CN216555464U - 一种电动球阀 - Google Patents

Abstract

一种电动球阀，阀杆槽的槽壁与阀杆之间具有设定间隙，球形阀芯具有限位平面，限位平面位于球形阀芯远离阀杆槽的一端，电动球阀还包括限位块，限位块位于球形阀芯的远离阀杆的一端，限位块与限位平面相对设置并具有设定间隙。限位平面与限位块限位配合起到防止球形阀芯大幅度翻转倾斜的作用，限位平面与限位块之间的间隙使得球形阀芯只能在该间隙范围内小幅度的倾斜，而阀杆与阀杆槽之间为间隙配合，球形阀芯小幅度的倾斜后阀杆与阀杆槽之间仍可以保留一定间隙，能够保证在驱动机构未运行时阀杆不受球形阀芯力作用，有利于减小启动扭矩，减小传动机构的摩擦损耗，降低电动球阀运行噪音，有利于电动球阀的稳定运行和使用寿命。

Description

一种电动球阀

技术领域

本申请涉及一种流量控制阀，具体涉及一种应用于空调系统的电动球阀。

背景技术

电动球阀通过球形阀芯的转动控制流体的通断和/或流量调节，电动球阀包括驱动机构、球形阀芯以及阀杆，驱动机构阀杆传动连接，阀杆与球形阀芯传动连接。球形阀芯仅靠两侧的阀座抱持容易发生偏转倾斜，从而使与球形阀芯相连的阀杆受力，可能导致启动扭矩增大，需要较大的驱动力才能驱动球形阀芯，有可能产生较大的噪音，不利于电动球阀的稳定运行和使用寿命。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种电动球阀，有利于减小球形阀芯倾斜导致阀杆受力的风险。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种电动球阀，包括阀体组件、球形阀芯、阀杆、驱动机构，所述阀体组件具有阀体腔，所述球形阀芯位于所述阀体腔，所述驱动机构与所述阀杆传动连接，所述阀杆与所述球形阀芯传动连接，其特征在于：所述球形阀芯与所述阀杆间隙配合，所述球形阀芯具有限位平面，所述限位平面位于所述球形阀芯远离所述阀杆槽的一端，所述电动球阀还包括限位块，所述限位块位于所述球形阀芯的远离所述阀杆的一侧，所述限位块与所述限位平面相对设置并具有设定间隙。

本申请球形阀芯的限位平面与限位块相对设置并具有设定间隙，限位平面与限位块限位配合起到防止球形阀芯大幅度翻转倾斜的作用，限位平面与限位块之间的间隙使得球形阀芯只能在该间隙范围内小幅度的倾斜，而阀杆与球形阀芯之间为间隙配合，球形阀芯小幅度的倾斜后阀杆与球形阀芯之间仍可以保留一定间隙，有利于保证在驱动机构未运行时阀杆不受球形阀芯力作用，有利于减小启动扭矩，降低电动球阀运行噪音，有利于电动球阀的稳定运行和使用寿命。

附图说明

图1是电动球阀中的第一实施例的一个截面结构示意图；

图2是电动球阀中的第一实施例的另一个截面结构示意图；

图3是图1所示球形阀芯的一个立体结构示意图；

图4是图1所示球形阀芯的另一个立体结构示意图；

图5是图3所示球形阀芯的正视角度结构示意图；

图6是沿图5所示A-A平面剖视所得的剖视图；

图7是沿图5所示B-B平面剖视所得的剖视图；

图8是球形阀芯未倾斜时与阀杆、限位块之间的结构示意图；

图9是球形阀芯倾斜时与阀杆、限位块之间的结构示意图；

图10是节流段时步进电机运行步数与电动球阀流量之间的变化图；

图11是球形阀芯的加工过程各步骤的结构示意图；(a)第一轴夹持棒材；(b)外轮廓加工；(c)钻孔；(d)铣阀杆槽；(e)铣节流槽；(f)阀杆槽倒角；(g)精加工球面；(h)分割未加工段和工件段；(i)钻第二孔；

图12是节流槽的毛刺结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

电动球阀100用于控制空调系统内流路的通断和/或调节流量大小。参见图1-2，电动球阀100包括控制装置、球形阀芯1、阀体组件4和阀杆2，阀体组件4具有阀体腔40，球形阀芯1作为电动球阀100的阀芯位于该阀体腔40内，控制装置包括外壳6、驱动机构3以及传动机构5，驱动机构3 以及传动机构5至少部分位于外壳6内，外壳6与阀体组件4通过螺钉等方式固定连接，驱动机构3与传动机构5传动连接，传动机构5与阀杆2传动连接，阀杆2与球形阀芯1传动连接，驱动机构3用于提供驱动力，可以是步进电机等常见驱动机构，传动机构5可以是减速齿轮组或者行星齿轮机构等，本实施例中为行星齿轮机构，驱动机构3带动传动机构5转动，传动机构5带动阀杆2转动，阀杆2带动球形阀芯1转动。阀体组件4设置有至少两个用于与外部连通的流通通道41,42，球形阀芯1具有贯通的第一通孔111，电动球阀100通过控制球形阀芯1转动，使球形阀芯1的第一通孔111与阀体组件4的两个流通通道41,42连通或与流通通道41,42中的一个流通通道连通、另一个流通通道不连通，当流通通道为三个及以上时，球形阀芯1能够选择性与其中两个流通通道连通，从而切换电动球阀100的流通路径。

参见图3-7，球形阀芯1包括主体部11和台阶部12，主体部11呈球形或者球形的一部分或者类球形，本实施例中主体部11呈球形的一部分；本实施例中第一通孔111位于主体部11，第一通孔111沿球形阀芯1的径向贯通主体部11，第一通孔111在主体部11的外表面形成两个孔口111a，111b，两个孔口111a，111b中的一个可以作为流体入口、另一个作为流体出口；主体部11还包括节流槽112，节流槽112自主体部11的外表面向内凹陷而成，节流槽112数量为两个，分别与相应的孔口连通，节流槽112为V型节流槽，沿球形阀芯1的轴向，节流槽112的截面形状呈V形，当然节流槽112 的截面形状也可以是梯形、矩形或者其他形状。参见图5、图6和图7，节流槽112具有起始端112a和末端112b，节流槽112的末端112b位于对应孔口111a，111b的外圆周，自起始端112a至末端112b，节流槽112的槽宽逐渐增加，节流槽112的槽深逐渐增加。这里槽宽是指沿球形阀芯1轴向的节流槽112的宽度，槽深是指节流槽112沿球形阀芯1径向的深度。节流槽112 为对称结构具有对称面B-B，对称面B-B与球形阀芯1的轴线OO’垂直。参见图5，沿B-B对球形阀芯做剖视图，可见节流槽112的槽底112c呈螺线走向(这里的螺线指阿基米德螺线，指任何一种围绕一个中心点旋转，同时又逐渐远离的动点的轨迹)，可以使节流槽112面积与球形阀芯1转动角度的线性度更好，参见图10，图10为节流段时电动球阀流量随步进电机运行步数变化示意图，节流段指仅节流槽开启，孔口尚未打开的阶段，横坐标为步进电机运行步数，步进电机运行步数代表球形阀芯转动角度，纵坐标为电动球阀的流量，电动球阀流量与节流槽112面积成线性比例关系，可以看出节流槽112面积与球形阀芯1转动角度的线性度较高。这里节流槽112的设置可以根据实际情况做调整，可以每个孔口各设置一个节流槽112，即流体出口和流体入口均带节流膨胀功能，也可以在其中一个孔口设置节流槽，另一个孔口不设置节流槽，流体出口和流体入口之一带节流膨胀功能，还可以两个孔口都不设置节流槽，即球形阀芯不具有节流膨胀功能。此外，参见图 12，V型节流槽加工中产生的毛刺112d的走向自槽壁往槽内部，这样即使在后续的去毛刺步骤中去毛刺效果不理想的情况下，节流槽112未去除的剩余毛刺也不会影响球形阀芯1的球面的粗糙度，相比于矩形节流槽加工其毛刺容易外翻，即毛刺的走向从槽壁向球面，当球面与电动球阀100的阀座41 滑动配合时容易刮伤球面和阀座41，本实施例采用V型节流槽其毛刺相对不会损伤球面及阀座，有利于提高球形阀芯的使用寿命。

参见图3、图5、图6，台阶部12位于主体部11的一端，主体部11与台阶部12连接的端面113为平面，台阶部12起到便于球形阀芯1机加工夹持的作用，后续球形阀芯1的加工方法中会具体介绍其作用。球形阀芯1还包括阀杆槽13，阀杆槽13位于台阶部12的中部，阀杆槽13用于与电动球阀100的阀杆2传动连接。阀杆槽13的中心轴线与台阶部12的中心轴线重合，台阶部12与主体部11的中心轴线重合，有利于保证阀杆2与球形阀芯 1的同轴度。为了便于加工，阀杆槽13沿球形阀芯1的径向贯通了台阶部 12使得台阶部12分隔为两部分。主体部11还包括限位平面114，限位平面 114位于球形阀芯1远离阀杆槽13的一端，即限位平面114位于主体部11 远离台阶部12的一端，限位平面114与端面113平行设置。

电动球阀100还包括两组结构相同的密封组件43，两组密封组件43分别位于球形阀芯的两个孔口111a、111b的外周，用于对孔口111a、111b进行密封。密封组件43包括阀座431和密封圈432，阀座431与球形阀芯1滑动接触，阀座431具有向内凹陷的弧面4311，至少部分弧面4311与主体部 11的球面贴合。阀体组件4具有限位部44，限位部44位于流通通道41,42 和阀体腔40之间，密封圈432位于限位部44和阀座431之间。此外，主体部11还具有第二孔115，第二孔115沿球形阀芯1轴向设置，第二孔115的中心轴线与第一通孔111的中心轴线垂直，第二孔115与第一通孔111连通，第二孔115在限位平面114上形成第三孔口115a。通过设置第二孔115，本实施例的球形阀芯1既可以作为二通阀使用，也可以作为三通阀使用，当被用作二通阀时，第二孔115的设置有利于减轻球形阀芯1重量。

参见图1、图2，电动球阀1还包括限位块46，限位块46位于球形阀芯1的远离阀杆2的一侧。阀体组件4在其阀体腔40底部设有一凹部45，凹部45形成一凹腔用于放置限位块46，凹腔属于阀体腔40的一部分，至少部分限位块46位于该凹腔内，限位块46被凹部45限位，限位块46可以与阀体组件4一体设置或者分体设置。球形阀芯1位于限位块46上方并与限位块46滑动配合，球形阀芯1的限位平面114与限位块46相对设置并限位配合，起到防止球形阀芯1大幅度翻转倾斜的作用，配合球形阀芯1两侧的阀座431理论上能够约束5个方向自由度，确保球形阀芯1仅周向旋转，即绕其轴线OO’旋转。然而实际装配过程中，由于装配误差等原因，球形阀芯1 还是存在发生倾斜偏转的可能，球形阀芯1倾斜后阀杆2一直受到球形阀芯对其作用力，可能导致启动扭矩增大，需要较大的驱动力才能驱动球形阀芯，进而导致传动机构的磨损量增加，还有可能产生较大的噪音，不利于电动球阀的稳定运行和使用寿命。

为解决上述问题，以图8所示方向为例，本实施例中限位块46的上端面与球形阀芯1的下端面即限位平面114之间具有第一间隙d1，第一间隙 d1起到减小与限位块46滑动摩擦力的作用，限位平面114与限位块46之间的第一间隙d1使得球形阀芯1只能在该间隙d1范围内小幅度的倾斜，通常0<d1≤0.5mm。此外，阀杆2与球形阀芯1间隙配合，阀杆2至少部分位于阀杆槽13内，通常阀杆2位于阀杆槽13内的部分至少超过阀杆槽13 深度的一半，否则不利于与球形阀芯1之间的传动。阀杆槽13的各个槽壁与阀杆2之间均具有设定间隙，具体地，阀杆2的下端面与阀杆槽13的槽底壁具有第二间隙d2，阀杆2的两侧壁与对应的阀杆槽13的槽侧壁之间均具有第三间隙d3，阀杆槽13宽度H1大于阀杆2宽度H2，第三间隙d3＝(H1-H2)/2，d1、d2、d3满足以下关系：

0.3d1<d2<4d1

1.8d1<d3<3d1。

这里阀杆2的两侧壁指与阀杆槽13槽侧壁相对设置的侧壁，当阀杆槽具有4个槽侧壁时，第三间隙d3指阀杆槽13的长度较长的槽侧壁与阀杆2 的长度较长的侧壁之间的距离。

假设当球形阀芯1倾斜偏转时，参见图9，由于限位平面114与限位块 46之间的限位作用，球形阀芯1至多沿轴向偏移d1距离与限位块46接触，由于未倾斜偏转时第二间隙d2、第三间隙d3满足：d2>0.3d1，d3>1.8d1，倾斜后的球形阀芯1与阀杆2之间仍保留一定余量互不接触，倾斜偏转后的第二间隙d2’、第三间隙d3’大于0，能够保证在驱动机构3未运行时阀杆2不受球形阀芯1力作用，有利于减小启动扭矩，减小传动机构的摩擦损耗，降低电动球阀运行噪音，有利于电动球阀的稳定运行和使用寿命。

阀杆2与球形阀芯1在轴向以及径向均间隙配合能够方便阀杆2的装配，便于批量生产，第三间隙d3通过软件进行定值补偿可以抵消，第二间隙d2、第三间隙d3不宜过大，因此通常d2<4d1，d3<3d1。本实施例中阀杆槽位于球形阀芯，阀杆部分位于阀杆槽内，可以理解的是，作为其他实施方式，阀杆端部可以设置一凹槽，球形阀芯设置凸起，凸起至少部分位于凹槽内，凸起和凹槽间隙配合。

本申请还公开了一种球形阀芯1的加工方法，参见图11，包括以下步骤：

第一轴夹持棒材：参见图11(a)，棒材400包括未加工段和工件段，以加工设备的第一轴200夹持棒材400的未加工段，棒材400采用硬度HRC35- 42的钢材，本实施例加工设备采用A262走心式数控车床。

外轮廓加工：参见图11(b)，粗加工台阶部12、主体部11的球面，再半精加工主体部11球面。外轮廓加工还包括在主体部11的另一端即远离台阶部12的一端再车另一台阶部。为与前面的台阶部做区分，该台阶部记为中间台阶部14，该中间台阶部14在图1-9所示的球形阀芯1成品中并不存在，中间台阶部14为了便于后续切割棒材而加工，中间台阶部14的厚度不用过厚，中间台阶部14的外径与限位平面114的外径一致或稍宽于限位平面114的外径。

钻孔：参见图11(c)，对半精加工后的主体部11欲设通孔的位置定心并钻成通孔。通孔即第一通孔111。

铣阀杆槽以及节流槽：参见图11(d)和图11(e)，用加工设备动力轴的铣刀铣出阀杆槽13和节流槽112。

阀杆槽倒角：参见图11(f)，对阀杆槽13进行倒角处理，具体倒角位置为阀杆槽13靠近台阶部12上端面的两侧，图中倒角标记为131。

精加工球面：精加工球面使其符合粗糙度要求和圆度要求。精加工球面后如图11(g)所示，图11(g)和图11(f)因只是球面粗糙度差异因此在作图时并无区别。

分割未加工段和工件段：参见图11(h)，加工设备的第二轴300夹持台阶部12跟随第一轴200同步转动，用槽刀将未加工段与工件段1’在中间台阶部14处切断，松开第一轴200，加工切断面使其符合粗糙度要求。前述台阶部12主要起第二轴夹持作用，方便球形阀芯1的加工。

钻第二孔：钻第二孔115与前面钻孔步骤类似，第二轴300夹持台阶部 12，对工件段1’的切断面定心并钻孔，第二孔115钻至与第一通孔111连通即可。当球形阀芯不需要加工第二孔时，钻第二孔的步骤可以省去。

去毛刺：利用合适的磨粒，配合磨液，对钻第二孔后的工件段1’振动去毛刺，得到球形阀芯成品。

本实施例的球形阀芯，采用棒材加工而成，棒材的原料成本相比采用毛坯球做原料能较大程度降低，通过第一轴与第二轴配合整个加工过程在一台设备内完成，不需要切换加工设备，节省多次上料下料时间，外轮廓加工以及钻孔、铣节流槽、铣阀杆槽、精加工球面等步骤都由第一轴夹持棒材完成，不需要调换装夹设备，在分割未加工段与工件段时通过第二轴装夹台阶部实现，整个加工过程只有两次装夹，从第一轴装夹变成第二轴装夹，降低多次装夹产生的误差，装夹以及加工工艺大大简化，自动化程度高，加工更便捷，能够较大程度降低球形阀芯的制造成本。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种电动球阀，包括阀体组件、球形阀芯、阀杆、驱动机构，所述阀体组件具有阀体腔，所述球形阀芯位于所述阀体腔，所述驱动机构与所述阀杆传动连接，所述阀杆与所述球形阀芯传动连接，其特征在于：所述球形阀芯与所述阀杆间隙配合，所述球形阀芯具有限位平面，所述限位平面位于所述球形阀芯远离所述阀杆槽的一端，所述电动球阀还包括限位块，所述限位块位于所述球形阀芯的远离所述阀杆的一侧，所述限位块与所述限位平面相对设置并具有设定间隙。

2.如权利要求1所述的电动球阀，其特征在于：所述球形阀芯具有阀杆槽，所述阀杆至少部分位于所述阀杆槽，所述限位块位于所述阀体腔，所述限位块与所述限位平面之间具有第一间隙d1，所述阀杆的下端面与阀杆槽的槽底壁之间具有第二间隙d2，所述阀杆的侧壁与对应的阀杆槽的槽侧壁之间具有第三间隙d3，所述d1、d2、d3满足以下关系：d2＞0.3d1，d3>1.8d1。

3.如权利要求2所述的电动球阀，其特征在于：所述第一间隙d1、第二间隙d2、第三间隙d3还满足以下关系：d2<4d1，d3<3d1，0<d1≤0.5mm；所述阀杆位于所述阀杆槽内的部分至少超过所述阀杆槽深度的一半。

4.如权利要求1～3任一项所述的电动球阀，其特征在于：所述球形阀芯包括主体部和台阶部，所述主体部呈球形或者球形的一部分或者类球形，所述台阶部位于所述主体部的一端，所述阀杆槽位于所述台阶部，所述阀杆槽的中心轴线与所述台阶部的中心轴线重合，所述台阶部与所述主体部的中心轴线重合。

5.如权利要求4所述的电动球阀，其特征在于：所述主体部具有第一通孔，所述第一通孔沿所述球形阀芯的径向贯通所述主体部，所述第一通孔在所述主体部的外表面形成两个孔口，所述主体部具有节流槽，所述节流槽自所述主体部的外表面向内凹陷而成，所述节流槽与所述孔口连通，所述节流槽为V型节流槽。

6.如权利要求5所述的电动球阀，其特征在于：沿所述球形阀芯的轴向，所述节流槽的截面形状呈V形，所述节流槽具有起始端和末端，所述末端位于所述孔口的外圆周，自所述起始端至所述末端，所述节流槽的槽宽逐渐增加。

7.如权利要求6所述的电动球阀，其特征在于：自所述起始端至所述末端，所诉节流槽的槽深逐渐增加，所述节流槽的槽底呈螺线走向。

8.如权利要求5-7任一所述的电动球阀，其特征在于：所述主体部还具有第二孔，所述第二孔沿所述球形阀芯轴向设置，所述第二孔的中心轴线与所述第一通孔的中心轴线垂直，所述第二孔与所述第一通孔连通，所述第二孔在所述限位平面上形成第三孔口。

9.如权利要求8所述的电动球阀，其特征在于：所述阀体组件设置有至少两个用于与外部连通的流通通道，所述电动球阀还包括密封组件，所述密封组件位于所述球形阀芯的孔口的外周，所述密封组件包括阀座和密封圈，所述阀座与所述球形阀芯滑动接触，所述阀座具有向内凹陷的弧面，至少部分弧面与所述主体部的球面贴合；所述阀体组件具有限位部，所述限位部位于所述流通通道和所述阀体腔之间，所述密封圈位于所述限位部和所述阀座之间。

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