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            蝶閥蝶板與閥桿圓錐銷連接形式的分析

            作者:郁正濤 陸平 金永芹 2013年11月28日 來源: 瀏覽量:
            字號:T | T
            概述蝶閥啟閉件為圓盤形蝶板,在蝶閥閥體內繞其自身的軸線旋轉,從而達到啟閉或調節的目的。為實現驅動裝置力矩傳遞至啟閉件(蝶板)上,標準規定蝶板與閥桿的連接強度應設計成能傳遞閥桿所能承受最大轉矩的75%,閥

                概述

                蝶閥啟閉件為圓盤形蝶板,在蝶閥閥體內繞其自身的軸線旋轉,從而達到啟閉或調節的目的。為實現驅動裝置力矩傳遞至啟閉件(蝶板)上,標準規定蝶板與閥桿的連接強度應設計成能傳遞閥桿所能承受最大轉矩的75%,閥桿與蝶板的連接形式應保證正常工作情況下不松動。蝶板與閥桿常用連接形式分為無銷連接和有銷連接,無銷連接又分鍵連接、花鍵連接及方榫連接等。銷連接一般有圓柱銷連接和圓錐銷連接。因為圓錐銷定位精度比圓柱銷高,受橫向力時能自鎖,所以圓柱銷連接很少采用,在這幾種連接形式中,錐銷連接結構簡單,制造方便,可多次裝拆,其應用最為廣泛。但在標準GB/T12238-2008及JB/T8527-1997中對閥桿與蝶板的連接形式未作規定,本文為此進行了分析與研究。

                2 結構形式

                蝶閥蝶板與閥桿錐銷連接通常有錐銷孔鉆鉸在閥桿中心線上(圖1-Ⅰ截面)和錐銷孔鉆鉸在閥桿外徑上(圖1Ⅱ-Ⅱ截面)2種連接形式。

            1.錐銷 2.閥桿 3.蝶板軸座

            圖1 錐銷連接位置及類型

             ♂

                3 計算分析

                圖1為常見的2種錐銷連接形式,通過分析和計算確定更為合適的銷連接形式。對圖1驅動裝置的力矩T作用在閥桿上,則錐銷的剪切受力見圖2(a)和圖 2(b),擠壓受力見圖2(c)和圖 2(d) 。

                根據受力分析,連接件錐銷有2種破壞可能,即錐銷被剪斷或產生擠壓破壞。

            (a)、(b) 錐銷受剪切力(c)、(d)錐銷受擠壓力

            圖2 錐銷結構受力分析

                假設切應力在剪切面內是均勻分布的。若以A表示錐銷剪切面面積,則剪切應力為

                    (1)

                因為圖 2(a)的剪切面面積為錐銷的橫截面積A1,而圖2(b)的剪切面面積為閥桿與錐銷重合部分的圓弧面表面積A2,A1<A2,所以在同樣的驅動力矩作用下τ1>τ2,則錐銷孔鉆鉸在閥桿中心線時錐銷更容易被剪斷。

                假設擠壓應力在擠壓面內是均勻分布的。若以Aj表示錐銷擠壓面在垂直于擠壓力平面上的投影面積,則擠壓應力為

                    (2)

                圖2(c)和圖2(d)的擠壓面面積為閥桿與錐銷的接觸部分在通過錐銷中心平面上的投影面積Aj,在圖2(c)及圖2(d)中,Aj1>Aj2,所以在同樣的驅動力矩作用下σj1<σj2,則錐銷孔鉆鉸在閥桿外徑時錐銷更容易被擠壞。

                對于圖1在驅動力矩T作用下,閥桿扭轉的最大剪應力τ為

                    (3)

                    (4)

                    (5)

                式中Wp1———圖1-Ⅰ抗扭截面系數

                Wp2———圖1Ⅱ-Ⅱ抗扭截面系數

                若取d=40mm,d0=10mm,則由圖1(b)可知,b=27mm,t=5mm。

             ♂

                將數據代入式(3)和式(4)得Wp1=9420mm3,Wρ2=12500mm3,Wρ1<Wρ2,所以在同樣的驅動力矩T作用下τmax1>τmax2,則錐銷孔鉆鉸在閥桿中心線時閥桿更容易被扭斷。

                閥桿與蝶板連接的兩端由軸承支承,受蝶板的重力作用,閥桿必將受彎矩作用,其最大彎曲正應力為

                    (6)

                    (7)

                    (8)

                式中Wz1———圖1Ⅰ-Ⅰ抗彎截面系數

                Wz2———圖1Ⅱ-Ⅱ抗彎截面系數

                若取d=40mm,d0=10mm,則由圖1(b)可知,b=27mm,t=5mm。

                將數據代入式(7)和式(8)得Wzl=3862mm3,Wz2=6200mm3,Wzl<Wz2,所以在同樣的驅動力矩T作用下σmax1>σmax2 ,則錐銷孔鉆鉸在閥桿中心線時閥桿更容易被折彎。

                4 結語

                通過對2種形式錐銷的剪切強度、擠壓強度及閥桿的抗扭、抗彎分析對比計算,得知錐銷孔鉆鉸在閥桿外徑上的連接形式對軸的強度削弱小,值得推廣應用。

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