1 前言

    蝶閥的三偏心結(jié)構密封副型式為圓錐斜切錐面型^[1]。結(jié)構設計原理如圖1所示。其蝶板為圓錐斜切而得。圓錐半錐角為β，三個偏心分別為：蝶板回轉(zhuǎn)中心相對于流道中心的徑向偏心α、回轉(zhuǎn)中心相對于蝶板中面的軸向偏心e以及圓錐軸線相對于流道中心線的角度偏心α。

    蝶板中面輪廓線為橢圓形，其橢圓方程為^[2]：

    平行于蝶板中面的前、后截面皆為橢圓，其橢圓的長半軸分別為m₁，m₂，短半軸為n₁，n₂。

    蝶板關閉時，蝶板與閥座密封面重合（見圖1）。當?shù)逖仨槙r針方向開啟，蝶板上各點均繞回轉(zhuǎn)軸L（z=a，x=1）轉(zhuǎn)動，對任一確定的平面y=y₀（y₀∈[-n₁，n₁]），與偏心圓錐相交得到一條雙曲線，雙曲線上任一點c（x，y，z）與回轉(zhuǎn)軸L間的距離為r_i。當y值一定，若z＞xtanα時，r_i為x的單增函數(shù)；而z≤xtanα時，r_i為x的單減函數(shù)，則蝶板與閥座密封面不會發(fā)生干涉，即密封面不干涉條件為：

        （2）

    2 參數(shù)干涉檢驗

    上述分析計算過程復雜，人工難于完成，適于計算機程序計算。在設計中一般蝶板直徑D₀可以預先確定，而D₀與H的關系可由下式得出：

    D₀＝H[tan（α+β）-tan（α-β）]    （3）

    N-S結(jié)構化程序流程圖如圖2所示。

    程序設計中有關公式詳細內(nèi)容請參閱參考文獻[2]。通過大量的數(shù)據(jù)計算發(fā)現(xiàn)，蝶板與閥座干涉的部位大多位于蝶板轉(zhuǎn)軸附近的邊角區(qū)域，在設計中應格外注意。

    3 三維運動學干涉拉驗

    三偏心蝶閥的啟閉運動軌跡是一個復雜的三維空間圖形，蝶板與閥座在開啟與關閉過程中應實現(xiàn)無干涉，但目前國內(nèi)這種蝶閥設計、制造體系尚不完善。為此，我們考慮采用功能較為強大的三維軟件對三偏心蝶閥進行三維實體建模，實現(xiàn)計算機三維可視化仿真，模擬蝶板在開啟、關閉過程中的運動，以調(diào)整相應參數(shù)，實現(xiàn)蝶板與閥座的良好吻合、無干涉啟閉、密封副無摩擦及關閉狀態(tài)無泄漏，*終得到合理的三偏心蝶閥工程設計圖。

    三維建模軟件進行機械設計的核心是零件、工程圖和裝配體，通過零件造型，進而進行零件裝配和出工程圖，裝配體可實現(xiàn)碰撞檢查、動態(tài)間隙檢查等多項功能。

    以直徑D₀=250mm，a=10mm、e=30mm、b＝10mm、α=10°、β=10°為例，應用三維建模軟件進行實體建模，根據(jù)α、β、D₀、H參數(shù)值，作出相關圓錐體草圖，由旋轉(zhuǎn)特征得到錐體，據(jù)初定板厚b由切除特征得到蝶板，由a、e作出轉(zhuǎn)動軸孔草圖，由拉伸特征得到蝶板零件，如圖3所示。類似地可作出鬧座（圖4）、轉(zhuǎn)軸、銷等零件。

    將四大類零件按裝配關系裝配，得到三偏心蝶閥裝配體（見圖5），在滿足軸、銷、蝶板裝配關系時轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，蝶板隨軸共同轉(zhuǎn)動，這時可進行蝶板與閥座的干涉檢查。

    圖6、圖7為蝶板全部開啟及部分開啟時三偏心蝶閥三維模型圖，圖8為蝶板與閥座發(fā)生干涉時所取的模型圖。

    通過三維建模分析，發(fā)現(xiàn)容易發(fā)生干涉的部位大多位于蝶閥轉(zhuǎn)軸附近的邊角區(qū)域（圖7所示）。蝶權與閥座是否干涉，取決于蝶板厚度b、徑向偏心e、軸向偏心a、錐體軸線偏心角α及半錐角β，而且滿足不干涉要求的e、α、β的取值范圍很小，尤其是一些大直徑碟閥，當?shù)搴穸萣取值稍大，很難找到蝶板與閥座不發(fā)生干涉的合適參量a、e、α、β，這和程序運算所得到的結(jié)論一致。

    4 結(jié)束語

    （1）三維模型驗證了程序判斷蝶板與閥座是否發(fā)生干涉是可行的。
    （2）由程序運算可確定a，e，b，α，β之間的關系及取值范圍。
    （3）運算不同直徑D₀所確定的合理的a，e，b，α，β可建立起數(shù)據(jù)庫，通過三維建模軟件能實現(xiàn)三維造型的參數(shù)化。
    （4）將三維建模軟件建立的模型導入ANSY、ABAQS等有限元分析軟件，可方便地進行在壓力、溫度耦合作用時蝶板、閥座的應力、變形及強度計算，大大減少了在有限元軟件下手工建模的工作量。
    （5）創(chuàng)建的三維模型可連接數(shù)控機床進行三偏心蝶閥的遠程加工。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司