核級隔膜閥閥桿螺母與閥蓋配合尺寸的設計

1概述核級直通式隔膜閥是引進英國Saunders公司技術，目前已在國內核電站上得到應用。本文主要介紹該閥閥桿螺母過盈量的設計及如何選擇合理的過盈量，并從理論上提出生產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英國Saunders公司技術，目前已在國內核電站上得到應用。本文主要介紹該閥閥桿螺母過盈量的設計及如何選擇合理的過盈量，并從理論上提出生產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 閥桿螺母的特點和安裝要求
        核級直通式隔膜閥為多回轉閥門（圖1），由手輪（或其他執行機構）帶動閥桿繞軸線回轉運動，經由閥桿螺母（圖2）的傳遞帶動隔膜組件上下運動，從而使閥門達到開啟或關閉。閥桿螺母主要由螺紋面和光滑面兩部分組成。在閥門的開關過程中起傳遞軸向力和力矩的作用。當閥桿繞軸線回轉運動時，其T形螺紋與閥桿螺母接觸后傳遞摩擦力矩和軸向力。根據作用力和反作用力原理，閥桿螺母同時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矩過大使閥桿螺母發生軸向滑移從而造成失效。為此，應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，閥桿螺母不發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 閥桿螺母的設計
        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。過盈連接計算時假設連接零件中的應力處于平面應力狀態（即軸向應力為0），應變均在彈性范圍內，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矩，或者同時兼有以上兩種作用。為了保證過盈連接的工作能力，強度計算必須包含兩個方面。一是在已知載荷的條件下，計算配合面間所產生的壓力（壓強）以及產生這個壓力（壓強）所需zui小的過盈量δmin，并根據材料自身的極限條件算出配合面間所允許產生的zui大壓力（壓強）和由這個壓強所需的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，按標準選取合適的過盈量，并計算在各自zui大和zui小過盈量時的壓緊力及相對應的轉矩。
        3.1 配合面間傳遞載荷所需要的zui小壓強
        過盈連接的配合面間的徑向應力所傳遞的載荷類型分3種情況。
        （1）傳遞軸向力
        當連接面只傳遞軸向力Fa時（圖3），應保證連接在此載荷下不發生軸向位移。此時在配合面間產生的zui小壓強pFmin為
       （1）
        式中  pFmin———配合面間產生的zui小壓強，MPa
        Fa———系統產生的軸向力，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

圖3 受軸向力

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

     表1 過盈連接配合面間的摩擦系數

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