三偏心蝶閥以密封可靠，動(dòng)作靈活，使用壽命長著稱。它是結(jié)構(gòu)的一種蝶閥，具有優(yōu)異的密封性能，可用于高溫、高壓環(huán)境，滿足了電站、石油、化工、冶金等行業(yè)對管件的苛刻要求，正得到越來越廣泛的應(yīng)用。
1前言
三偏心蝶閥以密封可靠，動(dòng)作靈活，使用壽命長著稱。它是結(jié)構(gòu)的一種蝶閥，具有優(yōu)異的密封性能，可用于高溫、高壓環(huán)境，滿足了電站、石油、化工、冶金等行業(yè)對管件的苛刻要求，正得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文介紹一種在簡化三偏心蝶閥設(shè)計(jì)的同時(shí)，優(yōu)化三偏心蝶閥的回轉(zhuǎn)中心位置的快速優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
2三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)
三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的3個(gè)偏心量分別為a，b，β。其中a為軸向偏心，表示蝶板的旋轉(zhuǎn)中心與蝶閥密封截面之間的軸向距離；b為徑向偏心，表示蝶板的旋轉(zhuǎn)中心與閥體中心線之間的徑向距離；β為角偏心，表示閥座旋轉(zhuǎn)中心線與閥體中心線之間的角度。由于存在角偏心，三偏心蝶閥的蝶板密封面形狀為橢圓，不同于一般蝶閥的圓形密封面，它將蝶板和閥座之間的密封形式由線密封優(yōu)化為面密封，使得蝶閥密封性能更優(yōu)。另外，由于3個(gè)偏心的存在，三偏心蝶閥為偏置板式結(jié)構(gòu)，蝶板形狀不對稱。
圖1三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意
3優(yōu)化設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的三偏心蝶閥回轉(zhuǎn)中心的設(shè)計(jì)，需要大量的公式計(jì)算來確定3個(gè)偏心量，設(shè)計(jì)完成還需要根據(jù)三維***建模的干涉分析進(jìn)行修改，工程量大，耗時(shí)長，延長了設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本?，F(xiàn)在通過solidworks二維作圖介紹一種全新的，簡單易懂，方便操作，優(yōu)化效果好具有實(shí)用性的設(shè)計(jì)方法。
3.1方法原理
如圖2所示，b點(diǎn)和d點(diǎn)是蝶板關(guān)閉時(shí)蝶板密封表面上首*入閥體密封面的兩點(diǎn)，只有使b點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡在cb線以上，d點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡在da線以下，蝶板繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)時(shí)才不會(huì)發(fā)生干涉。過b點(diǎn)和d點(diǎn)分別作be垂直于bc，df垂直于ad，df、be相交于m點(diǎn)，為了使得蝶板兩側(cè)不發(fā)生干涉，回轉(zhuǎn)中心就要在區(qū)域dme內(nèi)。其中m點(diǎn)是是極限位置，在這個(gè)位置，只是兩側(cè)的兩個(gè)極限點(diǎn)不干涉，而其他位置仍然會(huì)發(fā)生干涉的，要想*避免干涉，就要把旋轉(zhuǎn)中心沿著剛才說的角平分線向上側(cè)移動(dòng)（由于無論偏向df還是be都會(huì)使得一側(cè)的干涉危險(xiǎn)加大，所以在角平分線上是*選擇）。
圖2蝶板示意
另外，除了避免蝶板兩側(cè)不干涉，還要避免軸頭兩端不干涉，所以回轉(zhuǎn)中心必須在流道中心線和圓錐中心線的上方，流道中心線及圓錐中心線的交點(diǎn)n為極限位置，只有當(dāng)密封圈的厚度接近于零時(shí)，交點(diǎn)位置才合適，但是，密封圈的厚度是不會(huì)為零的，那么根據(jù)密封圈的厚度不同，也需要將旋轉(zhuǎn)中心的位置，沿著這個(gè)夾角的平分線向上移動(dòng)。兩個(gè)平分線的交點(diǎn)，就是理論上的旋轉(zhuǎn)中心zui小徑向偏心量位置，也是*位置。在三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)中，其閥桿軸線偏離蝶板中心線的偏心值越大，偏心力矩越大，導(dǎo)致閥門的啟閉力矩變大。即三偏心蝶閥的密封力矩和徑向偏心距近似成正比關(guān)系。因此，在保證不干涉的情況下，盡量選擇較小的徑向偏心量。另外，當(dāng)閥門反向承壓時(shí)，會(huì)因蝶板徑向偏心產(chǎn)生的杠桿效應(yīng)，使蝶板一邊壓強(qiáng)大，一邊壓強(qiáng)小。介質(zhì)推力使密封圈和閥座的密封比壓減小，蝶板容易產(chǎn)生變形及位移，從而導(dǎo)致閥門密封失效。所以為了減小蝶板反向承壓時(shí)杠桿效應(yīng)的影響，應(yīng)該將蝶板徑向偏心量減至zui小，使蝶板受力趨于平衡?？梢?，通過這種方法不但在避免干涉的情況下快速的確定三偏心蝶閥的回轉(zhuǎn)中心位置，還優(yōu)化了啟閉力矩及反向密封等性能。
3.2solidworks設(shè)計(jì)方法
具體設(shè)計(jì)步驟：
（1）利用solidworks二維作圖***，先確定蝶板的閥座直徑和軸向偏心。閥座直徑一般會(huì)給出，軸向偏心根據(jù)軸徑和閥座寬度可以確定。
（2）確定了閥座直徑和軸向偏心就基本確定了圓錐角。做出上述的2條角平分線。
（3）根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整偏心角，使得兩條角平分線交點(diǎn)位置在流道中心線上側(cè)，然后確定為回轉(zhuǎn)中心。
（4）、量出偏心數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際加工和工裝公差進(jìn)行調(diào)整，zui后確定數(shù)據(jù)。
4實(shí)例分析
文中以設(shè)計(jì)一個(gè)閥座直徑200mm、閥軸徑為48mm、閥座寬為12mm的三偏心蝶閥為例詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。
（1）根據(jù)閥軸直徑和閥座寬度確定軸向偏心至少要30mm，但是實(shí)際上，都會(huì)根據(jù)口徑大小，為了方便加工和裝配，再加2～7mm，本文中取為2mm，則軸向偏心確定為32mm。
（2）利用solidworks***，畫出已知量的結(jié)構(gòu)，如圖3，連接o點(diǎn)和p點(diǎn)，并且約束為圓錐角的角平分線。此時(shí)圓錐角已經(jīng)確定為35.49°。
圖3
（3）根據(jù)前面講述的原理做出角平分線l1和l2交于k點(diǎn)如圖4所示。
圖4
（4）根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整偏心角為2°，如圖5，此時(shí)角平分線的交點(diǎn)k點(diǎn)在不干涉區(qū)域以外，所以不符合要求，需要重新調(diào)整偏心角。
圖5
（5）重新調(diào)整偏心角為3°，如圖6所示。此時(shí)角平分線的交點(diǎn)k點(diǎn)在合適區(qū)域內(nèi)，符合要求，即取k點(diǎn)為回轉(zhuǎn)中心，量出此時(shí)的軸向偏心距為32.111mm，徑向偏心距為4.243mm。
圖6
（6）根據(jù)測量出的尺寸，確定設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。閥座直徑200mm，閥軸徑為48mm，閥座寬為12mm，圓錐角35°，偏心角3°，軸向偏心32.5mm，徑向偏心4.5mm。
（7）根據(jù)得到的實(shí)例數(shù)據(jù)，利用creo2.0建模進(jìn)行干涉分析。首先建立蝶板模型、閥軸模型以及閥座模型，并且裝配好如圖7所示。其中密封面的建模利用圓錐切割來實(shí)現(xiàn)。閥軸和蝶板為剛性連接，閥軸和閥座為銷連接。
圖7蝶閥模型
（8）利用creo2.0的全局干涉分析對裝配模型蝶板不同角度下進(jìn)行干涉分析，分析過程如圖8所示。由creo2.0分析結(jié)果，可以得知，在蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)過程中沒有干涉零件即不會(huì)發(fā)生干涉。
圖8干涉分析過程
5結(jié)語
根據(jù)上述的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可以快速地設(shè)計(jì)出三偏心蝶閥的3個(gè)偏心量，避免了蝶板和密封面的干涉，并且設(shè)計(jì)出zui小徑向偏心距，降低了閥門的啟閉力矩，也提高了三偏心蝶閥的反向密封性能。通過實(shí)例的設(shè)計(jì)分析，能夠迅速方便地給出三偏心蝶閥回轉(zhuǎn)中心設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，在實(shí)際生產(chǎn)中很大地提高了三偏心蝶閥設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，具有很好的借鑒價(jià)值。