矿用阀门执行器箱体的结构强度分析与优化

刘旭，刘芥群，陈俊志，田玉祥

（苏州市职业大学，江苏 苏州 215104）

0 引言

阀门执行器广泛应用于煤矿工程中的排水、通风、抽采、洒水等管道中，主要包括箱体、端盖、行星齿轮、蜗轮蜗杆、电动机等结构[1]。其中箱体是用来支撑阀门执行器的传动部件，阀门执行器在工作时，传动部件会给箱体施加力的作用，因此箱体结构必须具备足够的强度[2-3]。结构轻量化是在保证结构强度足够的前提下尽可能地减轻产品质量，从而改善产品性能、降低成本[4-5]。图1所示为某型号矿用阀门执行器，本文通过对现有铸铝阀门执行器的箱体进行分析，改进了箱体的局部结构，替代了原有箱体材料，建立了新的阀门执行器箱体模型并进行了有限元分析,最终通过计算结果验证了设计的可行性。

图1 矿用阀门执行器

1 阀门执行器传动部件理论计算

阀门执行器工作时，箱体所受的力主要来自传动部分，为了确保执行器工作可靠性，保证箱体的强度，必须对传动结构逐一进行理论计算和强度分析。根据直齿轮、蜗轮蜗杆的参数及输入转矩，依次计算出直齿轮和蜗轮蜗杆的圆周力、径向力、轴向力。

1.1 直齿轮的载荷计算

已知大小齿轮模数、压力角、齿数等基本参数（如表1），依据此参数计算齿轮的圆周力及径向力。

表1 直齿轮参数

式中：Ft为圆周力，N；T为转矩，N·m；d为分度圆直径，mm；

Fr为径向力，N；a为压力角，（°）。

1.2 蜗轮蜗杆的理论计算

如表2所示，为蜗轮蜗杆的参数，根据此参数计算蜗轮蜗杆的圆周力、轴向力、径向力。……