一种低温蝶阀密封副加工测量尺寸的确定方法与流程

1.本发明涉及阀门制造技术领域，特别是涉及一种低温蝶阀密封副加工测量尺寸的确定方法。


背景技术：

2.低温蝶阀由于其所处工作环境恶劣，起关键密封作用的密封副常采用密封性更好的三偏心结构。其中，第一个偏心是旋转轴相对密封圈的轴向偏心，第二个偏心是旋转轴相对流道中心的径向偏心，第三个偏心是密封圆锥面相对流道中心的角度偏心，三偏心结构的密封副可以使蝶阀在开关过程中密封圈相对阀座无接触，消除了单偏心或两偏心蝶阀密封副在开关时的摩擦磨损，有效延长了低温蝶阀的使用寿命。低温蝶阀的密封副为全金属材质，金属在低温工况下会变脆变硬。如果阀座和密封圈由于尺寸问题没有准确配合，在低温工况下，由于金属密封副变硬，即使执行机构提供充分大的扭矩，密封副也会因为变形量小而很难发生形变弥补尺寸问题产生的间隙，最终使得低温蝶阀在低温环境中失效。因此，为了保证低温蝶阀在常温和低温工况下都具有良好的密封效果，在加工前就要确定好准确的测量尺寸。
3.现有的三偏心结构密封副加工测量尺寸的确定方法是：根据蝶阀不同公称口径和公称压力画不同的三维模型，然后在三维模型上测量加工测量尺寸。该方法在确定不同规格的密封副加工测量尺寸时，需要重复绘制三维模型，工作量较大，并且在用鼠标选择测量点时，很容易选择错误的测量点，造成确定加工测量尺寸的效率非常低且容易出错。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温蝶阀密封副加工测量尺寸的确定方法，用于解决现有技术中确定加工测量尺寸工作量大且易出错的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温蝶阀密封副加工测量尺寸的确定方法，包括：
6.建立低温蝶阀密封副的空间解析几何模型；
7.提供三偏心参数，通过所述低温蝶阀密封副的空间解析几何模型获得密封副加工测量尺寸。
8.可选地，所述建立低温蝶阀密封副的空间解析几何模型包括：
9.建立斜圆锥解析几何方程；
10.建立密封副截面椭圆中心线解析几何方程；
11.根据斜圆锥解析几何方程和密封副截面椭圆中心线解析几何方程，建立三偏心结构密封副空间解析几何模型和密封副截面椭圆空间解析几何模型。
12.可选地，所述建立斜圆锥解析几何方程包括：
13.建立以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程；
14.将所述正圆锥解析几何方程进行两次坐标变换得到斜圆锥解析几何方程。
15.可选地，所述建立密封副截面椭圆中心线解析几何方程包括：
16.建立以圆锥顶点为坐标原点的截面椭圆中心线直线解析几何方程；
17.将所述截面椭圆中心线直线方程进行一次坐标变换得到变换后的截面椭圆中心线解析几何方程。
18.可选地，所述建立以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程中的正圆锥解析几何方程包括：
19.y2+z2＝(x
·
tanθ)2，
ꢀꢀ
(1)
20.其中，x为圆锥面上一点m在x轴的坐标，y为m在y轴的坐标，z为m在z 轴的坐标，θ为圆锥半顶角。
21.可选地，所述将正圆锥方程进行两次坐标变换得到斜圆锥方程包括：
22.对所述正圆锥解析几何方程进行第一次坐标变换，将以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程绕原点顺时针旋转角度偏心a，m旋转到点m0(x0,y0,z0)，得到：
23.(x0sina+y0cosa)2+z
02
＝(x0cosa-y0sina)2tanθ2；
ꢀꢀ
(2)
24.对所述正圆锥解析几何方程进行第二次坐标变换，将经过第一次坐标变换的正圆锥解析几何方程坐标系向右移hcosa，向下移hsina-e，m0在新坐标系中为 m＇(x＇,y＇，z＇)，得到：
25.[(x'+hcosa)sina+(y'-hsina+e)cosa]2+z'2＝[(x'+hcosa)cosa
‑ꢀ
(y'-hsina+e)sina]2tanθ2，(3)
[0026]
其中，h为圆锥的高，e为三偏心蝶阀的径向偏心。
[0027]
可选地，所述建立以圆锥顶点为坐标原点的截面椭圆中心线解析几何方程中的截面椭圆中心线解析几何方程包括：
[0028]
y＝-tan2θ
·
tana
·
x，(4)
[0029]
其中，x为圆锥的截面椭圆中心线上一点n在x轴的坐标，y为n在y轴的坐标，θ为圆锥半顶角，a为以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程绕原点顺时针旋转角度偏心a。
[0030]
可选地，所述将截面椭圆中心线解析几何方程进行一次坐标变换得到变换后的截面椭圆中心线解析几何方程包括：
[0031]
将所述截面椭圆中心线解析几何方程的坐标系向右移hcosa，向下移 hsina-e，n在新坐标系中为n＇(x＇,y＇，z＇)，得到：
[0032]
x'sina+y'cosa＝-tan2θ
·
tana
·
(x'cosa-y'sina)，
ꢀꢀ
(6)
[0033]
其中，h为圆锥的高，e为三偏心蝶阀的径向偏心。
[0034]
可选地，所述根据斜圆锥解析几何方程和密封副截面椭圆中心线解析几何方程，建立三偏心结构密封副空间解析几何模型和密封副截面椭圆空间解析几何模型包括：
[0035]
建立斜圆锥解析几何方程模型；
[0036]
建立密封副截面椭圆中心线方程解析几何模型。
[0037]
可选地，所述三偏心参数至少包括偏心角、圆锥高、径向偏心、圆锥顶角、密封副厚度以及轴向偏心；所述密封副加工测量尺寸至少包括密封副截面椭圆的长轴和短轴尺寸。
[0038]
如上所述，本发明的一种低温蝶阀密封副加工测量尺寸的确定方法，具有以下有益效果：
[0039]
本发明针对低温蝶阀三偏心结构密封副加工测量尺寸的确定方法提出优化改进，建立解析三维几何模型，通过输入相关设计参数即可快速准确的计算出加工测量尺寸，并且结果准确，从而避免根据不同的偏心参数重复多次绘制三维模型，大幅减少了工作量并且提升了准确率。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例未经过坐标变换的正圆锥图形示意图；
[0041]
图2为本发明实施例经过第一次坐标变换的圆锥图形示意图；
[0042]
图3为本发明实施例经过第二次坐标变换的圆锥图形及在圆锥上截取的密封副结构的示意图；
[0043]
图4为本发明实施例由两平行面在经过第二次坐标变换的圆锥图形上截取的密封副结构的示意图；
[0044]
图5为本发明实施例的总体流程图；
[0045]
图6为本发明实施例通过两次坐标变换最终绘制的斜圆锥面解析几何图。
具体实施方式
[0046]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0047]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0048]
本实施例提供一种低温蝶阀密封副加工测量尺寸的确定方法，包括：
[0049]
建立低温蝶阀密封副的空间解析几何模型；
[0050]
提供三偏心参数，通过低温蝶阀密封副的空间解析几何模型获得密封副加工测量尺寸。
[0051]
所述建立低温蝶阀密封副的空间解析几何模型包括：
[0052]
建立斜圆锥解析几何方程；
[0053]
建立密封副截面椭圆中心线解析几何方程；
[0054]
根据斜圆锥解析几何方程和密封副截面椭圆中心线解析几何方程，建立三偏心结构密封副空间解析几何模型和密封副截面椭圆空间解析几何模型。
[0055]
所述建立斜圆锥解析几何方程包括：
[0056]
建立以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程；
[0057]
将所述正圆锥解析几何方程进行两次坐标变换得到斜圆锥解析几何方程。
[0058]
所述建立密封副截面椭圆中心线解析几何方程包括：
[0059]
建立以圆锥顶点为坐标原点的截面椭圆中心线解析几何方程；
[0060]
将所述截面椭圆中心线解析几何方程进行一次坐标变换得到变换后的截面椭圆中心线解析几何方程。
[0061]
如图1所示，所述建立以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程中的正圆锥解析几何方程包括：
[0062]
y2+z2＝(x
·
tanθ)2，
ꢀꢀ
(1)
[0063]
其中，x为圆锥面上一点m在x轴的坐标，y为m在y轴的坐标，z为m在z 轴的坐标，θ为圆锥半顶角。
[0064]
所述将正圆锥解析几何方程进行两次坐标变换得到斜圆锥解析几何方程包括：
[0065]
如图2所示，对所述正圆锥解析几何方程第一次坐标变换，将以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程绕原点顺时针旋转角度偏心a，m旋转到点m0(x0,y0,z0)，其第一次左边变换关系式如下所示：
[0066][0067]
将公式k代入公式1中，得到正圆锥解析几何方程第一次坐标变换后的公式：
[0068]
(x0sina+y0cosa)2+z
02
＝(x0cosa-y0sina)2tanθ2；
ꢀꢀ
(2)
[0069]
如图3所示，对所述正圆锥解析几何方程第二次坐标变换，将经过第一次坐标变换的正圆锥解析几何方程坐标系向右移hcosa，向下移hsina-e，m0在新坐标系中为m＇(x＇,y＇，z＇)，其第二次坐标转换关系式为：
[0070][0071]
将公式q代入公式2中，得到正圆锥解析几何方程第二次坐标变换后的公式 (斜圆锥解析几何方程)：
[0072]
[(x'+hcosa)sina+(y'-hsina+e)cosα]2+z'2＝[(x'+hcosa)cosa
‑ꢀ
(y'-hsina+e)sina]2tanθ2,(3)
[0073]
其中，h为圆锥的高，e为三偏心蝶阀的径向偏心。
[0074]
建立以圆锥顶点为坐标原点的截面椭圆中心线解析几何方程包括：
[0075]
如图4所示，三偏心结构的密封副可以看作是两平行面对斜圆锥截取的部分 (图4阴影部分)，密封副上平行于x轴的截面为椭圆形，对于密封副来说，在加工过程中，通过实时测量椭圆的长轴和短轴的尺寸来控制加工是否到位，要测量截面椭圆的长轴和短轴尺寸，需要确定椭圆的中心点，在三偏心密封副斜圆锥空间解析几何模型中(如图2所示的坐标系中)，已知所有截面椭圆中心点所连成的线在正圆锥坐标系中的的方程为：
[0076]
y＝-tan2θ
·
tana
·
x，
ꢀꢀ
(4)
[0077]
其中，x为圆锥的截面椭圆中心线上一点n在x轴的坐标，y为n在y轴的坐标，θ为圆锥半顶角，a为以圆锥顶点为坐标原点的正圆锥解析几何方程绕原点顺时针旋转角度偏心a。
[0078]
所述将截面椭圆中心线解析几何方程进行一次坐标变换得到变换后的截面椭圆中心线解析几何方程包括：
[0079]
将所述截面椭圆中心线解析几何方程的坐标系向右移hcosa，向下移 hsina-e，n在新坐标系中为n＇(x＇,y＇，z＇)，得到经过一次坐标变换得到变换后的截面椭圆中心线解析几何方程：
[0080]
x'sina+y'cosa＝-tan2θ
·
tanα
·
(x'cosa-y'sina)，
ꢀꢀ
(6)
[0081]
其中，h为圆锥的高，e为三偏心蝶阀的径向偏心。
[0082]
所述根据斜圆锥解析几何方程和密封副截面椭圆中心线解析几何方程，建立三偏心结构密封副空间解析几何模型和密封副截面椭圆空间解析几何模型包括：
[0083]
建立斜圆锥空间解析几何模型；
[0084]
建立密封副截面椭圆中心线空间解析几何模型。
[0085]
所述三偏心参数至少包括偏心角、圆锥高、径向偏心、圆锥顶角、密封副厚度以及轴向偏心；所述密封副加工测量尺寸至少包括密封副截面椭圆的长轴和短轴尺寸
[0086]
根据最终的斜圆锥解析几何方程和截面椭圆中心线解析几何方程(公式3 和公式6)，利用matlab编写计算机程序建立斜圆锥空间解析几何模型和椭圆中心线空间解析几何模型以及计算密封副的加工测量尺寸。
[0087]
确定密封圈椭圆短轴加工测量尺寸的相关过程如下：
[0088]
提示用户输入偏心角，圆锥高，径向偏心，圆锥顶角，密封副厚度，轴向偏心；
[0089]
建立经过两次坐标变换后的正圆锥解析几何方程(公式3)；
[0090]
建立经过一次坐标变换后的密封副截面椭圆中心线解析几何方程(公式6)；
[0091]
计算阀座或密封圈测量端面椭圆的长轴在空间坐标系中的z值，包括最大值 zmax和最小值zmin；
[0092]
计算阀座或密封圈测量端面椭圆的短轴在空间坐标系中的y值，包括最大值ymax和最小值ymin；
[0093]
计算椭圆长轴的测量尺寸cl＝zmax-zmin；
[0094]
计算椭圆短轴的测量尺寸cs＝ymax-ymin。
[0095]
图5为本方案的整体流程图，图6为本方案通过两次坐标变换最终绘制的斜圆锥面解析几何图(图6只是作为参考用，程序计算中不需要绘制此图)。
[0096]
本发明针对三偏心结构低温蝶阀加工测量尺寸的确定方法提出优化改进，由原来的利用画三维模型，然后通过三维模型确定密封副的加工测量尺寸的方法，改为利用matlab软件(数学软件)编程建立解析三维几何模型，通过输入相关设计参数即可快速准确的计算出加工测量尺寸。改进后的方法简单准确，不再需要根据不同的偏心参数重复多次绘制三维模型，编写好程序后，输入相关参数即可快速准确输出结果，大幅减少了工作量并且提升了准确率。
[0097]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。