蝴蝶阀三维设计与运动仿真

蝴蝶阀三维设计与运动仿真

摘要：蝴蝶阀是生活中和工业中应用广泛的一种截流阀门。了解蝴蝶阀的连接和固定的方式，掌握蝴蝶阀各个零部件的装拆顺序，掌握主要零部件的结构形状。针对分析蝴蝶阀的工作原理以及应用场所，以及国内外蝴蝶阀的设计与运动仿真分析，达到完全了解这种结构简单的蝴蝶阀机构。利用强大功能的SolidWorks建模分析软件对蝴蝶阀机构零件进行三维设计、装配分析以及运动仿真。根据仿真的结果分析蝴蝶阀的工作原理。

关键词：蝴蝶阀;截流阀 ;SolidWorks建模 ;运动仿真分析

第一章概述 4

1.1 绪论 4

1.2 SolidWorks软件的介绍 4

1.3 课题研究内容 6

第二章蝴蝶阀总体设计及其工作原理 9

2.1蝴蝶阀的总体结构图 9

2.1.1阀体 9

2.1.2 阀门 9

2.1.3 锥头铆钉 9

2.1.4 阀杆 10

2.1.5 阀盖 10

2.1.6 螺钉 10

2.1.7 齿轮 10

2.1.8 半圆键 10

2.1.9 螺母 10

2.1.10 盖板 11

2.1.11 紧定螺钉 11

2.1.12 齿杆 11

2.1.13 垫片 11

2.2 蝴蝶阀的连接方式与工作原理 11

第三章蝴蝶阀的三维建模 12

3.1 蝴蝶阀的三维建模 12

3.2 阀体的三维建模 12

3.3 阀门的三维设计 14

3.4 阀杆的三维设计 15

3.5 阀盖的三维建模 15

3.6 齿轮的三维设计 16

3.7 盖板的三维设计 16

3.8 齿杆的三维设计 17

3.9 垫片的三维设计 17

3.10 蝴蝶阀的装配过程 18

第四章蝴蝶阀的运动与仿真 25

4.1运动仿真介绍 25

4.2蝴蝶阀的运动仿真过程 25

4.2.1 motion分析的环境设置 25

4.2.2 蝴蝶阀的motion运动分析添加马达 27

4.3 蝴蝶阀的运动仿真结果分析 28

第五章创建蝴蝶阀主要零件工程图 30

5.1 蝴蝶阀零件工程的概述 30

5.2 蝴蝶阀主要零件的工程图 30

5.2.1 阀体工程图 30

5.2.2 阀门工程图 31

5.2.3 阀杆的工程图 31

5.2.4 阀盖的工程图 31

5.2.5 齿轮的工程图 32

5.2.6 盖板的工程图 32

5.2.7 齿杆的工程图 32

5.2.8 垫片的工程图 33

第六章总结与展望 34

致谢 35

参考文献 36

第一章概述

1.1 绪论

随着“工业4.0”战1.1略和“中国制造2025”战略的提出我国制造业发展必然随着工业4.0的发展而升级。为了满足中国制造2025战略的发展需求，在工业上的设计就必须采用新的设计方式。现如今，数字化设计、参数化设计、虚拟装配以及运动仿真技术的发展使得整个工业产品的设计更加的智能化，可靠性更加的稳定，性能更高，这些技术的发展，在机械产品的设计阶段起到了至关重要的作用，也大大的提高了整个产品的设计效率，然而机械设配的设计阶段是机械设备产品重要的一环，采用新的设计方式可以显然的缩短机械设备设计阶段，从而达到提高了国民经济的水平。蝴蝶阀是在现实生活中非常常用的一种截流阀，顾名思义蝴蝶阀的开启与蝴蝶的一样的，通过阀门的旋转达到关闭水流的作用，同时通过阀门的开启大小来控制水流的大小。我国的蝴蝶阀一直沿袭着50年代由苏联引进的设计理念进行设计，90年代后大型水轮机的部件的结构优化设计进行了一些方面的探索，但是对中小型水轮机的部件研究较少。尤其在水电站中的水轮机的进水管中的一个重要的阀，在水电站中的水轮机中起到了重要的作用。相较于球阀等水阀，蝴蝶阀的阀门尺寸较小，质量小以及结构简单的，操作简单等特点，因此蝴蝶阀在现如今水电站的水轮机的进水管处得到了广泛的应用。蝴蝶阀是在管道上用来截断水流的一种阀门，当外力推动齿杆左右移动时，与齿杆相啮合的齿轮带动阀杆旋转，使阀门开启或关闭。在水电站的管道或者水轮机机组因为出现故障或者需要对其进行定期的检查的时候，蝴蝶阀可以关闭水果管的水流而不影响其他水轮机组的正常工作，对整个水电站的效益影响小，同时，在水轮机发生事故时，可以通过开启蝴蝶阀来关闭水流防止事故的扩大，因此现如今对蝴蝶阀的设计研究是非常重要的一项研究。本设计的蝴蝶阀是由阀体、阀盖、阀杆、阀门、齿轮以及齿杆等组成的。

1.2 SolidWorks软件的介绍

SolidWorks软件是一款3D设计软件，是由美国达索公司开发的一款设计软件。它的功能非常的强大。具有强大的三维设计功能，可以满足机械工程师在机械设计过程中对机械设备的三维造型设计。SolidWorks强大的三维造型设计是它的一大功能特点，可以帮助机械工程师在设计机械装配的过程中更加的直观化，对于复杂的装备设计过程，可以很直观的了解到它的内部构造，对于机械设计起到了很好的帮助，也降低了在设计过程中的复杂程度，是一项非常有帮助的设计功能。现如今的机械设计过程中，三维造型设计是主流的设计方式，已经完全的代替了手工绘图传统的设计方式，我国的机械设计类公司基本上已经普及了三维造型设计，因此大大的提高了企业的竞争力以及经济效益。SolidWorks的三维造型设计是通过对机械装备的结构形状进行分析，以及各个的机构进行分析，进行有点到线，有线到面的设计过程，根据尺寸的大小的设置最后构成零件的实体形状。通过设计者的要求完成零件的设计最后进行设备的装配设计，把设计好的零件通过装配关系进行装配。二维设计到三维设计是机械设计方式的根本性的改变和发展，而SolidWorks的三维设计，非常的人性化，也非常的容易让大众接受，是目前最广泛的机械设计方式之一，强大的功能可以是设计者把概念产品到实现整个机械装备的设计。

SolidWorks的运动仿真是通过运动算例来进行的，要进行SolidWorks的运动仿真之前，首先要对SolidWorks三维设计之后根据装配关系装配好的装配进行分析，进行干涉的检查，如果没有装配干涉就可以进行motion study 计算。SolidWorks的运动仿真有动画、基本运动以及motion分析三大运动仿真功能模块组成，根据具体的需求可以选择相应的运动仿真操作。SolidWorks的运动仿真分析根据模拟实际的机械机构在实际工作的过程中的运动过程进行模拟仿真。利用SolidWorks运动仿真模块可以在设计阶段就进行整个机构的运动分析，非常直观的显示机构的运动过程，可以让设计者更加的对整个机构进行构思和优化。SolidWorks运动仿真模块，它综合了在机构运动过程的动力学。运动学以及工程力学等学科，使整个运动仿真更加的科学。在设计阶段就综合了实际的运动过程进行分析可以使整个运动机构性能更高，在运动仿真的过程中也可以发现在机构在运动过程可能存在的一些问题，在设计阶段进行优化的话，可以大大的降低机械装备的制造成本和提高其性能强度等，SolidWorks运动仿真可以大大的缩短整个机械装备的设计周期，也大大的提高企业在经济效益。在SolidWorks运动仿真之前，设计者要进行干涉的检查，仿真在装配过程中存在的一些干涉与实际机械装备装配的不一样，科学化的设计装配与运动仿真对机械装备的设计是很有帮助的。

SolidWorks每年都会发布一个新的版本，SolidWorks每年的更新说明了其功能越来越强大，可以是用户达到自己不同的要求。同时SolidWorks提供了应用程序的接口，供用户根据自己的需求，进行二次开发，达到自己的的需求功能。SolidWorks提供了很多的应用程序，通过插件的方式来实现用户需要的功能，例如：SolidWorks motion 、SolidWorks simulation 、SolidWorks toolbox等等插件，根据的具体需求来启动相应的插件，达到自己的功能。SolidWorks的主要功能模块是：零件建模、曲面建模、钣金设计、数据转换、高级渲染、特征识别等功能模块。本毕业设计蝴蝶阀的三维设计与运动仿真就是充分的利用了SolidWorks自身强大的功能来实现的，在三维设计阶段利用SolidWorks零件建模，装配设计，工程图设计来实现的，在蝴蝶阀的运动仿真方面是利用了SolidWorks motion插件来实现的。

1.3 课题研究内容

本课题是在指导老师的指导下，针对水电站中水轮机最常用的阀体蝴蝶阀进行分析，用大学三年学习的专业知识（工程制图、机械设计、机械原理等相关的课程）进行设计与运动仿真，具体的研究步骤如下：

(1)了解国内外三维设计的发展概况。

(2)了解国内外运动仿真的发展概况。

(3)弄清机构的原理及组成，绘制其简图，说明其工作原理，各个零件的名称和作用。

(4)利用三维软件完成机构的三维设计及虚拟装配，并进行装配干涉检查。

(5)利用仿真软件对机构进行运动仿真。

(6)利用软件创建机构零件图及装配图。

参考文献

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[6] 唐文兵，严毅，宁葵. 水轮机蝴蝶阀阀体结构优化设计研究，现代机械，2005.4

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[11] 周振德.大型水轮机顶盖、支持盖结构分析及优化设计[ J].机械强度,1988(3):1～ 6

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