机械毕业设计416插板阀的结构设计论文

毕业设计
专业：机械设计制造及其自动化班级学号：机自0812
学生姓名：
二〇一二年六月
本科生毕业设计
插板阀的结构设计
The Design and Motion Simulation of Opened
Gate Valve
专业班级：机自0812
2012 年 06 月
摘要
阀门是一种机械装置，用于在闭式管路如管道和管线内流体的截断或进、出的流量控制。

本文主要介绍了敞开式插板阀的结构特点、工作原理并对主要构件进行设计和校核计算，并以CAD/CAM/CAE集成化软件Solidworks为设计平台，进行了敞开式插板阀的建模、装配、运动仿真，对阀体尺寸和结构进行优化。

通过Solidworks强大完善的功能对阀门进行运动仿真分析，缩短了产品的设计周期，减少了软件间的数据交换。

整个阀门从建模、装配、运动仿真到优化设计在同一个软件中进行，减少了物理样机的制造、试验等过程，提高了工作效率，缩短了产品的设计周期。

关键词：插板阀；Solidworks；运动仿真
ABSTRACT
A valves is a mechanical device to shut off flow or control the rate of flowing into, or out of such enclosed conduits as piping and tubing.The This paper introduced the character structure and operating principle of open-type gate valve, which to design and check analog with the major part, with the platform of CAD／CAM/CAE integrated swith the result that the dimension and structure of valve body are optimized. The advantage of the powerful functions of Solidworks software is made to ody are optimized. Entity valve from modeling, assembling, motion simulation and optimality design will be processed in the same software. That shortens the process of manufacture and test for physical prototype, improves efficiency and reduces the product design period.
Keywords：Open-wide Gate Valve; Solidworks; Mmotion and Simulation
目录
1 绪论 (1)
1.1 介绍几种插板闸阀的结构特点 (1)
1.1.1 联动组合式插板阀 (1)
1.1.2 中心推杆式插板阀 (1)
1.1.3 电动扇形插板阀 (2)
1.1.4 封闭式插板阀 (3)
1.2 Solidwork介绍 (3)
2 敞开式插板阀设计 (5)
2.1 敞开式插板阀结构介绍 (5)
2.2 阀门主要零件材料 (5)
2.2.1 阀体、阀盖和阀板（阀瓣）的材料 (5)
2.2.2 密封面材料 (6)
2.2.3 阀杆和阀杆螺母材料 (7)
2.2.4 紧固件、填料及垫片材料 (8)
2.3 敞开式插板阀设计参数及整体构思 (9)
2.4 阀门通用部分计算式 (10)
2.4.1 壁厚计算式 (10)
2.4.2 密封圈比压计算 (11)
2.4.3 阀杆强度计算 (13)
2.4.4 阀杆稳定性验算 (14)
2.4.5 闸板厚度计算 (14)
2.4.6 阀杆与阀杆螺母中梯形螺纹强度计算 (14)
2.4.7 阀体压盖强度验算 (15)
2.4.8 支架强度计算 (16)
3 传动装置设计 (17)
3.1 电动机的选择 (17)
3.1.1 电动装置的输出转矩与转速 (17)
3.2 电动装置结构设计 (18)
3.3 阀门操作转矩的确定 (19)
3.3.1 插板阀操作转矩的计算 (20)
3.3.2 计算过程的分析 (21)
4 基于SolidWorks的敞开式插板阀设计 (22)
4.1 插板阀结构设计 (22)
4.1.1 创建阀体实体 (22)
4.1.2 创建阀板实体 (23)
4.1.3 创建阀杆实体 (23)
4.1.4 创建阀杆螺母实体 (24)
4.2 敞开式插板阀的装配设计 (24)
4.2.1 创建电动装置装配图 (25)
4.2.2 创建插板阀总装配体 (25)
4.3 Solidworks\COSMOSMotion的运动仿真介绍 (26)
4.3.1 运动仿真介绍 (26)
4.3.2 机构的组成 (27)
4.3.3 机构自由度的计算 (28)
4.4 插板阀Solidworks运动仿真的具体步骤 (28)
4.4.1 整体仿真过程的安排 (29)
4.4.2 仿真设置 (30)
结论 (34)
参考文献 (35)
附录英文原文........................................................................... 错误！未定义书签。

致谢. (37)
1 绪论
在各种类型的阀门中，闸阀是应用最广泛的一种。

插板阀是闸阀中的一种,敞开式插板阀的阀板和阀杆是外露的，通过阀杆螺母的旋转运动传递给阀杆做直线行程运动带动阀板的启闭。

敞开式插板阀可应用于大型管道启闭控制的装置。

其驱动形式包括电动气动手动或者和驱动综合使用。

其优点主要为重量轻,占用空间尺寸小,密封性好,操作维护方便、抗腐蚀、寿命长、阀板滑动灵活的特点。

本设计主要基于Solidworks 的模块设计和运动仿真。

本文就是介绍一下如何应用Solidworks软件建立其三维实体模型和虚拟的机械系统装配模型，然后应用运动分析模块创建运动方案和运动环境对其进行运动仿真分析，对其结构设计和性能参数进行优化，从而不需要通过实物实验就可以进行产品的优化设计，降低产品开发费用、缩短开发周期。

1.1 介绍几种插板闸阀的结构特点
1.1.1 联动组合式插板阀
该运行中的不同步及传动机构繁复等技术问题，可用来替代现有的插板阀。

其具体图片如下：
图1.1 联动式插板阀
1.1.2 中心推杆式插板阀
该阀门适用于冶金、化工、市政系统的煤气管道，是一种理想的气体隔断设备。

特点：结构紧凑，机械传动效率高，体积小。

与传统敞开式插板阀相比，顶开、压紧机构大大简化，彻底解决了传统插板阀多条丝杠运行中的不同步及传动机构繁复等技术问题，用来代替现有的插板阀。

图1.2 中心推杆式插板阀
1.1.3 电动扇形插板阀
阀门的使用范围：适用于冶金、矿山、化工、市政、电力等行业的煤气、空气管道，是一种理想的气体隔断设备。

阀门的特点：采用防爆电动装置，链式转动，并附有手动、运转灵活，密封胶圈在阀板上密封可靠，便于更换，同时可远距离遥控。

阀门实体照片如下
图 1.3 电动扇形插板阀
1.1.4 封闭式插板阀
适用介质：煤气及有毒、有害、易燃气体该阀适用于冶金、化工、市政系统的煤气管线，供管道可靠隔断之用。

图1.4 封闭式插板阀
1.2 Solidwork介绍
Solidwork以其强大业，可以方便的与其它cad软件进行数据交换，这就在某种程度上加快了设计的开发进程。

并且它能保证图面的真实性和效果的正确性，缩短设计开发周期，有效支持模具加工与产品生产。

1、用户界面
SolidWorks软件在用户界面方面的方便程度是世界公认的，但SolidWorks公司还是努力地改进软件的用户界面，使得设计工作更加自动化。

Solidworks去掉了一些多余的对话框，而以隐含的右键菜单所代替，最明显的是能够将特征管理器沿水平拆分。

这使得进行某些特殊命令操作时，如检查装配关系，而不会迷失在特征树的位置。

这对于大型装配体和复杂零件的操作也非常重要，因为零件复杂以后，特征管理树会很长，有时很难同时观察特征树的最上端和特征树的最下端。

有了特征管理器的拆分功能，这一切都成为可能。

2、大型装配
用户不仅用SolidWorks软件来解决一般的零部件设计问题，越来越多的用户开
始用SolidWorks软件处理系统级的大型装配设计，对大型装配体上载的速度也是要求越来越高。

面对用户的需要，SolidWorks公司的研发部门设法从不同的角度对大型装配体的上载的速度进行了改进，包括分布式数据的处理和图形压缩技术的运用，使得大型装配体的性能提高了几十倍。

在新版中，还增加了智能装配功能，能够在装配过程中自动捕捉装配关系，而无须用户另行指定。

在装配过程中，还新增加了球面的配合关系和圆锥面的配合关系，这就使得将球插到孔里的操作变得更加容易。

Solidworks是一个非常优秀的软件产品。

SolidWorks公司在技术上的投入和技术的先进性不断保持SolidWorks软件在机械三维设计领域的领先地位。

2 敞开式插板阀设计
阀门作为管道系统中的一个重要组成部分，应保证安全可靠地执行管道系统对阀门提出的使用要求。

本次设计的敞开式插板阀其基本参数如下：
1、公称直径：1200mm
2、电动插板式闸阀适用于高炉热风炉系统的烟道、冷风、助燃空气、燃烧及煤气等管道，可对烟气、煤气、空气进行有效地切断。

3、驱动方式：采用电机驱动。

4、电动敞开式插板阀压力：0.25MPa
5、适用温度：≤25℃
6、阀体材质为铸钢
7、适用介质：含尘高炉煤气
2.1 敞开式插板阀结构介绍
敞开式插板阀为敞开式设计结构，具有重量轻，易维护（密封胶圈更换、电液动装置维护检查、更换、阀门的局部维护均在外部，不影响阀门正常运行），阀门的运动过程、开关状态直观性好，启闭后检查完成状态极为方便，具有封闭式不可替代的优越，缺点是启闭时有少量的煤气外漏。

现今流行的控制方式包括手动、电动、液动、混合控制的控制方式，其中比较流行的方式为电动。

2.2 阀门主要零件材料
制造阀门零件材料很多，包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。

制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择：
工作介质的压力、温度和特性。

该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。

有较好的工艺性。

在满足以上条件情况下，要有较低的成本。

2.2.1 阀体、阀盖和阀板（阀瓣）的材料
阀体、阀盖和闸板（阀瓣）是阀门主要零件之一，直接承受介质压力，所用材料
必须符合“阀门的压力与温度等级”的规定。

常用材料有下面几种：
一、灰铸铁：灰铸铁适用于公称压力PN≤1.0MPa，温度为－10℃～200℃的水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质。

灰铸
KTH330—08、KTH350—10。

鉴于目前国内工艺水平，以及有关数据资料显示，建议PN≤2.5MPa，阀门还是采用钢制阀门为安全。

因此本设计的插板阀的阀体、阀盖用铬钼铸钢（ZGCr5Mo）材料。

2.2.2 密封面材料
阀门的密封面是指阀座与关闭件互相接触而进行关闭的部分它是阀门最关键的工作面。

由于阀门在使用过程中密封面在进行密封中要受到冲刷和磨损，所以阀门的密封性能随使用时间而减低。

因此，密封面质量的好坏关系到阀门的使用寿命，通常密封面材要考虑耐腐蚀，耐擦伤，耐冲蚀，抗氧化等因素。

通常分两大类：
软质材料即软密封
1、橡胶（包括丁睛橡胶，氟橡胶等）
2、塑料（聚四氟乙烯，尼龙等）
在使用软密封面中，接触的两密封面可以单独，也可全部使用如塑料，橡胶这样的软质材料。

由于这种材料性能，使接触面容易配合，故软质密封的阀门能达到极高程度的密封性。

而且这种密封性可以重复达到。

缺点是这种材料受到介质适应性及使用温度的限制。

软质密封材料有时会受到异常升压的限制，压缩产生的热量足以使软质密封材料脱落。

表2－4列出可能产生温度升高的范围，该表是开始处在大气压下15摄氏度的氧气受到突然压缩后试验确定的温度升值。

表2－4 温度升高值
硬密封材料即金属密封
1、铜合金（用于低压阀门）
2、铬不锈钢（用于普通高中压阀门）
3、司太立合金（用于高温高压阀门及强腐蚀阀门）
4、镍基合金（用于腐蚀性介质）
2.2.3 阀杆和阀杆螺母材料
阀杆在阀门开启和关闭过程中，承受拉、压和扭转作用力，并与介质直接接触，同时和填料之间还有相对的摩擦运动，因此阀杆材料必须保证在规定温度下有足够的强度和冲击韧性，有一定的耐腐蚀性和抗擦伤性，以及良好的工艺性。

常用的阀杆材料有以下几种。

一、碳素钢
用于低压和介质温度不超过300℃的水、蒸汽介质时，一般选用A5 普通碳素钢。

用于中压和介质温度不超过450℃的水、蒸汽介质时，一般选用35 优质碳素钢。

二、合金钢
用于中压和高压，介质温度不超过450℃的水、蒸汽、石油等介质时，一般选用40Cr（铬钢）。

用于高压、介质温度不超过540℃的水、蒸汽等介质时，可选用38CrMoALA 渗氮钢。

用于高压、介质温度不超过570℃的蒸汽介质时，一般选用25Cr2MoV A 铬钼钒钢。

三、不锈耐酸钢
用于中压和高压、介质温度不超过450℃的非腐蚀性介质与弱腐蚀性介质，可选用1Cr13、2Cr13、3Cr13铬不锈钢。

用于腐蚀性介质时，可选用、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti 等不锈耐酸钢和PH15-7Mo沉淀硬化钢。

四、耐热钢
用于介质温度不超过600℃的高温阀门时，可选用4Cr10Si2Mo 马氏体型耐热钢和4Cr14Ni14W2Mo 奥氏体型耐热钢。

阀杆螺母在阀门开启和关闭过程中，直接承受阀杆轴向力，因此必须具备一定的强度。

同时它与阀杆是螺纹传动，要求摩擦系数小，不生锈和避免咬死现象。

五、铜合金
铜合金的摩擦系数较小，不生锈，是目前普遍采用的材料之一。

对于Pg<1.6Mpa 的低压阀门可采用ZHMn58-2-2 铸黄铜。

对于Pg16-6.4Mpa 的中压阀门可采用ZQAL9-4 无锡青铜。

对于高压阀门可采用ZHAL66-6-3-2铸黄铜。

2.2.4 紧固件、填料及垫片材料
一、紧固件材料
紧固件主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。

紧固件在阀门上直接承受压力，对防止介质外流起关重要作用，因此选用的材料必须保证在使用温度下有足够的强度与冲击韧性。

选用合金钢材料时必须经过热处理。

对紧回件有特殊耐腐蚀要求时，可选用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9 等不锈耐酸钢。

二、填料材料
在阀门上，填料是用来充填阀盖填料室的空间，以防止介质经由阀板和阀盖填料室空间泄漏。

填料可分为软质填料及硬质填料两种：
1、软质填料：系由植物质，即大麻、亚麻、棉、黄麻等，或由矿物质，即石棉纤维，或由石棉纤维内夹金属丝和外涂石墨粉等编织的线绳，也有压成的成型的填料，以及近年来新发展的柔性石墨填料材料。

植物质填料较便宜，常用于100℃以下的低压阀门；矿物质填料可用于450-500℃的阀门。

近年来使用橡胶O 型圈做填料的结构在逐步推广，但介质温度一般限制在60℃下。

高温高压阀门上的填料也有采用纯石棉加片状石墨粉压紧而成的。

1）油浸石棉绳；
2）橡胶石棉绳；
3）石墨石棉绳：石棉绳上涂有石墨粉，可用温度450℃以上，压力可以达到16Mpa ，一般适用于高压蒸汽上。

近后来又逐步采用了压成人字型填料，单圈放置，密封性好。

4）聚四氟乙烯：这是一种目前使用较广的一种填料。

特别适用腐蚀性介质上，但温度不得起过200℃。

三、垫片材料
垫片是用来充填两个结合面（如阀体和阀盖之间的密封面）间所有凹凸不平处，以防止介质从结合面间泄漏。

1、对垫片的要求
垫片材料在工作温度下具有一定的弹性和塑性以及足够的强度，以保证密封。

同时要具有良好的耐腐蚀性。

2、垫片材料的种类和选择
金属垫片的材料一般用08、10、20 优质碳素钢和1Cr13、1Cr18Ni9 不锈钢，加工精度和表面光洁度要求较高，适用于高温高压阀门。

非金属垫片材料一般塑性
较好，用不大的压力就能达到密封。

适用于低温低压阀门。

综合以上材料总结，根据本次设计的插板阀阀体的工作压力、工艺流体、温度等进行主要零件材料的选用见表2－5。

2.3 敞开式插板阀设计参数及整体构思
本设计的敞开式插板阀主要参数如下：
1：公称通径DN：1200mm ；
2：公称压力：0.25Mpa；
3：适用温度：≤250摄氏度；
4：适用介质：含尘高炉煤气；
5：驱动方式：电动。

其中阀板为竖直升降线性运动确定了阀体为长方形截面结构，通过联接器将阀板与阀杆连接在一起，在阀门的启闭过程中阀杆与阀板是连与一体进行直线运动。

电动机构通过传动装置将传动输至输出轴套上，阀杆螺母安装与输出轴套上，这样就能通过阀杆螺母的旋转运动传递给阀杆使阀杆做直线行程。

本次设计的敞开式插板阀的结构如下图3.1所示。

1－阀体2－阀板3－闸板4－密封圈5－填料函6－填料压套7－连接阀板的螺母8－连接器盖螺栓
2.4 阀门通用部分计算式
2.4.1 壁厚计算式
本次设计的敞开式插板阀的阀杆属于矩形截面阀体，其阀体的壁厚计算式（图2－1和表2－1）
图2－1 阀体截面
表2－1 阀体壁厚计算
σ≤[]Lσ，Bσ≤[]Yσ，Bσ≤[]Lσ，Aσ≤[]Yσ为合格。

注：A
2.4.2 密封圈比压计算
计算图形及参数见（图2－1和表2－2）
图2－2 密封圈截面图
表2－2 密封圈比压计算
注： [],q q q MF ≤≤ 为合格。

由表计算式得：
MJ F ＝P
b D M MN 2)(4
+π＝N
5.33166225.0)1001200(414
.32=+
2.4.3 阀杆强度计算
计算参数见（表2－3）
表2－3 阀杆强度计算
注：[][][][]为合格。

E E Y Y N N L L σσσσττσσσ<<<<,,,
因此：
[][][][]为合格。

E E Y Y N N L L σσσσττσσσ<<<<,,,
2.4.4 阀杆稳定性验算
注：1、λ<ολ,不进行稳定性验算。

2、ολ≤λ≤L λ,[]时，稳定性计算到为稳定性合格。

L Y Y λλλσσο≤≤≤,序号11即可。

3、[]时，才按欧拉公式为稳定性合格。

只有当L BL LY L n n λλσσλλ≥≥≤≥,,,计算（从序号12－19）。

4、F F F l l L l L l /;5.0525.0//ολολμμ＝时如比值的四舍五入选取。

值按==0.56 时。

6.0=λμ。

5、[]Y σ值按实际细长比λ选取，而不是按L λ。

如2cr13, λ=60时[]Y σ＝213Mpa .
2.4.5 闸板厚度计算
表2－5 闸板厚度计算
注：1、B B
2、管路附件压力－温度额定值是根据材料相应温度下的许用应力制定的，故不进行高温核算。

阀板厚度为合格。

因此，,'78.385112
25
.01300
55.0'130********B B B MP t t mm x t mm D <=+==+=
2.4.6 阀杆与阀杆螺母中梯形螺纹强度计算
计算参数见（表2－6）
表 2－6 梯形螺纹强度验算
注：[][][]为合格。

W W ZY ZY σσττσσ<<<,, [][][]为合格。

因此，W W ZY ZY L FZ w J FZ Y FZ ZY MPa X X nW X F MPa X nF F MPa X nA F P H n σσττσσστσ<<<==========-=-=,,69.648.32140/5.3125.84878'/'67.3295.24140/375.114119'/001.4672.17140/375.114119/140
212/17002/ 2.4.7 阀体压盖强度验算
阀体压盖局部截面简图和计算参数见（图2－7和表2－7）
图2－7 阀盖局部截面简图
2.4.8 支架强度计算
计算参数见（图2－8和表2－8）
图2－8 支架结构图
表2－8 支架强度验算
注：
[][]为合格。

,
,
3W
W
L
σ
σ
σ
σ<
<
∑
因此，
[][]为合格。

,
,
3W
W
L
σ
σ
σ
σ<
<
∑
3 传动装置设计
3.1 电动机的选择
目前用于电动装置的电动机绝大多数都是三相异步电动机。

这主要式由于在不同结构形式的电动机中，三相异步电动机的构造简单、效率高、运行可靠和价格低廉。

电动装置所使用的电动机是经过专门设计的阀门专用电动机。

这主要是由于电动装置控制对象－阀门本身的工作特性要求的。

阀门的工作特点是：
阀门只在开阀和关阀过程中的某一瞬间产生最大负荷。

例如，截止阀与闸阀只是在开启和关闭的那一瞬间产生最大负荷，而在开阀和关阀过程中的其他时间内，负荷是较小的。

阀门的操作次数相对而言是不频繁的，每次动作的时间也是不长的。

为保证阀门密封和不损坏阀门密封面，阀杆的行程要控制得很严格。

对于开阀和关阀的操作速度有一定的要求。

为了使电动机能适应阀门对电动装置的要求，必须按下列特性设计阀门专用电动机。

3.1.1 电动装置的输出转矩与转速
输出转矩值是电动装置的重要技术参数之一，也是使用中需要选择的重要参数。

如果选用的电动装置输出转矩过大或不足都是不可取的。

因为一般情况下，电动装置生产厂在产品出厂时均有关转矩间的关系应按如下原则：
tm
m Km fm Km M M M M M 8.11.1)3.11.1(≤≤-=
式中：
转矩。

阀门电动装置最大输出转矩；
－阀门开、关所需最大转矩；阀门电动装置最大控制--m tm Km M M M
关于对电动装置输出转速的确定，在阀门对其启闭时间没有严格要求时，应尽量选用较慢的速度：
n N
s =
式中 s －阀门启闭时间（min ）; N-电动装置输出轴转圈数（圈）； n-电动装置输出轴转速（r/min ）。

目前国内自行开发研制的电动装置，在每个机座号中设计配用的电动机规格数量不多（一般为2－3转矩和输出转速配比范围相当广泛，转速选择方便。

（1）、电动装置的最大推力允许值
阀门轴向力由电动装置承担（即阀杆螺母在电动装置中），其推力值不允许超过电动装置的允许值。

（2）、阀杆螺母最大转圈数
在选用阀门电动装置时必须说明阀门工作时阀杆螺母的最大转圈数，这样可以正确选配电动装置中位置指示机构的有关齿轮速比、以使位置指示有足够的精度满足阀门工作过程中对阀门开、关程度的观察，否则易造成错觉，影响正常工作。

1001
121200
.===
X Z T D N N 式中 N- 阀杆螺母的最大转圈数； DN-阀门实际通径（mm ）; T －阀杆螺纹的螺矩； Z-阀杆螺纹的头数。

3.2 电动装置结构设计
电动阀门是由阀门电动装置和阀门共同组成的统一体，它既是管道部件－阀门，又是自动化部件－电动装置。

电动阀门使用电动机作为原动机，电动机通过主传动机构减速后带动阀门的启闭件。

最常见的主传动机构的结构形式是正齿轮传动和蜗轮传动的结合。

主传动机构输出的转矩通过梯形螺纹转换为推力，去带动阀杆作直线运动的阀门启闭件。

通常转矩－推力转换用的阀杆螺母都设置在阀杆上作为阀门的一个部件。

这时电动装置输出转矩去带动阀杆螺母。

但是有时也把梯形螺纹（阀杆螺母）设在电动装置内，使电动装置直接输出推力。

本文设计的阀门电动装置机构如图3－1所示
在主传动机构内设有转矩限制机构，行程控制机构和阀位测量机构。

转矩限制机构可以用来限制电动装置的输出转矩。

当主传动机构输出的转矩达到转矩限制机构的整定值时，转矩限制机构推动转矩开关，发出信号给控制电路去切断电动机的电源。

行程控制机构出信号供给其他自动化装置使用，阀位测量机构能以模拟量的形式提供阀门的位置信号，供给运行人员远方监视阀门行程，或者供给其他自动化装置用。

为了在必要时可以手动操作电动阀门，在主传动机构内还装有手动－电动切换机构和手轮。

人工把切换机构切到手动侧就可以使用手轮操作电动阀门，在电动时，电动机一旋转，切换机构就会自动切换电动侧，由电动机操作（称为半自动切换机构）。

有的电动阀门，手动－电动切换机构是全手动的，即电动时也需要依靠人工把切换机构切到电动侧。

在操作转矩小的电动阀门上，手轮通过切换机构可直接与输出轴连接。

在操作转矩大的电动阀门上，手轮通过减速后与输出轴连接，使手动操作时具有一定的减速比。

电动阀门的控制电路，可以按照运行人员从控制盘送来的命令或者自动化系统送来的命令启动电动机去操作阀门。

当阀门的转矩或行程达到事先整定值时，控制电路可以根据转矩限制机构和行程控制机构送来的信号切断电动机的电源，控制电路还具有保护功能，当电动机过载或发生其他故障时能自动切断电源并发出报警信号。

3.3 阀门操作转矩的确定
为了给阀门配用合适的电动装置以组成性能良好的电动阀门。

首先必须准确地掌握阀门的最大操作转矩。

使电动装置所能提供的输出转矩超过阀门的最大操作转矩，才能保证电动阀门的可靠工作，确定阀门最大操作转矩可以采用计算和实测两种方法，但是这两种此很难取得典型数字。

所以从目前情况来看，可以采用计算或实测的方法取得近似的阀门最大操作转矩值，在配用电动装置时留有适当的裕度，以保证电
动阀门可靠工作。

3.3.1 插板阀操作转矩的计算
计算阀门操作转矩时，可以按下列顺序进行。

计算介质压力在阀板上的作用力MJ Q 这个作用力是和阀板密封面垂直的。

这个力的值按下式计算：
MJ Q ＝N Pg b D M MN 5.33166225.0)1001200(414
.3)(4
22=+=
+π
式中：MN D － 阀座密封面内径 bM － 阀座密封面宽度 Pg － 阀门公称压力
计算介质密封力QMF,即阀板关闭后为了保证密封面不泄漏所需向密封面施加的力，这个力是和阀板密封面垂直的。

计算公式如下：
N
x x
q b b D Q MF M M MN MF 5.743944100
25
.09.018100)1001200(14.3)(=++=+=π
式中 MF q __ 密封比压（N/cm2）。

本次设计的阀门用聚氟乙烯胶板材料。

密封比压与密封面的材料有关；
对于铸铁,青铜和黄铜
M g
MF b P q +=
30；
对于钢和硬质合金
M
g
MF b P q +=
35； 对于铝合金，聚乙烯和聚氟乙烯胶板
M
g
MF b P q 9.018+=
对于中硬橡胶
M
g
MF b P q 6.04+=
计算介质压力作用在阀杆截面积上的推力Qp 。

N
X P d Q g F P 5.196225.0100414.3422===π
计算阀杆螺母的摩擦半径FM R (mm)。

摩擦半径是阀杆螺母在螺旋传动中阀杆轴
向力和螺母转矩的转换系数（阀杆螺母的转矩等于阀杆轴向力与摩擦半径的乘积），它的大小和阀杆螺纹的规格，螺纹的摩擦系数有关，当阀杆螺母的旋转方向不同时，由于力的方向改变，阀杆螺母的摩擦半径也跟着改变。

开阀和关阀时，阀杆梯形螺纹的摩擦半径可分别按下列各式计算：
开阀时：
mm N .45.173461
式中：M f "－ 开阀时密封面间的摩擦系数，M f "＝0.35
g f
－ 推力轴承摩擦系数，一般在0.005－0.01范围内。

gp D
－ 推力轴承的平均直径
3.3.2 计算过程的分析
从上面所列举的计算结果可以看出，摩擦力在阀门的操作推力和操作转矩的计算过程中占有很重要的地位。

只有正确地选择摩擦系数，才能正确地计算出阀门的操作推力和操作转矩。

但是摩擦是一个非常复杂的物理现象，对于一对相互作用的物体之间的摩擦情况，是不能简单地用一个与外界条件无关地不变系数来表示的。

摩擦系数就是一个与外界因素有密切关系的变量。

润滑条件好的摩擦系数小，不同材料之间摩擦系数不同，在阀门中所表现出来的摩擦力则是随着材料的不同，加工精度的不同，装配情况的不同，使用条件的不同和润滑条件的不同而改变的。