核級隔膜閥閥桿螺母與閥蓋配合尺寸的設(shè)計(jì)

1概述核級直通式隔膜閥是引進(jìn)英國Saunders公司技術(shù)，目前已在國內(nèi)核電站上得到應(yīng)用。本文主要介紹該閥閥桿螺母過盈量的設(shè)計(jì)及如何選擇合理的過盈量，并從理論上提出生產(chǎn)裝配過程中閥桿螺母與閥蓋裝配所允許的合理范
        1 概述
        核級直通式隔膜閥是引進(jìn)英國Saunders公司技術(shù)，目前已在國內(nèi)核電站上得到應(yīng)用。本文主要介紹該閥閥桿螺母過盈量的設(shè)計(jì)及如何選擇合理的過盈量，并從理論上提出生產(chǎn)裝配過程中閥桿螺母與閥蓋裝配所允許的合理范圍，從而確保使用的可靠性與安全性。
        2 閥桿螺母的特點(diǎn)和安裝要求
        核級直通式隔膜閥為多回轉(zhuǎn)閥門（圖1），由手輪（或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)）帶動閥桿繞軸線回轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)由閥桿螺母（圖2）的傳遞帶動隔膜組件上下運(yùn)動，從而使閥門達(dá)到開啟或關(guān)閉。閥桿螺母主要由螺紋面和光滑面兩部分組成。在閥門的開關(guān)過程中起傳遞軸向力和力矩的作用。當(dāng)閥桿繞軸線回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，其T形螺紋與閥桿螺母接觸后傳遞摩擦力矩和軸向力。根據(jù)作用力和反作用力原理，閥桿螺母同時(shí)受到相反方向的螺紋摩擦力矩和閥桿軸向力的作用，在閥門開啟過程中會因轉(zhuǎn)矩過大使閥桿螺母發(fā)生軸向滑移從而造成失效。為此，應(yīng)保證閥桿螺母與閥蓋接觸面間過盈配合，在正常傳遞摩擦力矩和軸向力時(shí)，閥桿螺母不發(fā)生位移或者塑性變形。 
      
1.手輪2.閥蓋3.閥桿螺母4.隔膜組件5.閥體
圖1 直通式隔膜閥

圖2 閥桿螺母

        3 閥桿螺母的設(shè)計(jì)
        閥門的工作壓力PN=2.0MPa，溫度t≤85℃。閥桿選用的材料為17－4PH，閥桿螺母的材料為QAl9－4。過盈連接計(jì)算時(shí)假設(shè)連接零件中的應(yīng)力處于平面應(yīng)力狀態(tài)（即軸向應(yīng)力為0），應(yīng)變均在彈性范圍內(nèi)，材料的彈性模量均為常量，配合面上壓力為均勻分布。
        過盈連接主要用以承受軸向力或傳遞轉(zhuǎn)矩，或者同時(shí)兼有以上兩種作用。為了保證過盈連接的工作能力，強(qiáng)度計(jì)算必須包含兩個(gè)方面。一是在已知載荷的條件下，計(jì)算配合面間所產(chǎn)生的壓力（壓強(qiáng)）以及產(chǎn)生這個(gè)壓力（壓強(qiáng)）所需zui小的過盈量δmin，并根據(jù)材料自身的極限條件算出配合面間所允許產(chǎn)生的zui大壓力（壓強(qiáng)）和由這個(gè)壓強(qiáng)所需的zui大過盈量δmax，從而確定過盈尺寸的極限范圍（δmin，δmax）。二是在所確定極限范圍的過盈尺寸中，按標(biāo)準(zhǔn)選取合適的過盈量，并計(jì)算在各自zui大和zui小過盈量時(shí)的壓緊力及相對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。
        3.1 配合面間傳遞載荷所需要的zui小壓強(qiáng)
        過盈連接的配合面間的徑向應(yīng)力所傳遞的載荷類型分3種情況。
        （1）傳遞軸向力
        當(dāng)連接面只傳遞軸向力Fa時(shí)（圖3），應(yīng)保證連接在此載荷下不發(fā)生軸向位移。此時(shí)在配合面間產(chǎn)生的zui小壓強(qiáng)pFmin為
       （1）
        式中  pFmin———配合面間產(chǎn)生的zui小壓強(qiáng)，MPa
        Fa———系統(tǒng)產(chǎn)生的軸向力，N
        d———配合的公稱直徑，mm
        l———配合長度，mm
        μ———配合面間的摩擦系數(shù)

圖3 受軸向力

        配合面間的摩擦系數(shù)與配合面的狀態(tài)、材料及潤滑情況等因素有關(guān)（表1），需由試驗(yàn)確定。

     表1 過盈連接配合面間的摩擦系數(shù)

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