蝶閥設(shè)計時軸承選型考慮的因素

2013-09-20 王建新江蘇神通閥門股份有限公司

　　蝶閥是近年來發(fā)展速度最快的閥門類型之一，其在工藝系統(tǒng)中既可作隔離切斷用，也可作自動調(diào)節(jié)用，主要由閥體、蝶板、閥軸、填料、軸承及驅(qū)動裝置等零部件組成。驅(qū)動裝置的輸出動力，經(jīng)由閥軸傳遞給蝶板，從而實現(xiàn)隔離切斷或調(diào)節(jié)功能。軸承作為閥軸不可或缺的支撐部件，其科學合理的選型至關(guān)重要。

　　軸承是支承軸頸、耳軸、樞軸、短軸及軸上零件，用于減小摩擦和保證回轉(zhuǎn)精度，并使軸及軸上零件在其中轉(zhuǎn)動、擺動或滑動的機器部件。軸承選型的科學合理與否，不僅影響產(chǎn)品性能的保證、功能的實現(xiàn)，而且影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)制造、運行維護的成本。

蝶閥結(jié)構(gòu)形式

　　蝶閥軸支撐結(jié)構(gòu)的一般形式見圖1～圖4。圖1適用于低中壓小規(guī)格整軸式蝶閥，閥軸由安裝在閥體上的一組滑動軸承支撐，滑動軸承的外徑與閥體一般采用小間隙配合或過渡配合，內(nèi)徑與閥軸之間一般采用H9/f9(d9)。

圖1

圖2

圖3

圖4

　　圖2適用于大規(guī)格的閥門，此類閥門一般采用分軸式結(jié)構(gòu)，即由上、下閥軸組成。下閥軸一般只作支撐作用，不傳遞動力，故上閥軸設(shè)計為雙滑動軸承支撐，下閥軸設(shè)計為單滑動軸承支撐。滑動軸承安裝在閥體上和填料壓蓋上，有利于減輕對彈性體填料的吃偏擠壓而導致外漏，同時也能減輕單滑動軸承的過渡磨損風險。

　　圖3是高溫(一般介質(zhì)溫度不低于300℃)工況用蝶閥的軸承結(jié)構(gòu)形式。閥軸屬單支撐懸臂梁結(jié)構(gòu)，且懸臂較長，剛性不足，這時采用雙支撐，在確保同樣彎曲應(yīng)變的情況下，軸徑可減小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低且運行更平穩(wěn)，驅(qū)動力矩也小。為了起到散熱的效果，支架需要一定的長度(按熱傳導相關(guān)資料進行理論計算，再按實踐經(jīng)驗選定)，目前常用單滑動軸承支撐不很合理。

　　圖4是調(diào)節(jié)型蝶閥的軸承布局結(jié)構(gòu)，為了滿足響應(yīng)靈敏度要求，接收信號不滯后，一般采用滾動軸承與滑動軸承的組合結(jié)構(gòu)形式。

軸承材料的選用

　　滾動軸承已商品化、標準化。滑動軸承在閥門中大部分與介質(zhì)直接接觸，所以其耐腐蝕性、耐高溫性、熱穩(wěn)定性(熱膨脹性)是材料選用時考慮的主要因素。一般以銅合金為主，詳見表1。

表1 常用金屬軸承材料及基本性能

　　隨著近年來新材料、新技術(shù)、新工藝的快速發(fā)展，軸承的結(jié)構(gòu)和材料也在不斷更新?lián)Q代，特別是自潤滑軸承近年來得到了廣泛的應(yīng)用。自潤滑軸承是一種粉末冶金含油軸承，通過制備粉料、成形、燒結(jié)和浸漬潤滑油等主要工序制成。制造這種軸套的粉末冶金減摩材料分為鐵基、銅基和鋁基三種。鐵基粉末冶金減摩材料以鐵為主，有時加入少量銅，以改善邊界潤滑性能。它的特點是強度高、價錢便宜，但軸承摩擦性能較差，且會生銹，僅適用于低速場合。銅基粉末冶金減摩材料以青銅為主，加入6%～10%的錫，少量的鋅和鉛。它的特點是不會生銹，在中速、輕載下軸承性能穩(wěn)定，但價格較高。鋁基自潤滑軸承強度適中，但耐磨性和抗膠合性能較差。詳見表2。

表2 自潤滑軸承材料及其物理、力學性能

　　在閥門中非金屬材料的軸承也得到了廣泛的應(yīng)用，例如特種塑料(四氟類)、碳纖維等聚合物等。聚合物具有質(zhì)輕、絕緣、減磨、耐磨、自潤滑、耐腐蝕、成形工藝簡單及生產(chǎn)效率高等特點。和金屬材料比較，他們的摩擦學性能對環(huán)境溫度和濕度敏感，與黏彈性有關(guān)的特性顯著，機械強度低，彈性模量小，對潤滑油的吸附性差。

　　蝶閥用軸承的發(fā)展趨勢

　　(1)滑動軸承滾動化能有效減小驅(qū)動力矩，從而降低能耗，減少用戶的運行成本，體現(xiàn)低碳經(jīng)濟低能耗、低排放的理念。高可靠性和長壽命的特點可以長時間保證高精度，更能適應(yīng)目前對啟閉速度要求越來越快的閥門，特別是具有緊急切斷功能的閥門。

　　(2)模塊化結(jié)構(gòu)軸承與填料箱一體化，減少閥體的金屬切削加工量，實現(xiàn)少切削或無切削，組裝周期短，方便標準化、通用化作業(yè)。

　　(3)可自定心的結(jié)構(gòu)適用于大規(guī)格、傳遞較大扭矩的蝶閥。