低溫截止閥的設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)號：姓名： 指導(dǎo)老師：娜摘要:本課題來源于當今社會液壓元件的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計出低溫截止閥，從而來滿足當今社會液壓元件更新?lián)Q代能力不足的缺陷。 低溫截止閥是能夠在低溫工況下使用的截止閥，通常把工作溫度低于-40℃的截止閥稱為低溫截止閥。低溫截止閥是石油化工、空氣分離、天然氣等工業(yè)不可缺少的重要設(shè)備之一，其質(zhì)量的優(yōu)劣決定著能否安全、經(jīng)濟、持續(xù)地生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，低溫截止閥的用途越來越廣，需求也越來越大。本文運用大學(xué)所學(xué)的知識，了解低溫截止閥的工作原理，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計一款低溫截止閥。該低溫截止閥的工作介質(zhì)為 12MPa 的液壓油，它是用來改變管路斷面和介質(zhì)流動方向、控制輸送介質(zhì)的壓力、流量、溫度的一種裝置。通過查找相關(guān)料，了解低溫截止閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，構(gòu)建了低溫截止閥組成結(jié)構(gòu)的總的指導(dǎo)思想，從而得出了該低溫截止閥的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且截止效果好，運行平穩(wěn)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：低溫截止閥;液壓元件;截止閥;裝置The Design of The Cryogenic ValveSpecialty： Mechanical design and manufacturing Student Number: Student： Supervisor:Abstract: This subject comes from the modern society the hydraulic components of the innovation and upgrading of the basis, through the design of cryogenic valves, thus to meet the needs of today's society.Low temperature valve is to be used at low temperature condition of the valve, usually working temperature lower than valve called the cryogenic valves. Low temperature valve is one of the important equipment in petrochemical industry, air separation, natural gas and other industrial indispensable, its quality determines whether the security, economic and sustainable production. With the development of modern technology, low temperature valve applications more and more widely, the demand ismoreandmorebig.In this paper, the use of university knowledge, understand the working principle of cryogenic valves, on this basis, the design of a low temperature valve. The working fluid temperature stop valve for hydraulic oil 12MPa, which is a device for changing the flow direction of medium conveying pipeline section, and the control of media pressure, flow, temperature. Through the search related material, understand the low cut-off valve of the internal structure and working principle, construction of low temperature cut-off valve total guiding ideology structure, thus obtains the advantages of the low temperature valve is efficient, economic, and cutoff effect is good, smooth operation of the conclusion.Key words:: low temperature cut-off valves; Corrugated tube; Ball screw; The disc; The valve stemI目 錄緒論 11 課 題 的 來 源 與 研 究 的 目 的 和 意 義 31.1 本文研究的主要內(nèi)容和要求 31.2 低 溫 截 止 閥 的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 41.3 低溫截止閥的優(yōu)缺點 42 低溫截止閥的總體方案的設(shè)計和布局 72.1 低溫截止閥的總體方案圖 92.2 低溫閥門零部件材料選擇 .102.2.1 閥體、閥蓋、閥座、啟閉件等的材料選擇 112.2.2 閥桿材料選擇 .122.2.3 緊固件材料選擇 .142.2.4 墊片材抖選擇 .153 低溫截止閥密封設(shè)計及計算 .153.1 密封元件的選型分析 .163.1.1 上密封裝置的設(shè)計 .173.1.2 閥桿填料處密封 .173.2 填料密封主密封壓力的計算 .183.3 填料裝置的計算 .193.3.1 填料箱孔的主要尺寸參數(shù) .193.3.2 填料裝置主要零件的強度校驗 .203.4 填料與閥桿摩擦力的計算 .203.5 低溫截止閥手輪的選取 .213.6 滾珠絲桿的選取及強度校核 .224 低溫截止閥的檢驗 .225 結(jié)論 .23參考文獻 .24致 謝 .251緒論1 課題的來源與研究的目的和意義機 械 工 業(yè) 是 國 民 的 裝 備 部 ， 是 為 國 民 經(jīng) 濟 提 供 裝 備 和 為 人 民 生 活 提 供 耐 用 消 費品 的 產(chǎn) 業(yè) 。 不 論 是 傳 統(tǒng) 產(chǎn) 業(yè) ， 還 是 新 興 產(chǎn) 業(yè) ， 都 離 不 開 各 種 各 樣 的 機 械 裝 備 ， 機 械工 業(yè) 所 提 供 裝 備 的 性 能 、 質(zhì) 量 和 成 本 ， 對 國 民 經(jīng) 濟 各 部 門 技 術(shù) 進 步 和 經(jīng) 濟 效 益 有 很大 的 和 直 接 的 影 響 。 機 械 工 業(yè) 的 規(guī) 模 和 技 術(shù) 水 平 是 衡 量 國 家 經(jīng) 濟 實 力 和 科 學(xué) 技 術(shù) 水平 的 重 要 標 志 。 因 此 ， 世 界 各 國 都 把 發(fā) 展 機 械 工 業(yè) 作 為 發(fā) 展 本 國 經(jīng) 濟 的 戰(zhàn) 略 重 點 之一 。 機 械 工 程 的 服 務(wù) 領(lǐng) 域 廣 闊 而 多 面 ， 凡 是 使 用 機 械 、 工 具 ， 以 至 能 源 和 材 料 生 產(chǎn)的 部 門 ， 都 需 要 機 械 工 程 的 服 務(wù) 。 概 括 說 來 ， 現(xiàn) 代 機 械 工 程 有 五 大 服 務(wù) 領(lǐng) 域 ： 研 制和 提 供 能 量 轉(zhuǎn) 換 機 械 、 研 制 和 提 供 用 以 生 產(chǎn) 各 種 產(chǎn) 品 的 機 械 、 研 制 和 提 供 從 事 各 種服 務(wù) 的 機 械 、 研 制 和 提 供 家 庭 和 個 人 生 活 中 應(yīng) 用 的 機 械 、 研 制 和 提 供 各 種 機 械 武 器 。不 論 服 務(wù) 于 哪 一 領(lǐng) 域 ， 機 械 工 程 的 工 作 內(nèi) 容 基 本 相 同 ， 主 要 有 ： 建 立 和 發(fā) 展 機械 工 程 的 工 程 理 論 基 礎(chǔ) 。 例 如 ， 研 究 力 和 運 動 的 工 程 力 學(xué) 和 流 體 力 學(xué) ； 研 究 金 屬 和非 金 屬 材 料 的 性 能 ， 及 其 應(yīng) 用 的 工 程 材 料 學(xué) ； 研 究 熱 能 的 產(chǎn) 生 、 傳 導(dǎo) 和 轉(zhuǎn) 換 的 熱 力學(xué) ； 研 究 各 類 有 獨 立 功 能 的 機 械 元 件 的 工 作 原 理 、 結(jié) 構(gòu) 、 設(shè) 計 和 計 算 的 機 械 原 理 和機 械 零 件 學(xué) ； 研 究 金 屬 和 非 金 屬 的 成 形 和 切 削 加 工 的 金 屬 工 藝 學(xué) 和 非 金 屬 工 藝 學(xué) 等等 。研 究 、 設(shè) 計 和 發(fā) 展 新 的 機 械 產(chǎn) 品 ， 不 斷 改 進 現(xiàn) 有 機 械 產(chǎn) 品 和 生 產(chǎn) 新 一 代 機 械 產(chǎn)品 ， 以 適 應(yīng) 當 前 和 將 來 的 需 要 。 機 械 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) ， 包 括 ： 生 產(chǎn) 設(shè) 施 的 規(guī) 劃 和 實 現(xiàn) ；生 產(chǎn) 計 劃 的 制 訂 和 生 產(chǎn) 調(diào) 度 ； 編 制 和 貫 徹 制 造 工 藝 ； 設(shè) 計 和 制 造 工 具 、 模 具 ； 確 定勞 動 定 額 和 材 料 定 額 ； 組 織 加 工 、 裝 配 、 試 車 和 包 裝 發(fā) 運 ； 對 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 進 行 有 效 的控 制 。 機 械 制 造 企 業(yè) 的 經(jīng) 營 和 管 理 。 機 械 一 般 是 由 許 多 各 有 獨 特 的 成 形 、 加 工 過 程的 精 密 零 件 組 裝 而 成 的 復(fù) 雜 的 制 品 。 生 產(chǎn) 批 量 有 單 件 和 小 批 ， 也 有 中 批 、 大 批 ， 直至 大 量 生 產(chǎn) 。 銷 售 對 象 遍 及 全 部 產(chǎn) 業(yè) 和 個 人 、 家 庭 。 而 且 銷 售 量 在 社 會 經(jīng) 濟 狀 況 的影 響 下 ， 可 能 出 現(xiàn) 很 大 的 波 動 。 因 此 ， 機 械 制 造 企 業(yè) 的 管 理 和 經(jīng) 營 特 別 復(fù) 雜 ， 企 業(yè)的 生 產(chǎn) 管 理 、 規(guī) 劃 和 經(jīng) 營 等 的 研 究 也 多 是 肇 始 于 機 械 工 業(yè) 。機 械 產(chǎn) 品 的 應(yīng) 用 。 這 方 面 包 括 選 擇 、 訂 購 、 驗 收 、 安 裝 、 調(diào) 整 、 操 作 、 維 護 、修 理 和 改 造 各 產(chǎn) 業(yè) 所 使 用 的 機 械 和 成 套 機 械 裝 備 ， 以 保 證 機 械 產(chǎn) 品 在 長 期 使 用 中 的2可 靠 性 和 經(jīng) 濟 性 。機 械 產(chǎn) 品 的 應(yīng) 用 。 這 方 面 包 括 選 擇 、 訂 購 、 驗 收 、 安 裝 、 調(diào) 整 、 操 作 、 維 護 、修 理 和 改 造 各 產(chǎn) 業(yè) 所 使 用 的 機 械 和 成 套 機 械 裝 備 ， 以 保 證 機 械 產(chǎn) 品 在 長 期 使 用 中 的可 靠 性 和 經(jīng) 濟 性 。 研 究 機 械 產(chǎn) 品 在 制 造 過 程 中 ， 尤 其 是 在 使 用 中 所 產(chǎn) 生 的 環(huán) 境 污 染 ，和 自 然 資 源 過 度 耗 費 方 面 的 問 題 ， 及 其 處 理 措 施 。 這 是 現(xiàn) 代 機 械 工 程 的 一 項 特 別 重要 的 任 務(wù) ， 而 且 其 重 要 性 與 日 俱 增 。 機 械 的 種 類 繁 多 ， 可 以 按 幾 個 不 同 方 面 分 為 各種 類 別 ， 如 ： 按 功 能 可 分 為 動 力 機 械 、 物 料 搬 運 機 械 、 粉 碎 機 械 等 ； 按 服 務(wù) 的 產(chǎn) 業(yè)可 分 為 農(nóng) 業(yè) 機 械 、 礦 山 機 械 、 紡 織 機 械 等 ； 按 工 作 原 理 可 分 為 熱 力 機 械 、 流 體 機 械 、仿 生 機 械 等 。 另 外 ， 機 械 在 其 研 究 、 開 發(fā) 、 設(shè) 計 、 制 造 、 運 用 等 過 程 中 都 要 經(jīng) 過 幾個 工 作 性 質(zhì) 不 同 的 階 段 。 按 這 些 不 同 階 段 ， 機 械 工 程 又 可 劃 分 為 互 相 銜 接 、 互 相 配合 的 幾 個 分 支 系 統(tǒng) ， 如 機 械 科 研 、 機 械 設(shè) 計 、 機 械 制 造 、 機 械 運 用 和 維 修 等 。這 些 按 不 同 方 面 分 成 的 多 種 分 支 學(xué) 科 系 統(tǒng) 互 相 交 叉 ， 互 相 重 疊 ， 從 而 使 機 械 工程 可 能 分 化 成 上 百 個 分 支 學(xué) 科 。 例 如 ， 按 功 能 分 的 動 力 機 械 ， 它 與 按 工 作 原 理 分 的熱 力 機 械 、 流 體 機 械 、 透 平 機 械 、 往 復(fù) 機 械 、 蒸 汽 動 力 機 械 、 核 動 力 裝 置 、 內(nèi) 燃 機 、燃 氣 輪 機 ， 以 及 與 按 行 業(yè) 分 的 中 心 電 站 設(shè) 備 、 工 業(yè) 動 力 裝 置 、 鐵 路 機 車 、 船 舶 輪 機工 程 、 汽 車 工 程 等 都 有 復(fù) 雜 的 交 叉 和 重 疊 關(guān) 系 。 船 用 汽 輪 機 是 動 力 機 械 ， 也 是 熱 力機 械 、 流 體 機 械 和 透 平 機 械 ， 它 屬 于 船 舶 動 力 裝 置 、 蒸 汽 動 力 裝 置 ， 可 能 也 屬 于 核動 力 裝 置 等 等 。 19 世 紀 時 ， 機 械 工 程 的 知 識 總 量 還 很 有 限 ， 在 歐 洲 的 大 學(xué) 院 校 中它 一 般 還 與 土 木 工 程 綜 合 為 一 個 學(xué) 科 ， 被 稱 為 民 用 工 程 ， 19 世 紀 下 半 葉 才 逐 漸成 為 一 個 獨 立 學(xué) 科 。 進 入 20 世 紀 ， 隨 著 機 械 工 程 技 術(shù) 的 發(fā) 展 和 知 識 總 量 的 增 長 ，機 械 工 程 開 始 分 解 ， 陸 續(xù) 出 現(xiàn) 了 專 業(yè) 化 的 分 支 學(xué) 科 。 這 種 分 解 的 趨 勢 在 20 世 紀中 期 ， 即 在 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 結(jié) 束 的 前 后 期 間 達 到 了 最 高 峰 。由 于 機 械 工 程 的 知 識 總 量 已 擴 大 到 遠 非 個 人 所 能 全 部 掌 握 ， 一 定 的 專 業(yè) 化 是 必 不 可少 的 。 但 是 過 度 的 專 業(yè) 化 造 成 知 識 過 分 分 割 ， 視 野 狹 窄 ， 不 能 統(tǒng) 觀 和 統(tǒng) 籌 稍 大 規(guī) 模的 工 程 的 全 貌 和 全 局 ， 并 且 縮 小 技 術(shù) 交 流 的 范 圍 ， 阻 礙 新 技 術(shù) 的 出 現(xiàn) 和 技 術(shù) 整 體 的進 步 ， 對 外 界 條 件 變 化 的 適 應(yīng) 能 力 很 差 。 封 閉 性 專 業(yè) 的 專 家 們 掌 握 的 知 識 過 狹 ， 考慮 問 題 過 專 ， 在 協(xié) 同 工 作 時 配 合 協(xié) 調(diào) 困 難 ， 也 不 利 于 繼 續(xù) 自 學(xué) 提 高 。 因 此 自 20世 紀 中 、 后 期 開 始 ， 又 出 現(xiàn) 了 綜 合 的 趨 勢 。 人 們 更 多 地 注 意 了 基 礎(chǔ) 理 論 ， 拓 寬 專 業(yè)領(lǐng) 域 ， 合 并 分 化 過 細 的 專 業(yè) 。 械 工 程 以 增 加 生 產(chǎn) 、 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 、 提 高 生 產(chǎn) 的 經(jīng)3濟 性 為 目 標 來 研 制 和 發(fā) 展 新 的 機 械 產(chǎn) 品 。 在 未 來 的 時 代 ， 新 產(chǎn) 品 的 研 制 將 以 降 低 資源 消 耗 ， 發(fā) 展 潔 凈 的 再 生 能 源 ， 治 理 、 減 輕 以 至 消 除 環(huán) 境 污 染 作 為 超 經(jīng) 濟 的 目 標 任務(wù) 。機 械 可 以 完 成 人 用 雙 手 和 雙 目 ， 以 及 雙 足 、 雙 耳 直 接 完 成 和 不 能 直 接 完 成 的 工作 ， 而 且 完 成 得 更 快 、 更 好 。 現(xiàn) 代 機 械 工 程 創(chuàng) 造 出 越 來 越 精 巧 和 越 來 越 復(fù) 雜 的 機 械和 機 械 裝 置 ， 使 過 去 的 許 多 幻 想 成 為 現(xiàn) 實 。人 類 現(xiàn) 在 已 能 上 游 天 空 和 宇 宙 ， 下 潛 大 洋 深 層 ， 遠 窺 百 億 光 年 ， 近 察 細 胞 和 分 子 。新 興 的 電 子 計 算 機 硬 、 軟 件 科 學(xué) 使 人 類 開 始 有 了 加 強 ， 并 部 分 代 替 人 腦 的 科 技 手 段 ，這 就 是 人 工 智 能 。 這 一 新 的 發(fā) 展 已 經(jīng) 顯 示 出 巨 大 的 影 響 ， 而 在 未 來 年 代 它 還 將 不 斷地 創(chuàng) 造 出 人 們 無 法 想 象 的 奇 跡 。人 類 智 慧 的 增 長 并 不 減 少 雙 手 的 作 用 ， 相 反 地 卻 要 求 手 作 更 多 、 更 精 巧 、 更 復(fù) 雜 的工 作 ， 從 而 更 促 進 手 的 功 能 。 手 的 實 踐 反 過 來 又 促 進 人 腦 的 智 慧 。 在 人 類 的 整 個 進化 過 程 中 ， 以 及 在 每 個 人 的 成 長 過 程 中 ， 腦 與 手 是 互 相 促 進 和 平 行 進 化 的 。人 工 智 能 與 機 械 工 程 之 間 的 關(guān) 系 近 似 于 腦 與 手 之 間 的 關(guān) 系 ， 其 區(qū) 別 僅 在 于 人 工智 能 的 硬 件 還 需 要 利 用 機 械 制 造 出 來 。 過 去 ， 各 種 機 械 離 不 開 人 的 操 作 和 控 制 ， 其反 應(yīng) 速 度 和 操 作 精 度 受 到 進 化 很 慢 的 人 腦 和 神 經(jīng) 系 統(tǒng) 的 限 制 ， 人 工 智 能 將 會 消 除 了這 個 限 制 。 計 算 機 科 學(xué) 與 機 械 工 程 之 間 的 互 相 促 進 ， 平 行 前 進 ， 將 使 機 械 工 程 在 更高 的 層 次 上 開 始 新 的 一 輪 大 發(fā) 展 。 19 世 紀 時 ， 機 械 工 程 的 知 識 總 量 還 很 有 限 ， 在歐 洲 的 大 學(xué) 院 校 中 它 一 般 還 與 土 木 工 程 綜 合 為 一 個 學(xué) 科 ， 被 稱 為 民 用 工 程 ， 19世 紀 下 半 葉 才 逐 漸 成 為 一 個 獨 立 學(xué) 科 。 進 入 20 世 紀 ， 隨 著 機 械 工 程 技 術(shù) 的 發(fā) 展和 知 識 總 量 的 增 長 ， 機 械 工 程 開 始 分 解 ， 陸 續(xù) 出 現(xiàn) 了 專 業(yè) 化 的 分 支 學(xué) 科 。 這 種 分 解的 趨 勢 在 20 世 紀 中 期 ， 即 在 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 結(jié) 束 的 前 后 期 間 達 到 了 最 高 峰 。由 于 機 械 工 程 的 知 識 總 量 已 擴 大 到 遠 非 個 人 所 能 全 部 掌 握 ， 一 定 的 專 業(yè) 化 是 必不 可 少 的 。 但 是 過 度 的 專 業(yè) 化 造 成 知 識 過 分 分 割 ， 視 野 狹 窄 ， 不 能 統(tǒng) 觀 和 統(tǒng) 籌 稍 大規(guī) 模 的 工 程 的 全 貌 和 全 局 ， 并 且 縮 小 技 術(shù) 交 流 的 范 圍 ， 阻 礙 新 技 術(shù) 的 出 現(xiàn) 和 技 術(shù) 整體 的 進 步 ， 對 外 界 條 件 變 化 的 適 應(yīng) 能 力 很 差 。 封 閉 性 專 業(yè) 的 專 家 們 掌 握 的 知 識 過 狹 ，考 慮 問 題 過 專 ， 在 協(xié) 同 工 作 時 配 合 協(xié) 調(diào) 困 難 ， 也 不 利 于 繼 續(xù) 自 學(xué) 提 高 。 因 此 自20 世 紀 中 、 后 期 開 始 ， 又 出 現(xiàn) 了 綜 合 的 趨 勢 。 人 們 更 多 地 注 意 了 基 礎(chǔ) 理 論 ， 拓 寬專 業(yè) 領(lǐng) 域 ， 合 并 分 化 過 細 的 專 業(yè) 。 綜 合 -專 業(yè) 分 化 -再 綜 合 的 反 復(fù) 循 環(huán) ， 是 知 識 發(fā)4展 的 合 理 的 和 必 經(jīng) 的 過 程 。 不 同 專 業(yè) 的 專 家 們 各 具 有 精 湛 的 專 業(yè) 知 識 ， 又 具 有 足 夠的 綜 合 知 識 來 認 識 、 理 解 其 他 學(xué) 科 的 問 題 和 工 程 整 體 的 面 貌 ， 才 能 形 成 互 相 協(xié) 同 工作 的 有 力 集 體 。 綜 合 與 專 業(yè) 是 多 層 次 的 。 在 機 械 工 程 內(nèi) 部 有 綜 合 與 專 業(yè) 的 矛 盾 ； 在全 面 的 工 程 技 術(shù) 中 也 同 樣 有 綜 合 和 專 業(yè) 問 題 。 在 人 類 的 全 部 知 識 中 ， 包 括 社 會 科 學(xué) 、自 然 科 學(xué) 和 工 程 技 術(shù) ， 也 有 處 于 更 高 一 層 、 更 宏 觀 的 綜 合 與 專 業(yè) 問 題 。1.1 本文研究的主要內(nèi)容和要求低 溫 閥 門 的 主 要 設(shè) 計 內(nèi) 容 ：（ 1） 第 一 部 分 是 截 止 閥 溫 度 總 體 設(shè) 計 ： 主 要 是 針 對 低 溫 閥 滿 足 各 種 條 件 ， 結(jié)合 內(nèi) 部 截 止 閥 結(jié) 構(gòu) 和 優(yōu) 點 的 閥 芯 和 閥 腔 的 布 置 方 案 有 一 個 大 致 的 方 向 和 各 部 件 可 能設(shè) 置 ， 最 終 可 以 彌 補 低 溫 截 止 閥 的 流 體 阻 力 大 ， 開 啟 和 關(guān) 閉 時 所 需 力 較 大 ， 不 適 用于 顆 粒 ， 粘 度 ， 易 結(jié) 焦 的 介 質(zhì) 和 調(diào) 節(jié) 性 能 差 的 缺 點 。（ 2） 第 二 部 分 是 低 溫 截 止 閥 組 件 的 設(shè) 計 ： 這 部 分 主 要 是 對 設(shè) 計 計 算 的 主 要 部 分的 低 溫 截 止 閥 ， 強 度 校 核 。 根 據(jù) 低 溫 閥 門 的 相 應(yīng) 要 求 和 規(guī) 定 的 狀 態(tài) ， 在 低 溫 截 止 閥結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 加 工 ， 維 修 成 本 ， 改 進 和 提 高 。 模 擬 分 別 組 裝 成 組 件 ， 然 后 定 義 之 間 的對 應(yīng) 連 接 關(guān) 系 ， 最 后 組 裝 成 一 個 完 整 的 組 織 。（ 3） 汽 車 CAD 軟 件 應(yīng) 用 程 序 將 模 型 映 射 到 相 應(yīng) 的 工 程 圖 紙 ， 結(jié) 合 立 體 字 軟 件的 使 用 ， 各 種 信 息 反 應(yīng) 工 程 制 圖 系 統(tǒng) 在 地 面 上 ， 為 了 實 現(xiàn) 機 制 進 一 步 精 確 設(shè) 計 和 檢驗 。 要 求 ： 低 溫 閥 門 工 作 條 件 惡 劣 ， 工 作 介 質(zhì) 的 大 部 分 物 質(zhì) ， 易 燃 ， 易 爆 ， 滲 透 性強 ， 最 低 工 作 溫 度 為 269℃ ， 最 大 工 作 壓 力 可 達 10MPa。 因 此 ， 低 溫 閥 門 的 設(shè) 計 ，制 造 ， 檢 驗 和 通 用 閥 門 相 比 有 很 大 的 不 同 。 一 般 來 說 ， 根 據(jù) 低 溫 截 止 閥 的 使 用 條 件 ，設(shè) 計 工 作 提 出 以 下 要 求 ：（ 1） 截 止 閥 在 低 溫 介 質(zhì) 及 周 圍 環(huán) 境 溫 度 要 長 時 間 工 作 的 能 力 的 組 合 （ 一 般 為 10年 或 3500 ~ 5000 周 期 ） ；（ 2） 截 止 閥 的 相 對 低 的 溫 度 中 ， 不 應(yīng) 該 是 一 個 重 要 的 熱 源 ， 這 是 因 為 熱 流 量 會降 低 熱 效 率 ， 熱 流 量 太 多 ， 也 可 能 使 低 溫 介 質(zhì) 汽 化 閥 內(nèi) ， 造 成 異 常 高 壓 ， 危 險 ；（ 3） 產(chǎn) 生 有 害 影 響 密 封 性 能 和 低 溫 介 質(zhì) 不 應(yīng) 手 輪 操 作 性 能 和 填 料 ；（ 4） 直 接 接 觸 低 溫 介 質(zhì) 組 合 閥 塊 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 符 合 防 火 防 爆 的 有 關(guān) 要 求 ；（ 5） 低 溫 閥 組 件 工 作 不 能 潤 滑 ， 所 以 需 要 采 取 措 施 防 止 摩 擦 部 位 ， 劃 痕 。5在 低 溫 閥 門 設(shè) 計 過 程 中 上 述 要 求 外 ， 還 應(yīng) 注 意 上 述 要 求 在 低 溫 度 的 具 體 要 求 在 截 止閥 ， 低 溫 截 止 閥 的 設(shè) 計 過 程 也 應(yīng) 符 合 相 應(yīng) 的 普 通 截 止 閥 的 要 求 。1.2 低溫截止閥的結(jié)構(gòu)和工作原理低 溫 截 止 閥 的 閥 桿 軸 線 與 閥 座 密 封 面 垂 直 。 閥 桿 開 啟 或 關(guān) 閉 行 程 相 對 較 短 ， 并具 有 非 常 可 靠 的 切 斷 動 作 ， 使 得 這 種 閥 門 非 常 適 合 作 為 介 質(zhì) 的 切 斷 或 調(diào) 節(jié) 及 節(jié) 流 使用 。 低 溫 截 止 閥 的 閥 瓣 一 旦 處 于 開 啟 狀 況 ， 它 的 閥 座 和 閥 瓣 密 封 面 之 間 就 不 再 的接 觸 ， 并 具 有 非 常 可 靠 的 切 斷 動 作 ， 合 得 這 種 閥 門 非 常 適 合 作 為 介 質(zhì) 的 切 斷 或 調(diào) 節(jié)及 節(jié) 流 使 用 。 低 溫 截 止 閥 一 旦 處 于 開 啟 狀 態(tài) ， 它 的 閥 座 和 閥 瓣 密 封 面 之 間 就 不 再 有接 觸 ， 因 而 它 的 密 封 面 機 械 磨 損 較 小 ， 由 于 大 部 分 截 止 閥 的 閥 座 和 閥 瓣 比 較 容 易修 理 或 更 換 密 封 元 件 時 無 需 把 整 個 閥 門 從 管 線 上 拆 下 來 ， 這 對 于 閥 門 和 管 線 焊 接 成一 體 的 場 合 是 很 適 用 的 。 介 質(zhì) 通 過 此 類 閥 門 時 的 流 動 方 向 發(fā) 生 了 變 化 ， 因 此 截 止 閥的 流 動 阻 力 較 高 于 其 它 閥 門 。 常 見 的 低 溫 截 止 閥 分 別 如 圖 1， 圖 2,圖 3 所 示 ：圖 1 圖 2 圖 31.3 低溫截止閥的優(yōu)缺點(1)截止閥結(jié)構(gòu)比閘閥簡單，制造與維修都較方便。(2)密封面不易磨損及擦傷，密封性好，啟閉時閥瓣與閥體密封面之間無相對滑動，因而磨損與擦傷均不嚴重，密封性能好，使用壽命長。6(3)啟閉時，閥瓣行程小，因而截止閥高度比閘閥小，但結(jié)構(gòu)長度比閘閥長。(4)啟閉力矩大、啟閉較費力，啟閉時間校長。(5)流體阻力大，因閥體內(nèi)介質(zhì)通道較曲折，流體阻力大，動力消耗大。(6)介質(zhì)流動方向公稱壓力 PN≤16MPa 時，一般采用順流，介質(zhì)從閥瓣下方向上流；公稱壓力 PN≥20MPa 時，一般采用逆流，介質(zhì)從閥瓣上方向下流．以增加密封件能。使用時，截止閥介質(zhì)只能單方向流動，不能改變流動方向。(7)全開時閥瓣經(jīng)常受沖蝕。截止閥的閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，使得這種閥門適合作為介質(zhì)的切斷或調(diào)節(jié)及節(jié)流使用。缺點1、流體阻力大，開啟和關(guān)閉時所需力較大。2、不適用于帶顆粒、粘度較大、易結(jié)焦的介質(zhì)。3、調(diào)節(jié)性能較差。優(yōu)點1、雙重的密封設(shè)計(波紋管+填料) 若波紋管失效，閥桿填料也會避免；2、外泄漏，并符合國際密封標準；3、沒有流體損失，降低能源損失，提高工廠設(shè)備安全；4、使用壽命長，減少維修次數(shù)，降低經(jīng)營成本；5、堅固耐用的波紋管密封設(shè)計，保證閥桿的零泄漏，提供無需維護的條件。6、波紋管密封截止閥采用波紋管密封的設(shè)計，完全消除了普通閥門閥桿填料密封老化快易泄露的缺點，不但提高了使用能源效率，增加生產(chǎn)設(shè)備安全性，減少了維修費用及頻繁的維修保養(yǎng)，還提供了清潔安全的工作環(huán)境。2 低溫截止閥的總體方案的設(shè)計和布局2.1 低溫截止閥的總體方案圖低溫截止閥是指關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。根據(jù)閥瓣的這種移動7形式，閥座通口的變化是與閥瓣行程成正比例關(guān)系。由于該類閥門的閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，而且具有非?？煽康那袛喙δ埽钟捎陂y座通口的變化與閥瓣的行程成正比例關(guān)系，非常適合于對流量的調(diào)節(jié)。因此，這種類型的閥門非常適合作為切斷或調(diào)節(jié)以及節(jié)流使用。其具體方案布局圖如下：2.2 低溫閥門零部件材料選擇2.2.1 閥體、閥蓋、閥座、啟閉件等的材料選擇溫度高于-100℃時可選用鑄件，溫度低于-100℃時選用鑄件，低壓和小口徑閥門可選用銅合金或鋁合金。2.2.2 閥桿材料選擇采用奧氏體不銹耐酸鋼制造，例如 20Cr,需經(jīng)過適當?shù)臒崽幚?，以提高抗拉強度?同時必須鍍硬鉻（鍍層厚度 0.04~0.06mm），或進行滲氮處理，以提高表面硬度。2.2.3 緊固件材料選擇溫度高于-100℃時，螺栓材料采用 Ni、Cr-Mo 等合金鋼，需經(jīng)適當?shù)臒崽幚?，以防止螺紋咬傷；溫度低子-100℃時，螺栓材料可采用奧氏體不銹鋼。螺母材料一般采用 Mo 鋼或 Ni 鋼，同時螺紋表而涂二硫化鑰。2.2.4 墊片材抖選擇使用溫度高于-196℃，低溫最高使用壓力為 3MPa 時，可采用長纖維自石棉制成的石棉橡膠板；使用溫度高于-196℃，低溫最高使用壓力為 5MPa 時，可采用不銹鋼帶石棉纏繞式墊片、不銹鋼帶聚四氟乙烯纏繞式墊片或不銹鋼帶膨脹石墨纏繞式墊片。這里需強調(diào)一下，所有低溫材料部件在精加工之前必須進行深冷處理，以減小低溫閥門在低溫工況下的收縮變形。3 低溫截止閥密封設(shè)計及計算3.1 密封元件的選型分析閥門的密封是閥門的最重要的指標，與閥門儀表管道大多采用接觸式密封。不僅取決于兩結(jié)合面緊密，并有能力防止或限制通過密封面上的介質(zhì)中形成。3.1.1 上密封裝置的設(shè)計在閥門全開時，阻止工作介質(zhì)向填料函處泄漏的一種裝置稱為 L 密封裝置。上密9封裝置有兩個作用。第一，上密封裝置可以減小工作介質(zhì)對填料的損壞。工業(yè)閥門在絕大多數(shù)工作時間處于開啟狀態(tài)，如無上密封裝置，則介質(zhì)壓力直接作用于填料。填料長期處于受壓狀態(tài)，易老化。第二，當填料處有泄漏時，全開閥門，使上密封裝置處于工作狀態(tài)，就可以帶壓進行填料更換。因此，對于閘閥和截止閥都規(guī)定要有上密封裝置。上密封面可用在閥蓋上堆焊鉆鉻鎢硬質(zhì)合金，然后精加工、研磨而成的工藝制得（對于奧氏體不銹鋼材料的閥蓋，可直接在閥蓋上加工上密封面），也可在專門的上密封座上研磨而成?？傊?，在低溫閥門的設(shè)計過程中要綜合考慮低溫對閥門的各種影響，采用合理的結(jié)構(gòu)，避免低溫對閥門正常工作的不良影響。3.1.2 閥桿填料處密封在閥門中，閥蓋用填充物填充空間，通過閥桿和閥蓋填料室空間泄漏防止介質(zhì)。其中對填料的設(shè)計要求如下：（1）耐腐蝕性好，包裝必須與介質(zhì)接觸，介質(zhì)腐蝕的能力。（2）密封好，包裝不在介質(zhì)作用下溫度泄露。（3）摩擦系數(shù)小，減少閥桿與填料間的摩擦力矩。3.2 填料密封主密封壓力的計算如上所述，通過擰緊填料壓蓋上的螺栓，對填料函（即閥蓋支架）內(nèi)的填料進行軸向壓縮，填料的塑性使其產(chǎn)生徑向力，并與閥桿緊密接觸。同時，填料中添加的潤滑劑被擠出，在接觸面間形成油膜。由壓力分布示意圖于接觸狀態(tài)不均勻，接觸部位出現(xiàn)邊界潤滑狀態(tài)，未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜。當閥桿與填料壓蓋有相對運動時，接觸部位與不接觸部位組成了不規(guī)則的迷宮阻止了介質(zhì)的泄漏。10為保證填料密封的可靠性，必須保證填料對閥桿的徑向壓力，即主密封壓力。填料密封時的壓力分布理論分析和各種填料設(shè)計的性能測試，得出填料的徑向壓力，即主密封壓力計算式： 12)/0(4Pr???dkfeK?式中:Pr 為填料徑向壓力（MPa）；P0 為填料壓蓋處軸向壓力（MPa ）；K 為填料壓力比（又稱應(yīng)力系數(shù)）；d1 為閥桿直徑（mm）；d0 為填料函孔徑（mm）；s 為填料深度（mm）；μ1 為填料與閥桿間的動摩擦因數(shù)；μ2 為填料與填料函間的靜摩擦因數(shù)。填料壓力比是填料徑向壓力與軸向壓力之比，是確定填料高度的一個重要因素。應(yīng)力系數(shù) K 取決于軸向壓力。其中填料壓力比K 與軸向壓力比 K 之間的關(guān)系如下圖所示：113.3 填料裝置的計算填料裝置包括：填料、填料壓蓋、填料壓板、填料壓套、活節(jié)螺栓、銷軸等零件。當 PN≤4.0MPa 時，用填料壓蓋式。3.3.1 填料箱孔的主要尺寸參數(shù)填料箱孔的直徑與閥桿直徑和填料寬度有關(guān)，而填料寬度 (mm),通常在Tb（1~1.6） 的范圍內(nèi)選取，其中 為閥桿直徑 16（mm）。以成形塑料增強聚四氟FdFd乙烯做填料的填料箱孔，對于填料壓蓋式 PN=4.0MPa，填料的圈數(shù) Z=4，填料箱孔的深度 H 等于上、中填料和填料墊組裝后的總高度加上裕量 5mm。3.3.2 填料裝置主要零件的強度校驗填料壓蓋圓柱部分的高度 必須滿足 墊片厚度。l??ThHl（1） 填料壓蓋 如圖所示 III-III是按 45°的方向所取斷面的彎曲應(yīng)力。下圖為填料壓蓋零件圖：12I-I 斷面彎曲應(yīng)力為： 21216)(86hblqdDhblFWMTyTII ???????= = 36.47MPa 3260.4)82(????IM——I-I 斷面彎曲應(yīng)力矩（Nm）； yTF——為壓緊填料的總力（N）經(jīng)過計算得到 yTF=4443.23N；d——為填料壓蓋的內(nèi)經(jīng)及閥桿直徑；D——為填料壓蓋與填料箱孔配合直徑；、 ——I-I 斷面的高度、寬度；1hbTq——壓緊填料所必須施加于填料上部的比壓， Tq= （MPa），查表知道p??p=4.0MPa =40÷6=6.7≈6.5 所以查表知道 =2.68 代入上式。Th/II-II 斷面的彎曲應(yīng)力（ MPa）：??I IIpyTIWI hhyDbdDblFM???????2 3123322 ))()()(1??Iy= 11.20mm?????????)840(1)68(7)()(221bhdD由上式得：13?WI???2.17)12.)(840).()68(.210.6273134 33???????? ?=32.47MPa≦ ??W?III-III 斷面的彎曲應(yīng)力（MPa）： ????????????? )(3sin2co4)()(3sin2co4 2223 rRDlFrRlFMpyTyTIWI=70.05MPa≦ ??W?（2） 活節(jié)螺栓 活節(jié)螺栓的拉應(yīng)力（MPa）為：（3-4）LyTAF2?L?= 28.3MPa≦?1573.4.325yTF??L?式中 A——單個螺栓的橫截面積（ ）；2m——螺栓材料的許用拉應(yīng)力（ MPa）。??L（3） 銷軸 銷軸的剪切應(yīng)力（MPa）為= 22.11MPa≦ =61MPa2syTdF?????814.3???式中 ——銷軸直徑(mm)；——材料的許用剪切力（MPa）；???3.4 填料與閥桿摩擦力的計算閥門在開啟和關(guān)閉時，填料與閥桿之間將產(chǎn)生摩擦力，其大小與填料的種類和材質(zhì)有關(guān)。此閥門用的填料是增強聚四氟乙烯，所以應(yīng)該按照下式：14NZPfhdFFT36.124 1.0410214.1? ?????式中 1h——單圈填料與閥桿接觸高度（mm）；Z——填料圈數(shù)；f——填料與閥桿間的摩擦系數(shù)，約為 0.05~0.1。3.5 低溫截止閥手輪的選取按照要求，手輪的直徑應(yīng)該不超過閥門的結(jié)構(gòu)長度或者 1000mm，兩者取較小者。除公稱尺寸小于等于 DN40mm 的閥門外。輪輻不應(yīng)該伸出手輪的周邊。加載在手輪的力，最大不應(yīng)該超過 360N。否則考慮使用傳動裝置?？紤]到成本過高，所以一般在設(shè)計閥門時，一定先考慮行業(yè)標準件。本次設(shè)計因為是特殊閥門，最先就考慮到截止閥開啟或者關(guān)閉時，力矩過大，采用了滾珠絲杠代替?zhèn)鹘y(tǒng)螺紋結(jié)構(gòu)，使得摩擦力矩大大降低。但是也增加了閥門制造成本，為了減少成本的投入，所以手輪應(yīng)按照國家閥門行業(yè)標準件選取適當?shù)某叽纾_到互換性的效果。 在本次設(shè)計中，設(shè)計閥門 DN=50mm，PN=4MPa ，手輪需要克服閥桿最大轉(zhuǎn)矩28409.67(N\mm)，按照 JB/T93-2008 中表 3 中規(guī)定，手輪選用直徑 D=180mm 傘形手輪，那么手輪上的力 315.663N 小于 360N，所以滿足設(shè)計需要。輪轂相應(yīng)尺寸：15mrmd mSmHHD345 1620421801?? ??輪輻的基本尺寸：根數(shù) ?60 2614201 102241 33? ???? mrbmbh hhb輪緣的尺寸： bh hrrr2617 2073532?建投和刻字尺寸： mKfmJT GAEFC153102 6084??3.6 滾珠絲桿的選取及強度校核根據(jù)需求，圓絲母絲杠副的選擇，因為是旋轉(zhuǎn)的螺桿。在本設(shè)計中滾珠絲杠的特點是摩擦阻尼小，效率高，為滑動螺釘或螺釘 1 / 3 的驅(qū)動扭矩，正是因為這樣，我們使用的滾珠絲杠的成本相對比較高，代替普通滑動螺釘或螺紋連接?？紤]到整個絲桿不得作為焊接材料，因此螺釘不能在標準按鈕選擇，然后選擇滾珠螺桿式。公稱直徑為 20mm，螺距= 8mm，選擇 C7（任意精度 300 行程內(nèi)定位誤差±0.05），平均直徑 DW = 5.0mm 鋼滾珠絲杠螺母旋轉(zhuǎn)，右旋，負荷滾珠圈 -4 圈，密封圈，選擇 ZZ G1 ~ 0.01mm 軸向間隙（0），線路總長度 80mm，閥桿螺紋——7.26°螺旋升角；螺母套外直徑 42mm，滾道外經(jīng) 26mm，滾道由 22mm。長 55mm。其具體結(jié)構(gòu)圖如下：16（1）剛度驗算及精度選擇（1） = == 已知 W1=5000 N ， =0.2F0=1000 NF0 ： 靜摩擦力 N：靜摩擦系數(shù)W1 ：正壓力 N（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度Kmin ：傳動系統(tǒng)剛度 N已知反向差值或重復(fù)定位精度為 10Kmin=222＞ 160（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差=1.7m（4）確定精度 V300p ：任意 300mm 內(nèi)的行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)言，V300p≤0.8×定位精度-定位精度為 20 m/30017V300p＜14.3 m絲杠精度取為 3 級V300p=12m＜ 14.3(5) 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號已確定的型號：WWCM公稱直徑：12 導(dǎo)程：3螺紋長度：900絲杠全長：1000P 類 3 級精度FFZD4010-3-P3 /1410×12902.6.10 驗算臨界壓縮載荷 Fc ： N絲杠所受最大軸向載荷 Fmax 小于絲杠預(yù)拉伸力 F 不用驗算。2.6.11 驗算臨界轉(zhuǎn)速nc=f ×10nc : 臨界轉(zhuǎn)速 n/minf ：與支承形式有關(guān)的系數(shù)：絲杠底徑：臨界轉(zhuǎn)速計算長度 mm由表 14 得 f=21.9由樣本得 d2=34.3由工作圖及表 14 得：Lc2= L1- L04310＞nmax=15002.6.12 驗算：Dn=Dpw nmaxD pw ： 滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑 mmnmax : 滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速 n/min18Dpw≈41.4mm4 低溫截止閥的檢驗低溫閥門除了要做常溫檢驗外，還必須做低溫試驗。常溫檢驗主要包括殼體水壓強度試驗，水壓、氣壓密封試驗，上密封試驗，以及啟閉和扭矩試驗等。低溫試驗的主要目的是檢驗低溫閥門在低溫狀態(tài)下的操作性能和密封性能。操作性能要求閥門啟閉靈活，移動件和密封副不得發(fā)生擦傷和咬死。密封性能要求閥門密封面泄漏量小于允許泄漏量。195 結(jié)論在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是低溫截止閥的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。20參考文獻[1] 鄭 淑 芳 機 械 設(shè) 計 理 論 研 究 與 探 討 北 京 ： 科 學(xué) 出 版 社 ， 2004.5[2] 黃 長 藝 低 溫 截 止 閥 概 述 北 京 ： 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2005.1[3] 周 宏 甫 低 溫 截 止 閥 的 創(chuàng) 新 設(shè) 計 .高 等 教 育 出 版 社 ， 2004.3[4] 姜 繼 海 ， 宋 錦 春 ， 高 常 識 . 低 溫 截 止 閥 工 作 原 理 .高 等 教 育 出 版 社 ， 2002.8[5] 張 春 林 ， 曲 繼 方 ， 張 美 麟 .機 械 創(chuàng) 新 設(shè) 計 .機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2001.4[6] 錢 平 . 加 工 專 機 應(yīng) 用 技 術(shù) 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2005.1[7] 張 遼 遠 . 低 溫 截 止 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space.[21]Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators.21致 謝至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風，認真加負責，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，查找了各類的低溫截止閥的設(shè)計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。