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真空闸板阀是在真空系统中用以调节气体流量、切断或接通管路的真空元件。本论文主要阐述的是一种新型真空闸板阀的结构设计与理论分析和优化。这种新型真空闸板阀适合应用于对整体应用环境有洁净要求的真空系统中。例如:半导体加工制造业,大平板液晶显示器的制造以及光束线、对撞机等基础物理研究方面。目前,我国已有的真空闸板阀在漏气率,放气率,清洁度等方面均不能满足要求;同时,由于真空阀门在真空系统中属于易损耗设备,所以需要不断的更换维护,现有的国产闸板阀在拆装更换方面也无法满足要求。本文通过这种新型结构真空闸板阀的研制,不仅提高了我国真空闸板阀的技术水平,使之能较好的满足各个应用行业的要求,而且在阀门加工过程中运用了许多新的加工工艺,填补了国内阀门行业的许多技术空白。同时打破了我国不能自己设计生产这种洁净真空闸板阀,长期依赖进口的局面,对我国阀门行业的进步和发展有巨大的推动作用。
本文着重探讨了阀门的结构设计与优化设计,首先是阀门的结构设计,在参考大量国内外相关文献资料和借鉴国内外同类产品的基础上进行研发,研发时紧紧围绕阀门需要实现的功能进行整体结构和各个功能模块的设计,例如要求阀门必须有非常低的漏气率、非常低的放气率、很好的清洁度以及结构简捷易于拆装等特性,使各个方面的设计都是围绕这些要求进行的,从而保证阀门具有合乎要求的性能。同时还考虑到阀门各个部分的加工制造工艺,使设计的结构能够比较好的被加工出来。在经过这些设计过程以后确定了总体结构,然后用三维绘图软件SolidEdge绘制了阀门的各个部件的虚拟三维模型,并进行了虚拟装配。
其次是阀门的理论分析和优化设计,分为静力学和动力学两部分。静力学部分主要针对阀壳建立数学模型并进行理论计算,同时使用有限元分析软件Ansys对已建立的三维模型进行仿真应力和变形分析,以验证设计尺寸是否满足要求并找出最优值;动力学部分主要针对阀门的传动模块进行理论分析,找出其各个部分间的力学和运动学关系,然后建立传动机构的数学模型,并用计算机编程计算的方法找出模型的最优值。从而对最初的结构尺寸进行优化设计,以达到改进阀门的性能,节省制造材料,降低加工成本的目的。
最后进行阀门的性能实验,在确定阀门最终结构后,进行样品的加工制造,搭建阀门的性能检验测试平台,对阀门的样品进行真空漏气率测试,疲劳寿命测试等一系列的实验,对得到的阀门性能的实际数据进行分析,以确定阀门的性能满足设计的要求。