毕业论文Z型电动阀门装置及数控加工工艺的设计设计说明书有CAD图.doc

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毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

Z90型电动阀门装置及数控加工工艺的设计

摘要

本毕业设计主要是设计Z90型电动阀门装置的主要零部件以及关键零部件的数控加工工艺。

Z90型电动阀门装置具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点。

广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、污水处理等部门。

用以控制阀门的开启、关闭和调节，可远距离控制，也可现场操作。

Z90型电动阀门装置广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众多行业。

是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。

目录

第一章课题简介 1

1.1Z90型电动阀门概述 1

1.2本文的设计思路 1

第二章Z90型电动阀门的结构及工作原理概述 2

2.1Z90型电动阀门的结构 2

2.2Z90型电动阀门的工作原理 2

2.3Z90型电动阀门装置的原始性能参数 2

第三章Z90型电动阀门装置主要零部件的设计 3

3.1齿轮的设计 3

3.1.1选择齿轮材料及热处理方法 3

3.1.2计算齿轮的许用应力 3

3.1.3齿轮的几何尺寸计算 3

3.1.4齿轮弯曲疲劳强度的计算 4

3.1.5校核齿轮齿面接触疲劳强度 5

3.1.6齿轮的实际圆周速度 6

3.1.7计算啮合力 6

3.1.8电动机的选择 6

3.2轴的设计 7

3.2.1选用轴的材料和初步估算轴径 7

3.2.2轴上受力分析 7

3.2.3确定危险截面并计算安全系数 7

3.3轴承的寿命计算 10

3.3.1计算内部轴向力S 11

3.3.2计算实际轴向力 11

3.3.3取系数X、Y值 11

3.3.4计算当量载荷P 11

3.3.5计算轴承额定寿命L 12

3.4 选用键并校核强度 12

3.4.1输出轴上安装齿轮处选用键的内型 12

3.4.2电机齿轮固定键的内型 13

3.5 箱体的设计 13

3.6 齿轮和轴的润滑油的选择 13

3.7 工件压机构紧及夹具 14

3.8 电器元件及控制机构 15

第四章关键零部件的数控加工工艺设计 18

4.1概述 18

4.1.1数控加工工艺的概念 19

4.1.2数控加工工艺特点 20

4.1.3数控加工的工艺适应性 20

4.1.4数控加工零件的工艺性分析 21

4.2数控加工工艺 22

4.2.1零件图样工艺分析 22

4.2.2制定工艺过程 23

4.2.3选择刀具 23

4.2.4确定切削用量 23

4.3三维造型及CAM模拟加工 23

第五章本文小结 25

参考文献 26

致谢 27

27

第一章课题简介

阀门电动装置是阀门的驱动装置，用以驱动和控制阀门的开启和关闭。

Z90型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮），再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器部分来完成工作。

广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众多行业。

是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。

1.1Z90型电动阀门概述

Z90型电动阀门装置，通称为多回转阀门电动装置，适用于阀瓣做直线运动的阀门，如闸阀、截止阀、隔膜阀、水闸阀等。

它用于阀门的开启、关闭或调节，是对阀门实现远控、集控和自控必不可少的驱动装置。

他们具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点，广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、污水处理等部门。

1.2本文的设计思路

由于Z90型电动阀门装置的内部结构大部分都采用齿轮传动来完成，所以本文设计上先应从齿轮着手，再确定电动机的型号，再确定轴，轴承，键，以及工件机构和夹具的设计。

最后对关键零部件的数控加工工艺进行了设计。

第二章Z90型电动阀门的结构及工作原理概述

2.1Z90型电动阀门的结构

Z90型电动阀门装置由六个部分组成，即电机、减速箱、控制机构、手一电动切换机构、手轮部件及电器部分。

2.2Z90型电动阀门的工作原理

Z90型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮），再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器部分来完成工作。

2.3Z90型电动阀门装置的原始性能参数

1．电动阀门装置公称转矩为900N﹒m。

2．最大控制转矩为1350N﹒m。

3．最小控制转矩为≤450N﹒m。

4．允许通过的阀杆直径为60mm

5．输出转速为24r／min。

6．电机功率为2.2KW。

7．电动阀门装置的重量为128kg。

第三章Z90型电动阀门装置主要零部件的设计

3.1齿轮的设计

3.1.1选择齿轮材料及热处理方法

根据工作要求，选用多齿轮传动。

在箱体内，没有特殊要求，从降低成本、减小结构尺寸和易于选材的原则出发，决定蜗杆齿轮选用45钢调质，齿面硬度为217~255HBS。

3.1.2计算齿轮的许用应力

1）计算许用接触应力

查教材，得齿轮的接触疲劳极限别为：

齿轮（217~255）

σ1=580MPa

[σ]1=Zn1×σ1/S=580/1.1=527.3Mpa

2）计算许用弯曲应力[]

由教材查得：

齿轮（217~255HBS）

[lim1]=440Mpa

齿轮弯曲许用应力为：

[]1=Yn1[lim1]／SF=1×440／1.4=314.3Mpa。

3.1.3齿轮的几何尺寸计算

齿轮的设计计算

求出齿轮的模数

m≥

=

=1.355㎜

将齿轮模数为标准值，所以，取m=2㎜

3.1.4齿轮弯曲疲劳强度的计算

计算齿轮的模数

m≥㎜

式中：

m--------齿轮的模数

K--------齿轮的载荷系数

T--------小齿轮传递的名义转矩N㎜

Ψ-------圆柱齿轮的齿宽系数

Z--------齿轮系数

Y-------齿轮的复合齿形系数

Y-------齿轮的重合度系数

[]-----齿轮的许用弯曲应力

确定公式内的各计算数据值

①、选定齿轮的参数

Z=20，Z=iZ=4.33×20=86.6取Z=88

查《机械设计实用手册》，可得Ψ=0.7

②、计算齿轮的名义转矩

T=9550P/n=9550×1.5/1400=10.23（Nm）=10230（Nmm）

③计算齿轮的载荷系数K

查《机械设计实用手册》，因电机为短时工作制，额定持续工作时间为10分钟。

载荷平稳，所以取K=1.0。

所以，初步估计转速V=24m/s

查《机械设计实用手册》可得，K=1.4，K=1.15，K=1.13

则=[1.88－3.2（1/Z+1/Z）]cosβ

=[1.88－3.2（1/20＋1/88）]×1

=1.7055

式中：

------齿轮的端面重

cosβ---齿轮的螺旋角系数

K------齿轮间的载荷分配系数

K------齿轮齿向载荷分配系数

则K=KKKK

=1.0×1.4×1.15×1.13=1.82

④、查取齿轮的复合系数Y

根据《机械设计实用手册》查得，Y=4.2，Y=3.55

式中：

Y-------齿轮的复合齿形系数

⑤、计算齿轮的Y/[]

Y/[]=4.2/210=0.02

Y/[]=3.15/210=0.015

所以Y/[]＞Y/[]

⑥、计算齿轮的重合系数

Y=0.25＋0.75/=0.25＋0.75/1.7055=0.6898

3.1.5校核齿轮齿面接触疲劳强度

=ZZZ

式中：

ZE=189.8，Z=2.5，Z=0.76=

--------齿轮齿面接触疲劳强度

Z---------材料的弹性系数

Z---------齿轮节点区域系数

Z---------齿轮重合度系数

K----------齿轮的载荷系数

U----------两齿轮的齿数比

则，=ZZZ

=189.8

=1023.15（Mpa）

所以，接触疲劳强度足够。

3.1.6齿轮的实际圆周速度

V=πd1n1/60×1000=3.14×1460×251.72/60×1000=1.02（m/s）

3.1.7计算啮合力

圆周力

Ft=2T1/d1=3733（N）

径向力

Fr=Fttanаn/cosв=1372（N）

轴向力

Fа=Frtanв=532（N）

3.1.8电动机的选择

（1）电动机的型号

初选电动机型号：

采用YDF2-W户外型三相异步电动机

该电机为短时工作制，额定持续工作时间为10分钟。

载荷平稳，对启动无特殊要求，启动性能较好，所以选用YDF2-W户外型三相异步电动机，电压为380V。

电机为外购，所选电动机额定功率为2.2kw。

（2）确定电动机的转速

电动机的额定转速是根据生产要求而选定。

在确定电动机额定转

速时，要考虑装置的传动比，两者相互配合，经过技术，经济方面全面

考虑才能确定。

所以选用的电动机转速要求不低24r/min。

3.2轴的设计

3.2.1选用轴的材料和初步估算轴径

输出轴的设计（如图1所示）

轴的材料选用45.粗加工后进行调质处理便能满足使用要求。

45经调处理后，硬度为217~215HBS，由《机械设计基础》查表得：

σB=650MPa，σS=360MPa，σ-1=300MPa，〔σ-1〕=60MPa。

3.2.2轴上受力分析

齿轮分度圆上的切向力

Ft=2000T/d1=2000×614.67/（87×2/cosβ）=6970.5（N）

齿轮的径向力

Fr=Ft=tanαn/cosβ=6970.5×0.364/0.986=2550（N）

齿轮的轴向力

Fx=Fttanβ=6970.5×tan10°=1139.4（N）

3.2.3确定危险截面并计算安全系数

根据轴的结构尺寸,可知道截面处弯矩最大,且受转矩,又有过盈联接的应力集中,键槽的应力集中。

以下将逐个校核之：

（1）、校核截面的安全系数（如图2所示）

由公式（24-9）及（24-10）,可知,

n=

n=

式中：

σ1、,τ1------对称循环下材料试件的扭剪疲劳极限

k，k-----弯曲，扭剪时的有效应力集中系数

-----------表面品质系数

，—弯曲，扭剪的绝对尺寸影响系数

ψ，ψ--材料拉伸，扭剪的平均应力计算系数

σ，τ---正应力，扭剪应力的平均应力

式中：

由《机械设计使用手册》表24-1查得，=238Nmm.=138N/mmk、，k由表24-16可以知道，过盈配合的应力集中系数远大于键槽的，故