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我國閥門產(chǎn)品在80年代初期進(jìn)入國際市場，同時也從國外引進(jìn)或仿制與閥門配套的驅(qū)動裝置，手動裝置就是其中之一。我國有關(guān)手動裝置的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)也在逐步完善，1990年頒布實施GB12222-89《多回轉(zhuǎn)閥門驅(qū)動裝置的連接》，規(guī)定了多回轉(zhuǎn)閥門驅(qū)動裝置的連接尺寸和驅(qū)動件尺寸、轉(zhuǎn)矩和軸向推力基準(zhǔn)值。1998年機(jī)械工業(yè)部頒發(fā)實施JB/T8531-1997《閥門手動裝置技術(shù)條件》，規(guī)定了手動裝置的技術(shù)要求、試驗和驗收等內(nèi)容。多回轉(zhuǎn)閥門手動裝置的閥桿螺母與閥桿作螺旋副連接時，同時傳遞轉(zhuǎn)矩和承受軸向推力，有時在泵驗或工作中出現(xiàn)破損，本文就有限元分析問題作些討論。
各廠生產(chǎn)的多回轉(zhuǎn)閥門手動裝置具體結(jié)構(gòu)有差別，但基本上采用一對圓錐齒輪減速，或圓錐齒輪與行星齒輪減速，產(chǎn)品有BA系列和相類似的SZ系列等。對應(yīng)GB12222中法蘭號為F16、F25、F30、F35和F40有相應(yīng)的手動裝置(為了敘述方便，以法蘭號作為與之相配的手動裝置名稱)。F16、F25和F30的結(jié)構(gòu)形式如圖，F(xiàn)35、F40則在小錐齒輪軸端與行星齒輪減速裝置的系桿連接，增大傳動比。
在閥門工作和啟閉操作過程中，驅(qū)動裝置殼體受管道工作壓力、關(guān)閉閥門的密封壓力、圓錐齒輪的嚙合作用力、轉(zhuǎn)動手輪的圓周力、重力及連接螺釘?shù)募s束力等，其中工作壓力和密封壓力數(shù)值較大，而密封壓力隨施加于螺母上的力矩增大而增加。它們的合力作用在閥桿螺母上，經(jīng)過鎖緊螺圈、空心軸、推力軸承傳到殼體的推力軸承支承面上，與連接螺釘給予的約束力相平衡，使殼體同時受到軸向推力和彎曲力矩，是造成殼體破壞的主要因素。其余的力相對較小，對殼體強(qiáng)度影響不大。在手動裝置受到推力作用時，連接法蘭受力是與殼體及閥門連接的2組螺栓的約束力相平衡，其受力大小和情況與殼體相似，由于零件結(jié)構(gòu)不同，比殼體應(yīng)力小。在最大工作壓強(qiáng)條件下關(guān)閉閥門時，施加于閥桿螺母上的力矩通過螺旋副產(chǎn)生的軸向推力，不僅要克服因壓強(qiáng)作用在閥桿上的軸向力，而且還要有一定的密封壓力。手動裝置的許用最大軸向推力若不考慮彎曲應(yīng)力，至少要大于以上兩力之和，如果考慮彎曲應(yīng)力，則應(yīng)該進(jìn)一步提高承受軸向推力的能力，才能保證安全。
以許用最大軸向推力為依據(jù)，對F16、F25和F30殼體的簡化模型進(jìn)行有限元分析后，發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力出現(xiàn)在錐體上下端轉(zhuǎn)角處的內(nèi)外表面、推力軸承支承面和螺紋孔周圍。不同型號的殼體因外形差別，最大應(yīng)力的部位不同，但基本上在上述部位之一。即使不是最大，其應(yīng)力也比較大。
最大轉(zhuǎn)矩和最大推力與僅傳遞轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動件無關(guān)，一般情況下軸向力不大，因此不討論。
對于同時傳遞轉(zhuǎn)矩和推力的螺旋傳動，工作壓力和密封壓力通過閥桿和閥桿螺母等零件傳遞到殼體上，力矩通過轉(zhuǎn)動手輪，經(jīng)齒輪傳動傳遞到閥桿螺母上，根據(jù)螺旋傳動軸向力和矩之間的關(guān)系式，可以計算出閥桿螺母所受軸向力大小。
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