CN112032311A - 一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法 - Google Patents
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Abstract
一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，此装配方法应用于传动机构动密封，应用于伺服电机控制传动精度较高的阀门系统中，其核心在于通过更改装配顺序、利用现有零件结构以及螺纹公差等巧妙的补偿了多级紧密配合关系中的累计公差，包括轴向偏差、轴向角度偏差、径向偏差等复合偏差，减小装配内力，保证轴线的直线度在公差合理范围内，降低轴与孔之间的摩擦力，保证传动过程顺利实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，属于控制阀技术领域。
背景技术
现有大量程气体流量阀门以开关控制为主，市场上现有的比例电磁阀其计量精度不够，高于全行程的±0.5％，且传动机构在传动过程中因为机构自身的原因导致自锁和卡顿现象，灵活性差；
在多级精密配合装配中，为了消除累计公差，无限制的提高零件制造精度，提高公差等级，例如安装端面和轴线的垂直度，轴向尺寸公差，轴线的直线度和跳动等，这样的结果是零件加工时间长、报废率高，制造成本飙升，且得到的效果甚微，因为偏差依然存在，没有根本上解决问题；
现有传动机构，在初期装配调试中即使有装配内力也不会查找原因，过度依赖强机械动力源去解决，导致动力超配置，能源浪费严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，此装配方法应用于传动机构动密封，应用于伺服电机控制传动精度较高的阀门系统中，其核心在于通过更改装配顺序、利用现有零件结构以及螺纹公差等巧妙的补偿了多级紧密配合关系中的累计公差，包括轴向偏差、轴向角度偏差、径向偏差等复合偏差，减小装配内力，保证轴线的直线度在公差合理范围内，降低轴与孔之间的摩擦力，保证传动过程顺利实施。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，包括如下步骤：
S1、步进连杆上设有凸出的螺杆，阀芯上设有螺纹孔，将阀芯与步进连杆通过螺纹连接，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有间隙；
S2、将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，然后将导程支座置于在导程端盖上；
S3、利用塞规单片测量导程支座与导程端盖之间的间隙，采用垫片进行补偿，最后将导程支座与导程端盖连接；
S4、将丝杆螺母与步进连杆连接，将丝杆穿过丝杆螺母；在伺服电机输出轴的端面上安装调整螺丝，在联轴器内安装推力杆；利用联轴器连接伺服电机和丝杆；将伺服电机安装在电机固定支座上，将电机固定支座安装在导程端盖上；
S5、调整调整螺丝的伸出长度，使调整螺丝与推力杆之间、推力杆与丝杆端面之间均始终保持紧密贴合。
上述多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，优选的，导程端盖上设有螺纹孔，S3中导程支座通过多个螺栓与导程端盖连接，采用垫片对导程端盖上螺纹孔处的间隙进行补偿。
上述多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，优选的，S1中，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有0.2～0.5mm间隙
上述多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，优选的，S1中，将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，步进连杆与导程支座为间隙配合，间隙值为0μm～20μm。
上述多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，优选的，导程端盖内靠近步进连杆导程支座固定的一端设有排气孔，用于使导程端盖的内部与外部连通。
上述多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，优选的，S2中首先将拉杆封、气动防尘拉杆封装入导程端盖内，然后将导程支座置于在导程端盖上，阀芯穿过拉杆封和气动防尘拉杆封。
一种高精度气体质量流量控制阀的装配方法，采用权利要求上述装配方法，完成轴向步进机构的装配，还包括如下步骤：
S11、将阀芯支座装入阀体内，然后将导程端盖安装在阀体上；
S12、将出气口法兰和进气口法兰均安装在阀体上；
S13、将压力传感器与进气口法兰连接，将质量流量计与压力传感器连接。
一种高精度气体质量流量控制阀，采用上述装配方法进行装配，包括质量流量计、压力传感器、进气口法兰、阀体流量控制结构、阀芯传动机构、出气口法兰；
进气口法兰的两端分别与质量流量计和阀体流量控制结构连接，阀芯传动机构和出气口法兰均安装在阀体流量控制结构上；外部气体依次经质量流量计、压力传感器、进气口法兰进入阀体流量控制结构，然后从出气口法兰流出控制阀；
阀体流量控制结构包括阀体、阀芯支座、导程端盖；阀芯、阀芯支座、导程端盖均安装在阀体内；阀芯传动机构包括伺服电机、电机固定支座、联轴器、丝杆、丝杆螺母、步进连杆、步进连杆导程支座、阀芯；
阀芯穿过导程端盖后插入阀芯支座，用于完成流量控制；
伺服电机安装在电机固定支座上，步进连杆安装在步进连杆导程支座上，步进连杆导程支座安装在导程端盖上，导程端盖和电机固定支座均安装在阀体上；伺服电机通过联轴器与丝杆连接，丝杆穿过丝杆螺母，丝杆螺母与步进连杆连接，步进连杆与阀芯连接。
上述高精度气体质量流量控制阀，优选的，进出气口法兰与阀体之间采用O形圈密封，阀体表面粗糙度不大于1.6μm，O型圈压缩量为自身直径的10％～15％。
上述高精度气体质量流量控制阀，优选的，阀芯与阀芯支座通过锥面配合完成紧密贴合，锥面的粗糙度不大于0.8μm；阀芯支座采用聚酯纤维材料制成。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)机构整体装配后在轴向消除不同零件同轴度的角度偏差，减小零件之间的装配内力，减小阀芯在轴向滑动过程中的阻力，保证轴向传动平稳顺利实施；
(2)在标准件联轴器内部增加推力杆，巧妙的设计使得联轴器既能传递扭矩，又能传递轴向推力，避免非标定制设计，节约制造工序和成本；
(3)调整螺丝相当于调整环，其在传动机构的轴向距离伸长量可根据实际装配进行调整，灵活度高，可操作性强；
(4)在不改变结构的前提下，无须再加工，保证功能的实现；
(5)可降低零件在加工过程中公差等级要求，降低零件制造成本，因为公差等级再高，偏差也是客观存在的，其累计公差都会有，关键是合理的装配方法，即公差等级和装配的平衡点；
(6)快速准确定位偏差点，可提高装备的运行稳定性，减少工艺调试时间，装配次数，缩减人力成本。
附图说明
图1为阀门整体结构示意图。
图2为阀门流量控制结构示意图。
图3为阀芯传动机构示意图。
图4为安装端面与轴线垂直度导致轴向偏差示意图。
图5为阀芯与步进连杆安装示意图。
图6为轴向偏差补偿示意示意图。
图7为机构内部密封形成的密闭区示意图，图7(a)为阀芯插入前，图7(b)为阀芯插入后。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，包括如下步骤：
S1、步进连杆上设有凸出的螺杆，阀芯上设有螺纹孔，将阀芯与步进连杆通过螺纹连接，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有间隙；
S2、将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，然后将导程支座置于在导程端盖上；
S3、利用塞规单片测量导程支座与导程端盖之间的间隙，采用垫片进行补偿，最后将导程支座与导程端盖连接；
S4、将丝杆螺母与步进连杆连接，将丝杆穿过丝杆螺母；在伺服电机输出轴的端面上安装调整螺丝，在联轴器内安装推力杆；利用联轴器连接伺服电机和丝杆；将伺服电机安装在电机固定支座上，将电机固定支座安装在导程端盖上；
S5、调整调整螺丝的伸出长度，使调整螺丝与推力杆之间、推力杆与丝杆端面之间均始终保持紧密贴合。
作为本发明的一种优选方案，导程端盖上设有螺纹孔，S3中导程支座通过多个螺栓与导程端盖连接，采用垫片对导程端盖上螺纹孔处的间隙进行补偿。
作为本发明的一种优选方案，S1中，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有0.2～0.5mm间隙。将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，步进连杆与导程支座为间隙配合，间隙值为0μm～20μm。
作为本发明的一种优选方案，导程端盖内靠近步进连杆导程支座固定的一端设有排气孔，用于使导程端盖的内部与外部连通。
作为本发明的一种优选方案，S2中首先将拉杆封、气动防尘拉杆封装入导程端盖内，然后将导程支座置于在导程端盖上，阀芯穿过拉杆封和气动防尘拉杆封。
一种高精度气体质量流量控制阀的装配方法，采用上述的多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，完成轴向步进机构的装配，还包括如下步骤：
S11、将阀芯支座装入阀体内，然后将导程端盖安装在阀体上；
S12、将出气口法兰和进气口法兰均安装在阀体上；
S13、将压力传感器与进气口法兰连接，将质量流量计与压力传感器连接。
一种高精度气体质量流量控制阀，采用高精度气体质量流量控制阀的装配方法进行装配，包括质量流量计、压力传感器、进气口法兰、阀体流量控制结构、阀芯传动机构、出气口法兰；
进气口法兰的两端分别与质量流量计和阀体流量控制结构连接，阀芯传动机构和出气口法兰均安装在阀体流量控制结构上；外部气体依次经质量流量计、压力传感器、进气口法兰进入阀体流量控制结构，然后从出气口法兰流出控制阀；
阀体流量控制结构包括阀体、阀芯支座、导程端盖；阀芯、阀芯支座、导程端盖均安装在阀体内；阀芯传动机构包括伺服电机、电机固定支座、联轴器、丝杆、丝杆螺母、步进连杆、步进连杆导程支座、阀芯；
阀芯穿过导程端盖后插入阀芯支座，用于完成流量控制；
伺服电机安装在电机固定支座上，步进连杆安装在步进连杆导程支座上，步进连杆导程支座安装在导程端盖上，导程端盖和电机固定支座均安装在阀体上；伺服电机通过联轴器与丝杆连接，丝杆穿过丝杆螺母，丝杆螺母与步进连杆连接，步进连杆与阀芯连接。
作为本发明的一种优选方案，进出气口法兰与阀体之间采用O形圈密封，阀体表面粗糙度不大于1.6μm，O型圈压缩量为自身直径的10％～15％。
作为本发明的一种优选方案，阀芯与阀芯支座通过锥面配合完成紧密贴合，锥面的粗糙度不大于0.8μm；阀芯支座采用聚酯纤维材料制成。
实施例：
一种高精度气体质量流量控制阀，包括质量流量计、进气口法兰、阀体流量控制结构、阀芯传动机构、出气口法兰；如图1和图2所示。
进气口法兰的两端分别与质量流量计和阀体流量控制结构连接，阀芯传动机构和出气口法兰均安装在阀体流量控制结构上；外部气体依次经质量流量计、压力传感器、进气口法兰进入阀体流量控制结构，然后从出气口法兰流出控制阀。
阀体流量控制结构包括阀体、阀芯支座、导程端盖；阀芯、阀芯支座、导程端盖均安装在阀体内；阀芯传动机构包括伺服电机、电机固定支座、联轴器、丝杆、丝杆螺母、步进连杆、步进连杆导程支座、阀芯。
阀芯穿过导程端盖后插入阀芯支座，用于完成流量控制。
伺服电机安装在电机固定支座上，步进连杆安装在步进连杆导程支座上，步进连杆导程支座安装在导程端盖上，导程端盖和电机固定支座均安装在阀体上；伺服电机通过联轴器与丝杆连接，丝杆穿过丝杆螺母，丝杆螺母与步进连杆连接，步进连杆与阀芯连接。
传动机构还包括推力杆，推力杆位于联轴器内，推力杆与联轴器的内径留有0.1～0.2mm间隙，推力杆轴向位置偏差通过位于伺服电机轴端部的调整螺丝进行调节。
伺服电机输出扭矩带动联轴器和丝杆旋转，丝杆螺母、步进连杆、阀芯形成一个整体，丝杆的旋转带动丝杆螺母移动，进而带动阀芯移动。
进出气口法兰与阀体之间采用O形圈密封，阀体表面粗糙度不大于1.6μm，O型圈压缩量为自身直径的10％～15％。
阀芯与阀芯支座通过锥面配合完成紧密贴合，锥面的粗糙度不大于0.8μm。
阀芯支座采用聚酯纤维材料制成。
阀芯支座与阀体通过过盈配合固定，过盈量在0.1～0.15mm之间。
导程端盖与阀体之间采用双层O型圈密封，O型圈压缩量为自身直径的10％～15％。
阀芯与导程端盖之间采用拉杆封和气动防尘拉杆封实现双层动密封。
丝杆的导程为1mm～2mm。
导程端盖内靠近步进连杆导程支座固定的一端设有排气孔，用于使导程端盖的内部与外部连通。
一种高精度气体质量流量控制阀的装配方法，针对气体质量流量控制阀，其传动机构由电机转动最终转化为轴向步进，并带动阀芯做轴向往返运动。由于其紧密度较高，涉及阀芯动密封，所以移动副间隙配合间隙较小，传动机构在轴向存在三级及以上的累计公差，零件固定端面与轴线垂直度公差、轴向各级机构距离偏差、轴向各级机构角度偏差等都会造成轴向移动副阻力过大而卡顿。
首先装配轴向步进机构，装配方法如下：
S1、步进连杆上设有凸出的螺杆，阀芯上设有螺纹孔，将阀芯与步进连杆通过螺纹连接，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有间隙；
S2、将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，然后将拉杆封、气动防尘拉杆封装入导程端盖内，将导程支座置于在导程端盖上；阀芯穿过拉杆封和气动防尘拉杆封；
S3、利用塞规单片测量导程支座与导程端盖之间的间隙，采用垫片进行补偿，最后将导程支座与导程端盖连接；
S4、将丝杆螺母与步进连杆连接，将丝杆穿过丝杆螺母；在伺服电机输出轴的端面上安装调整螺丝，在联轴器内安装推力杆；利用联轴器连接伺服电机和丝杆；将伺服电机安装在电机固定支座上，将电机固定支座安装在导程端盖上；
S5、调整调整螺丝的伸出长度，使调整螺丝与推力杆之间、推力杆与丝杆端面之间均始终保持紧密贴合。
具体的，如图3所示为阀门传动机构结构示意，假设以此机构的轴线为基准，电机固定支座的下端固定平面与自身轴线的垂直度误差会导致电机轴与铅垂线形成一个夹角；同理步进连杆导程支座下端固定平面与自身轴线的垂直度误差同样会导致与铅垂线形成一个夹角；阀芯与导程端盖之间是动密封，由于三层橡胶密封产生足够的过盈配合，所以阀芯与导程端盖的轴线严格吻合，但是导程端盖的固定平面与自身轴线垂直度误差同样会导致与铅垂线形成一个夹角；所以此步进机构存在三级的装配累计公差。
由下而上第一级为阀芯轴线与步进连杆轴线的角度偏差。如图4所示阀芯步进连杆与导程支座是间隙配合，间隙(0～20μm)，为精密配合，阀芯步进连杆有任何轴线角度偏差都会造成卡顿。实际装配中，若先将导程支座固定螺丝拧紧后，则很难找出轴线角度偏差角度、偏差方向，所以更改安装顺序，先不上螺丝，先连接阀芯步进连杆在阀芯上，此处为螺纹连接，在没有装配应力的情况下二者的轴线是在一条直线上，以轴线为基准，所以然后滑动导程支座，二者贴合处即会发现偏差角θ1，准确定位两安装平面间的角度偏差。然后用塞规单片测量间隙，重点是螺丝孔附近的间隙，记录尺寸和位置，找相应的垫片进行补偿，所有螺丝保证同样的拧紧力矩，此法可以定位补偿零件轴线与固定端面不垂直导致的偏差。
如图5所示阀芯的螺纹轴线与其上部端面垂直度存在偏差，阀芯步进连杆与阀芯通过螺纹连接，装配过程中如果将螺纹拧紧则会因为垂直度偏差造成的轴线角偏差θ2，则轴线与铅垂线形成角度造成阻碍轴向位移的内力。所以此处不能拧紧，应预留装配间隙，利用螺纹配合公差(6g7H)，补偿轴线角向偏差。
预留调整环补偿累计轴向距离偏差。如图6所示，在最后各级装配零件相对位置固定好之后，在联轴器内部应保证在传动过程中没有相对滑动，两个轴之间的推力杆用于传递轴向推力，所以应抵消轴向间隙。在电机轴端部有螺纹孔，利用此螺纹孔增加调整螺丝，计算螺丝螺距精确计算螺丝旋入深度，调节轴向位移偏差，保证充分接触没有轴向滑动。
精密配合时增加气密性调试工序。如图7(a)所示，阀芯步进连杆与导程支座是间隙配合，间隙(0～20μm)，为精密配合，其气密性非常好，下部阀芯和导程端盖是动密封，密封性能也特别好，因此内部密闭空气形成死区，当阀芯步进连杆向下轴向步进时，导致空气被压缩造成反推而无法顺利传动。因此应根据最高推进速度增加排气工艺孔，图7(b)所示，因为快速推进时有较大的通气量，气体不能及时排出即会形成阻力。
在轴向步进机构装配完成后，将阀芯支座装入阀体内，然后将导程端盖安装在阀体上；将出气口法兰和进气口法兰均安装在阀体上；将压力传感器与进气口法兰连接，将质量流量计与压力传感器连接。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、步进连杆上设有凸出的螺杆，阀芯上设有螺纹孔，将阀芯与步进连杆通过螺纹连接，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有间隙；
S2、将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，然后将导程支座置于在导程端盖上；
S3、利用塞规单片测量导程支座与导程端盖之间的间隙，采用垫片进行补偿，最后将导程支座与导程端盖连接；
S4、将丝杆螺母与步进连杆连接，将丝杆穿过丝杆螺母；在伺服电机输出轴的端面上安装调整螺丝，在联轴器内安装推力杆；利用联轴器连接伺服电机和丝杆；将伺服电机安装在电机固定支座上，将电机固定支座安装在导程端盖上；
S5、调整调整螺丝的伸出长度，使调整螺丝与推力杆之间、推力杆与丝杆端面之间均始终保持紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，其特征在于，导程端盖上设有螺纹孔，S3中导程支座通过多个螺栓与导程端盖连接，采用垫片对导程端盖上螺纹孔处的间隙进行补偿。
3.根据权利要求1所述的一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，其特征在于，S1中，阀芯的端面与步进连杆的端面之间留有0.2～0.5mm间隙。
4.根据权利要求1所述的一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，其特征在于，S2中，将装配好的阀芯与步进连杆作为一个整体，插入在导程支座内，步进连杆与导程支座为间隙配合，间隙值为0μm～20μm。
5.根据权利要求1所述的一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，其特征在于，导程端盖内靠近步进连杆导程支座固定的一端设有排气孔，用于使导程端盖的内部与外部连通。
6.根据权利要求1～5之一所述的一种多级精密配合的轴向步进机构的装配方法，其特征在于，S2中首先将拉杆封、气动防尘拉杆封装入导程端盖内，然后将导程支座置于在导程端盖上，阀芯穿过拉杆封和气动防尘拉杆封。
7.一种高精度气体质量流量控制阀的装配方法，其特征在于，采用权利要求6所述的装配方法，完成轴向步进机构的装配，还包括如下步骤：
S11、将阀芯支座装入阀体内，然后将导程端盖安装在阀体上；
S12、将出气口法兰和进气口法兰均安装在阀体上；
S13、将压力传感器与进气口法兰连接，将质量流量计与压力传感器连接。
8.一种高精度气体质量流量控制阀，其特征在于，采用权利要求7的装配方法进行装配，包括质量流量计、压力传感器、进气口法兰、阀体流量控制结构、阀芯传动机构、出气口法兰；
进气口法兰的两端分别与质量流量计和阀体流量控制结构连接，阀芯传动机构和出气口法兰均安装在阀体流量控制结构上；外部气体依次经质量流量计、压力传感器、进气口法兰进入阀体流量控制结构，然后从出气口法兰流出控制阀；
阀体流量控制结构包括阀体、阀芯支座、导程端盖；阀芯、阀芯支座、导程端盖均安装在阀体内；阀芯传动机构包括伺服电机、电机固定支座、联轴器、丝杆、丝杆螺母、步进连杆、步进连杆导程支座、阀芯；
阀芯穿过导程端盖后插入阀芯支座，用于完成流量控制；
伺服电机安装在电机固定支座上，步进连杆安装在步进连杆导程支座上，步进连杆导程支座安装在导程端盖上，导程端盖和电机固定支座均安装在阀体上；伺服电机通过联轴器与丝杆连接，丝杆穿过丝杆螺母，丝杆螺母与步进连杆连接，步进连杆与阀芯连接。
9.根据权利要求8所述的一种高精度气体质量流量控制阀，其特征在于，进出气口法兰与阀体之间采用O形圈密封，阀体表面粗糙度不大于1.6μm，O型圈压缩量为自身直径的10％～15％。
10.根据权利要求8所述的一种高精度气体质量流量控制阀，其特征在于，阀芯与阀芯支座通过锥面配合完成紧密贴合，锥面的粗糙度不大于0.8μm；阀芯支座采用聚酯纤维材料制成。
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