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电动转筒真空阀性能分析及其优化设计
作者:管理员    发布于:2018-01-30 14:06:00    文字:【】【】【

  1概述电动转筒真空阀是某系统中的重要设备,关闭时间是系统对该阀的关键技术指标。本文以某规格转筒真空阀为研究对象,对其结构进行深入研究,重点分析影响关闭时间的关键因素,对原设计方案提出了优化建议,并通过试验验证优化方案的合理性。

  2技术特性21结构原理电动转筒真空阀利用电机带动传动机构使杠杆摆动而使封闭件(密封件)扁盘旋转90°后直行完成关闭。该机要求开启泄漏率<1.33X10―5Pa°l/s,关闭泄漏率<1.闭时间<1s阀门开关寿命>500次。垫片材料为5265真空橡胶并和0Cr18Ni9金属薄膜组成多道密封副以保证杠杆件运动的密封性能。

  22传动原理1问题提出该阀整机性能试验时,实际关闭时间超过设计值(1s),未能达到该阀关键特性指标。需要重新分析设计原理,验算原设计数据,分析不同的传动阀门传动机构及关闭动作的实现过程是电机输出―齿轮机构I级减速―蜗轮蜗杆机构级减速―主轴旋转(90°~100°―带动封闭盘组件完成关闭动作(封闭盘组件关闭动作由85°旋转轴蓬动作旋转角度等方案链:丨现。此pu减速速比调整日时扮也需要验算阀门的密封。力盖否满bookmark1机构速比对阀门其他特性的影响,寻求合理的优化改进方案。

  3.2关闭时间由关闭动作实现途径可知,影响关闭时间的关键因素有4种。①电机输出转速n(i/min)。②齿轮减速机构速比。③蜗轮蜗杆减速机构速比/2.④主轴实现关闭动作实际所需旋转角度9(°)。得关闭时间计算值为T关=(0/3)。/2./1.60/阀门传动机构3.3原设计的关闭时间与试验数据的比较阀门原设计相关参数电机输出转速n=2800r/min.齿轮机构z11=阀门关闭时间计算值T关=1.阀门关闭时间实际测定值约为1. 28s与计算值略大。分析认为实测值大于计算值,是由各级减速传动损耗,以及电机启动瞬间无法达到额定值导致。

  4改进预案41改进目标由关闭时间计算公式可知,减小关闭时间可通过提高电机输出转速、降低传动机构速比和减小主800i/min电机为标准产品中转速高的,提高速度必然要求电机供方进行设计专用电机,其可靠性有待进一步验证,成本高,周期也长。

  降低传动机构减速速比,此方案仅需对配对齿轮和配对蜗轮蜗杆进行调整即可实现,涉及零件均为自制件,设计制造方便。

  减小主轴关闭动作旋转角度0.很明显,这将导致阀门在完全开启时,流通件(转筒)不能与阀门流道中心重合,流阻增加,即阀门的性能有所降低。

  结论:选用方案二一降低传动机构减速速比,是保证阀门整机性能经济合理的方法。

  4.2关联因素降低传动机构的减速速比,应考虑相关的几种因素。

  各级传动中心距和模数不变。

  调整应以不涉及模具变更为好。

  仅调整其中一级减速比(考虑样机各零件已加工到位,变更零件数量越少越好)。

  蜗轮蜗杆减速机构装配空间。

  齿轮减速机构装配空间。

  关闭时间以接近1s为佳(即关闭时间裕度值尽可能小)调整后减速机构传递至密封面的力矩应大于密封力矩。

  作用于密封面的力矩不能过大,避免因冲击过大影响密封面寿命(即密封力矩裕度值尽可能小)。

  中心距不变时,传动速比变化,对蜗杆尺寸影响较大,原蜗杆减速箱箱体安装空间受到限制。而齿轮传动受类似影响相对较小,且原箱体有一定的调整空间,即调整齿轮减速速比为合理。

  当电机额定功率和输出转速不变时,齿轮减速比的调小,将导致大齿轮轴名义工作转矩的减小。为避免i1值减小后大齿轮转矩小于弹簧组件的缓冲力矩,导致无法动作的情况,有必要对弹簧缓冲力和齿轮转矩进行验算比较。

  另一方面,阀门关闭时,大齿轮转矩变小,直接导致传递至蜗杆减速机构的力矩减小,传递至主轴进而影响阀门密封力的大小。因此,在进行齿轮足要求。

  5方案优化5.1齿轮传动机构不同速比关闭时间的影响调整时先按设计关闭时间进行反推,i =4.2较为合适,考虑传动损耗,取i=3、i=3.5两种减速比进行比较分析。

  阀门动作时,通过大齿轮轴尾部弹簧组件实现缓冲。其缓冲力的大小与大齿轮工作转矩密切相关。

  缓冲力太大,大齿轮可能无法动作,亦可视为电机阻力矩过大。

  缓冲力太小,缓冲作用不明显,阀门密封面受冲击较大,影响密封寿命。

  5.2传动机构力矩传递条件分析弹簧组件分别由弹簧、导套、滑块和上座组成。当齿轮旋转,导套受滑块的导向限制,由梯形螺纹将原旋转运动转化为导套的直线运动,弹簧受到拉伸/压缩,产生反力,实现缓冲。

  此结构的优点为可通过调节弹簧预装配位置,以获得合适的缓冲力矩。为确保阀门关闭时密封面受冲击小,应调整弹簧位置,使阀门位于关闭状态时,弹簧缓冲力大,且不应超过弹簧允许负荷。则P0―电机功率,kW n电机输出转速,r/min―大齿轮名义转矩,N°m T21―蜗杆工作转矩,N°mT22――蜗轮工作转矩,N°mMtc―关闭时弹簧缓冲力矩,N°m Ftc―关闭时弹簧反力,NRt―梯形螺纹摩擦半径,mm Lc阀门关闭时弹簧压缩量,mm Mt―开启时弹簧缓冲力矩,N°mFt―开启时弹簧反力,N L阀门开启时弹簧拉伸位移,mm阀门开启到关闭状态,弹簧总位移L为LLLc=n10ptn1―大齿轮轴转圈数pt―导套梯形螺纹导程,mm阀门关闭时所需密封力矩Mr为Mf=Fm°Rf Rf关闭时作用力臂,mm 5.3传动机构力矩传递条件的验算1)不同齿轮配比方案比较根据不同齿轮配比和弹簧规格,对各级传递力矩进行了验算,得出数据(表1)。

  5.3)关闭时间T关测=1.22〉T关设,不能满足设计要求,需优化设计。

  3.5方案,关闭时间、密封力均能满足设计要求。

  2)不同弹簧规格比较(仅对/1=3方案)为更充分的比较两方案的优劣,针对= 3方案原设计弹簧规格未能满足要求的情况,选择不同规格弹簧,进行验算比较,以确定与/1=3方案相适应的弹簧(表2)。

  表1不同齿轮配比的传递力矩比较N.mm序号比较项原方案关闭时间计算值电机输出力矩Tn大齿轮名义转矩rl2蜗杆工作转矩T2I蜗轮工作转矩T22阀门关闭时所需密封力矩关闭时弹簧缓冲力矩Mt(。

  开启时弹簧缓冲力矩Mt关闭时间裕度1设一T计密封力矩裕度T22―Mf结果电机力矩能正常传递,且各力矩满足密封要求,但关电机力矩无法正常传递,不能满足要求电机力矩能正常传递,且各力矩满足密封要求,闭时间不能满足设计要求关闭时间满足要求注:(1)――该处计算值为负值,即此时因弹簧缓冲力偏大,电机不能带动蜗杆动作。

  (2)――关闭时间计算值小于设计值,不能满足设计要求。

  (3)――密封力裕度过大,密封面受冲击力大表2不同弹簧规格的传递力矩比较Nmm序号比较项原弹簧规格8X35X弹簧规格6X35X105弹簧规格7X35X105关闭时间计算值电机输出力矩Tn大齿轮名义转矩T12蜗杆工作转矩T21蜗轮工作转矩T22阀门关闭时所需密封力矩Mf关闭时弹簧缓冲力矩Mt(。

  开启时弹簧缓冲力矩Mt关闭时间裕度T设一T计密封力矩裕度la结果电机力矩无法正常传递,电机力矩能正常传递,不能满足要求且各力矩满足密封要求且各力矩满足注:(1)――该处计算值为负值,即此时因弹簧缓冲力偏大,电机不能带动蜗杆动作。

  (2)――密封力裕度过大,密封面受冲击力大(3)――密封力裕度偏大,密封面受冲击力大5.4试验结果验证因此,按关闭时间裕度小、密封力矩裕度小两个原则,设计优化有两种方案可供选择。

  改变大、小齿轮齿数,齿轮减速速比调整齿轮减速速比调整为/1= 3,缓冲弹簧选用对两种方案试验结果进行比较。

  级传动部件动作平稳灵活。

  进行试验,出现卡死现象,与计算数据相符。

  ③=3方案中,再用规格6X35X105的弹簧进行试验,阀门关闭时间约为0.7s,接近于计算值。

  结论,按关闭时间裕度小、密封力矩裕度小两个原则,齿轮减速比= 3.5方案,是较为理想的选择。

  由计算数据可知,对齿轮减速比=3方案,改变弹簧规格能满足要求。

  5.5改进方案根据分析计算结果,仅对齿轮传动机构进行调整。按齿轮减速比=3.5,对大、小齿轮进行了重新设计和制造,并装配于样机上,完成各项型式试验,其关闭时间、真空漏率和寿命等关键技术指标完全满足设计要求。其中,阀门关闭时间实测值表3阀门实际指标型号关闭时间开启时间寿命试验开启漏率(Pal/s)关闭漏率(PaVs)转筒真空阀次说明:在常温条件下。高低温条件下和500次寿命试验后所检测的启闭时间与真空漏率及0. 25MPa的压力试验结果均无大变化,在要求范围之内。

  6结语采用优化方案改进后的样机产品成功通过了各项型式试验,技术性能指标达到设计要求,进一步验证了设计优化方案的合理性,经质量检测其各项性能指标均符合技术标准及图纸要求。该样机的研制成功,为产品设计定型提供了理论与实践依据。

  同时也为后续产品批量化生产奠定可靠的技术基础。

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