核级隔膜阀阀杆螺母与阀盖配合尺寸的设计

1概述核级直通式隔膜阀是引进英国Saunders公司技术，目前已在国内核电站上得到应用。本文主要介绍该阀阀杆螺母过盈量的设计及如何选择合理的过盈量，并从理论上提出生产装配过程中阀杆螺母与阀盖装配所允许的合理范
        1 概述
        核级直通式隔膜阀是引进英国Saunders公司技术，目前已在国内核电站上得到应用。本文主要介绍该阀阀杆螺母过盈量的设计及如何选择合理的过盈量，并从理论上提出生产装配过程中阀杆螺母与阀盖装配所允许的合理范围，从而确保使用的可靠性与安全性。
        2 阀杆螺母的特点和安装要求
        核级直通式隔膜阀为多回转阀门（图1），由手轮（或其他执行机构）带动阀杆绕轴线回转运动，经由阀杆螺母（图2）的传递带动隔膜组件上下运动，从而使阀门达到开启或关闭。阀杆螺母主要由螺纹面和光滑面两部分组成。在阀门的开关过程中起传递轴向力和力矩的作用。当阀杆绕轴线回转运动时，其T形螺纹与阀杆螺母接触后传递摩擦力矩和轴向力。根据作用力和反作用力原理，阀杆螺母同时受到相反方向的螺纹摩擦力矩和阀杆轴向力的作用，在阀门开启过程中会因转矩过大使阀杆螺母发生轴向滑移从而造成失效。为此，应保证阀杆螺母与阀盖接触面间过盈配合，在正常传递摩擦力矩和轴向力时，阀杆螺母不发生位移或者塑性变形。 
      
1.手轮2.阀盖3.阀杆螺母4.隔膜组件5.阀体
图1 直通式隔膜阀

图2 阀杆螺母

        3 阀杆螺母的设计
        阀门的工作压力PN=2.0MPa，温度t≤85℃。阀杆选用的材料为17－4PH，阀杆螺母的材料为QAl9－4。过盈连接计算时假设连接零件中的应力处于平面应力状态（即轴向应力为0），应变均在弹性范围内，材料的弹性模量均为常量，配合面上压力为均匀分布。
        过盈连接主要用以承受轴向力或传递转矩，或者同时兼有以上两种作用。为了保证过盈连接的工作能力，强度计算必须包含两个方面。一是在已知载荷的条件下，计算配合面间所产生的压力（压强）以及产生这个压力（压强）所需zui小的过盈量δmin，并根据材料自身的极限条件算出配合面间所允许产生的zui大压力（压强）和由这个压强所需的zui大过盈量δmax，从而确定过盈尺寸的极限范围（δmin，δmax）。二是在所确定极限范围的过盈尺寸中，按标准选取合适的过盈量，并计算在各自zui大和zui小过盈量时的压紧力及相对应的转矩。
        3.1 配合面间传递载荷所需要的zui小压强
        过盈连接的配合面间的径向应力所传递的载荷类型分3种情况。
        （1）传递轴向力
        当连接面只传递轴向力Fa时（图3），应保证连接在此载荷下不发生轴向位移。此时在配合面间产生的zui小压强pFmin为
       （1）
        式中  pFmin———配合面间产生的zui小压强，MPa
        Fa———系统产生的轴向力，N
        d———配合的公称直径，mm
        l———配合长度，mm
        μ———配合面间的摩擦系数

图3 受轴向力

        配合面间的摩擦系数与配合面的状态、材料及润滑情况等因素有关（表1），需由试验确定。

     表1 过盈连接配合面间的摩擦系数

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