YM1000型半球阀芯研磨设备传动系统及设备台架设计机械CAD图纸

《YM1000型半球阀芯研磨设备传动系统及设备台架设计机械CAD图纸》由会员分享，可在线阅读，更多相关《YM1000型半球阀芯研磨设备传动系统及设备台架设计机械CAD图纸（27页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、目次1 概述31.1 设计目的及意义51.2 设计技术指标51.2.1.研磨加工设备基本技术参数51.2.2.双偏心半球阀阀芯的研磨质量指标52主驱动机构结构设计62.1主驱动电机的选择62.1.1 主驱动部分负载的计算62.1.2 确定研磨中的实际摩擦系数62.1.3研磨运动中的负载转矩计算72.1.4 研具转速确定72.1.5 各级传动比确定72.1.6 主驱动电动机驱动功率的确定72.2齿轮传动设计82.3 研具转动和主驱动轴部件的设计152.3.1 研具转动轴最小轴径计算152.3.2研具转动轴的部件结构设计152.3.3研具传动轴的轴系结构设计计算153.升降系统设计224 研磨机底

2、座及机架设计23设计总结24致谢26参考文献271 概述高耐磨双偏心半球阀是为了解决“气-固”以及“液-固”两相混流介质输送过程中带有沉淀、结垢和结晶析出介质的技术问题而研制开发的新型阀门,其简单结构如以下图1-1所示。图1-1 高耐磨双偏心半球阀基本结构该半球阀阀芯具有半球面型的密封件，与固定在阀体上的阀座形成高精度球面环带型密封副。阀芯是通过阀杆与芯轴支撑保持在阀体的内腔中。因为阀杆中心与阀芯的球面几何中心不重合，同时不在阀体的贯通中线上，所以当手轮通过蜗轮机构驱动利用花键连接的阀杆转动90角时，半球面阀芯就会绕固定轴心旋转，实现阀芯与阀座的相对运动，进而实现阀门的启闭作用。高耐磨双偏心半

3、球阀的关键结构特点是这样的：球面几何中心与回转中心不在同一个心，呈两锥偏心的几何接触状态，转动偏心阀芯就会立即产生球面与固定的阀座密封面间的相对运动。开启时阀芯与阀座会非常的迅速脱离，关闭时阀芯偏心复位在原来的偏置位置上立即实现阀门关闭。如此这般组成阀门动作的偏心机构，即利用偏心轮的变形楔作用原理来顺利实现阀门的闸紧机构作用非常巧妙。如以下图1-2所示。图1-2 双偏心半球阀开闭工作状态双偏心半球阀工作时就是依靠阀芯和阀座的紧密配合来实现密封。所以，阀芯球冠部分和阀座的加工制造精度会非常直接的影响到球阀密封的可靠性。根据输送介质的一般特性，阀芯和阀座密封面材料是堆焊Cr-Mn-Si、Cr-Mn

4、-V合金，需要特殊热处理和精加工等复杂工艺，密封副的表面硬度要大于等于55HRC，能承受住达到560的高温，可以完全满足耐腐蚀、耐磨粒磨损、耐冲刷和耐高温等特殊要求。阀芯的双偏心结构不仅结构复杂，而且加工要求高，是加工过程的关键工艺。阀芯的结构如以下图1-3所示。 图1-3 高耐磨双偏心半球阀阀芯结构阀芯上的密封面有较高的尺寸精度、形状精度和表面质量要求的工艺要求。阀芯的尺寸精度工艺要求可以通过球车床加工来保证，形状精度和表面质量工艺要求就需要通过研磨精加工来实现了。阀芯上的密封面有一个环状球面，它的材质为耐磨合金型材料，研磨加工实现起来相对来说比较的困难，需要用一套专门设计使用的研磨装置来实

5、现。因此，半球阀阀芯研磨设备设计这个课题就是直接针对双偏心半球阀阀芯的研磨加工而提出的非常好的设计课题，本文对高耐磨半球阀阀芯自动研磨机的设计过程作详细说明。1.1 设计目的及意义目前，在中、高压高耐磨半球阀阀门的设计生产制造过程中，阀芯的精加工采用的是辅助于简单的机械传动的手工研磨方式来实现。用这种加工方法进行加工研磨加工，其研磨质量和生产效率都不高，严重影响了整个产品的生产供给，且不利于进一步提高产品的质量。本设计主要是针对球阀阀芯研磨设计其自动研磨加工设备的，以提高生产效率和研磨质量，节省加工成本。1.2 设计技术指标1.2.1.研磨加工设备基本技术参数（1）研磨阀芯的规格为DN1000

6、；（2）研磨机研具主轴转速1224 r/min；（3）研磨设备工件主轴转速918 r/min；（4）研磨设备工件摆动频率1030次/min，摆动幅度35；（5）工作台高度：1400 mm。1.2.2.双偏心半球阀阀芯的研磨质量指标（1）阀芯的尺寸精度为0.023mm；（2）阀芯的圆度4m；（3）阀芯的表面粗糙度为Ra0.05m。2主驱动机构结构设计阀芯研磨设备驱动部分的功能是实现研具的转动，本设计中用自带减速器电机再经齿轮啮合传递来来驱动研具转动。本处的设计计算部分，主要是针对半球阀阀芯研磨设备主驱动部分，确定其电动机的功率，进行传动比分配，完成设计。2.1主驱动电机的选择2.1.1 主驱动部

7、分负载的计算研磨中研具和工件之间有相对动摩擦力存在，计算出摩擦力可求出负载转矩，确定出电动机的输出功率，由此来选择需要的电动机。根据已知的工件半球阀芯的质量，由于工件自重可以稳定，工作时的不需要施加额外的压力，进而可以得出可以得出研磨工件的总压力：由工件质量m=1t，得出总压力： F1=1000mg10000N施加压力为0 工作压力： F= F110000N2.1.2 确定研磨中的实际摩擦系数研磨运动中工件为铸钢，同时研具为铸铁，使用有研磨剂金刚砂进行工作。铸铁和铸钢之间的，无润滑的时侯静摩擦因数为0.30，动摩擦因数则为0.160.18；有润滑的时侯静摩擦因数0.10.15，动摩擦因数则为0

8、.050.15。研磨中使用的是金刚砂研磨剂，研磨剂在研磨中并不是使两种材料间出现没有价值的纯滚动。金刚砂颗粒有很多锋利的棱角，它在研磨中的作用主要是在切削金属材料，这样就很自然的产生很强的切削力，实际上是相当于增大了铸铁和铸钢间的滑动摩擦因数。这里使用到的摩擦因数，具体数值还没有从研究人员的实验中明确得出过，通过查研磨方面的相关资料资料，现取滑动摩擦因数为=0.25。2.1.3研磨运动中的负载转矩计算 在研磨运动中中，阀芯与研具形成球面之间的摩擦，计算摩擦力相对来说就比较复杂，这里就用到一个最大研磨压力Fmax和一个当量摩擦力矩半径r来最大限度的估算摩擦负载转矩。对于大工件取r=D1/2。本设

9、计中用到的工件F=10000N，D=1000mm。则负载转矩就应该为：T= Fmaxr=100000.25（1000/2）Nm 1250000Nmm= 1250 Nm2.1.4 研具转速确定我查阅王忠志教授的机械研磨，其研磨线速度的范围是：v=20100 m/min,由此可以选取 v=80m/min由以下 v =*d* nn= v/(*d)=80/(*1.0)=25.46 r/min故可以确定 nmax=24 r/min2.1.5 各级传动比确定由于考虑到工件的自转和工件的工进转动的复合作用，以及研磨线速度的增加，在此确定DN1000工位研具转速范围1224r/min；2.1.6 主驱动电动机

10、驱动功率的确定此部分传动系统中涉及到蜗杆减速器、带传动和联轴器。查阅机械设计手册，查得齿轮传动效率： =0.94；蜗杆减速器效率： 3=0.75；从电机到研具主轴的总效率则为：=3=0.94*0.75=0.705驱动负载所需功率为：Pw=T/9.55*1000=125025/9.55*1000 3.272kw则所需功率 = Pw/= 3.272/0.705 kw=4.64 kw 选择电动机额定功率： 7.5kw由此选定主传动电动机，功率7.5kw，选择电动机型号为Y160L-8型，输出转速n电=720 r/min。在该电机内部内置一部减速比为15的蜗杆减速器，这样它的输出轴的转速为72r/mi

11、n。2.2齿轮传动设计1选定齿轮需要的类型、精度等级、材料及齿数 1）按既定的传动方案，可以选用直齿圆柱齿轮进行传动。 2）该齿轮啮合传动，速度不高，故选用8级精度。 3) 材料选择。由表2-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4).初选小齿轮的齿数为=24 传动比设为2，大齿轮=243=725)按齿面接触强度设计由设计计算公式 2 确定公式内的计算数值1）选择载荷系数1.32）小齿轮传递的转矩= T=9.55*=9.55*=1.093）由表查得齿宽系数=14）由表查得材料强度影响系数5）按齿面硬度

12、查得小齿轮接触疲劳强度极限大齿轮接触疲劳强度极限=550MPa6）工作寿命为10年(每天工作300天两班制)由应力循环计算公式的=60=1.38=1.38/3=4.67）由机械设计图（10-19）去=取接触疲劳寿命系数 =0.98=0.998）计算接触疲劳许用力取失效概率为1%安全系数=1由机械设计公式得=411.4MPa=385MPa（2）计算1）试算小齿轮的分度圆=147.57mm2）计算圆周速度v=0.373）计算齿宽=121.081=147.57mm4）计算齿宽与齿高之比5）计算载荷系数根据v=0.37 由机械设计查得动载荷系数直齿轮=1由机械设计表10-2查得使用系数=1.25由表1

13、0-4用插值法查得8级精度小齿轮的相对支撑位非对称支撑=1.347由=13.33 =1.347查表10-13得=1.32故得载荷系数K=1.251.1211.347=1.8866）按实际的载荷系数校正的分度圆直径=147.57=154.57mm7) 计算模数m=3. 按齿根弯曲强度设计由计算公式(1) 确定公式内的数值1) 由机械设计图10-20c查得小齿轮的疲劳弯曲极限=500MPa大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MPa2）由图10-8取弯曲疲劳寿命系数=0.85 =0.873）计算弯曲疲劳许用力取弯曲许用安全系数S=1.4由公式=303.57 MPa=236.14MPa4）计算载荷系数K=

14、1.151.1211.32=1.4175）查取齿形系数 由表10-5得=2.52=2.3356）查取应力校正系数 =1.625=1.6957）计算大小齿轮的并加以比较= 大齿轮的数值比较大。（2）. 设计计算m=4.40对比该公式计算出来的结果，由于根据齿根弯曲疲劳强度计算的模数小于据齿面接触疲劳强度计算的模数m。因为弯曲强度所决定的承载能力可以决定齿根模数m的大小，可取由弯曲强度计算出来所得到的模数并圆整取m=5 （1）=30.9132 =64（3）几何尺寸计算1）分度圆直径=532=160mm=m=480mm2）计算中心距a=（+）/2=320mm2）计算齿宽=1*160=160mm=17

15、0mm 表2-122.3 研具转动和主驱动轴部件的设计2.3.1 研具转动轴最小轴径计算研具转动轴材料采用45钢，调质处理，其许用剪应力d=68.771.06=72.89mm取dmin=75mm 2.3.2研具转动轴的部件结构设计 研具转动轴的部件结构主要考虑两轴承处的同轴度，采用四根立柱连接的方式，如图2-1所示。2.3.3研具传动轴的轴系结构设计计算2-1 研具转动轴部件2.3.3.1主传动系统各轴运动、动力参数确定从电动机到研具主轴，0为电机输出轴，为研具主轴，电机按输出轴的最高转速计算，分别计算如下：（1）各轴转速 n0=72 r/minnI=75/3r/min =24 r/min（2

16、）各轴输入功率 P0=7.5kw PI=P00.950.75kw=10.940.75 kw=5.344kw（3）研具主轴输入转距 TI=95505.34424 Nm=2126.47 Nm2.3.3.2轴的设计计算及校核根据传动结构的空间布局，轴可采用竖直轴，在它上面安装研具，带动研具转动。（1）确定研具主轴的最小直径由前面计算结果n=24r/min，PI =5.344kw，TI =2126.47Nm，查机械设计手册，选取轴的材料为45钢，调质处理。 且最细段为外伸端，取A0=115，于是： 69.70mmd=d(1+0.06)=69.701.06=73.90mm根据轴上所装零件情况，选定主轴有

17、效段最小直径d=80mm；据轴向定位要求及所安装的零件确定各段轴向长度和轴径，简图如图6-1所示：其中：A-B段装齿轮；C-D段装轴承；E-F段装轴承；F-G段为了固定轴承攻有螺纹，将来用圆螺母及止定垫圈固定紧轴承。根据结构设计情况，轴的长度如图3-3，各段直径情况如下：A-B段：d=86； B-C段：d=108； C-D段：d=90 。D-E段：d=80；E-F段：d=90；F-G段：d=84且攻有螺纹。图3-3 主轴结构图（2）轴的校核根据轴的结构图做出轴的计算简图，如图3-4。图3-4 主轴受力简图 根据直齿圆柱齿轮受力情况，可计算出轴承的支反力。计算如下： = N=5316N = 53

18、16N=1934N 由平衡条件可列以下方程：水平方向: 垂直方向： 则由以上方程可求得： -1437.61N； 292.61N -523.57N； 106.57N 于是其轴上的转矩为：水平方向 Nmm竖直方向 Nmm则其受力图、弯矩图及扭矩图及如图3-5所示。从轴的结构图、弯矩和扭矩图中可以看出，截面B是轴的危险截面。于是此处的总弯矩 140135.6 Nmm扭矩 T=151210 Nmm根据机械设计公式15-5，以及以上数据，由于轴做单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为： 轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计，查得。因此 故研具主轴是安全的。 图3-5 轴的载荷分析图3

19、.3.3.3 研具主轴轴承的选择及校核在设计中研具主轴是竖直轴，轴承需要承受轴向力。因而，研具主轴上的轴承选用30309圆锥滚子轴承；在轴上的安装为反向安装。计算校核如下： （1）计算派生轴向力根据阀芯、研具、齿轮、轴重力计算和轴的校核计算可知:=1592N ；=417N；=523.57N；=106.57N由机械设计手册查得： e=0.35则 e=0.35,由机械设计手册查得： Y=1.7根据机械设计（濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社）表13-7，得派生轴向力的计算公式：则有 （2）确定两轴承所受轴向力和轴承的轴向受力简图如图3-6所示，把派生轴向力的方向与外加轴向载荷的方向一致的轴承表为2

20、，另一端标为轴承1。 图3-6 轴承轴向载荷的分析由于 则轴有向右窜动的趋势，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，但实际上轴必须处于平衡位置，所以被“压紧”的轴承1所受的总轴向力必须与相平衡，即 =1623.34N 而被“放松”的轴承2只受其本身派生的轴向力，即 （3）确定两轴承的当量动载荷由于 /=1623.34/523.57=3.1e则轴承1： =； /=31.34/106.57=0.29e，则轴承1： =；根据机械设计手册查得： Y=1.5，则 =2644.44N =106.57N；根据设计经验取载荷系数 轴承实际所受当量动载荷 =1.52644.44=3966.66N =1.51

21、06.57=159.86N（4）计算轴承寿命由于轴承1所受载荷最大，因此只校核轴承1即可。根据机械设计手册，由公式 取 =10/3， 则 h预期计算寿命 h计算的大于预期计算寿命，计算表明该轴承的寿命是完全满足要求的。3.升降系统设计滑动框通过轴瓦与立柱形成移动副，借助升降机实现上下移动，进行工件的装卸。在提升板上下联接处均装有弹簧，实现上下方向的弹性浮动，研磨机升降系统如图3-1所示。图3-14 研磨机底座及机架设计在底座机架的设计上，有两种方案供我们考虑：一是选用铸件，二是选用角钢、槽钢等型材。在满足同样强度要求的条件下，铸件需要采用的体积比较大，材料使用的也比较多。因此，在满足强度要求下

22、，从经济性方面考虑可以选用型材更合理一些。考虑到设计制造工艺性方面的话，如果此研磨设备采用铸件，铸件设计起来就会非常的比较复杂，工艺性并不好，而型材于此就不相同，它可以把购买来的型材相对来说很容组合成结构形状来满足不同的需要，而且强度高，体积小，重量轻。因此，从这方面考虑采用型材比较合理。从生产制造周期上考虑，铸件制造成型后，用于生产还需一段时效时间，这会占用设备生产周期中很长一部分时间，严重影响设备的生产效率；用型材就基本上不存在时效时间，也就不会对生产效率造成什么影响。用铸件有一比较好的优点就是比用型材抗震性好，但从以上综合考虑，采用热轧等边角钢和热轧槽钢焊接而成，根据机械零件手册，材料的

23、牌号选Q235A。底座框架结构图如图6-1所示。作为设备运行中要考虑操作环境的安全性及保证传动系统环境的整洁，在框架四周设计有围板，采用比较薄的钢板用螺钉固定于台架四周。在工作台架顶部，考虑到研磨中放置工具及安装调试上部摇摆机构等，用30mm厚的钢板作为盖板。设计总结毕业设计是我们大学阶段最后一次设计实践工作，它不仅是对我们四年大学学习知识的总结，也是我们步入职场、走进社会的一次预演，通过在设计过程中锻炼自己查找资料、总结资料的能力、锻炼自己与他人共同合作解决问题的能力。本次毕业设计我的题目是液压式半球阀阀芯研磨设计，初步拿到这个设计题目的时候，我一直以为我所设计的要点是液压系统的设计，所以看

24、了很多关于液压系统的书，且在设计的初期也一直在做液压方面的准备，后来通过与老师的交流发现我设计的重点不是液压系统方向，而是怎么实现机床工作需要动作的，液压系统只是用于我设计初期选择执行元件的，至此我才明白我设计的要点。所以以后遇到问题一定要明白设计的要点，不然的话就会适得其反。在设计初期，我不明白机器的工作原理，是李老师的惴惴教导是我逐渐的明白了设计的基本思路和设计思想。每周李老师都会不辞劳苦的对我们进行两天的指导，而其他很多老师每周只是指导一次，对此我对李老师的敬业精神表示感谢和钦佩。每周的例行指导会议上，李老师都会仔细解答我的设计疑惑以及鞭策勉励我们不畏设计中的困难，夜以继日快马加鞭的踏实

25、有序一步一步向前走。李老师鼓励我们，设计就是一步一步向前，逐渐解决见到的问题，每天解决一个小的问题，设计难题就会柳暗花明又一村的，最终会交上合格的优秀的设计成果的。我通过这次设计领略了河工大优秀老师的风格和魅力，这种敬业的精神负责的态度对我以后的学习工作有很大的指引作用，不管以后做什么工作，李老师的积极影响都会叫我更加负责任的去奋斗。本次设计中遇到的各种问题通过与老师的交流、同学的探讨、自己的摸索都得到了很好的解决。这也告诉我们在以后的工作中要多与专业人士交流，多参照别人的设计，这样才能丰富自己的视野，使自己在以后的工作中游刃有余。本次设计中还有一个问题就是怎么更好的实现在加工过程中出现震动的

26、情况下机床能够快速很好的保持稳定，虽然固定到地面上的水泥柱上能够在方向控制机床的稳定，但是肯定存在一次不稳定，所以能不能通过其他方法更好的的方式在工作过程实现工件的相对稳定呢，但是由于本人能力有限，所以没有很好的解决这方面的问题。但是本次毕业设计还是让我们学习到了很多原来学习过程没有注意到的问题，锻炼了自己分析问题、总结问题的能力，同时也规范了我们以后在设计工作中的设计思路，为我们以后的工作打下了坚实的基础。致谢本次毕业设计是在尊敬的李铁成教授的亲切指导下逐步完成的，每当设计遇到难题的时候李老师总能以循序渐进的方法指导我们解决问题。在李老师的指导下，我对机械设计的一般过程、设计中应该注意的事项

27、等有了初步了解，这为我们以后步入工作打下了良好的基础。感谢李老师。同时由于本次设计是和杨春娟我们两个人一起设计的，所以在设计过程中我们需要两个人一起讨论、分析。在讨论过程中难免会有一些分歧，我们都会努力消除分歧，从而完成毕业设计。在以后的工作中我们是和同事一起工作的，在工作中难免会有各种问题，通过本次设计我学会了在遇到问题时怎么处理分歧的方法，这对我们以后的职业发展有很大的帮助。还有本次设计还要感谢黑马实业有限公司，是该公司提供我们参观的机会，使我们对本次设计的要点有了充分的认识。还有就是要感谢何文平老师，是何老师教会我们怎么调用标准件，极大地简化了我们绘图的工作量。再次感谢李老师！参考文献1

28、） 机械设计手册编委会.机械设计手册，单行本，机架、箱体及导轨.北京:机械工业出版社，20072） 孙志礼主编.机械设计.沈阳:东北大学出版社，20093） 徐灏等主编.机械设计手册.北京:机械工业出版社,19994） 实用机械设计手册编写组编.实用机械设计手册.北京:机械工业出版社,19955） 曲继方，安子军，曲志刚主编.机构创新原理.北京.科学出版社.20016） 朱张校主编工程材料北京：清华大学出版社，20017） 机械设计课程设计北京：机械工业出版社，20038） 陆庆主编机械设计手册北京：机械工业设计出版社，1987 9） 张绍甫主编机械零件课程设计北京：机械工业出版社,1996 10）李华主编机械制造技术北京：机械工业出版社，1996 11）刘昆政主编间歇运动机构辽宁：大连理工出版社，1991 12）于华主编数控机床的编程及实例北京：机械工业出版社，199827