1、本科毕业论文（20届）暖通电动调节阀的结构设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要经济不断发展，人民生活水平不断提高，对生活环境温度的要求也不断提升，冬季供暖问题逐渐被人们所关注。然而近年来能源紧张，节能低碳成为一种发展方向。供暖系统中电动调节阀主要是用来根据实际环境温度来控制热水流量达到控制室内温度的一个电动装置，该电动装置主要由电路电子部分和机械结构部分。本文就供暖系统中电动调节阀的功能与作用展开论述，对现在市场上已有的一些产品进行功能设计的概括分析阐述，然后主要实现对电动调节阀的结构功能分析与设计；根据电动调节阀的实际功能与功率要求根据不同
2、类型电机的特点与区别选择合适的同步电机或者步进电机作为整个电动调节阀的动力机构；并且对齿轮传动的方式进行设计选择，设计齿轮系结构布置，空间排布安装与计算校核；还有手动控制系统的原理以及机械结构的设计，箱体尺寸参数设计计算。除机械结构传动方面的设计分析之外，还有控制电路流程图的设计，详细描述信号的发出，传递与执行整个工作过程，简述开关量与模拟量的区别与异同。最后完成对整个产品完的图纸绘制。关键词暖通；同步电机；电动调节阀；齿轮。IIABSTRACTWITHTHEECONOMICDEVELOPMENT,PEOPLESLIVINGSTANDARDISIMPROVING,THEREQUIREMENTS
3、OFTHELIVINGENVIRONMENTTEMPERATUREISRISING,THEWINTERHEATINGPROBLEMGRADUALLYISCONCERNEDBYTHEPEOPLEHOWEVER,ENERGYSHORTAGESINRECENTYEARS,BECOMEALOWCARBONENERGYDEVELOPMENTHEATINGSYSTEMELECTRICCONTROLVALVEISPRIMARILYUSEDTOCONTROLTHEACTUALTEMPERATUREOFHOTWATERWHICHFLOWTOCONTROLTHEINDOORTEMPERATUREOFANELECT
4、RICDEVICES,THEELECTRICDEVICEMAINLYCONSISTSOFCIRCUITSOFELECTRONICPARTSANDMECHANICALSTRUCTUREPARTSINTHISPAPER,ELECTRICHEATINGSYSTEMINTHEFUNCTIONANDROLEOFREGULATINGVALVETOSTARTDISCUSSIONONTHECURRENTNUMBEROFPRODUCTSALREADYONTHEMARKETFORFUNCTIONALDESIGNDESCRIBESAGENERALANALYSIS,SUMMARIZESTHEMAINIMPLEMENT
5、ATIONAFTERTHEELECTRICCONTROLVALVEFORTHESTRUCTUREANDFUNCTIONANALYSISANDDESIGNUNDERTHEELECTRICTHEACTUALVALVEFUNCTIONANDPOWERREQUIREMENTSSELECTTHEAPPROPRIATESYNCHRONOUSMOTORORSTEPPERMOTOR,SYNCHRONOUSMOTORANDSTEPPERMOTOR,ANDTHEPRINCIPLESANDDISTINCTIONSWAYGEARSELECTION,GEARSTRUCTURE,LAYOUT,INSTALLATIONAN
6、DCALCULATIONOFSPATIALARRANGEMENTOFCHECKINGMANUALCONTROLSYSTEMTHEORYANDTHEMECHANICALSTRUCTUREDESIGN,BOXDESIGNANDCALCULATIONOFSHAPEPARAMETERSREMOVETHEHARDWAREDESIGNANDANALYSIS,ASWELLASFLOWCONTROLCIRCUITDESIGN,ADETAILEDDESCRIPTIONOFTHESIGNALSENT,DELIVERYANDIMPLEMENTATIONOFTHEENTIREWORKPROCESS,ANDTHEANA
7、LOGSWITCHBRIEFLYTHEDIFFERENCESANDSIMILARITIESANDDIFFERENCESCOMPLETETHEDRAWINGSONTHEDRAWINGOFTHEENTIREPRODUCTKEYWORDSHEATINGVENTILATINGSYNCHRONOUSMOTORMOTORIZEDMODULATINGGEARIII目录摘要I目录III1绪论111供暖系统现状1111大型建筑商用中央空调2112民用供暖系统212电动调节阀的结构与节能4121电动调节阀的结构与作用4122阀体驱动电机类型5123电动调节阀的原理62电动调节阀的结构设计721电动调节阀的整体设计
8、722驱动电机的选择7221同步电机7222步进电机1023机械结构设计11231齿轮的设计与计算11232齿轮系传动的结构分布16233手动控制结构设计173电动调节阀的控制系统设计1931电动调节阀的控制原理1932开关量与模拟量功能分析1933系统控制流程图204总结与展望23参考文献24致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。11绪论新世纪以来我国经济建设发展极其迅速，人民生活水平得到很大提高，但是与此同时也背负了巨大的代价，经济发展的可持续性与人们生活环境的可承受力之间的矛盾日趋尖锐，近些年来广大人民对环境问题的特别关注。这与经济的结构发展方式有着很大的关系。在认识到这些问题之后就要
9、加快调整经济结构的步子、努力转变生产发展方式，如果生活环境被破坏，这样的发展方式是得不偿失的。转变经济的结构与发展方式就要做到科技进步，科学技术是第一生产力，只有坚持节约、清洁、安全的发展方式，才能实现国家建设又好又快的发展。与此同时，全球气候变暖厄尔尼诺等全球性问题，受到国际社会得广泛关注和讨论。能源的消耗与浪费是造成这些问题的主要原因。而落后的供暖系统的能源浪费问题近年来引起了社会的极大关注，在这样一个背景下，供暖系统的节能环保成为人们日益关切的一个问题，这也正是本课题所研究的社会背景1。11供暖系统现状我国北方气候四季分明，冬季寒冷漫长，供暖是保障人民正常生活的基本需求，目前北方的供暖都
10、是集体供暖，主要形式为铸铁散热器供暖，与地热管道散热两种。这两种方式的采用很大程度上满足了居民的采暖需求，可以让居民过上一个温暖的冬季。但是这也存在着一些问题比如，供暖形式单一，温度调节能力差，灵敏度不高，舒适度欠佳。有事由于室内温度过高而不得不开窗通气降温，给人民的生活造成了一定的麻烦，而且由于国家科学发展观的指导以及节能减排政策的出台2。未来的供暖方式一定会发生一次变革，主要朝着节能环保高效舒适的方向发展。我国经济快速发展，各项经济建设取得巨大成就，但是也付出了巨大的资源和环境代价，经济的发展与资源环境承受能力的矛盾日趋尖锐，群众对居住环境污染问题的反应强烈。这种状况与经济结构发展不合理、
11、增长方式不集约直接相关。如果不加快调整经济结构、转变经济增长方式，环境资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展的可持续性将难以为继。只有坚持节约、清洁、安全的发展，才能实现经济又好又快的发展。同时，温室气体排放2引发的全球气候变暖，备受国际社会广泛关注3。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切要求，同时也是我们应当承担的责任。111大型建筑商用中央空调商用供暖主要表现在大商场以及百货大楼中的中央空调的使用，中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的504。由于中央空调系统都是按照最大负载并加一定的余量设计，而实际上在一年中，
12、满负荷运行最多只有十多天，其结果是造成大量的能源浪费，增加了商业运营的成本，降低了利润，并且由于中央空调的温度感应不够灵敏以及建筑物内部空间巨大，致使温度调节能力差。112民用供暖系统北方民用供暖主要有铸铁散热器供暖，与地热管道散热两种。由大型供暖公司提供，每年都消耗大量的能源，在现在这样一种节能低碳环保的经济大环境下造成了大量的能源浪费5。在北方尤其是我国东北三省，冬季寒冷漫长，为了使广大居民冬季也能过上温暖舒适的生活，提高人居生活环境质量，室内供暖是必不可少的，但是时常由于供暖热量不能得到有效的控制，造成大量多余的热量进入室内，致使室内温度过高闷热。给居民生活造成了极大困扰与不便6。供暖热
13、量的精确控制不仅可以提高人们生活环境的舒适度还可以有效的节约煤炭等不可再生能源。以下是两种不同的供暖散热方式的图片。图11铸铁暖气片3图12地热管道供暖居民居住环境供暖问题，广泛存在并且涉及千家万户。经过长期的应用和考验，作为一项比较成熟的应用技术，随着科学技术的不断发展，集中供暖与其它与生活密切相关的技术一样，暖气供应技术也需要不断改革，发展与进步，使整个集中供暖系统安排设计更加合乎需求，系统的控制与运行更灵活，设备制造设计技术采用更加先进的方式，集约能源是暖通领域需要面对的一个现实问题，以适应未来建筑对能源节约的要求从。新世纪以来，由于能源组织结构发生了重大变化，建筑建造使用的由于收益及物
14、业管理上的需要，也由于人们生活水平生活质量要求的提高而对热舒适度提出了更高的需求，特别是由于各地供暖费用等较为棘手的问题出现，使供暖系统的分户供热计量和分户供热收费问题变得十分迫切。同时，如低温辐射电热膜供暖，各家各户设置燃气热水炉、电热水炉供暖等各种互相不同的供暖技术及相应产品开发的兴起7。供暖方式的多种多样化，是供暖技术发展方向与趋势的一种表现，人们针对各种不同实际使用情况和需求，对供暖方式有了多种选择8。正因为这种情况的存在，对传统的集中供暖方式无疑形成了很大的影响。但当前有一种现象值得我们去思考，在一些新设计的建筑房地产工程项目中，有的开发商不顾及工程的具体实际情况，对各种供暖方式不进
15、行具体分析，更不做经济技术之间的比较，过度强调非集中供暖方式以便于实现分户热计量，如此便可解决供暖费的拖欠问题，有利于分户供热收费的特点9，而盲目采用，以致集中供暖方式在这样的一个大环境下被忽视。甚至在高层民用住宅中，都采用了一家一户式的燃气热水炉供暖，给安全带来隐患。国家行政主管部门，也在不顾及能源的节约问题而在一味的推崇这种供暖方式10。这就使得我们不得不去去思考集中供暖有着各种各样的优势，包括集中供热在能源总的利用效率相对于各家各户的供暖方式更高、供暖质量和卫生条4件也较之更好、保护环境减少污染、防火及安全保障等都不是分户供暖可以相提并论的，以及一次性投资和长期运行低消耗等各种方面的优越
16、性、事实上就都因为要引入分户供热计量和供热收费而不存在了，在建设部颁布的民用建筑节能管理规定中，已回答了这个问题。管理规定把“集中供热”列为国家鼓励发展的建筑节能技术，明示新建建筑应设集中采暖系统。规定中同时指出，实施分户供热计量计费是实现建筑物节能环保低耗管理的一项革命性技术措施，研究分户供热计量和供热收费与坚持集中供暖包括集中供热的优越性，都是为了更好地实现建筑节能环保，二者的要求是完全一致的，不应该把二者相对立起来11，而由此可以看出电动调节阀的使用是必不可少的，对于现实的生活背景与发展趋势都是必要的12。12电动调节阀的结构与节能电动调节阀是由阀门电动装置和阀门组合成一体的管道附件，它
17、可以接受运行人员或自动装置的命令，自动截断或调节管道中的介质的流量。电动装置和阀门本身都是独立的部件。为了保证电动阀门的工作性能良好，除了必须有性能良好的阀门电动装置和阀门外，还应使二者能很好的协调工作。工业部门中应用的阀门种类很多，这里只讨论暖通系统中所需要用到的13。电动调节阀是通过接收工业自动化控制系统的信号来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。实现自动化调节功能的一种装置。主要应用于电力、化工、冶金、环保、水处理、轻工、建材等工业自动化系统领域。电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。随着工业领域的自动化程度越来越高，正被越来越多
18、的应用在各种工业生产领域中。与传统的气动调节阀相比具有明显的优点电动调节阀节能，环保，安装快捷方便等优点14。尤其在热水供暖能系统中得到大量的应用。电动调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经电动调节阀的相对流量与它的开度之间关系。电动调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性和抛物线特性等三种15。121电动调节阀的结构与作用传统机械控制金属密封球阀主要零部件有如图13所示左阀体、右阀体、球体、右阀座、弹性垫和阀杆等，左阀体上与球体接触部分，采用特殊工艺，5加强表面硬度，提高球体的耐磨性以提高阀体的工作可靠性，这种球阀的工作方式主要是由笑面管道内的球阀转动使管道关闭或者开启来
19、控制流量16。右阀座不起密封作用，不需要进行表面密封硬化处理。图13单向金属密封球阀122阀体驱动电机类型电动调节阀广泛应用于水暖，化工，水处理，电力，冶金，环保，轻工，建材等工业自动化系统领域。电动调节阀的所谓电动是由电流或者电压信号来进行控制的一个机电一体化产品，信号由传感装置获得，产生信号传递给驱动电机，驱动电机转动带动齿轮传动使阀体开启或者关闭。因此驱动电机是电动调节阀中一个至关重要的动力提供装置。驱动电机主要有，同步电机，异步电机，步进电机等几种类型。同步电机，是一种常见得交流电机。特点是稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系NNS60F/P，NS称为同步转速。若电网的频率
20、不变，则稳态运行时同步电机的每分钟转动速恒为常数而与负载的大小无关17。异步电机电机的转速转子转速小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。SNSN/NS，S为转差率。优点结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。缺点功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制件。在非超载6的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个方波脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”18。123电动调节阀的原理单向金属密封球阀是在普通的二片式金属密
21、封球阀的基础上进行改进。将左阀座与左阀体连在一起构成一体化阀座。球体与左阀体中的一体化阀座构成密封副。球阀在管道上的安装具有方向性，左端与下游管道连接，右端与上游管道连接。在上游管道的流体流通压力及来自右边阀门座底端的挠性预紧装置的共同力的作用下，球体紧紧靠在左端阀体中，从而形成密封条件，使管道内的流体介质被阻隔。右端阀门底座紧紧对密封球体起着导向作用同时还起到一定的预紧约束。由于采用一体化的设计方案，不仅减少了阀门的内部零部件数量，又减少了阀门内部零件缝隙间的泄漏点，这样的整体设计阀座阻绝了管道内流体介质的泄漏。并且结构相对不复杂，密封能力也比一般的阀门要优良很多，工作运行更加稳定并且可靠。
22、这种整体化设计的结球阀在特殊的工况条件下仍然可以可靠的工作，应用范围很广19。电动调节阀的驱动器主要有交流电压双向同步电机，交流电压单向同步电机。交流电压双向同步电机与交流电压单向同步电机的主要区别是交流电压双向同步电机在改变接线方式即电流的通过方向时可以同时改变电动机的转动方向，并通过电动机开启时间的长短来控制介质的流通速度以达到控制热量的目的。电动调节阀是由电动驱动装置和机械结构阀门共同组成的机电一体化产品。它既是管道部件阀门，又是机电自动化部件电动调节装置。所以它除了必须满足管道流通中对于阀门的要求外，还必须满足工作应用过程中对于自动化装置的要求。电动调节阀主要使用电动机作为驱动部件。7
23、2电动调节阀的结构设计21电动调节阀的整体设计电动调节阀主要是由机械部分即壳体和齿轮传动部分，电路控制部分，驱动电机部分组成。机械部分的壳体是用来保护承装内部零件的箱体，箱体主要分上下箱体组成，上下箱体由螺钉连接，箱体上并且附加一些固定零部件的轴座等。齿轮传动部分由于同步电机的转速较高，阀体开启90的时间在实际应用中30S到45S都是可以接受的，因此阀体的转速应该为05R/MIN到1/3R/MIN之间，因此传动比较大，故使用多级齿轮传动。由于通常设计齿轮传动中传动比I7并且为了使阀体更快的得到响应，故采用五级齿轮传动。图21暖通电动调节阀的剖视图22驱动电机的选择221同步电机同步电机和异步电
24、机都是是常见的交流电机。同步电机的特点是稳态运8行时，转子的转速由所用的电流的频率决定，固定不变。转速大小有这样一个公式可以计算，转速60电源频率（HZ）/电机极数（F）。如果所用电源的频率稳定不变，则正常工作时同步电机的转动速度固定不变由以上的公式决定和负载功耗的大小无关。异步电机就是电转子转动的速度与定子励磁产生的旋转磁场的转速不同步。这个转子的转动差与定子所产生的旋转磁场的转动速度之间的比率叫转差率。异步电机与同步电机的不同之处在于1、从转动速度方面来说，异步电机的转动速度只与负载的大小有关当然这也有一定的范围，而同步机的转速只与供应电源的频率有关。2、从电源方面来说，异步电机只是在定子
25、外侧加上电压，而同步电机则要在转子和定子上都加上电压，此外永磁同步电机的转子靠永磁体来励磁，不需要外加的通电励磁，所以转子不需要加上电压，换句话说就是异步机是单边励磁，同步机是双边励磁。3、从内部结构组成上来说，异步电机与同步电机的转子的结构也是不同的20。与其它类型的电机一样，同步电机也是由定子和转子两种主要结构组成的。按照不同的转动方式可以分为同步电机和转枢式同步电机两种。图22给出了最常见的转场式同步电机的结构模型示意图，图中定子的磁铁心的内圆均匀分布在定子槽内，交流绕组在结构槽内嵌放着，按一定规律排列并且三相对称。这种同步电机的内部定子又被称为电枢，定子铁心和绕组组合又称合称为电枢铁心
26、和绕组21。气隙处于电枢内环与转子磁极之间，气隙层的薄厚和形状大小对电机内部磁场的产生与分布和同步电机的工作运行性能有很大影响22。除了转场式同步电机之外,还有转枢式同步电机，两者的不同之处在于其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，在这个时候同步电机的转子就被当做电枢来使用。图22中用CZ,AX,BY三个在空间交错成120度均匀分布的线圈代表三相对称的交流转动绕组。图22同步电机结构9工作原理磁场建立通入直流工作电流，励磁绕组建立极性相间的励磁主磁场。载流导体充当功率绕组的三相对称的电枢绕组成为感应电动势或者感应电流的载体。切割运动原动机拖动转子旋转给电机输入机械能，极性相间的励
27、磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组相当于绕组的导体反向切割励磁磁场。交变电势的产生由于主磁场与电枢绕组之间的相对切割运动，电枢绕组当中将会产生出方向和大小都按规律变化的三相对称交变电动势。通过引出线，就可以提供交流电源。感应电势的有效值WFKFNE444021感应电动势频率感应电动势的频率由同步电机的转速N和极对数P可以算出，即60PNF22对称性与交变性由于旋转磁场的极性相间，感应电势会极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。同步转速同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致23。我国
28、电网的频率为50HZ，故有PPFN30006023如果要发电机供给电网50HZ的工作频率，发电机的转动速度就必须为某些固定值，这些固定值称为同步电机的同步转速。例如两个极对子的电机的同步转速为3000R/MIN，4极电机的同步转速为1500R/MIN，依次类推。只能运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来24。运行方式同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机是同步电机最主要的工作用途，而当做电动机是同步电机的另一种重要的应用25。同步电动机可以调节功率因数，而在不需要调节速度的工作场合，则使用较大型的同步电动机就可以提高工作的效率。最近几
29、年，在空调等的变频调速系统当中小型同步电机开始得到较多地应用。同步电机还10可以应用于电网当中作为同步的补偿机。这个时候电机不带动任何的机械负载，仅仅是靠调节转子当中的励磁电流磁场向电源网络发出所需要的感无功功率，来调节改善供电网络功率因数，达到调节供电网络供电压的要求26。222步进电机将电脉冲信号即方波信号转变为机械转动角位移或线位移的一种经常使用的开环控制电机元件就是所谓的步进电机。在没有超过额定载荷的情况下，电机的转速、停止的位置由脉冲信号的频率和脉冲数决定，而不受其他环境和外界条件的变化的影响，即给电机加一个方波脉冲信号，电机就转过一个步距角。这种条件反射式的反应的存在，再加上步进电
30、机无累积误差而只有周期性的误差等的特点。使得步进电机在速度、位置控制等自动化领域得到了广泛的应用。图23步进电机的组成结构驱动电机是电动调节阀中的动力提供装置，并且根据电动机的转速及扭矩功率等参数进行选择，电动机的转速决定多级齿轮传动的传动比，最终决定阀体的开启关闭时间，因此驱动电机的选择是整个电动调节阀的结构设计中至关重要的一环。驱动电机主要有交流电压同步电机，以及步进电机。同步电机的磁场与励磁磁场同步，不会产生拖步的现象，即只要给出信号，电机就会转动，而不会像步进电机一样，由于磁场不同步，当接收到一个信号时，由于来不及反应，造成拖步现象。表现在实际过程中就是调节能力差，反应不够灵敏，反应滞
31、后，使温度的调节不能及时有效的进行，因而不能够采用。考虑到普通民用供暖管道的流量，阻力不大，大概需要扭矩为4NM采用价格合适，功率又足11够用的交流电压同步电机即可满足要求。因此选用TYS500C，功率3VA。转速为500R/MIN。23机械结构设计231齿轮的设计与计算设计为五级齿轮传动，传动比依次为2,5,5,5,4。小齿轮齿数一律规定为最小不根切齿数17，并且取第一级传动的模数为1，二级传动，三级传动，四级传动模数为1，五级传动的模数为15。为了尽可能的减小尺寸，易于安装，规定小齿轮的齿数为最少不根切齿数，为17。齿轮传动的计算设计技术要求齿轮传动机构尺寸长L200MM，宽B150MM，
32、高100MM球阀关闭到完全开启转动90的时间T45S连接电线051MM2润滑方式脂润滑本设计方案中采用的是TYS500C的交流电压双向同步电机，它的转速为N500R/MIN，功率为P3W。同步电机的转速N60F/P。F为工作交流电压的频率为50HZ，P为同步电机的极对数，查表得这个型号的同步电机的极对数是6，所以可以得出同步电机的转速N500R/MIN。用这个同步电机驱动球阀转向，现要求球阀由开启到关闭转90的时间为30S，因此球阀的转速为05R/MIN。中间齿轮系传动的传动比为1000，考虑到实际设计情况中为避免大齿轮齿数过多，导致径向尺寸过大，一般应使传动比I7。同时为了使电动机转动时，阀
33、体得到尽快的响应，应使传动比增大，因此规定最大传动比为7。参考相关产品的传动部分初步设计为五级齿轮传动，传动比依次为2,5,5,5,4。小齿轮齿数一律规定为最小不根切齿数17，并且取第一级传动的模数为1，二级传动，三级传动，四级传动模数为1，五级传动的模数为15。一级齿轮的设计计算选择材料及确定许用应力与交流电压同步电机直接相连的小齿轮选择为38SIMNMO调质，齿面硬度为270HBS，1LIMH710MPA，1FE600MPA，HS11，FS125，EZ23；其余齿轮的材料选用为尼龙66齿面硬度为110MPA，2LIMH96MPA，122FE103MPA，HS11，FS125，EZ23HHH
34、S1LIM164511710MPA278711962HMPA48025160011FFEFSMPA4802511032FMPA按齿面接触疲劳强度设计设齿面按9级精度制造，取载荷系数K15，齿宽系数80D，小齿轮上的转矩为35750000301055910559661NPTNM88645521882122035751212323211HHEDZZUUKTDMM8122513417211DMM88MM接触疲劳强度符合设计要求（3）按轮齿弯曲强度设计校核齿形系数131FAY，6311SAY5622FAY，6312SAY51017114631133575122121111ZBMYYKTSAFAFMPA
35、4801FMPA759631562811132510112212SAFASAFAFFYYYYMPA822FMPA（4）齿轮的圆周速度44501000605001714310006011NDVM/S13可知选用9级精度是合宜的。二级齿轮的校核计算材料的选择及确定许用应力小齿轮用尼龙66齿面硬度为110MPA，2LIMH96MPA，2FE103MPA，HS11，FS125；大齿轮选用齿面硬度为110MPA，2LIMH96MPA，2FE103MPA，HS11，FS125，EZ23HHHS1LIM127871196MPA278711962HMPA8225110311FFEFSMPA822511032F
36、MPA按齿面接触疲劳强度设计设齿面按9级精度制造，取载荷系数K15，齿宽系数20D，小齿轮上的转矩为611425000301055910559661NPTNM32EZ22278752325152035751212323211HHEDZZUUKTDMM齿数取Z117，则Z285，传动比为I5模数M1齿宽B02D134MM，取B14MM，B23MM实际D117117MM，D285185MM中心距A05（1785）51MM验算轮齿弯曲强度14齿形系数131FAY，5511SAY222FAY，7812SAY393217114551133575122121111ZBMYYKTSAFAFMPA821FMP
37、A52555113781222931112212SAFASAFAFFYYYY822FMPA齿轮的圆周速度2201000602501714310006011NDVM/S可知选用9级精度是合宜的。三级齿轮的设计校核（1）材料的选择及确定许用应力小齿轮用尼龙66齿面硬度为110MPA，2LIMH96MPA，2FE103MPA，HS11，FS125；大齿轮选用齿面硬度为110MPA，2LIMH96MPA，2FE103MPA，HS11，FS125，EZ23HHHS1LIM127871196MPA278711962HMPA8225110311FFEFSMPA822511032FMPA（2）按齿面接触疲劳强
38、度设计设齿面按9级精度制造，取载荷系数K15，齿宽系数20D，小齿轮上的转矩为5735000301055910559661NPTNM1532EZ74123211HHEDZZUUKTDMM齿数取Z117，则Z285，传动比为I5模数M1齿宽B02D134MM，取B14MM，B23MM实际D117117MM，D285185MM中心距A05（1785）51MM（3）验算轮齿弯曲强度齿形系数131FAY，5511SAY222FAY，7812SAY393217114551133575122121111ZBMYYKTSAFAFMPA5155113781222931112212SAFASAFAFFYYYY8
39、22FMPA（4）齿轮的圆周速度V011M/S可知选用9级精度是合宜的。第四级与第五级齿轮的传动强度校核同上方法，其中第五级齿轮仅适用大约1/3齿轮，进行调节限位适用。16232齿轮系传动的结构分布图24齿轮排布侧视图图25齿轮排布俯视由于是五级齿轮传动，齿轮的空间安排就显得特别重要。考虑到箱体是近似的长方体，以及安装的方便，故使用上图24及25的排布方式。其中最小的齿轮直接与驱动电机的输出轴相接，输出动力与转矩。两列齿轮的中心轴连线与箱体的壁平行，齿轮齿顶圆距箱体壁3MM。17233手动控制结构设计图26手动调节示意图手动控制相对来说会更加可靠，避免产生差错。可以将二级齿轮传动位置下移使自动
40、控制部分的齿轮分离，从而直接转动手柄手动控制最后一级齿轮的转动，直接控制阀的开启关闭以及开口的大小流量的控制等。如上图所示，第三级齿轮下有一弹簧，将齿轮压下，即可实现第三级齿轮传动的分离，此时电动机得转动将不会影响阀体的开闭，使自动控制的传递过程切断。手动限位调节，如下图27所示，与五级从动齿轮相连的是一根轴，轴上端与手柄相连，当需要手动调节时，按下手动调节按钮，使弹簧压缩齿轮分离后，直接转动轴上的手柄即可对阀体的开闭进行直接控制。18图27调节轴及五级从动齿轮其中轴上有一限位调节开关，可以控制手动调节的最大角度，方法与打火机气门调节的方法相同，拨至不同位置，则手动调节的角度也不近相同。这主要
41、是为了防止手动调节过程中，根据不同的调节需要对调节的量程进行限定。图28限位调节控制旋钮193电动调节阀的控制系统设计31电动调节阀的控制原理电动调节阀是接受电流电压信号来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。实现自动化调节功能，在这个过程中，整个系统的控制与协调一致是电动调节阀能够正常运行的根本保证。32开关量与模拟量功能分析众所周知，在控制系统中有两个常见的术语，“模拟量”和“开关量”。不论输入还是输出，一个参数要么是模拟量，要么是开关量。模拟量控制系统量的大小是一个在一定范围内变化的连续数值。比如温度，从0100度，压力从010MPA，液位从15
42、米，电动阀门的开度从0100，等等，这些量都是模拟量。开关量该物理量只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和打开，电磁阀的通和断，等等。模拟量实现的十一个连续的变化过程，而开关量是只有两个状态，及开或者关，就像计算机内部运算只有0与1一样，只有两种状态，在电动调节阀中就表现为，模拟量可以使阀门的开启的角度调整大小从而控制管道内流体的流量，而开关量则只可以控制阀门开启或者关闭，也就是要么开启流体可以通过要么阀门关闭，流体不能通过。只有这两种状态27。2033系统控制流程图图31信号传递信号由控制器给出，控制器即为暖通设备的温度设置装置，比如空调的遥控器，这类装置主要包括温度感应器，
43、温度设定按钮及比较计算用的单片机等。给出脉冲信号给驱动器，驱动器得到指令后，将电力提供给同步电机。控制同步电机的转动时间，由于同步电机的转速是一定的，因此转动时间的长短即可决定阀体转动角度的大小，因此对阀进行一个控制28。而这个转动的时间长度是由温度控制器间接给的。当一段时间以后，温度改变，高于或低于设定值时，温度控制器将再次给出信号传递给驱动器进而带动同步电机的转动，形成一个反馈式的调节29。整个电动调节阀的工作状态主要是有以下几步。学习状态通电后，按所需功能正确设置JP1拨码开关。先将JP1的4拨至ON处，再按一下SW1学习/复位键。蜂鸣器会每隔5秒左右响一声，驱动器会先开启直至达到终点位
44、置，然后反转关闭至起点位置长响一声表示学习结束，MCU（芯片）会自动保存学习时所得的参数且断电后不会丢失。学习完毕后应将JP1的4拨回OFF处换成运行状态，如不转换也可正常运行，但是蜂鸣器会每隔5秒左右响一声，且每次上电都会自动学习一次。运行状态每次上电驱动器都会先复位（寻找起始位置）即先使阀门关闭后蜂鸣器长响一声后即可接受控制信号控制。工作状态转换使用过程中，如需切换至其他工作，正确设定JP1后再按一下SW1学习/复位键即可。无需断电操作。学习状态结束后，装置即可按照信号的传递接收正常工作。由温度传感器感应环境温度，并且与人为设定的温度进行比较。给出信号，传递给暖通电动调节阀，电动调节阀驱动
45、电路驱动电动机转动，电动机转动带动多级齿轮的转动。从而对阀的开启与关闭进行控制。21大比较小图32工作流程图接通电源室内温度温度感应装置运转设定温度输出信号给驱动器输出信号给驱动器同步电机反转同步电机正转齿轮机构反转齿轮机构正转阀门变小热水流量减少阀门变大热水流量增加热量增大或减少22图33同步电机转向控制由电动机的接线图可以看出当12接电源时电动机顺时针转动；当23接线时电动机逆时针转动。两种转动方向在实际应用中的作用是不可忽视的。其一相对于单向转动的同步电机来说，交流电压单向同步电机只能有一个转动方向，在转动过程中阀体也只能朝一个方向转动而不能反向转动，因此要使阀体开启或者关闭将会浪费更多
46、的时间，使反应的灵敏度降低，实际应用时的功能被限制不能够好的发挥本来的作用；其二双向交流电压同步电机可以随时接受信号改变自己的转动方向及时调整阀门的开启的大小，灵敏控制热水的流量，反馈迅速，使温度控制更加灵敏快捷，提高人居生活环境的舒适度，并且能够有效的减少能源的浪费，节能环保符合我国现在的国情以及整个社会的低碳的发展方向30。234总结与展望本文就供暖系统中电动调节阀的功能与作用展开论述，对现在市场上已有的一些产品进行功能设计的概括分析阐述，然后主要实现对电动调节阀的结构功能分析与设计；根据电动调节阀的实际功能与功率要求根据不同类型电机的特点与区别选择合适的同步电机或者步进电机作为整个电动调
47、节阀的动力机构；并且对齿轮传动的方式进行设计选择，设计齿轮系结构布置，空间排布安装与计算校核；还有手动控制系统的原理以及机械结构的设计，箱体尺寸参数设计计算。除机械结构传动方面的设计分析之外，还有控制电路流程图的设计，详细描述信号的发出，传递与执行整个工作过程，简述开关量与模拟量的区别与异同。最后完成对整个产品完的图纸绘制。并且在齿轮的设计中给予了详细的计算。暖通电动调节阀是电路控制与机械传动的完美结合，是机电一体化产品，运用到了多种控制原理比如同步电机，单片机等。是自动化智能化的产品。暖通电动调节阀的广泛应用将改变以往的能源的极大浪费等情况。有效节约能源，并且实现更加精确的温度调节功能，提高
48、人居生活质量。24参考文献1倪浩翔淮北某煤矿供暖节能项目分析J淮北职业技术学院学报,2010,931321332黄奕沄,张玲空调水系统电动调节阀实际工作特性及选型探讨J制冷与空调,2006,6395993王晓松暖通空调水系统电动调节阀选型方法J中国住宅设施,2008,2356594刘喜兵如何解决住宅供暖中的分户计量问题J中国科技博览,2010,3723535陈宝林，刘建红，胡育文同步电机双功能系统单相交流励磁的研究J南京航空航天大学学报,2003,3566216246王红娟保温球阀的改进J机电信息,2010,1281962017姜雪婷变频器在交流电机调速系统中的应用J科技资讯,2010,652
49、7288刘洪文变频调速技术在节能领域的应用J防爆电机,2010,34538409陈焕良单向金属密封球阀J阀门,2006,15424310胡春玉,胡育文电磁式无刷交流同步电机起动过程仿真研究J中国电子商务,2009,61909111白洪光,曲思民,吕海晶电动调节阀的步进式控制J山东冶金,2008,530545612高慧,侯晓辉管道球阀密封原理及泄漏分析油气储运J油气储运,2006,253576013赵云,李叶松双轴交流同步电机伺服系统设计J电力电子技术,2009,43（3）363814王浩然正确使用电动调节阀J电工技术,2008,45585915邱友龙简述供暖系统的节能减排J中小企业管理与科技,2010,1013227
