確定氣缸內徑為460mm。但是由于氣缸所提供的壓力顯然比我們所需要的壓力大很多，就必須對密封面的強度進行校核。3.5.2氣缸的校核(1)無介質時：實際產生的軸向力(3.30)其中：Q—氣源作用在活塞上的力無介質時，介質靜壓力QMJ=0即所以可見。故，無介質時，密封面比壓滿足要求。(2)有介質時：實際產生的軸向力同無介質時，因為有介質作用，則（3.32）所以，可見。故，有介質時，密封面比壓也滿足要求。綜合上述，有無介質兩種情況，氣缸的校驗合格。3.6其他主要零件的設計與校核3.6.1滾動軸承的選取為了減小操作力矩，一般應在閥桿軸向力超過40KN的情況下，在閥桿螺母上裝有單向推力球軸承。單向推力球軸承必須根據軸承的工作能力系數來選擇。（3.33）式中：n—閥桿轉速，當手動時可取n=25r/min；h—軸承壽命，對于閥門可取125h；KR—軸承負荷性質對軸承壽命的影響系數，對于閥門可按輕微沖擊力，即短時間超載125%，考慮去1.1；KW—軸承工作溫度對軸承壽命的影響系數，對于本設計閥門工作溫度為常溫，可取1。3.6.2閥桿螺母的校核閥桿及閥桿螺母通常采用單頭標準梯形螺紋，這里閥桿螺母也作為開合螺母，是用來實現手動和氣動切換的。工作時閥桿螺母受閥桿軸向力，其強度校核按下面幾個方面進行：考慮到開合螺母要求強度高，減磨性要好，選擇材料為鋁黃銅。由于閥桿啟閉過程中，螺紋兩面都工作，所以T型螺紋形式采用單頭標準梯形螺紋。由于通常閥桿材料的強度大于螺母材料，所以只對閥桿螺母的螺紋進行校核螺紋表面的擠壓應力（3.35）式中：QFZ—閥桿總軸向力；n—計算螺紋圈數，Fy—單牙螺紋受擠壓面積；由《實用閥門設計手冊》P668查得Fy=3.11cm2，Fy=3.71cm2，W=0.251cm2；查得鋁黃銅的[σZY]=35MPa，[σW]=135MPa，[τ]=80MPa所以故螺紋表面的擠壓應力滿足強度要求。a.螺紋表面的剪應力（3.36）故螺紋表面的剪應力滿足強度要求。b.螺紋表面的彎曲應力（3.37）式中：XL—力臂，取1.5mm；故螺紋表面的彎曲應力滿足強度要求。綜上所述，螺紋的強度滿足設計要求。3.6.3上活塞與T型槽接頭連接螺栓的校核這個部位螺栓主要承受手動開啟的最大軸向力，對此螺栓應校核抗拉強度。（3.38）螺桿的材料選為35鋼，則[σL]為140MPa，則σL<[σL]。所以，長螺桿的強度校核滿足要求。第四章結論閘閥廣泛的應用于石油、化工、電力、醫藥、城建等行業。本設計方案完成了雙缸氣動閘閥結構與工藝設計，基本達到了任務書的要求。通過本次設計前期的大量學習閘閥設計的基礎知識，復習機械設計、互換性和金屬熱處理的知識，通過對閘閥實物的測繪了解其結構與功能，去車間了解其加工藝，并對閥門的使用維修做了一定的了解，使得自己對其設計加工流程比較清晰，查閱了大量資料，為這次設計的成功奠定了基礎。由于時間、水平和經驗有限，在工藝設計部分并未對熱處理工藝、焊接工藝進行描述，只簡單介紹了機械加工工藝過程，然而，在編制機械加工工藝過程亦有不足之處，有很多改進的余地，這些需要在以后的生產實踐中區掌握，去積累，去精通。此次畢業設計對于我來說，既是一次機遇，又是一次挑戰。通過此次設計鍛煉了自己的專業能力，鞏固了機械制圖、機械設計、機械制造加工工藝、金屬材料熱處理等知識。在設計過程中碰到了許多新的技術問題，通過查詢資料，請教同學老師，使自己在解決這些問題的過程中提升了自己的水平。通過自己的實踐，增強了動手能力，通過實際工程的設計也使我了解到書本知識和實際應用的差別；讓我明白了自己的缺陷在哪里；讓我懂得了知識和技術的重要性及創新的魅力。相信自己能在以后得工作中積累總結，設計出一套完完整整的設計圖紙。致謝踉踉蹌蹌地忙碌了近兩個月，我的畢業設計課題也終將告一段落。從開始接到論文題目到系統的實現，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這一段時間里，老師、同學都給予了我很大的幫助，在此感謝授課老師和在企業的員工及同事們對我的教導,你們豐富的基礎知識和實踐經驗拓寬了我的視野,讓我能初步的了解閥門行業；這是在大學中無法學到的更專業的的東西了。在這三個月里老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖然短短三