电动装置与阀门连接推力盘的设计与计算分析

    调节阀电动装置与阀杆螺母的连接形式可分为扭矩型和推力型。扭矩型电动装置向阀杆传递转矩，而推力型电动装置需要承受阀杆轴向推力。安装推力型电动装置的阀门不能直接换装扭矩型电动装置。因为，带推力型电动装置的阀门与带扭矩型电动装置的阀门其支架结构不同。当带推力型电动装置的阀门要安装扭矩型电动装置的时候，应在阀门原有的支架上加推力盘后再连接扭矩型电动装置，以此来解决推力型电动装置与扭矩型电动装置的连接转换问题。
一、结构
    安装推力型电动装置的阀门（图1）转换成安装扭矩型电动装置的阀门（图2）时，常用的推力盘如图3所示。推力盘的作用是承接电动装置转矩，靠阀杆螺母的梯形螺纹传递阀门启闭的轴向力，因此在计算承受阀门启闭轴向力的零件强度时，设计轴向力的承接方式成为新型推力盘结构设计的关键。


    普通型推力盘由法兰箱、压盖螺母、防松螺钉和油杯等组成。轴承和阀杆螺母装入法兰箱后，再旋入压盖螺母。为保证轴承转动间隙，压盖螺母的旋入深度要特别控制，间隙过大过小都对传动不图1安装推力型电动装置的阀门利。另一方面，压盖螺母要承受阀门关闭的轴向力，所以法兰箱与压盖螺母要用螺纹连接，并保证足够的强度。为保证压盖螺母的固定位置，还要加装防松螺钉。这样的推力盘结构较复杂、零件多、加工量大，装配质量要求严格，调试时间长，成本高。普通的推力盘是封闭结构，承受双向轴向力，因此法兰箱与压盖螺母要用螺纹连接，并保证足够的强度。新型（图4）推力盘是单向开口设计，通过轴承仅承受向上的轴向力，向下的轴向力直接作用于支架上，因此结构简单。新型推力盘便于同电动装置和支架的连接，同时尽可能降低其高度、减轻重量。如推力盘与支架的连接改用在推力盘法兰上钻螺孔，用螺栓连接。



二、强度计算
    推力轴承根据启闭阀门轴向力选取。C_o≥F
    式中C_o———推力轴承的额定静载荷，N
    F———启闭阀门最大轴向力，N
    阀杆螺母（图5）a-a截面应力为

    式中τ_a———a-a截面的剪切应力，MPa
    S_a———a-a截面积，m²
    [σ]———阀杆螺母材料的许用应力，MPa

    一般来说，阀杆螺母b-b截面的内径和外径应该与电动装置配合端相应的尺寸一致，但有时候从经济性考虑，也为了兼顾到推力轴承的尺寸系列，b-b截面的内径或外径可以与电动装置配合端尺寸不同，但截面积应该相近或相同。
    法兰箱（图6）a′-a′截面应力为

   
    式中τ_a′———法兰箱a′-a′截面的剪切应力，MPa
    S_a′———法兰箱a′-a′截面面积，m²
    [σ′]———法兰箱材料的许用应力，MPa法兰箱b′-b′截面应力为


    式中σ_b′———法兰箱b′-b′截面的拉应力，MPa
    S_b′———法兰箱b′-b′截面积，m²
三、对比分析
    （1）降低成本。降低了法兰箱和阀杆螺母的高度，减轻了质量，取消了压盖螺母和防松螺钉，节省了材料。
    （2）简化结构。便于加工，由原来在法兰箱上加工大螺纹孔，加工复杂，成本高；现改为光孔，加工简单，成本低，取消了防松螺钉的配作。

    （3）方便装配。因为新型推力盘减少了零件，特别是去除了装配时需要调整的压盖螺母，去除了单独配作的防松螺钉，法兰箱中只装入轴承和阀杆螺母二种零件，并且免除了调整过程和简化了操作程序，使得装配更为方便，装配时间大大缩短。
四、结论
    通过受力分析和结构优化，新型推力盘的法兰箱和阀杆螺母高度降低，质量减小。取消了压盖螺母和防松螺钉，使其结构简单、容易加工和方便装配，达到了降低成本和提高效益之目的。

    参考资料
    杨源泉。阀门设计手册（M）。北京：机械工业出版社，1992。

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